In thermal physics and thermodynamics, the heat capacity ratio, also known as the adiabatic index, the ratio of specific heats, or Laplace's coefficient, is the ratio of the heat capacity at constant pressure (CP) to heat capacity at constant volume (CV). It is sometimes also known as the isentropic expansion factor and is denoted by γ (gamma) for an ideal gas or κ (kappa), the isentropic exponent for a real gas. The symbol γ is used by aerospace and chemical engineers.
where C is the heat capacity, the molar heat capacity (heat capacity per mole), and c the specific heat capacity (heat capacity per unit mass) of a gas. The suffixes P and V refer to constant-pressure and constant-volume conditions respectively.
The heat capacity ratio is important for its applications in thermodynamical reversible processes, especially involving ideal gases; the speed of sound depends on this factor.
To understand this relation, consider the following thought experiment. A closed pneumatic cylinder contains air. The piston is locked. The pressure inside is equal to atmospheric pressure. This cylinder is heated to a certain target temperature. Since the piston cannot move, the volume is constant. The temperature and pressure will rise. When the target temperature is reached, the heating is stopped. The amount of energy added equals CV ΔT, with ΔT representing the change in temperature. The piston is now freed and moves outwards, stopping as the pressure inside the chamber reaches atmospheric pressure. We assume the expansion occurs without exchange of heat (adiabatic expansion). Doing this work, air inside the cylinder will cool to below the target temperature. To return to the target temperature (still with a free piston), the air must be heated, but is no longer under constant volume, since the piston is free to move as the gas is reheated. This extra heat amounts to about 40% more than the previous amount added. In this example, the amount of heat added with a locked piston is proportional to CV, whereas the total amount of heat added is proportional to CP.
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La capacité thermique molaire est donnée par la quantité d'énergie apportée par échange thermique pour élever d'une unité la température d'une mole d'une substance. Dans le Système international l'unité est donc le joule par mole kelvin (). La détermination des valeurs des capacités thermiques des substances relève de la calorimétrie. Remarques : on définit également des capacités thermiques massiques (valeurs rapportées à l'unité de matière, c'est-à-dire une mole) ; il convient de distinguer les capacités à volume constant et les capacités à pression constante (la différence étant particulièrement importante pour les gaz).
vignette|Sphère de stockage de gaz naturel. vignette|Conduite de gaz de ville en polyéthylène. vignette|Panneau indiquant une conduite de gaz enterrée en France. vignette|Les gaz de combat ont été produits et utilisés de manière industrielle lors de la Première Guerre mondiale. Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le volume disponible.
Thermodynamics is expressed by a mathematical framework of thermodynamic equations which relate various thermodynamic quantities and physical properties measured in a laboratory or production process. Thermodynamics is based on a fundamental set of postulates, that became the laws of thermodynamics. One of the fundamental thermodynamic equations is the description of thermodynamic work in analogy to mechanical work, or weight lifted through an elevation against gravity, as defined in 1824 by French physicist Sadi Carnot.
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