Как связана температура тела с движением молекул

       Из опыта известно, что если привести в соприкосновение два тела, горячее и холодное, то через некоторое время их температуры выравниваются.


       Что перешло от одного тела к другому? Раньше, во времена Ломоносова и Лавуазье, считали, что носителем тепла является некоторая жидкость – теплород. На самом деле – ничто не переходит, только изменяется средняя кинетическая энергия – энергия движения молекул, из которых состоят эти тела. Именно средняя кинетическая энергия атомов и молекул служит характеристикой системы в состоянии равновесия.

       Это свойство позволяет определить параметр состояния, выравнивающийся у всех тел, контактирующих между собой, как величину, пропорциональную средней кинетической энергии частиц в сосуде. Чтобы связать энергию с температурой, Больцман ввел коэффициент пропорциональности k, который впоследствии был назван его именем:

  ,   (1.3.1)

       где k – постоянная Больцмана, k = 1,38·10-23 Дж·К-1.

       Величину T называют абсолютной температурой и измеряют в градусах Кельвина (К). Она служит мерой кинетической энергии теплового движения частиц идеального газа.

       Из (1.3.1) получим:

    (1.3.2)
       Формула (1.3.2) применима для расчетов средней кинетической энергии на одну молекулу идеального газа.

       Можно записать: .

       Обозначим: R=kNAуниверсальная газовая постоянная,

  .    
Тогда, с учетом обозначения получим:
  ,   (1.3.3)
– это формула для молярной массы газа.

       Так как температура определяется средней энергией движения молекул, то она, как и давление, является статистической величиной, то есть параметром, проявляющимся в результате совокупного действия огромного числа молекул. Поэтому не говорят: «температура одной молекулы», нужно сказать: «энергия одной молекулы, но температура газа».

       С учетом вышесказанного о температуре, основное уравнение молекулярно-кинетической теории можно записать по-другому. Так как из (1.2.3) , где . Отсюда

  ,   (1.3.4)
       В таком виде основное уравнение молекулярно-кинетической теории употребляется чаще.

       Термометры. Единицы измерения температуры

       Наиболее естественно было бы использовать для измерения температуры определение , т.е. измерять кинетическую энергию поступательного движения молекул газа. Однако чрезвычайно трудно проследить за молекулой газа и еще сложнее за атомом. Поэтому для определения температуры идеального газа используется уравнение

     
       Действительно, величины P и V легко поддаются измерению.

       В качестве примера рассмотрим изображенный на рис. 1.4 простейший газовый термометр с постоянным давлением. Объем газа в трубке

  ,    
как мы видим, пропорционален температуре, а поскольку высота подъема ртутной капли пропорциональна V, то она пропорциональна и Т.

       Существенно то, что в газовом термометре необходимо использовать идеальный газ. Если же в трубку вместо идеального газа поместить фиксированное количество жидкой ртути, то мы получим обычный ртутный термометр. Хотя ртуть далеко не идеальный газ, вблизи комнатной температуры ее объем изменяется почти пропорционально температуре. Термометры, в которых вместо идеального газа используются какие-либо другие вещества, приходится калибровать по показаниям точных газовых термометров.

   
  Рис. 1.4   Рис. 1.5
       В физике и технике за абсолютную шкалу температур принята шкала Кельвина, названная в честь знаменитого английского физика, лорда Кельвина. 1 К – одна из основных единиц СИ.

       Кроме того, используются и другие шкалы:

– шкала Фаренгейта (немецкий физик 1724 г.) – точка таяния льда 32 °F, точка кипения воды 212 °F.

– шкала Цельсия (шведский физик 1842 г.) – точка таяния льда 0°С, точка кипения воды 100 °С.

0 °С = 273,15 К.

       На рис. 1.5 приведено сравнение разных температурных шкал.
Цельсий Андерс (1701 – 1744) – шведский астроном и физик. Работы относятся к астрономии, геофизике, физике. Предложил в 1742 г. стоградусную шкалу термометра, в которой за ноль градусов принял температуру таяния льда, а за 100 градусов – температуру кипения воды.
       Так как всегда , то и Т не может быть отрицательной величиной.

       Своеобразие температуры заключается в том, что она не аддитивна (аддитивный – получаемый сложением).

       Если мысленно разбить тело на части, то температура всего тела не равна сумме температур его частей (длина, объём, масса, сопротивление, и так далее – аддитивные величины). Поэтому температуру нельзя измерять, сравнивая её с эталоном.

       Современная термометрия основана на шкале идеального газа, где в качестве термометрической величины используют давление. Шкала газового термометра – является абсолютной (Т = 0; Р = 0).



Рекомендуем посмотреть ещё:


Закрыть ... [X]

Тема 5. Молекулярная физика. Основные положения. - ЯКласс Как самостоятельно посмотреть черногорию

Как связана температура тела с движением молекул Как связана температура тела с движением молекул Как связана температура тела с движением молекул Как связана температура тела с движением молекул Как связана температура тела с движением молекул Как связана температура тела с движением молекул Как связана температура тела с движением молекул