a. 1
Molecular physics.
Capitolul 2. Temperatura. Energia mișcării termice a moleculelor.
Curs 25. Temperatură. Energia mișcării termice a moleculelor.
Parametrii macroscopici
Comportamentul organismelor macroscopice, în gazele speciale pot fi caracterizate printr-un număr mic de mărimi fizice legate nu corpul individuale pe termen conductiv molecule, și toate moleculele în general. Printre aceste cantități se numără volumul V, presiunea p, temperatura, etc.
Astfel, o masă dată de gaz ocupă întotdeauna un anumit volum, o anumită presiune și temperatură. Volumul și presiunea sunt cantități mecanice care descriu starea gazului. Temperatura în mecanică nu este luată în considerare, deoarece caracterizează starea internă a corpului.
Valorile care caracterizează starea corpurilor macroscopice fără a lua în considerare structura moleculară a corpurilor (V, p, t) se numesc parametri macroscopici.
Temperatura și caracteristicile sale esențiale
În viața obișnuită, temperatura este înțeleasă ca gradul de încălzire a corpurilor.
Aceasta este o astfel de cantitate, care în mod necesar aceleași pentru corpurile în echilibru termic (este o afecțiune în care toți parametrii macroscopici rămân neschimbate timp arbitrar în absența unor influențe externe)
Temperatura - Nici o valoare plus (temperatura sistemului cantitatea de temperaturile sale părți)
Temperatura este o valoare care indică direcția transferului de căldură (schimb de căldură are loc la temperaturi diferite, corpuri care sunt în contact. Căldura este transferată de la o mai încălzit la mai puțin încălzită)
Notă. Dacă starea oricărui organism este considerată zero, atunci temperatura este o măsură care este o măsură a deviației corpului examinat, din starea corpului luat ca zero.
Energia cinetică medie a moleculelor de gaze în echilibrul termic.
Într-o stare de echilibru termic, toate gazele au aceeași temperatură, independent de tipul de gaz. Pentru a determina temperatura, să aflăm ce cantitate fizică în teoria moleculare-cinetică are aceeași proprietate.
Se știe din cursul fizicii clasei a VII-a că, cu cât moleculele se mișcă mai repede, cu atât este mai mare temperatura corpului. Când gazul este încălzit într-un vas închis, presiunea gazului crește. Conform ecuației de bază a teoriei moleculare-cinetice (1.15), presiunea p este direct proporțională cu energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor. La echilibrul termic, dacă presiunea gazului dintr-o anumită masă și volumul acesteia sunt fixate, energia cinetică medie a moleculelor de gaze trebuie să aibă o valoare strict determinată, ca temperatura.
Din moment ce concentrația moleculelor de gaz, rezultă din ecuație
Presiunea și volumul sunt măsurate direct. Numărul de molecule poate fi determinat prin cunoașterea masei gazului m, a constantei Avogadro și a masei moleculare M.
Dacă energia cinetică este într-adevăr aceeași valoare pentru toate gazele într-o stare de echilibru termic, atunci cantitatea trebuie să fie, de asemenea, aceeași pentru toate gazele.
Gaze în stare de echilibru termic.
Experiența se poate face astfel. Luăm mai multe vase umplute cu diferite gaze, de exemplu, hidrogen, heliu și oxigen. Navele au anumite volume și sunt echipate cu manometre. Acest lucru vă permite să măsurați presiunea în fiecare navă. Sunt cunoscute masele de gaze, astfel încât numărul de molecule din fiecare vas este cunoscut.
Să aducem gazele într-o stare de echilibru termic. Pentru a face acest lucru, le punem în topirea gheții și așteptăm până la stabilirea echilibrului termic, iar presiunea gazelor se va schimba (figura 19). După aceea, se poate argumenta că toate gazele au aceeași temperatură de 0 ° C. Presiunile gazului p, volumele lor V și numărul moleculelor N sunt diferite. Pentru a măsura toți acești parametri, primim:
Aceeași valoare a raportului dintre produsul presiunii gazului și volumul său față de numărul de molecule se obține pentru toate celelalte gaze la temperatura de gheață topită.
Dacă vasele cu gaze sunt plasate în apă clocotită la presiune atmosferică normală,
atunci raportul rămâne același pentru toate gazele, dar mai mult decât cel precedent. După cum arată experiența,
Determinarea temperaturii.
Prin urmare, este posibil să se afirme că valoarea crește odată cu creșterea temperaturii. În plus, nu depinde de nimic altceva decât de temperatură. În principiu, ar fi posibil să se ia în considerare temperatura și valoarea în sine și să se măsoare temperatura în unități energetice - jouli. Aude-Naco, în primul rând, este incomod pentru utilizarea practică (100 ° C ar corespunde unei cantități foarte mici - ordine J), și în al doilea rând, și cel mai important, a fost mult timp obișnuit să se exprime tempera-tur în grade.
Vom presupune că cantitatea este direct proporțională cu temperatura T, măsurată în grade:
unde k este coeficientul de proporționalitate. Temperatura definită de (2.5) se numește temperatura absolută. Un astfel de nume, așa cum vom vedea, are motive bune.
Luând în considerare definiția (2.5). obținem:
Pe baza acestei formule se introduce o scară de temperatură (în grade) care nu depinde de substanța utilizată pentru măsurarea temperaturii.
Temperatura absolută zero
Temperatura, determinată prin formula (2.6), evident, nu poate fi negativ, deoarece toate cantitățile de pe partea stângă a acestei formule în mod clar pozitiv. În consecință, temperatura posibila cea mai scăzută T este T = 0 dacă presiunea p sau volumul V este zero. Temperatura limită de la care presiunea gazului ideal dispare la o sumă fixă sau volumul unui gaz ideal tinde la zero, la o presiune constantă, numită absolut temperatura zero.
Scară de temperatură absolută.
Engleză om de știință W. Kelvin (1824-1907) a introdus o scară de temperatură absolută. Zero-ra evap pe scara absolută (este numit de asemenea vayut-Kelvin scară) co-sponds la zero absolut, și fiecare unitate a temperaturii pe această scară este grade Celsius.
Unitatea de temperatură absolută în SI este numită Kelvin (notată cu litera K).
Constanta Boltzmann.
Definim coeficientul k în formula (2.6) astfel încât un kelvin (1 K) să fie egal cu un grad pe scara Celsius (1 ° C).
Știm valorile la 0 ° C și 100 ° C.
Să denotăm temperatura absolută la 0 ° C și la 100 ° C, apoi Apoi, conform (2.5)
Se numește constanta Boltzmann în onoarea lui L. Boltzmann, unul dintre descriptorii teoriei moleculare-cinetice a gazelor. Constanta Boltzmann relaționează temperatura în unități de energie cu temperatura T în Kelvin.
Relația dintre scara absolută și scala Celsius.
Cunoscând constanta lui Boltzmann, se poate găsi zero absolută pe scara Celsius. Pentru a face acest lucru, găsim mai întâi valoarea temperaturii absolute care corespunde la 0 ° C.
Deoarece la 0 ° C, a, atunci
Prin urmare, orice valoare a temperaturii absolute T va fi cu 273 grade peste temperatura corespunzătoare Celsius:
Dar schimbarea temperaturii absolute este egală cu schimbarea temperaturii pe scara Celsius :.
Temperatura este o măsură a energiei cinetice medii a moleculelor.
Conform ecuației de bază a MKT:
Pe de altă parte:
Energia cinetică medie a mișcării haotice de translație a moleculelor de gaz este proporțională cu temperatura absolută.
Al treilea tip de ecuație MCT de bază
înlocuindu-se în primire.
Rata medie de mișcare termică a moleculelor
Din mecanică se știe că
Pe de altă parte
unde este viteza medie pătrată.
Măsurarea temperaturii. Termometre.
Pentru a măsura temperatura, se poate folosi schimbarea în orice cantitate macroscopică în funcție de temperatură: volum, presiune, rezistență electrică etc.
De cele mai multe ori în practică, se folosește dependența de volumul lichidului (mercur sau alcool) asupra temperaturii. La calibrarea termometrului, temperatura gheții topite este de obicei luată ca origine (0); al doilea punct constant (100) este punctul de fierbere al apei la presiune atmosferică normală (scară Celsius). Scara dintre punctele 0 și 100 este împărțită în 100 de părți egale, numite grade (Fig.140). Deplasarea unei coloane de lichid cu o deformare corespunde unei schimbări de temperatură de 1 ° C.
Deoarece diferite lichide se extind non-egal atunci când sunt încălzite, scara astfel stabilită va depinde într-o anumită măsură de proprietățile lichidului dat. Desigur, 0 și 100 ° C vor coincide pentru toate termometrele, dar, de exemplu, 50 ° C nu va coincide.
Care este substanța pe care o alegeți pentru a scăpa de această dependență? Sa observat că, spre deosebire de toate gazele lichide timp rarefiate - hidrogen, heliu, oxigen, - extinderea acesteia prin încălzire și schimbarea lor se schimbă temperatura aceeași presiune. Din acest motiv, în fizică pentru scara de temperatură rațională SET-ment este utilizat un anumit număr de schimbare a presiunii unui gaz rarefiate la volum constant sau schimbarea în volumul de gaz la presiune constantă. O asemenea scară este uneori numită scala ideală pentru temperatura gazului. Atunci când este încă posibil pentru a scăpa de o stabilire Celsius substanțială lipsă - alegerea arbitrară a originii, adică, temperatura de zero ... La urma urmei, pentru începutul contorului, în loc de temperatura de topire a gheții cu același succes, ar fi posibil să se ia punctul de fierbere al apei.
Trimiteți-le prietenilor: