Такой величиной является температура.
В результате большого числа столкновений между молекулами газа устанавливается стационарное равновесное состояние – состояние, при котором число молекул в заданном интервале скоростей остается постоянным.
Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.
Тепловое равновесие – это такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.
Температура характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.
Температура — скалярная физическая величина, описывающая состояние термодинамического равновесия (состояния, при котором не происходит изменения микроскопических параметров).
Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.
Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объема, давления, электрического сопротивления и т.д.
Чаще всего на практике используют зависимость объема жидкости (ртути или спирта) от температуры.
При градуировке термометра обычно за начало отсчета (0) принимают температуру тающего льда; второй постоянной точкой (100) считают температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (шкала Цельсия).
Так как различные жидкости расширяются при нагревании неодинаково, то установленная таким образом шкала будет до некоторой степени зависеть от свойств данной жидкости.
Конечно, 0 и 100°С будут совпадать у всех термометров, но 50°С совпадать не будут.
В отличие от жидкостей все разреженные газы расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют свое давление при изменении температуры. Поэтому в физике для установления рациональной температурной шкалы используют изменение давления определенного количества разреженного газа при постоянном объеме или изменение объема газа при постоянном давлении.
Такую шкалу иногда называют идеальной газовой шкалой температур.
При тепловом равновесии средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул всех газов одинакова. Давление прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул: p = n
При тепловом равновесии, если давление газа данной массы и его объем фиксированы, средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура. Т.к. n = , то p = или = .
Обозначим = Θ.
Величина Θ растет с повышением температуры и ни от чего, кроме температуры не зависит. Следовательно, ее можно считать естественной мерой температуры.
Важнейшим макроскопическим параметром, характеризующим стационарное равновесное состояние любого тела, является температура.
Температура – мера средней кинетической энергии хаотического поступательного движения молекул. тела.
Средняя кинетическая энергия хаотического поступательного движения молекул пропорциональна термодинамической (или абсолютной температуре):
= kT
k = 1,38*10-23 Дж/К – постоянная Больцмана
Постоянная Больцмана является коэффициентом, переводящим температуру из градусной меры (К) в энергетическую (Дж) и обратно.
Она связывает температуру в Θ в энергетических единицах (Дж) с температурой Т в Кельвинах.
Единица термодинамической температуры – К (Кельвин)
1 К = 1оС
Кинетическая энергия не может быть отрицательной. Следовательно не может быть отрицательной и термодинамическая температура. Она обращается в нуль, когда кинетическая энергия молекул становится равной нулю.
Абсолютный нуль (0К) – температура, при которой должно прекратиться движение молекул.
Для оценки скорости теплового движения молекул в газе рассчитаем средний квадрат скорости:
= = =
Произведение kNa = R = 8,31 Дж/(моль*К) называется молярной газовой постоянной
Средняя квадратичная скорость молекул:
vср.кв. = =
Эта скорость близка по значению к средней и наиболее вероятной скорости и дает представление о скорости теплового движения молекул в идеальном газе.
При одинаковой температуре скорость теплового движения молекул газа тем выше, чем ниже его М.
Шкала Цельсия – опорная точка – температура таяния льда 0оС, температура кипения воды – 100оС
Шкала Кельвина - опорная точка – абсолютный нуль – 0оК (-273,15оС)
tоК = tоС -273
Шкала Фаренгейта – опорная точка – наименьшая температура, которую Фаренгейту удалось получить из смеси воды, льда и морской соли – 0оF , верхняя опорная точка – температура тела человека - 96 оF УТОЧНИТЬ
АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА(уч.10кл.стр.239-241)
Температура См.выше (уч.10кл.стр.239-241)
Температура — скалярная физическая величина, описывающая состояние термодинамического равновесия (состояния, при котором не происходит изменения микроскопических параметров).
Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.
При тепловом равновесии средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул всех газов одинакова. Давление прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул: p = n
При тепловом равновесии, если давление газа данной массы и его объем фиксированы, средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определенное значение, как и температура. Т.к. n = , то p = или = .
Обозначим = Θ.
Величина Θ растет с повышением температуры и ни от чего, кроме температуры не зависит. Следовательно, ее можно считать естественной мерой температуры.
Будем считать величину Θ, измеряемую в энергетических единицах, прямо пропорциональной температуре , выражаемой в градусах:
Θ = kT
где k - коэффициент пропорциональности.
Постоянная Больцмана k = 1,38*10-23 Дж/К (в честь австрийского физика Л.Больцмана)
Она связывает температуру в Θ в энергетических единицах (Дж) с температурой Т в Кельвинах.
Можно считать величину Θ прямо пропорциональной температуре Т (что подтверждается опытами):
Θ = kT Þ = kT .
Определенная таким образом температура называется абсолютной.
На основании формулы вводится температурная шкала не зависящая от характера вещества, используемого для измерения температуры.
Температура, определяемая этой формулой, не может быть отрицательной. Следовательно, наименьшим возможным значением температуры является 0, если давление или объем равны нулю.
Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температуры.
Английский ученый У. Кельвин ввел абсолютную шкалу температур.
Нулевая температура по шкале Кельвина соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия.
Единица абсолютной температуры в СИ называется Кельвином °К.
До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распространение получила шкала Цельсия (за 0°С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении).
В шкале Кельвина за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю.
Вычисления дают результат, что абсолютный ноль температуры равен -273 °С.
Таким образом, связь между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия:
Т°К = t°С + 273.
Абсолютный ноль температур недостижим, так как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближении к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолько замедляется, что испарение практически прекращается.
Теоретически при абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е. прекращается тепловое движение молекул:
= kT.
Следовательно, абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.
= kT Þ p = ; n = Þ p = nkT
(n = N/V – концентрация молекул в данном объеме)
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ (уч.10кл.стр.239-243, 261-264, уч.8кл.стр.5-9)
Понятие внутренней энергии
Способы изменения внутренней энергии
(Определение температуры как меры кинетической энергии. Формула
Постоянная Больцмана, ее смысл и единицы измерения
Абсолютный нуль температуры и энергия молекул при нем
Скорость теплового движения молекул
Молярная газовая постоянная. Смысл и единицы измерения
Средняя квадратичная скорость молекул)
Внутренняя энергия идеального газа (уч.10кл.стр.261) Определение
Энергия одного атома.
Определение числа степеней свободы
Энергия одноатомного газа
Энергия массы газа
Зависимость энергии от числа атомов в газе
Формула внутренней энергии идеального газа
В середине XIX века было доказано, что наряду с механической энергией макроскопические тела обладают еще и энергией, заключенной внутри самих тел. Эта внутренняя энергия входит в баланс энергетических превращений в природе.
С точки зрения молекулярно-кинетической теории:
Внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул (или атомов) относительно центров масс тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел)
Во внутреннюю энергию входит также энергия движения и взаимодействия частиц в атомах и молекулах. При не слишком большой температуре эта энергия постоянна.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98
