Температура и тепловое равновесие. Определение температуры

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ.
Макроскопические параметры – давление (Р), объем (V), температура (Т).
Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.
Тепловое равновесие – состояние, при котором все макроскопические параметры остаются неизменными сколь угодно долго.

ТЕМПЕРАТУРА.
ПРИДУМАЙТЕ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОМЕТРА
Температура характеризует состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.
Если температура тел различны, то разность температур указывает на направление теплообмена между ними.
Газовые шкалы температур более точны, потому что газы при нагревании одинаково меняют свое давление при изменении температуры
Для измерения температуры используется зависимость объема жидкости или газа от температуры.
Прибор для измерения температуры – термометр.

СРЕДНЯЯ КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ МОЛЕКУЛ ГАЗА ПРИ ТЕПЛОВОМ РАВНОВЕСИИ.
Подставим в это уравнение выражение для концентрации молекул газа:
Согласно основному уравнению МКТ идеального газа, давление р прямо пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул.
Давление и объем измеряются непосредственно, а число молекул определяется по известной формуле:
Предполагается что кинетическая энергия одна и та же величина для всех газов; тогда для всех газов одинакова и величина:

ГАЗЫ В СОСТОЯНИИ ТЕПЛОВОГО РАВНОВЕСИЯ.
Газы (водород, кислород и гелий) известной массы и объема приводят в состояние теплового равновесия, помещая в лед или кипящую воду.
В каждом из случаев
вычисляется отношение:

СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.
При помещении газов в лед; Т=00 С получено значение, одинаковое для всех газов:
Полученное отношение не всегда точно; но всегда выполняется для идеальных газов (т.е. сильно разреженных реальных газов)
При помещении газов в кипящую воду; Т=1000 С получено другое значение отношения, но опять же, одинаковое для всех газов:
Однако, температуру принято выражать не в Джоулях, а в градусах (так удобнее).

АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА.

Перевод температуры из энергетических единиц
Вместо температуры, выраженной в энергетических единицах, введем температуру, выражаемую в градусах, используя коэффициент пропорциональности k:

АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ ТЕМПЕРАТУР
Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в ноль при фиксированном объеме или объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температур.
Почему давление идеального газа обращается в ноль?
Нулевая температура по абсолютной шкале (шкале Кельвина) соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия.
T=t+273

ПОСТОЯННАЯ БОЛЬЦМАНА
Зная значения температуры в энергетических единицах при 0 С и 100 С, можно вычислить коэффициент пропорциональности между температурой в энергетических единицах и температурой в Кельвинах:
Людвиг Больцман. Австрийский физик. (1844-1906гг)

ТЕМПЕРАТУРА – МЕРА СРЕДНЕЙ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МОЛЕКУЛ.
Средняя кинетическая энергия хаотичного поступательного движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре.

ЗАВИСИМОСТЬ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ МОЛЕКУЛ И ТЕМПЕРАТУРЫ
Закон Авогадро (из курса химии): в равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул.

Закрепление материала:
Какие величины характеризуют состояние макроскопических тел?
Каковы отличительные признаки состояний теплового равновесия?
Приведите примеры установления теплового равновесия тел, окружающих нас в повседневной жизни.
В чем преимущество использования разреженных газов для измерения температуры?
На каком основании можно предполагать существование связи между температурой и кинетической энергией молекул?
Как связаны объем, давление и число молекул различных газов в состоянии теплового равновесия?
Почему различаются значения отношения PV/T при различной температуре?
Почему для измерения температуры не используют градуировку в Джоулях?

РЕШЕНИЕ
ЗАДАЧ
повторение

ЗАДАЧИ 4, 5.
Каково количество вещества, содержащееся в 1 г воды?
Ответ: 0,06 моль
Чему равно число молекул в 10 г кислорода?
Ответ: 1,88∙1023

ЗАДАЧИ 6, 7.
Чему равна масса молекулы азота?
m0=M/NА= 28∙10-3 кг/моль/ 6∙1023
≈4,67∙10-26кг
Определите число атомов в 1 м3 меди. Молярная масса меди равна
0,0635 кг/моль, ее плотность 9000 кг/м3.

ЗАДАЧИ 8, 9.
Плотность алмаза 3500 кг/м . Какой объем займут 10 атомов этого вещества?
Ответ: 5,7∙10-8 м3 .
Как изменится давление газа, если концентрация его молекул увеличится в 3 раза, а средняя скорость молекул уменьшится в 3 раза?
Ответ: уменьшится в 3 раза.