Do sada se nismo bavili temperaturom; namjerno smo izbjegavali razgovor o ovoj temi. Znamo da ako komprimirate plin, energija molekula se povećava, a obično kažemo da se plin zagrijava. Sada moramo razumjeti kakve to veze ima s temperaturom. Znamo što je adijabatska kompresija, ali kako možemo postaviti pokus da možemo reći da je izveden na konstantnoj temperaturi? Ako uzmemo dvije identične kutije plina, stavimo ih jednu na drugu i tako ih držimo dugo, onda čak i ako su te kutije na početku imale ono što smo zvali različite temperature, na kraju će njihove temperature postati isto. Što to znači? Samo da su kutije došle do stanja kakvo bi na kraju došle da su dugo bile prepuštene same sebi! Stanje u kojem su temperature dvaju tijela jednake je upravo konačno stanje koje se postiže nakon dugog međusobnog dodira.

Pogledajmo što se događa ako je kutija podijeljena na dva dijela pokretnim klipom i svaki odjeljak se napuni različitim plinom, kao što je prikazano na sl. 39.2 (radi jednostavnosti, pretpostavimo da postoje dva jednoatomna plina, recimo helij i neon). U odjeljku 1, maseni atomi kreću se brzinom, au jediničnom volumenu postoje komadići, u odjeljku 2 ovi brojevi su jednaki , i . Pod kojim uvjetima se postiže ravnoteža?

sl. 39.2. Atomi dva različita jednoatomna plina razdvojeni pokretnim klipom.

Naravno, bombardiranje s lijeve strane uzrokuje pomicanje klipa udesno i komprimira plin u drugom odjeljku, zatim se isto događa s desne strane i klip ide naprijed-natrag dok pritisak s obje strane nije jednak, a tada se klip zaustavlja. Možemo urediti tako da tlak na obje strane bude isti, za to je potrebno da unutarnje energije po jedinici volumena budu iste, ili da umnožak broja čestica po jedinici volumena i prosječne kinetičke energije bude isti u oba odjeljka. Sada ćemo pokušati dokazati da u ravnoteži pojedinačni čimbenici također moraju biti isti. Do sada znamo samo da su produkti broja čestica u jediničnim volumenima i prosječne kinetičke energije jednaki

;

to proizlazi iz uvjeta jednakosti pritisaka i iz (39.8). Moramo ustanoviti da kako se ravnoteža postupno približava, kada su temperature plinova jednake, ne samo da je ovaj uvjet zadovoljen, već se događa i nešto drugo.

Da budemo jasniji, pretpostavimo da se željeni pritisak na lijevoj strani kutije postiže vrlo velikom gustoćom, ali malim brzinama. Za velike i male, možete dobiti isti pritisak kao za male i velike. Atomi, ako su čvrsto zbijeni, mogu se kretati sporo, ili može biti vrlo malo atoma, ali udaraju o klip s većom silom. Hoće li se ravnoteža zauvijek uspostaviti? Isprva se čini da se klip neće nigdje pomaknuti i uvijek će tako biti, ali ako još jednom razmislite, postaje jasno da smo propustili jednu vrlo bitnu stvar. Činjenica je da pritisak na klip nije nimalo ujednačen, klip se njiše baš kao i bubnjić, o čemu smo govorili na početku poglavlja, jer svaki novi udarac nije kao prethodni. Ispada da nije konstantan ujednačen pritisak, već nešto poput bubnja - pritisak se stalno mijenja, a čini se da naš klip neprestano drhti. Pretpostavimo da atomi desnog odjeljka udaraju o klip manje-više ravnomjerno, a da je na lijevom manje atoma, a njihovi udari su rijetki, ali vrlo energični. Tada će klip kontinuirano primati vrlo jak impuls s lijeve strane i kretati se udesno, prema sporijim atomima, a brzina tih atoma će se povećavati. (Prilikom sudara s klipom, svaki atom dobiva ili gubi energiju ovisno o tome u kojem smjeru se klip kreće u trenutku sudara.) Nakon nekoliko sudara, klip će se zanjihati, zatim još jedan, još jedan i još jedan ..., plin u desni će odjeljak biti s vremena na vrijeme potresen, a to će dovesti do povećanja energije njegovih atoma, a njihovo kretanje će se ubrzati. To će se nastaviti sve dok se zamahi klipa ne izbalansiraju. A ravnoteža će se uspostaviti kada brzina klipa postane takva da će atomima oduzimati energiju jednako brzo kao što je daje. Dakle, klip se kreće nekom prosječnom brzinom, a mi ga moramo pronaći. Ako u tome uspijemo, približit ćemo se rješavanju problema, jer atomi moraju prilagoditi svoje brzine tako da svaki plin kroz klip primi točno onoliko energije koliko izgubi.

Vrlo je teško izračunati kretanje klipa u svim detaljima; iako je sve to vrlo lako razumjeti, ispada da je nešto teže analizirati. Prije nego se upustimo u takvu analizu, riješimo još jedan problem: neka se kutija napuni molekulama dviju vrsta s masama i , brzinama itd.; sada se molekule mogu bolje upoznati. Ako isprva sve molekule br. 2 miruju, onda se to ne može nastaviti dugo, jer će ih molekule br. 1 pogoditi i dati im određenu brzinu. Ako se molekule br. 2 mogu kretati puno brže od molekula br. 1, tada će prije ili kasnije morati prepustiti dio svoje energije sporijim molekulama. Dakle, ako je kutija ispunjena mješavinom dvaju plinova, tada je problem odrediti relativnu brzinu molekula obje vrste.

To je također vrlo težak zadatak, ali ćemo ga ipak riješiti. Najprije moramo riješiti "podproblem" (opet, ovo je jedan od onih slučajeva gdje je, bez obzira na to kako se problem riješio, konačni rezultat lako zapamtiti, a zaključak zahtijeva veliku umjetnost). Pretpostavimo da imamo dvije molekule u sudaru s različitim masama; kako bismo izbjegli komplikacije, sudar promatramo iz sustava njihova središta mase (c.m.), odakle je lakše pratiti udar molekula. Prema zakonima sudara, koji proizlaze iz zakona održanja količine gibanja i energije, nakon sudara se molekule mogu kretati samo na način da svaka zadrži vrijednost svoje izvorne brzine, a mogu samo promijeniti smjer kretanja. Tipičan sudar izgleda kao što je prikazano na sl. 39.3. Pretpostavimo na trenutak da promatramo sudare čiji sustavi središta mase miruju. Osim toga, mora se pretpostaviti da se sve molekule kreću horizontalno. Naravno, nakon prvog sudara, neke od molekula će se pomaknuti pod nekim kutom u odnosu na izvorni smjer. Drugim riječima, ako su se na početku sve molekule kretale vodoravno, onda ćemo nakon nekog vremena pronaći molekule koje se već kreću okomito. Nakon niza drugih sudara, ponovno će promijeniti smjer i okrenuti drugi kut. Dakle, čak i ako netko uspije isprva dovesti molekule u red, one će se ipak vrlo brzo raspršiti u različitim smjerovima i svaki put će biti sve više i više raspršene. Kamo će to na kraju dovesti? Odgovor: Bilo koji par molekula kretat će se u proizvoljno odabranom smjeru jednako lako kao i u bilo kojem drugom. Nakon toga daljnji sudari više ne mogu promijeniti raspodjelu molekula.

sl. 39. 3. Sudar dviju nejednakih molekula, gledano iz sustava središta mase.

Što se misli kada se govori o jednakovjerojatnom kretanju u bilo kojem smjeru? Naravno, ne može se govoriti o vjerojatnosti kretanja po zadanoj ravnoj liniji – ravna je linija pretanka da bi joj se pripisivala vjerojatnost, ali treba uzeti jedinicu „nešto“. Ideja je da onoliko molekula prođe kroz određeni dio sfere sa središtem u točki sudara kao i kroz bilo koji drugi dio sfere. Kao rezultat sudara, molekule su raspoređene u smjerovima tako da će svaka dva segmenta kugle jednake površine imati jednake vjerojatnosti (tj. isti broj molekula koje su prošle kroz te segmente).

Usput, ako usporedimo izvorni smjer i smjer koji s njim tvori neki kut, onda je zanimljivo da je elementarna površina na kugli jediničnog polumjera jednaka umnošku , ili, što je isto, diferencijala . To znači da je kosinus kuta između dva smjera jednako vjerojatno da će poprimiti bilo koju vrijednost između i .

Sada se trebamo sjetiti što je zapravo tamo; jer nemamo sudare u sustavu središta mase, već se dva atoma sudaraju proizvoljnim vektorskim brzinama i . Što se događa s njima? Učinit ćemo ovo: ponovno ćemo ići u centar mase sustava, samo što se sada kreće brzinom “prosječne mase”. Ako pratite sudar iz sustava središta mase, tada će izgledati kao da je prikazano na sl. 39.3, samo treba razmišljati o relativnoj brzini sudara. Relativna brzina je . Situacija je, dakle, sljedeća: sustav središta mase se kreće, a u sustavu središta mase molekule se približavaju jedna drugoj relativnom brzinom; sudarajući se, kreću se u novim smjerovima. Dok se sve to događa, središte mase se cijelo vrijeme kreće istom brzinom bez promjena.

Pa, što se dogodi na kraju? Iz prethodnog razmišljanja izvodimo sljedeći zaključak: u ravnoteži su svi smjerovi jednako vjerojatni u odnosu na smjer gibanja središta mase. To znači da na kraju neće biti korelacije između smjera relativne brzine i kretanja središta mase. Čak i da je takva korelacija postojala na početku, sudari bi je uništili i na kraju bi potpuno nestala. Stoga je prosječna vrijednost kosinusa kuta između i nula. To znači da

Skalarni proizvod je lako izraziti u terminima i:

Učinimo to prvi; koliki je prosjek? Drugim riječima, koliki je prosjek projekcije brzine jedne molekule na smjer brzine druge molekule? Jasno je da su vjerojatnosti kretanja molekule i u jednom i u suprotnom smjeru jednake. Prosječna brzina u bilo kojem smjeru je nula. Stoga je prosječna vrijednost u smjeru također nula. Dakle, srednja vrijednost je nula! Stoga smo došli do zaključka da bi srednja vrijednost trebala biti jednaka . To znači da prosječne kinetičke energije obje molekule moraju biti jednake:

. (39.21)

Ako se plin sastoji od dvije vrste atoma, onda se može pokazati (a čak vjerujemo da smo u tome i uspjeli) da su prosječne kinetičke energije atoma svake vrste jednake kada je plin u ravnoteži. To znači da se teški atomi kreću sporije od lakih; to je lako provjeriti postavljanjem pokusa s "atomima" različitih masa u zračnom koritu.

Sada poduzimamo sljedeći korak i pokazujemo da ako se u kutiji nalaze dva plina razdvojena pregradom, tada će, kako se postigne ravnoteža, prosječne kinetičke energije atoma različitih plinova biti iste, iako su atomi zatvoreni u različitim kutijama . Rezoniranje se može strukturirati na različite načine. Na primjer, može se zamisliti da je u pregradi napravljena mala rupa (slika 39.4), tako da kroz nju prolaze molekule jednog plina, dok su molekule drugog prevelike i ne prolaze kroz nju. Kada se uspostavi ravnoteža, tada će u odjeljku u kojem se nalazi smjesa plinova prosječne kinetičke energije molekula svake vrste postati jednake. No, uostalom, među molekulama koje su prodrle kroz rupu postoje i one koje nisu izgubile energiju, pa prosječna kinetička energija molekula čistog plina mora biti jednaka prosječnoj kinetičkoj energiji molekula smjese. Ovo nije baš zadovoljavajući dokaz, jer možda nije postojala takva rupa kroz koju bi prolazile molekule jednog plina, a ne bi mogle proći molekule drugog.

sl. 39.4. Dva plina u kutiji odvojena polupropusnom pregradom.

Vratimo se na problem klipa. Može se pokazati da i kinetička energija klipa mora biti jednaka . Zapravo, kinetička energija klipa povezana je samo s njegovim horizontalnim kretanjem. Zanemarujući moguće kretanje klipa gore-dolje, nalazimo da horizontalno kretanje odgovara kinetičkoj energiji. Ali na isti način, na temelju ravnoteže s druge strane, može se pokazati da kinetička energija klipa mora biti jednaka . Iako ponavljamo prethodnu raspravu, javljaju se neke dodatne poteškoće zbog činjenice da su, kao rezultat sudara, prosječne kinetičke energije klipa i molekula plina jednake, jer se klip ne nalazi unutar plina, već je pomaknut na jednu strana.

Ako niste zadovoljni ovim dokazom, onda možete smisliti umjetni primjer kada ravnotežu osigurava uređaj na koji molekule svakog plina udaraju s obje strane. Pretpostavimo da kroz klip prolazi kratka šipka, na čije je krajeve postavljena kugla. Šipka se može kretati kroz klip bez trenja. Molekule iste vrste udaraju u svaku lopticu sa svih strana. Neka masa našeg uređaja bude , a mase molekula plina, kao i prije, jednake su i . Kao rezultat sudara s molekulama prve vrste, kinetička energija tijela mase jednaka je prosječnoj vrijednosti (to smo već dokazali). Slično, sudari s molekulama druge klase uzrokuju da tijelo ima kinetičku energiju jednaku prosječnoj vrijednosti. Ako su plinovi u toplinskoj ravnoteži, tada kinetičke energije obiju kuglica moraju biti jednake. Dakle, rezultat dokazan za slučaj mješavine plinova može se odmah generalizirati na slučaj dva različita plina na istoj temperaturi.

Dakle, ako dva plina imaju istu temperaturu, tada su prosječne kinetičke energije molekula tih plinova u sustavu središta mase jednake.

Prosječna kinetička energija molekula svojstvo je samo "temperature". I budući da je svojstvo "temperature", a ne plina, može poslužiti kao definicija temperature. Prosječna kinetička energija molekule je dakle neka funkcija temperature. Ali tko će nam reći na kojoj ljestvici da brojimo temperaturu? Temperaturnu ljestvicu možemo definirati sami tako da prosječna energija bude proporcionalna temperaturi. Najbolji način da to učinite je da samu prosječnu energiju nazovete "temperatura". Ovo bi bila najjednostavnija funkcija, ali, nažalost, ova ljestvica je već odabrana drugačije i umjesto da se energija molekule nazove jednostavno "temperatura", koristi se konstantni faktor koji povezuje prosječnu energiju molekule i stupanj apsolutne vrijednosti. temperatura ili stupanj Kelvina. Ovaj množitelj je džula po stupnju Kelvina. Dakle, ako je apsolutna temperatura plina jednaka , tada je prosječna kinetička energija molekule jednaka (faktor se uvodi samo radi pogodnosti, zbog čega će faktori u drugim formulama nestati).

Imajte na umu da je kinetička energija povezana s komponentom gibanja u bilo kojem smjeru samo . Tri neovisna smjera kretanja dovode ga do .

« Fizika - 10. razred

apsolutna temperatura.

Umjesto temperature Θ, izražene u energetskim jedinicama, uvodimo temperaturu, izraženu u nama poznatim stupnjevima.

Θ = kT, (9.12)

gdje je k koeficijent proporcionalnosti.

>Temperatura definirana jednadžbom (9.12) naziva se apsolutna.

Takav naziv, kao što ćemo sada vidjeti, ima dovoljno osnova. Uzimajući u obzir definiciju (9.12), dobivamo

Ova formula uvodi temperaturnu ljestvicu (u stupnjevima) koja ne ovisi o tvari koja se koristi za mjerenje temperature.

Temperatura definirana formulom (9.13) očito ne može biti negativna, budući da su sve veličine na lijevoj strani ove formule očito pozitivne. Stoga je najmanja moguća vrijednost temperature T T = 0 ako su tlak p ili volumen V jednaki nuli.

Granična temperatura pri kojoj tlak idealnog plina nestaje pri fiksnom volumenu ili pri kojoj volumen idealnog plina teži nuli pri konstantnom tlaku naziva se temperatura apsolutne nule.

To je najniža temperatura u prirodi, taj "najveći ili posljednji stupanj hladnoće", čije je postojanje predvidio Lomonosov.

Engleski znanstvenik W. Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907) uveo je apsolutnu temperaturnu ljestvicu. Nulta temperatura na apsolutnoj ljestvici (također tzv Kelvinova skala) odgovara apsolutnoj nuli, a svaka jedinica temperature na ovoj ljestvici jednaka je stupnju Celzijusa.

SI jedinica apsolutne temperature naziva se kelvin(označeno slovom K).

Boltzmannova konstanta.

Definiramo koeficijent k u formuli (9.13) tako da je promjena temperature za jedan kelvin (1 K) jednaka promjeni temperature za jedan stupanj Celzijusa (1 °C).

Poznajemo vrijednosti Θ na 0 °S i 100 °S (vidi formule (9.9) i (9.11)). Označimo apsolutnu temperaturu pri 0 °C kroz T 1, a na 100 °C kroz T 2. Tada prema formuli (9.12)

Θ 100 - Θ 0 \u003d k (T 2 -T 1),

Θ 100 - Θ 0 \u003d k 100 K = (5,14 - 3,76) 10 -21 J.

Koeficijent

k = 1,38 10 -23 J/K (9,14)

pozvao Boltzmannova konstanta u čast L. Boltzmanna, jednog od utemeljitelja molekularno-kinetičke teorije plinova.

Boltzmannova konstanta povezuje temperaturu Θ u energetskim jedinicama s temperaturom T u kelvinima.

Ovo je jedna od najvažnijih konstanti u molekularnoj kinetičkoj teoriji.

Poznavajući Boltzmannovu konstantu, možete pronaći vrijednost apsolutne nule na Celzijevoj ljestvici. Da bismo to učinili, prvo pronađemo vrijednost apsolutne temperature koja odgovara 0 °C. Budući da je pri 0 ° C kT 1 \u003d 3,76 10 -21 J, tada

Jedan kelvin i jedan stupanj Celzijusa su isti. Stoga će bilo koja vrijednost apsolutne temperature T biti 273 stupnja viša od odgovarajuće temperature t u Celzijusu:

T (K) = (f + 273) (°C). (9.15)

Promjena apsolutne temperature ΔT jednaka je promjeni temperature na Celzijevoj skali Δt: ΔT(K) = Δt (°S).

Na slici 9.5 prikazana je apsolutna i Celzijeva ljestvica za usporedbu. Apsolutna nula odgovara temperaturi t = -273 °S.

SAD koristi Fahrenheitovu ljestvicu. Točka smrzavanja vode na ovoj ljestvici je 32 °F, a vrelište je 212 °E. Temperatura se pretvara iz Fahrenheita u Celzijuse pomoću formule t(°C) = 5/9 (t(°F) - 32 ).

Obratite pažnju na najvažniju činjenicu: apsolutna nula temperatura je nedostižna!

Temperatura je mjera prosječne kinetičke energije molekula.

Iz osnovne jednadžbe molekularno-kinetičke teorije (9.8) i definicije temperature (9.13) slijedi najvažnija posljedica:
apsolutna temperatura je mjera prosječne kinetičke energije kretanja molekula.

Dokažimo to.

Jednadžbe (9.7) i (9.13) impliciraju da To podrazumijeva odnos između prosječne kinetičke energije translacijskog gibanja molekule i temperature:

Prosječna kinetička energija kaotičnog translacijskog gibanja molekula plina proporcionalna je apsolutnoj temperaturi.

Što je temperatura viša, to se molekule brže kreću. Stoga je prethodno iznesena pretpostavka o odnosu temperature i prosječne brzine molekula dobila pouzdano opravdanje. Za idealne plinove utvrđena je veza (9.16) između temperature i prosječne kinetičke energije translacijskog gibanja molekula.

Međutim, pokazalo se da vrijedi za sve tvari u kojima se gibanje atoma ili molekula pokorava zakonima Newtonove mehanike. To vrijedi za tekućine kao i za čvrste tvari, gdje atomi mogu vibrirati samo oko ravnotežnih položaja na čvorovima kristalne rešetke.

Kada se temperatura približi apsolutnoj nuli, energija toplinskog gibanja molekula približava se nuli, tj. prestaje translacijsko toplinsko gibanje molekula.

Ovisnost tlaka plina o koncentraciji njegovih molekula i temperaturi. S obzirom da iz formule (9.13) dobivamo izraz koji pokazuje ovisnost tlaka plina o koncentraciji molekula i temperaturi:

Iz formule (9.17) proizlazi da je pri istim tlakovima i temperaturama koncentracija molekula u svim plinovima ista.

Odavde slijedi Avogadrov zakon, koji vam je poznat iz kolegija kemije.

Avogadrov zakon:

Isti volumeni plinova pri istim temperaturama i tlakovima sadrže isti broj molekula.

Iz iskustva je poznato da ako se dva tijela, toplo i hladno, dovedu u kontakt, onda se nakon nekog vremena njihove temperature izjednače.

Što je prešlo s jednog tijela na drugo? Ranije, u vrijeme Lomonosova i Lavoisiera, vjerovalo se da je određena tekućina nositelj topline - kaloričan. Zapravo se ništa ne prenosi, mijenja se samo prosječna kinetička energija – energija kretanja molekula koje čine ta tijela. To je prosječna kinetička energija atoma i molekula koja služi kao karakteristika sustava u stanju ravnoteže.

Ovo svojstvo omogućuje određivanje parametra stanja, koji se izjednačava za sva tijela u međusobnom dodiru, kao vrijednost proporcionalna prosječnoj kinetičkoj energiji čestica u posudi. Kako bi povezao energiju s temperaturom, Boltzmann je uveo koeficijent proporcionalnosti k, koji je kasnije dobio ime po njemu:

Formula (1.3.2) je primjenjiva za izračun prosječne kinetičke energije po jedna molekula idealan plin.

Možete napisati: .

označiti: R=kN A– univerzalna plinska konstanta ,

je formula za molarna masa plina.

Budući da je temperatura određena prosječnom energijom molekularnog gibanja, ona, kao i tlak, jest statistički količina, odnosno parametar koji se očituje kao rezultat kombiniranog djelovanja ogromnog broja molekula. Stoga se ne kaže: "temperatura jedne molekule", mora se reći: "energija jedne molekule, nego temperatura plina."

S obzirom na gornju temperaturu, može se napisati drugačije. Budući da iz (1.2.3) , gdje . Odavde

,

(1.3.4)

U ovom obliku osnovna jednadžba molekularne kinetičke teoriječešće se koristi.

Termometri. Jedinice temperature

Najprirodnije bi bilo koristiti definiciju , tj. izmjeriti kinetičku energiju translacijskog gibanja molekula plina. Međutim, iznimno je teško ući u trag molekuli plina, a još teže atomu. Stoga se za određivanje temperature idealnog plina koristi jednadžba

Kao što vidimo, proporcionalna je temperaturi, a budući da je visina kapljice žive proporcionalna V, tada je proporcionalno i T.

Bitno je da se u plinskom termometru mora koristiti idealan plin. Ako se umjesto idealnog plina u cijev stavi fiksna količina tekuće žive, tada ćemo dobiti običan živin termometar. Iako je živa daleko od idealnog plina, u blizini sobne temperature njezin se volumen mijenja gotovo proporcionalno temperaturi. Termometri koji koriste neku drugu tvar umjesto idealnog plina moraju se kalibrirati prema očitanjima točnih plinskih termometara.

	Riža. 1.4		Riža. 1.5

U fizici i tehnologiji Apsolutna temperaturna ljestvica je Kelvinova ljestvica. , nazvan po slavnom engleskom fizičaru, Lordu Kelvinu. 1 K je jedna od osnovnih SI jedinica.

Osim toga, koriste se i druge ljestvice:

- Fahrenheitova skala (njemački fizičar 1724.) - točka topljenja leda 32 °F, vrelište vode 212 °F.

- Celzijeva ljestvica (švedski fizičar 1842.) - točka topljenja leda 0°C, vrelište vode 100°C.

0 °C = 273,15 K.

Na sl. 1.5 uspoređuje različite temperaturne ljestvice.

Oduvijek, dakle T ne mogu biti negativan.

Posebnost temperature leži u činjenici da nije aditiv (aditiv - dobiven dodatkom).

Ako tijelo mentalno razbijete na dijelove, tada temperatura cijelog tijela nije jednaka zbroju temperatura njegovih dijelova (duljine, volumena, mase, otpora i tako dalje - aditivne količine). Stoga se temperatura ne može mjeriti usporedbom sa standardom.

Moderna termometrija temelji se na skali idealnog plina, gdje se kao termometrijska veličina koristi tlak. Skala plinskog termometra je apsolutna ( T = 0; R = 0).

Tema: “Temperatura. apsolutna temperatura. Temperatura je mjera prosječne kinetičke energije molekula. Mjerenje brzina molekula plina»

Makroskopski parametri

Veličine koje karakteriziraju stanje makroskopskih tijela bez uzimanja u obzir njihove molekularne strukture (V, p, t) nazivaju se makroskopskim parametrima.

TEMPERATURA

Temperatura- veličina koja karakterizira stanje toplinske ravnoteže.

Mjerenje temperature

Potrebno je dovesti tijelo u toplinski kontakt s termometrom;

Termometar mora imati masu znatno manju od mase tijela;

Termometar treba očitati nakon što se postigne toplinska ravnoteža.

toplinska ravnoteža nazivaju takvo stanje tijela u kojem svi makroskopski parametri ostaju nepromijenjeni proizvoljno dugo vremena

FIZIČKO ZNAČENJE TEMPERATURE

temperatura nazovimo skalarnu veličinu koja karakterizira intenzitet toplinskog gibanja molekula izoliranog sustava u uvjetima toplinske ravnoteže, proporcionalno prosječnoj kinetičkoj energiji translacijskog gibanja molekula.

Rješavanje problema

• Nađite broj molekula u 1 kg plina čija je srednja kvadratna brzina pri apsolutnoj temperaturi T jednaka v = √v2.
• Pronađite koliko je puta srednja kvadratna brzina čestice prašine mase 1,75 ⋅ 10-12 kg, suspendirane u zraku, manja od srednje kvadratne brzine molekula zraka.
• Odrediti prosječnu kinetičku energiju i koncentraciju molekula jednoatomnog plina pri temperaturi od 290 K i tlaku od 0,8 MPa.

Rješavanje problema

• Kada je Stern uređaj rotiran frekvencijom od 45 s -1, prosječni pomak srebrne trake uslijed rotacije bio je 1,12 cm. Polumjeri unutarnjeg i vanjskog cilindra su 1,2 odnosno 16 cm. Nađite srednju kvadratnu brzinu atoma srebra iz eksperimentalnih podataka i usporedite je s teoretskom vrijednošću ako je temperatura niti platinaste niti 1500 K.

Domaća zadaća

• Stavci: 60-61

Osnovna jednadžba MKT-a. Temperatura kao mjera prosječne kinetičke energije kaotičnog gibanja molekula.

Zašto plin vrši pritisak? Molekule plina neprekidno se nasumično kreću, sudaraju se sa stijenkama posude i prenose im svoj zamah p=m v Tlak je ukupni impuls koji prenose molekule od 1 sq. m zida za 1s.

Toplinska ravnoteža - to je takvo stanje sustava tijela u toplinskom kontaktu, u kojem nema prijenosa topline s jednog tijela na drugo, a svi makroskopski parametri tijela ostaju nepromijenjeni. Temperatura je fizički parametar isti za sva tijela u toplinskoj ravnoteži. Mogućnost uvođenja pojma temperature proizlazi iz iskustva i naziva se nulti zakon termodinamike. U sustavu tijela u stanju termodinamičke ravnoteže, volumeni i tlakovi mogu biti različiti, ali su temperature nužno iste. Dakle, temperatura karakterizira stanje termodinamičke ravnoteže izoliranog sustava tijela.

Temperatura T, pritisak R i volumenV – makroskopske veličine karakterizira stanje ogromnog broja molekula, t.j. stanje plina općenito Plinski termometri. Da biste kalibrirali plinski termometar konstantnog volumena, možete izmjeriti tlak na dvije temperature (na primjer, 0 °C i 100 °C), nacrtati točke p 0 i p 100 na grafikonu, a zatim povući ravnu liniju između njih. Korištenjem tako dobivene kalibracijske krivulje mogu se odrediti temperature koje odgovaraju drugim tlakovima.

Ekstrapolacijom grafa na područje niskih tlakova moguće je odrediti neku "hipotetičku" temperaturu, pri kojoj bi tlak plina bio nula. Iskustvo pokazuje da je ta temperatura -273,15 °C i ne ovisi o svojstvima plina. Engleski fizičar W. Kelvin (Thomson) je 1848. godine predložio korištenje točke nultog tlaka plina za izgradnju nove temperaturne ljestvice (Kelvinova ljestvica). U ovoj ljestvici, jedinica temperature je ista kao na ljestvici Celzijusa, ali je nulta točka pomaknuta:T= t +273,15. Idealan plin je plin koji se sastoji od nestajajućih malih sfernih molekula koje međusobno djeluju i sa stijenkama samo tijekom elastičnih sudara. Idealan plin (model) 1. Skup velikog broja molekula mase m0, veličine molekula su zanemarene (molekule se uzimaju kao materijalne točke) 2. Molekule su međusobno na velikim udaljenostima i gibaju se nasumično. 3. Molekule međusobno djeluju prema zakonima elastičnih sudara, sile privlačenja između molekula su zanemarene. 4. Brzine molekula su različite, ali pri određenoj temperaturi prosječna brzina molekula ostaje konstantna. Pravi plin 1. Molekule pravog plina nisu točkaste tvorevine, promjeri molekula su samo deset puta manji od udaljenosti između molekula. 2. Molekule ne međusobno djeluju prema zakonima elastičnih sudara