Setakat ini kita tidak berurusan dengan suhu; kami sengaja mengelak bercakap tentang topik ini. Kita tahu bahawa jika kita memampatkan gas, tenaga molekul meningkat, dan kita biasanya mengatakan bahawa gas menjadi panas. Sekarang kita perlu memahami apa kaitannya dengan suhu. Kita tahu apa itu pemampatan adiabatik, tetapi bagaimana kita boleh menjalankan eksperimen supaya kita boleh mengatakan bahawa ia dijalankan pada suhu malar? Jika anda mengambil dua kotak gas yang sama, letakkannya bersebelahan antara satu sama lain dan tahan di sana untuk masa yang agak lama, maka walaupun pada mulanya kotak ini mempunyai suhu yang berbeza, maka pada akhirnya suhunya akan menjadi sama. Apakah maksud ini? Hanya kotak-kotak itu telah sampai ke negeri yang akhirnya akan mereka capai jika mereka dibiarkan dalam peranti mereka sendiri untuk masa yang lama! Keadaan di mana suhu dua jasad adalah sama adalah keadaan terakhir yang dicapai selepas sentuhan berpanjangan antara satu sama lain.

Mari kita lihat apa yang berlaku jika kotak dibahagikan kepada dua bahagian oleh omboh yang bergerak dan setiap petak diisi dengan gas yang berbeza, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah. 39.2 (untuk kesederhanaan, andaikan terdapat dua gas monatomik, katakan helium dan neon). Dalam petak 1, atom jisim bergerak dengan laju, dan terdapat banyak daripadanya bagi setiap unit isipadu; dalam petak 2, nombor ini masing-masing sama dengan , dan . Dalam keadaan apakah keseimbangan dicapai?

Rajah. 39.2. Atom dua gas monoatomik berbeza yang dipisahkan oleh omboh boleh alih.

Sudah tentu, pengeboman di sebelah kiri memaksa omboh bergerak ke kanan dan memampatkan gas di petak kedua, kemudian perkara yang sama berlaku di sebelah kanan dan omboh bergerak ke depan dan ke belakang sehingga tekanan pada kedua-dua belah adalah sama, dan kemudian omboh berhenti. Kita boleh mengatur supaya tekanan pada kedua-dua belah adalah sama; untuk ini adalah perlu bahawa tenaga dalaman per unit isipadu adalah sama atau bahawa hasil darab bilangan zarah per unit isipadu dan purata tenaga kinetik adalah sama dalam kedua-dua petak. Sekarang kita akan cuba membuktikan bahawa dalam keseimbangan faktor individu mestilah sama. Setakat ini kita hanya tahu bahawa hasil darab bilangan zarah dalam unit isipadu dan purata tenaga kinetik adalah sama.

;

ini berikutan daripada keadaan kesamaan tekanan dan daripada (39.8). Kita harus menetapkan bahawa apabila kita menghampiri keseimbangan secara beransur-ansur, apabila suhu gas menjadi sama, bukan sahaja keadaan ini dipenuhi, tetapi sesuatu yang lain berlaku.

Untuk menjadikannya lebih jelas, mari kita anggap bahawa tekanan yang diperlukan di sebelah kiri kotak dicapai dengan ketumpatan yang sangat tinggi tetapi halaju rendah. Dengan besar dan kecil, anda boleh mendapatkan tekanan yang sama seperti dengan kecil dan besar. Atom, jika padat, mungkin bergerak perlahan, atau mungkin terdapat sangat sedikit atom, tetapi ia memukul omboh dengan daya yang lebih besar. Adakah keseimbangan akan diwujudkan selama-lamanya? Pada mulanya nampaknya omboh tidak akan bergerak ke mana-mana dan akan sentiasa begitu, tetapi jika anda memikirkannya sekali lagi, ia akan menjadi jelas bahawa kita telah terlepas satu perkara yang sangat penting. Hakikatnya ialah tekanan pada omboh tidak sama sekali seragam; omboh bergoyang sama seperti gegendang telinga, yang kita bincangkan pada permulaan bab, kerana setiap pukulan baru berbeza daripada yang sebelumnya. Hasilnya bukanlah tekanan seragam yang malar, tetapi lebih kepada sesuatu seperti gulungan dram - tekanan sentiasa berubah, dan omboh kita nampaknya sentiasa menggeletar. Mari kita anggap bahawa atom di sebelah kanan memukul omboh lebih kurang seragam, manakala di sebelah kiri terdapat lebih sedikit atom, dan impaknya jarang tetapi sangat bertenaga. Kemudian omboh akan terus menerima impuls yang sangat kuat dari kiri dan bergerak ke kanan, ke arah atom yang lebih perlahan, dan kelajuan atom ini akan meningkat. (Apabila berlanggar dengan omboh, setiap atom mendapat atau kehilangan tenaga bergantung pada arah mana omboh bergerak pada saat perlanggaran.) Selepas beberapa perlanggaran, omboh akan berayun, kemudian lagi, lagi dan lagi..., akan ada gas dalam petak kanan dari semasa ke semasa goncang, dan ini akan membawa kepada peningkatan tenaga atomnya, dan pergerakan mereka akan mempercepatkan. Ini akan berterusan sehingga hayunan omboh seimbang. Dan keseimbangan akan diwujudkan apabila kelajuan omboh menjadi sedemikian sehingga ia akan mengambil tenaga daripada atom secepat ia memberikannya kembali. Jadi, omboh bergerak pada kelajuan purata, dan kita perlu mencarinya. Jika kita berjaya, kita akan datang lebih dekat untuk menyelesaikan masalah, kerana atom mesti menyesuaikan kelajuannya supaya setiap gas menerima melalui omboh sama banyak tenaga yang hilang.

Sangat sukar untuk mengira pergerakan omboh dalam semua butiran; Walaupun semua ini sangat mudah difahami, ternyata ia agak sukar untuk dianalisis. Sebelum meneruskan analisis sedemikian, mari kita selesaikan masalah lain: biarkan kotak itu diisi dengan molekul dua jenis dengan jisim dan , halaju, dsb.; Kini molekul-molekul akan dapat mengenali satu sama lain dengan lebih baik. Jika pada mulanya semua molekul No. 2 berada dalam keadaan diam, maka ini tidak boleh berterusan lama, kerana molekul No. 1 akan memukulnya dan memberikan sejenis kelajuan kepada mereka. Jika molekul No. 2 boleh bergerak lebih cepat daripada molekul No. 1, maka lambat laun mereka masih perlu menyerahkan sebahagian daripada tenaga mereka kepada molekul yang lebih perlahan. Oleh itu, jika kotak diisi dengan campuran dua gas, maka masalahnya adalah untuk menentukan kelajuan relatif molekul kedua-dua jenis.

Ini juga merupakan tugas yang sangat sukar, tetapi kami akan tetap menyelesaikannya. Mula-mula kita perlu menyelesaikan "sub-masalah" (sekali lagi, ini adalah salah satu kes di mana, tidak kira bagaimana masalah itu diselesaikan, keputusan akhir mudah diingat, tetapi kesimpulannya memerlukan banyak kemahiran). Katakan kita mempunyai dua molekul berlanggar dengan jisim yang berbeza; untuk mengelakkan komplikasi, kami memerhatikan perlanggaran dari sistem pusat jisim mereka (cm), dari mana ia lebih mudah untuk mengikuti kesan molekul. Mengikut undang-undang perlanggaran, yang diperoleh daripada undang-undang pemuliharaan momentum dan tenaga, selepas perlanggaran, molekul hanya boleh bergerak sedemikian rupa sehingga masing-masing mengekalkan nilai kelajuan asalnya, dan mereka hanya boleh mengubah arah pergerakan. Perlanggaran biasa kelihatan seperti digambarkan dalam Rajah. 39.3. Mari kita andaikan sejenak bahawa kita sedang memerhatikan perlanggaran yang pusat sistem jisimnya berada dalam keadaan diam. Di samping itu, kita mesti menganggap bahawa semua molekul bergerak secara mendatar. Sudah tentu, selepas perlanggaran pertama, beberapa molekul akan bergerak pada beberapa sudut ke arah asal. Dengan kata lain, jika pada mulanya semua molekul bergerak secara mendatar, maka selepas beberapa lama kita akan mendapati molekul bergerak secara menegak. Selepas beberapa siri perlanggaran lain, mereka sekali lagi akan menukar arah dan bertukar sudut lain. Oleh itu, walaupun seseorang berjaya memulihkan susunan di antara molekul-molekul, mereka masih akan segera berselerak ke arah yang berbeza dan setiap kali mereka akan menjadi lebih dan lebih tersebar. Apakah ini akhirnya akan membawa kepada? Jawapan: Mana-mana pasangan molekul akan bergerak ke arah yang dipilih secara rawak sama seperti yang lain. Selepas ini, perlanggaran selanjutnya tidak lagi dapat mengubah taburan molekul.

Rajah. 39. 3. Perlanggaran dua molekul tidak sama, seperti yang dilihat dari pusat sistem jisim.

Apakah yang mereka maksudkan apabila mereka bercakap tentang kemungkinan pergerakan yang sama ke mana-mana arah? Sudah tentu, seseorang tidak boleh bercakap tentang kebarangkalian pergerakan di sepanjang garis lurus tertentu - garis lurus terlalu nipis untuk kebarangkalian untuk dikaitkan dengannya, tetapi seseorang harus mengambil unit "sesuatu". Ideanya ialah bilangan molekul yang sama melalui bahagian tertentu sfera yang berpusat pada titik perlanggaran seperti mana-mana bahagian lain sfera. Hasil daripada perlanggaran, molekul diedarkan mengikut arah supaya mana-mana dua kawasan sfera yang sama akan sepadan dengan kebarangkalian yang sama (iaitu, bilangan molekul yang sama melalui kawasan ini).

Dengan cara ini, jika kita membandingkan arah awal dan arah membentuk beberapa sudut dengannya, adalah menarik bahawa kawasan asas pada sfera jejari unit adalah sama dengan hasil darab , atau, yang merupakan perkara yang sama, pembezaan. Ini bermakna kosinus sudut antara dua arah berkemungkinan sama mengambil sebarang nilai antara dan .

Sekarang kita perlu ingat apa yang sebenarnya wujud; lagipun, kita tidak mempunyai perlanggaran di pusat sistem jisim, tetapi dua atom berlanggar dengan halaju vektor arbitrari dan . Apa yang berlaku kepada mereka? Kami akan melakukan ini: kami sekali lagi akan berpindah ke pusat sistem jisim, hanya sekarang ia bergerak dengan kelajuan "purata jisim". Jika anda memantau perlanggaran dari pusat sistem jisim, ia akan kelihatan seperti ditunjukkan dalam Rajah. 39.3, anda hanya perlu memikirkan kelajuan relatif perlanggaran. Kelajuan relatif ialah . Oleh itu, keadaannya adalah seperti berikut: sistem pusat jisim bergerak, dan dalam sistem pusat jisim molekul mendekati satu sama lain dengan kelajuan relatif; setelah berlanggar, mereka bergerak ke arah baru. Walaupun semua ini berlaku, pusat jisim sentiasa bergerak pada kelajuan yang sama tanpa perubahan.

Jadi apa yang akan berlaku pada akhirnya? Daripada hujah-hujah sebelumnya kita membuat kesimpulan berikut: dalam keseimbangan, semua arah berkemungkinan sama berbanding dengan arah pergerakan pusat jisim. Ini bermakna akhirnya tidak akan ada korelasi antara arah halaju relatif dan pergerakan pusat jisim. Walaupun korelasi sedemikian wujud pada awalnya, perlanggaran akan memusnahkannya dan akhirnya akan hilang sepenuhnya. Oleh itu, nilai purata kosinus sudut antara dan adalah sama dengan sifar. Maksudnya begitu

Hasil kali skalar boleh dinyatakan dengan mudah dalam bentuk dan:

Jom buat dulu; berapakah puratanya? Dengan kata lain, apakah purata unjuran halaju satu molekul ke arah halaju molekul lain? Adalah jelas bahawa kebarangkalian molekul bergerak dalam satu arah dan dalam arah yang bertentangan adalah sama. Kelajuan purata dalam mana-mana arah adalah sifar. Oleh itu, dalam arah nilai purata juga adalah sifar. Jadi purata adalah sifar! Oleh itu, kami membuat kesimpulan bahawa purata harus sama dengan . Ini bermakna purata tenaga kinetik kedua-dua molekul mestilah sama:

. (39.21)

Jika gas terdiri daripada dua jenis atom, maka ia boleh ditunjukkan (dan kami juga percaya bahawa kami telah berjaya melakukan ini) bahawa tenaga kinetik purata bagi setiap jenis atom adalah sama apabila gas berada dalam keadaan keseimbangan. Ini bermakna bahawa atom berat bergerak lebih perlahan daripada yang ringan; ini boleh disahkan dengan mudah dengan melakukan eksperimen dengan "atom" pelbagai jisim dalam palung udara.

Sekarang mari kita ambil langkah seterusnya dan tunjukkan bahawa jika terdapat dua gas di dalam sebuah kotak, dipisahkan oleh partition, maka apabila keseimbangan tercapai, tenaga kinetik purata bagi atom-atom gas yang berbeza akan sama, walaupun atom-atomnya berada dalam kotak yang berbeza. Penaakulan boleh disusun dengan cara yang berbeza. Sebagai contoh, anda boleh bayangkan bahawa lubang kecil dibuat dalam partition (Rajah 39.4), supaya molekul satu gas melaluinya, tetapi molekul kedua terlalu besar dan tidak sesuai. Apabila keseimbangan diwujudkan, maka dalam petak di mana campuran gas terletak, tenaga kinetik purata molekul setiap jenis akan sama. Tetapi di antara molekul yang menembusi lubang, ada juga yang tidak kehilangan tenaga, oleh itu tenaga kinetik purata molekul gas tulen mestilah sama dengan tenaga kinetik purata molekul campuran. Ini bukanlah bukti yang sangat memuaskan, kerana mungkin tidak ada lubang sedemikian yang boleh dilalui oleh molekul satu gas dan molekul yang lain tidak boleh melaluinya.

Rajah. 39.4. Dua gas dalam kotak yang dipisahkan oleh partition separa telap.

Mari kita kembali kepada masalah omboh. Ia boleh ditunjukkan bahawa tenaga kinetik omboh juga mestilah sama dengan . Malah, tenaga kinetik omboh hanya dikaitkan dengan pergerakan mendatarnya. Mengabaikan kemungkinan pergerakan naik dan turun omboh, kita dapati bahawa gerakan mendatar sepadan dengan tenaga kinetik. Tetapi dengan cara yang sama, berdasarkan keseimbangan di sisi lain, ia boleh ditunjukkan bahawa tenaga kinetik omboh sepatutnya sama dengan . Walaupun kita mengulangi hujah sebelumnya, beberapa kesulitan tambahan timbul disebabkan oleh fakta bahawa akibat perlanggaran tenaga kinetik purata omboh dan molekul gas dibandingkan, kerana omboh tidak terletak di dalam gas, tetapi disesarkan kepada satu. sebelah.

Jika bukti ini tidak memuaskan hati anda, maka anda boleh menghasilkan contoh tiruan apabila keseimbangan dipastikan oleh peranti di mana molekul setiap gas terkena dari kedua-dua belah pihak. Mari kita anggap bahawa rod pendek melalui omboh, di hujungnya sebiji bola dipasang. Rod boleh bergerak melalui omboh tanpa geseran. Setiap bola dipukul oleh molekul dari jenis yang sama dari semua sisi. Biarkan jisim peranti kami sama dengan , dan jisim molekul gas, seperti sebelumnya, sama dengan dan . Hasil daripada perlanggaran dengan molekul jenis pertama, tenaga kinetik badan jisim adalah sama dengan nilai purata (kami telah membuktikannya). Begitu juga, perlanggaran dengan molekul kelas kedua menyebabkan badan mempunyai tenaga kinetik yang sama dengan nilai purata. Jika gas berada dalam keseimbangan terma, maka tenaga kinetik kedua-dua bola mestilah sama. Oleh itu, keputusan yang dibuktikan untuk kes campuran gas boleh digeneralisasikan dengan segera kepada kes dua gas yang berbeza pada suhu yang sama.

Jadi, jika dua gas mempunyai suhu yang sama, maka tenaga kinetik purata molekul-molekul gas ini di pusat sistem jisim adalah sama.

Tenaga kinetik purata molekul adalah sifat "suhu" sahaja. Dan sebagai sifat "suhu" dan bukannya gas, ia boleh berfungsi sebagai definisi suhu. Oleh itu, tenaga kinetik purata molekul adalah beberapa fungsi suhu. Tetapi siapa yang boleh memberitahu kami pada skala apa untuk mengukur suhu? Kita boleh menentukan skala suhu sendiri supaya tenaga purata adalah berkadar dengan suhu. Cara terbaik untuk melakukan ini ialah memanggil purata tenaga itu sendiri "suhu." Ini akan menjadi fungsi yang paling mudah, tetapi, malangnya, skala ini telah dipilih secara berbeza dan, bukannya memanggil tenaga molekul sekadar "suhu", mereka menggunakan faktor malar yang mengaitkan tenaga purata molekul dan tahap mutlak. suhu, atau darjah Kelvin. Pengganda ini ialah J untuk setiap darjah Kelvin. Oleh itu, jika suhu mutlak gas adalah sama dengan , maka tenaga kinetik purata molekul adalah sama (pengganda diperkenalkan hanya untuk kemudahan, yang mana pengganda dalam formula lain akan hilang).

Ambil perhatian bahawa tenaga kinetik yang berkaitan dengan komponen gerakan dalam sebarang arah hanyalah . Tiga arah pergerakan bebas membawanya ke .

« Fizik - gred 10"

Suhu mutlak.

Daripada suhu Θ, dinyatakan dalam unit tenaga, kami memperkenalkan suhu, dinyatakan dalam darjah yang biasa kepada kami.

Θ = kT, (9.12)

di mana k ialah pekali kekadaran.

>Suhu yang ditentukan oleh kesamaan (9.12) dipanggil mutlak.

Nama ini, seperti yang akan kita lihat sekarang, mempunyai alasan yang mencukupi. Dengan mengambil kira takrifan (9.12), kami memperoleh

Formula ini memperkenalkan skala suhu (dalam darjah), bebas daripada bahan yang digunakan untuk mengukur suhu.

Suhu yang ditentukan oleh formula (9.13) jelas tidak boleh negatif, kerana semua kuantiti di sebelah kiri formula ini jelas positif. Akibatnya, nilai suhu T yang paling rendah adalah nilai T = 0 jika tekanan p atau isipadu V adalah sama dengan sifar.

Suhu mengehadkan di mana tekanan gas ideal hilang pada isipadu tetap atau di mana isipadu gas ideal cenderung kepada sifar pada tekanan malar dipanggil suhu sifar mutlak.

Ini adalah suhu paling rendah dalam alam semula jadi, "darjah sejuk yang paling hebat atau terakhir", kewujudan yang diramalkan oleh Lomonosov.

Saintis Inggeris W. Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907) memperkenalkan skala suhu mutlak. Suhu sifar pada skala mutlak (juga dipanggil Skala Kelvin) sepadan dengan sifar mutlak, dan setiap unit suhu pada skala ini adalah sama dengan darjah pada skala Celsius.

Unit SI bagi suhu mutlak dipanggil kelvin(dilambangkan dengan huruf K).

pemalar Boltzmann.

Mari kita tentukan pekali k dalam formula (9.13) supaya perubahan suhu sebanyak satu kelvin (1 K) adalah sama dengan perubahan suhu sebanyak satu darjah Celsius (1 °C).

Kami mengetahui nilai Θ pada 0 °C dan 100 °C (lihat formula (9.9) dan (9.11)). Mari kita nyatakan suhu mutlak pada 0 °C dengan T 1, dan pada 100 °C dengan T 2. Kemudian mengikut formula (9.12)

Θ 100 - Θ 0 = k(T 2 -T 1),

Θ 100 - Θ 0 = k 100 K = (5.14 - 3.76) 10 -21 J.

Pekali

k = 1.38 10 -23 J/K (9.14)

dipanggil Pemalar Boltzmann sebagai penghormatan kepada L. Boltzmann, salah seorang pengasas teori kinetik molekul gas.

Pemalar Boltzmann mengaitkan suhu Θ dalam unit tenaga dengan suhu T dalam kelvin.

Ini adalah salah satu pemalar terpenting dalam teori kinetik molekul.

Mengetahui pemalar Boltzmann, anda boleh mencari nilai sifar mutlak pada skala Celsius. Untuk melakukan ini, kita mula-mula mencari nilai suhu mutlak yang sepadan dengan 0 °C. Oleh kerana pada 0 °C kT 1 = 3.76 10 -21 J, maka

Satu kelvin dan satu darjah Celsius adalah sama. Oleh itu, sebarang nilai suhu mutlak T akan menjadi 273 darjah lebih tinggi daripada suhu t Celsius yang sepadan:

T (K) = (f + 273) (°C). (9.15)

Perubahan suhu mutlak ΔT adalah sama dengan perubahan suhu pada skala Celsius Δt: ΔT(K) = Δt (°C).

Rajah 9.5 menunjukkan skala mutlak dan skala Celsius untuk perbandingan. Sifar mutlak sepadan dengan suhu t = -273 °C.

Di Amerika Syarikat skala Fahrenheit digunakan. Takat beku air pada skala ini ialah 32 °F, dan takat didih ialah 212 °E. Suhu ditukar daripada skala Fahrenheit kepada skala Celsius menggunakan formula t(°C) = 5/9 (t(°F ) - 32).

Mari kita perhatikan fakta yang paling penting: suhu sifar mutlak tidak dapat dicapai!

Suhu ialah ukuran tenaga kinetik purata molekul.

Akibat yang paling penting berikut dari persamaan asas teori kinetik molekul (9.8) dan takrif suhu (9.13):
suhu mutlak ialah ukuran tenaga kinetik purata pergerakan molekul.

Jom buktikan.

Daripada persamaan (9.7) dan (9.13) ia mengikutinya Ini membayangkan hubungan antara tenaga kinetik purata bagi gerakan translasi molekul dan suhu:

Tenaga kinetik purata bagi pergerakan translasi kacau molekul gas adalah berkadar dengan suhu mutlak.

Semakin tinggi suhu, semakin cepat molekul bergerak. Oleh itu, tekaan yang dikemukakan sebelum ini mengenai hubungan antara suhu dan kelajuan purata molekul menerima justifikasi yang boleh dipercayai. Hubungan (9.16) antara suhu dan tenaga kinetik purata bagi gerakan translasi molekul telah diwujudkan untuk gas ideal.

Walau bagaimanapun, ia ternyata benar untuk mana-mana bahan di mana pergerakan atom atau molekul mematuhi undang-undang mekanik Newtonian. Ini benar untuk cecair dan juga untuk pepejal, di mana atom hanya boleh berayun di sekitar kedudukan keseimbangan pada nod kekisi kristal.

Apabila suhu menghampiri sifar mutlak, tenaga gerakan terma molekul menghampiri sifar, iaitu, gerakan terma translasi molekul berhenti.

Kebergantungan tekanan gas pada kepekatan molekul dan suhunya. Memandangkan daripada formula (9.13) kita memperoleh ungkapan yang menunjukkan pergantungan tekanan gas pada kepekatan molekul dan suhu:

Daripada formula (9.17) ia mengikuti bahawa pada tekanan dan suhu yang sama, kepekatan molekul dalam semua gas adalah sama.

Ini mengikut undang-undang Avogadro, yang anda ketahui daripada kursus kimia anda.

Hukum Avogadro:

Isipadu gas yang sama pada suhu dan tekanan yang sama mengandungi bilangan molekul yang sama.

Dari pengalaman diketahui bahawa jika dua badan, panas dan sejuk, bersentuhan, maka selepas beberapa lama suhu mereka menjadi sama.

Apa yang berpindah dari satu badan ke badan yang lain? Sebelum ini, pada zaman Lomonosov dan Lavoisier, dipercayai bahawa cecair tertentu adalah pembawa haba - berkalori. Sebenarnya, tiada apa yang berubah, hanya tenaga kinetik purata yang berubah - tenaga pergerakan molekul yang membentuk badan ini. Ia adalah tenaga kinetik purata atom dan molekul yang berfungsi sebagai ciri sistem dalam keadaan keseimbangan.

Sifat ini membolehkan kita menentukan parameter keadaan, yang disamakan untuk semua badan yang bersentuhan antara satu sama lain, sebagai nilai yang berkadar dengan tenaga kinetik purata zarah dalam kapal. Untuk mengaitkan tenaga dengan suhu, Boltzmann memperkenalkan pekali perkadaran k, yang kemudiannya dinamakan sempena nama beliau:

Formula (1.3.2) boleh digunakan untuk mengira purata tenaga kinetik pada satu molekul gas ideal.

Anda boleh menulis: .

Mari kita nyatakan: R=kN A– pemalar gas sejagat ,

adalah formula untuk jisim molar gas.

Oleh kerana suhu ditentukan oleh tenaga purata pergerakan molekul, ia, seperti tekanan, adalah statistik magnitud, iaitu, parameter yang ditunjukkan sebagai hasil gabungan tindakan sejumlah besar molekul. Oleh itu, mereka tidak mengatakan: "suhu satu molekul", seseorang mesti mengatakan: "tenaga satu molekul, tetapi suhu gas."

Mengambil kira perkara di atas tentang suhu, boleh ditulis secara berbeza. Sejak dari (1.2.3) , Di mana . Dari sini

,

(1.3.4)

Dalam bentuk ini persamaan asas teori kinetik molekul digunakan lebih kerap.

Termometer. Unit suhu

Adalah wajar untuk menggunakan definisi , iaitu mengukur tenaga kinetik pergerakan translasi molekul gas. Walau bagaimanapun, adalah amat sukar untuk mengesan molekul gas dan lebih sukar untuk mengesan atom. Oleh itu, untuk menentukan suhu gas ideal, persamaan digunakan

Seperti yang kita lihat, ia adalah berkadar dengan suhu, dan kerana ketinggian kenaikan penurunan merkuri adalah berkadar V, maka ia adalah berkadar dan T.

Adalah penting bahawa gas ideal mesti digunakan dalam termometer gas. Jika, bukannya gas ideal, kita meletakkan jumlah tetap merkuri cecair dalam tiub, maka kita mendapat termometer merkuri biasa. Walaupun merkuri jauh daripada gas ideal, berhampiran suhu bilik isipadunya berbeza-beza hampir berkadar dengan suhu. Termometer yang menggunakan bahan selain daripada gas ideal mesti ditentukur menggunakan termometer gas yang tepat.

	nasi. 1.4		nasi. 1.5

Dalam fizik dan teknologi Skala Kelvin diambil sebagai skala suhu mutlak , dinamakan sempena ahli fizik Inggeris terkenal, Lord Kelvin. 1 K ialah salah satu unit asas SI.

Di samping itu, skala lain digunakan:

– Skala Fahrenheit (ahli fizik Jerman 1724) – takat lebur ais 32 °F, takat didih air 212 °F.

– Skala Celsius (ahli fizik Sweden 1842) – takat lebur ais 0°C, takat didih air 100°C.

0 °C = 273.15 K.

Dalam Rajah. 1.5 menunjukkan perbandingan skala suhu yang berbeza.

Seperti biasa, kemudian Tak boleh bersikap negatif.

Keanehan suhu adalah bahawa ia tidak aditif (aditif – diperoleh dengan penambahan).

Jika anda secara mental memecahkan badan kepada bahagian, maka suhu seluruh badan tidak sama dengan jumlah suhu bahagiannya (panjang, isipadu, jisim, rintangan, dan sebagainya - kuantiti tambahan). Oleh itu, suhu tidak boleh diukur dengan membandingkannya dengan piawai.

Termometer moden adalah berdasarkan skala gas ideal, di mana tekanan digunakan sebagai kuantiti termometrik. Skala termometer gas adalah mutlak ( T = 0; R = 0).

Topik: “Suhu. Suhu mutlak. Suhu ialah ukuran tenaga kinetik purata molekul. Mengukur halaju molekul gas"

Parameter makroskopik

Kuantiti yang mencirikan keadaan badan makroskopik tanpa mengambil kira struktur molekulnya (V, p, t) dipanggil parameter makroskopik.

SUHU

Suhu- kuantiti yang mencirikan keadaan keseimbangan terma.

Pengukuran suhu

Ia adalah perlu untuk membawa badan ke dalam sentuhan haba dengan termometer;

Termometer mesti mempunyai jisim yang jauh lebih kecil daripada berat badan;

Bacaan termometer hendaklah diambil selepas permulaan keseimbangan terma.

Keseimbangan haba mereka memanggil keadaan badan di mana semua parameter makroskopik kekal tidak berubah untuk masa yang lama dengan sewenang-wenangnya

MAKSUD FIZIKAL SUHU

Suhu ialah kuantiti skalar yang mencirikan keamatan gerakan terma molekul sistem terpencil di bawah keadaan keseimbangan terma, berkadar dengan tenaga kinetik purata bagi gerakan translasi molekul.

Penyelesaian masalah

• Cari bilangan molekul dalam 1 kg gas yang punca purata halaju kuasa dua pada suhu mutlak T adalah sama dengan v = √v2.
• Cari berapa kali purata kelajuan kuasa dua zarah debu seberat 1.75 ⋅ 10-12 kg terampai di udara adalah kurang daripada purata kelajuan kuasa dua molekul udara.
• Tentukan purata tenaga kinetik dan kepekatan molekul gas monatomik pada suhu 290 K dan tekanan 0.8 MPa.

Penyelesaian masalah

• Apabila peranti Stern diputarkan dengan frekuensi 45 s -1, purata anjakan jalur perak akibat putaran ialah 1.12 cm. Jejari silinder dalam dan luar masing-masing ialah 1.2 dan 16 cm. Cari min kuasa dua punca. halaju atom perak daripada data eksperimen dan bandingkan dengan nilai teori jika suhu filamen filamen platinum ialah 1500 K.

Kerja rumah

• Perenggan: 60-61

Persamaan asas MKT. Suhu sebagai ukuran tenaga kinetik purata pergerakan molekul yang huru-hara.

Mengapa gas memberikan tekanan? Molekul gas terus bergerak secara huru-hara, berlanggar dengan dinding kapal dan memindahkan momentumnya p=m kepada mereka. v Tekanan ialah jumlah impuls yang dipindahkan oleh molekul 1 persegi. m dinding selama 1s.

Keseimbangan haba - ini adalah keadaan sistem badan dalam sentuhan haba di mana tiada pemindahan haba dari satu badan ke badan lain, dan semua parameter makroskopik badan kekal tidak berubah. Suhu ialah parameter fizikal sama untuk semua jasad dalam keseimbangan terma. Kemungkinan memperkenalkan konsep suhu berikutan dari pengalaman dan dipanggil hukum sifar termodinamik. Dalam sistem jasad dalam keadaan keseimbangan termodinamik, isipadu dan tekanan boleh berbeza, tetapi suhu semestinya sama. Oleh itu, suhu mencirikan keadaan keseimbangan termodinamik sistem terpencil jasad.

Suhu T, tekanan R dan kelantanganV – kuantiti makroskopik, mencirikan keadaan sejumlah besar molekul, i.e. keadaan gas secara am Termometer gas. Untuk menentukur termometer gas isipadu malar, anda boleh mengukur tekanan pada dua suhu (contohnya, 0 °C dan 100 °C), plot titik p 0 dan p 100 pada graf, dan kemudian lukis garis lurus di antara mereka. . Dengan menggunakan lengkung penentukuran yang diperolehi, suhu yang sepadan dengan nilai tekanan lain boleh ditentukan.

Dengan mengekstrapolasi graf ke kawasan tekanan rendah, adalah mungkin untuk menentukan suhu "hipotesis" tertentu, di mana tekanan gas akan menjadi sifar. Pengalaman menunjukkan bahawa suhu ini ialah –273.15 °C dan tidak bergantung pada sifat gas. Ahli fizik Inggeris W. Kelvin (Thomson) pada tahun 1848 mencadangkan menggunakan titik tekanan gas sifar untuk membina skala suhu baharu (skala Kelvin). Dalam skala ini, unit suhu adalah sama seperti dalam skala Celsius, tetapi titik sifar dialihkan:T= t +273.15. Gas ideal ialah gas yang terdiri daripada molekul-molekul sfera dengan saiz yang semakin kecil yang akan berinteraksi antara satu sama lain dan dengan dinding hanya semasa perlanggaran elastik. Gas ideal (model) 1. Himpunan sejumlah besar molekul dengan jisim m0, saiz molekul diabaikan (molekul diambil sebagai titik bahan) 2. Molekul berada pada jarak yang jauh antara satu sama lain dan bergerak secara huru-hara. 3. Molekul berinteraksi mengikut undang-undang perlanggaran kenyal; daya tarikan antara molekul diabaikan. 4. Kelajuan molekul berbeza-beza, tetapi pada suhu tertentu kelajuan purata molekul kekal malar. Gas sebenar 1. Molekul gas sebenar bukanlah pembentukan titik, diameter molekul hanya berpuluh kali lebih kecil daripada jarak antara molekul. 2. Molekul tidak berinteraksi mengikut hukum perlanggaran kenyal