Температура і теплова рівновага

Стан газу (так само як рідини і твердого тіла) може бути описано і без розгляду молекулярної будови речовини. Це роблять за допомогою макроскопічних величин, сукупність яких однозначно визначає стан системи. Такі величини називають параметрами стану (або термодинамічними параметрами). Параметрами стану будь-якої системи є її обсяг, тиск і температура. Якщо в будь-якому процесі змінюється хоча б один з параметрів стану системи, то і сам стан системи стає іншим.

Величини, що характеризують стан макроскопічних тіл без урахування їх внутрішньої будови називаються макроскопічними параметрами.

2. Холодні і гарячі тіла.

3. Теплове рівновагу. Температура.

Тепловим рівновагою називається такий стан, при якому всі макропараметри як завгодно довго залишаються незмінними.

Температура-фізична величина, що характеризує відхилення системи від стану теплового рівноваги, прийнятого за нульовий.

Виміряти температуру - значить знайти її числове значення.

Для вимірювання температури можна скористатися зміною будь макроскопічної величини в залежності від температури.

Як ми побачимо далі, температура є мірою середньої кінетичної енергії поступального руху молекул. Зі зниженням температури швидкість руху молекул і їх кінетична енергія зменшуються, а з підвищенням температури збільшуються.

Згідно з уявленнями молекулярно-кінетичної теорії, існує межа зниження температури, який відповідає припинення поступального руху молекул.

Температуру, при якій припиняється поступальний рух молекул, називають абсолютним нулем температури.

t = - 273 ° С (точніші розрахунки показують, що температура абсолютного нуля дорівнює -273,15 ° С).

Припинення хаотичного поступального руху молекул при абсолютному нулі не означає повного припинення будь-якого руху. Навіть при такій гранично низькій температурі не припиняється рух електронів в атомах речовини, а також відбуваються невеликі за амплітудою коливання молекул або атомів близько вузлів кристалічної решітки в твердих тілах (так звані нульові коливання>. Нульовим коливань відповідає нульова енергія - найменша енергія, якою можуть володіти молекули речовини. Ця енергія не стає рівною нулю навіть при абсолютному нулі температури.

Встановлено, що охолодити якесь тіло до температури абсолютного нуля неможливо, однак наблизитися до цієї температурі можна. В даний час за допомогою кріогенної техніки отримують температури, що відрізняються від абсолютного нуля на десятитисячні частки Кельвіна. Досягнення температур, близьких до абсолютного нуля, має велике наукове і практичне значення.

4. Вимірювання температури.

Термодинамічна шкала температур

Для вимірювання температури найбільш часто застосовують термометри. Їх дія заснована на використанні залежності об'ємного розширення речовин від температури.

У державах, які взяли метричну конвенцію, температуру вимірюють за шкалою Цельсія. На цій шкалі температура танення льоду прийнята за 0 ° С, а температура кипіння води - за 100 ° С. Проміжок між цими точками розділений на 100 рівних частин, кожна з яких дорівнює 1 ° С. Температури вище 0 ° С вважають позитивними, а нижче 0 ° С - негативними.

Англійський учений Кельвін запропонував абсолютну шкалу температур (її називають термодинамічної шкалою температур). У ній за початок відліку температур прийнятий абсолютний нуль температури, а ціна одного поділу цієї шкали, що дорівнює 1 К (кельвін), така ж, як на шкалі Цельсія (1К = 1 ° С).

Одиниця виміру температури - кельвін є однією з семи основних одиниць СІ.

Кельвін дорівнює 1 / 273,16 частини термодинамічної температури потрійної точки води. (Потрійний точкою води називають температуру, при якій знаходяться в рівновазі вода, лід і водяну пару. Потрійна точка води на 0,01 ° С вище температури плавлення льоду при нормальному атмосферному тиску, рівному 101 325 Па).

На шкалі Кельвіна будь-яка температура позитивна. Її позначають Т і називають термодинамічною температурою (або абсолютної температурою). З порівняння шкал Цельсія і | Кельвіна слід, що

-273,15 ° С == ОК; 0 ° С = 273,15К; 100 ° С == 373,15 К,

т. e. термодинамічна температура Т пов'язана з температурою t, яка виражається в градусах Цельсія, співвідношенням Т = t + 273 і, навпаки, t = T-273.

5. Д / ф "Вимірювання температури".

Лекція з елементами бесіди

Випереджаюче завдання (повідомлення учня) "Еволюція термометра"

1. Які величини характеризують стану макроскопічних тел?
2. Наведіть приклади встановлення теплової рівноваги тіл в повсякденному житті? Які відмінні ознаки теплового рівноваги?
3. Як пов'язані обсяг, тиск і число молекул різних газів в стані теплової рівноваги?