визначення температури

При тепловій рівновазі середня кінетична енергія поступального руху молекул всіх газів однакова. В цьому ви незабаром переконаєтеся.
Середня кінетична енергія молекул газу при тепловому рівновазі. Візьмемо посуд, розділений навпіл перегородкою, яка проводить тепло. В одну половину судини помістимо кисень, а в іншу - водень, що мають різну температуру. Через деякий час гази матимуть однакову температуру, що не залежить від роду газу, т. Е. Знаходитимуться в стані теплової рівноваги. Для визначення температури з'ясуємо, яка фізична величина в молекулярно-кінетичної теорії має таку ж властивість.
З курсу фізики 7 класу відомо, що, чим швидше рухаються молекули, тим вище температура тіла. При нагріванні газу в замкнутому посудині тиск газу зростає. Згідно ж до основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії (8.15) тиск газу p прямо пропорційно середньої кінетичної енергії поступального руху молекул:. При тепловій рівновазі, якщо тиск газу даної маси і його обсяг фіксовані, середня кінетична енергія молекул газу повинна мати строго певне значення, як і температура.
Можна припустити, що при тепловій рівновазі саме середні кінетичні енергії молекул всіх газів однакові. Звичайно, це поки тільки припущення. Його потрібно експериментально перевірити. Практично таку перевірку здійснити безпосередньо неможливо, так як виміряти середню кінетичну енергію молекул дуже важко. Але за допомогою основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії її можна виразити через макроскопічні параметри.
Так як концентрація молекул газу. то з рівняння (8.15) отримуємо. або

Тиск p і обсяг V вимірюються безпосередньо. Число молекул N можна визначити, знаючи масу газу m. постійну Авогадро NA і молярну масу M. Відповідно до формули (8.8)

Якщо кінетична енергія дійсно однакова для всіх газів в стані теплової рівноваги, то і величина p повинна бути теж однаковою для всіх газів. Тільки досвід може підтвердити або спростувати це припущення.
Гази в стані теплової рівноваги. Досвід можна здійснити так. Візьмемо кілька судин, заповнених різними газами, наприклад воднем, гелієм і киснем. Судини мають певні обсяги і забезпечені манометрами. Це дозволяє виміряти тиск в кожному посудині. Маси газів відомі, тим самим відомо число молекул в кожній посудині.
Наведемо гази в стан теплової рівноваги. Для цього помістимо їх в тане лід і почекаємо, поки не встановиться теплова рівновага і тиск газів перестане змінюватися (ріс.9.2). Після цього можна стверджувати, що всі гази мають однакову температуру 0 ° С. Тиску газів p. їх обсяги V і число молекул N різні. Знайдемо відношення для водню. Якщо, наприклад, водень. кількість речовини якого дорівнює 1 моль, займає обсяг VH2 = 0,1 м 3. то при температурі 0 ° С тиск виявляється рівним pH2 = 2,265 • 10 4 Па. Звідси

Таке ж значення відносини твори тиску газу на його об'єм до числа молекул виходить і для всіх інших газів при температурі танучого льоду. Позначимо це відношення через. тоді

Таким чином, наше припущення виявилося вірним.
Правда, співвідношення (9.3) не є абсолютно точним. При тисках в сотні атмосфер, коли гази стають дуже щільними, ставлення перестає бути строго певним, що не залежать від займаних газами обсягів. Воно виконується для газів, коли їх можна вважати ідеальними.
Якщо ж судини з газами помістити в киплячу воду при нормальному атмосферному тиску, то згадане відношення як і раніше буде одним і тим же для всіх газів, але більше, ніж попереднє. Як показує досвід,

Визначення температури. Можна, отже, стверджувати, що величина зростає з підвищенням температури. Більш того, ні від чого, крім температури, не залежить. Адже для ідеальних газів не залежить ні від роду газу, ні від його обсягу або тиску, а також від числа частинок в посудині і форми самого судини. Цей досвідчений факт дозволяє розглядати величину як природну міру температури, яка визначається через інші макроскопічні параметри газу. В принципі можна було б вважати температурою і саму величину і вимірювати температуру в енергетичних одиницях - джоулях. Однак, по-перше, це незручно для практичного використання (температурі 100 ° С відповідала б дуже мала величина - порядку 10 -21 Дж), а по-друге, і це головне, вже давно прийнято виражати температуру в градусах.
Ми знайшли спосіб отримувати значення температури, які не залежать від властивостей газів, які при цьому використовуються. Поки що температуру ми висловили в енергетичних одиницях.

.
1. На якій підставі можна припускати існування зв'язку між температурою і кінетичної енергією молекул?
2. Як пов'язані обсяг, тиск і число молекул різних газів в стані теплової рівноваги?

Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотскій, Фізика 10 клас

Матеріали з фізики, завдання та відповіді по класам, плани конспектів уроків з фізики для 10 класу

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.

Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - Освітній форум.