Абсолютная температура. Температура — мера средней кинетической энергии молекул

KNOWLEDGE HYPERMARKET

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 10 класс>>Физика: Абсолютная температура. Температура — мера средней кинетической энергии молекул

Не все в мире относительно. Так, существует абсолютный нуль температуры. Есть и абсолютная шкала температур. Сейчас вы узнаете об этом, а также о том, какова точная связь между температурой и средней кинетической энергией молекул.
Вместо температуры

, выражаемой в энергетических единицах, введем температуру, выражаемую в привычных для нас градусах.
Будем считать величину

прямо пропорциональной температуре T, измеряемой в градусах:

где k - коэффициент пропорциональности. Определенная равенством (9.5) температура называется абсолютной. Такое название, как мы сейчас увидим, имеет достаточные основания.
Учитывая определение (9.5), получим

   По этой формуле вводится температурная шкала (в градусах), не зависящая от вещества, используемого для измерения температуры.
   Абсолютный нуль температуры. Температура, определяемая формулой (9.6), очевидно, не может быть отрицательной, так как все величины, стоящие в левой части этой формулы, заведомо положительны. Следовательно, наименьшим возможным значением температуры T является значение T=0, если давление p или объем V равны нулю.
   Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или при которой объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температуры. Это самая низкая температура в природе, та «наибольшая или последняя степень холода», существование которой предсказывал Ломоносов.
   Абсолютная шкала температур. Английский ученый У. Кельвин (1824-1907) ввел абсолютную шкалу температур. Нулевая температура по абсолютной шкале (ее называют также шкалой Кельвина) соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия.
   Единица абсолютной температуры в СИ называется Кельвином (обозначается буквой К).
   Постоянная Больцмана. Определим коэффициент k в формуле (9.6) так, чтобы один кельвин (1 К) был равен градусу по шкале Цельсия (1°С).
   Мы знаем значения величины

при 0°С и 100°С (см. формулы (9.2) и (9.4)).
Обозначим абсолютную температуру при 0°С через T₁, а при 100°С через T₂. Тогда согласно формуле (9.5)

Отсюда

Коэффициент

называется постоянной Больцмана в честь Л. Больцмана, одного из основателей молекулярно-кинетической теории газов.
   Постоянная Больцмана связывает температуру в энергетических единицах с температурой Т в Кельвинах. Это одна из наиболее важных постоянных в молекулярно-кинетической теории.
   Связь абсолютной шкалы и шкалы Цельсия. Зная постоянную Больцмана, можно найти значение абсолютного нуля по шкале Цельсия. Для этого найдем сначала значение абсолютной температуры, соответствующее 0°С.
   Так как при 0°С

, то

.
Один кельвин и один градус шкалы Цельсия совпадают. Поэтому любое значение абсолютной температурыT будет на 273 градуса выше соответствующей температуры t по Цельсию:

Но изменение абсолютной температуры

равно изменению температуры по шкале Цельсия

.
На рисунке 9.3 для сравнения изображены абсолютная шкала и шкала Цельсия. Абсолютному нулю соответствует температура t=-273°С.

   Отметим важнейший факт: абсолютный нуль температуры недостижим!
   Температура - мера средней кинетической энергии молекул. Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории в форме (9.1) и определения температуры (9.6) вытекает важнейшее следствие: абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.
   Докажем это.
   Левые части уравнений

одинаковы. Значит, должны быть равны и их правые части. Отсюда вытекает связь между средней кинетической энергией поступательного движения молекулы и температурой:

   Средняя кинетическая энергия хаотичного поступательного движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы. Таким образом, выдвинутая ранее догадка о связи температуры со средней скоростью молекул получила надежное обоснование.
   Соотношение (9.9) между температурой и средней кинетической энергией поступательного движения молекул установлено для идеальных газов. Однако оно оказывается справедливым для любых веществ, у которых движение атомов или молекул подчиняется законам механики Ньютона. Оно верно для жидкостей, а также и для твердых тел, где атомы могут лишь колебаться возле положений равновесия в узлах кристаллической решетки.
   При приближении температуры к абсолютному нулю энергия теплового движения молекул приближается к нулю.
   Зависимость давления газа от концентрации его молекул и температуры. Учитывая, что

из формулы (9.6) получим выражение, показывающее зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры:

   Из формулы (9.10) вытекает, что при одинаковых давлениях и температурах концентрация молекул у всех газов одна и та же.
   Отсюда следуетзакон Авогадро, известный вам из курса химии: в равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул.
   Существует минимальная температура, при которой давление или объем идеального газа обращается в нуль. Это абсолютный нуль температуры: -273 °С. Удобно отсчитывать температуру от абсолютного нуля. Так строится абсолютная шкала температур.
   Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул прямо пропорциональна абсолютной температуре.

   ???
   1. Чему равен абсолютный нуль температуры по шкале Цельсия?
   2. Какие преимущества имеет абсолютная шкала температур по сравнению со шкалой Цельсия?
   3. Каков физический смысл постоянной Больцмана? Можно ли ее определить теоретически, не обращаясь к эксперименту?
   4. Как зависит от температуры средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа?
   5. Почему концентрация молекул всех газов одна и та же при одинаковых давлениях и температурах?
   6. Как зависит средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул от их массы?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

_{Планирования по физике, учебники и книги онлайн, курсы и задания по физике для 10 класса}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.

Источник — «http://edufuture.biz/index.php?title=%D0%90%D0%B1%D1%81%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0._%D0%A2%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0_%E2%80%94_%D0%BC%D0%B5%D1%80%D0%B0_%D1%81%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%BD%D0%B5%D0%B9_%D0%BA%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B9_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B8_%D0%BC%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB»

При использовании материалов ресурса
ссылка на edufuture.biz обязательна (для интернет ресурсов - гиперссылка).
edufuture.biz 2008-© Все права защищены.
Сайт edufuture.biz является порталом, в котором не предусмотрены темы политики, наркомании, алкоголизма, курения и других "взрослых" тем.

Разработка - Гипермаркет знаний 2008-

Ждем Ваши замечания и предложения на email:
По вопросам рекламы и спонсорства пишите на email: