Учебное пособие по физике. Часть II. Молекулярно-кинетическая теория, страница 16

Абсолютный нуль. Термодинамическая шкала

температур. Абсолютная температура.

Основное уравнение кинетической теории газов

Мы знаем, что давление газа пропорционально концентрации молекул р~n. Зависит от кинетической энергии:

р~(mν²)/2

ν- это средняя скорость молекул. Объединим полученные соотношенияр~n*(mν²/2). Переходя к равенству, необходимо ввести коэффициент пропорциональности с

Р=сn(mν²/2)

Применив строгий вывод, можно доказать, что с= 2/3

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории: р=(2/3)n(mν²/2)

Р=(2/3)nЕ_пос

Е_пос- кинетическая энергия поступательного движения. Температура, при которой должно прекратиться поступательное движение молекул, называется абсолютным нулём.

Абсолютный нуль -t=-273,15⁰С. В международной системе единиц принято термодинамическая шкала температур. За начало отсчёта – абсолютный нуль. Это самое возможное из низких температур, поэтому на термодинамической шкале нет отрицательных температур. Эту шкалу называют шкалой Кельвина. В повседневной жизни мы используем шкалу Цельсия. За нулевую точку принята температура таяния льда. За вторую опорную точку термодинамической шкалы принята температура, при которой вода находится одновременно в трёх состояниях (твёрдом, жидком, газообразном). Это состояние получило название тройной точкой: по Цельсию это 0,01⁰С, а по термодинамической шкале   273,16 единиц ( 1единица называется кельвином). Такой выбор сделан, чтобы

1К= 1⁰С.

Температуру, отсчитываемую по термодинамической шкале называют абсолютной температурой.

Т=(273,15+t)К      t=(Т-273,15)⁰С
Уравнение кинетической энергии газов.

Связь температуры тела со скоростью движения его

частиц.  р~n     р~Т

Объединим обе эти экспериментально обнаруженные закономерности

р~nТ

р=knТ -   Это соотношение является математическим выражением

результатов исследований. С другой стороны мы знаем: р=(2/3)×n×(m₀ν²)/2

knТ=(2/3)×n×(m₀ν²/2),

Т=(1/k)×(2/3)×(m₀ν²/2),

Т=(2/3)×(Е/k).

Температурой называют скалярную физическую величину, характеризующую интенсивность теплового движения молекул изолированной системы в условиях термодинамического равновесия, пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Т=(1/k)(2/3)(m₀ν²/2)

k в формуле называется постоянной Больцмана ( в честь австрийского ученого М.Больцмана)

k=(2/3)(m₀×v²)/T

Числитель – энергетическая температура в Джоулях;

Знаменатель – соответствующая температура в Кельвинах.

Следовательно: постоянная Больцмана равна отношению температуры в единицах энергии к той же температуре, выраженной в Кельвинах. k=1,380662×10^-23 Дж×К^-1.

ЧО₂ Уравнение Менделеева - Клапейрона

Частные случаи

В физике, как и в других науках, происходит со временем удивительный процесс. Многое из того, что сейчас можно уловить кратко и ясно, несколько десятилетий (веков) назад появились как новые истины, с большим трудом воспринимавшихся современниками. Со временем опыт человека заставляет принять новые идеи и привыкнуть к ним, а, привыкнув, человек начинает использовать их в практической деятельности как понятия и порой даже тривиальные. Примерно так же дело обстояло и с изучением газа. Древние учения считали газ неуловимой формой тела, представляющей собой нечто среднее между веществом и духом. Но такой взгляд существовал до тех пор, пока не потребовалось описание явления. Количественные характеристики и постановка эксперимента в XVII веке Торричелли и Паскаля показали, что воздух имеет вес. С этих пор физики начали изучать свойства газов. Новые взгляды потрясли физиков не меньше, чем открытия XX века.

Термодинамические параметры газа: Макроскопические параметры газа (давление, объем, температура и т.д.) называются термодинамическими параметрами газа. Если взять определенную массу m, то при постоянных P, V и T газ будет находиться в равновесном состоянии. Когда происходит изменение этих параметров, то в газе происходит тот или иной процесс, который называется термодинамическим. Соотношение между значениями тех или иных параметров в начале и конце процесса называется газовым законом. Газовый закон выражающий связь между всеми тремя параметрами газа, называется объединенным газовым законом.