Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ТЕМПЕРАТУРА ТА ЇЇ ВИМІРЮВАННЯ

11онятіе температури виникло на основі суб'єктивних відчуттів тепла і холоду, які виражаються такими словами, як «холодне тіло», «тепле тіло» або «температура тіла низька», «температура тіла висока». Зрозуміло, що суб'єктивне відчуття не може служити основою для формування поняття температури.

Чи не торкаючись усієї складності проблеми і історії розвитку поняття температури, дамо її трактування з точки зору молекулярно-кінетичної теорії. Позначимо термодинамічну температуру символом Т.

Встановлена в фізиці зв'язок між значеннями Т і <Е> може бути використана для визначення температури:

Звідси:

де до - постійна величина, яка називається постійної Больцмана.

Вимірювання постійної Больцмана дали се значення:

У наведеному значенні К (заголовної) позначає Кельвін, який є одиницею вимірювання термодинамічної температури. У Міжнародній системі одиниць вимірювання СІ Кельвін (К) є однією з основних одиниць.

Виходячи зі співвідношення (29) можна дати таке визначення температури.

Термодинамічна температура є скалярна фізична величина, що характеризує інтенсивність хаотичного руху частинок макроскопічної системи, пропорційна середньої кінетичної анергии хаотичного поступального руху однієї структурної частки системи.

Таким чином, температура виступає як міра інтенсивності хаотичного руху молекул або інших структурних частинок, з яких складається макроскопічна система. Чим більше середнє значення кінетичної енергії хаотичного руху частинок, тим вище значення температури, і навпаки.

Термодинамічна температура, звана раніше абсолютної, пов'язана з температурою за шкалою Цельсія співвідношенням; Т = 273,15+ t ° C.

або:

Зазвичай значення 0,15 опускається при переході до термодинамічної температури. Розмір градуса в обох шкалах однаковий. Якщо значення температури в термодинамічної шкалою і шкалою Цельсія нанести НЕ числові осі, то при зіставленні їх між собою і випливає співвідношення, що зв'язує між собою значення Т і t.

Температура t = -273 ° С (точніше -273,15 ° С) відповідає нулю градусів (Т = 0) термодинамічної шкали.

Нижче цієї температури бути не може, це значення температури, називається абсолютним нулем.

Як випливає зі співвідношення (28), при абсолютній нулі (Т = ОК) припиняється хаотичний рух молекул.

У термодинаміки встановлено, що принципово неможливо досягнення температури, що дорівнює абсолютного нуля. У техніці отримані значення температури, що перевищують абсолютний нуль лише на кілька тисячних градуса.

Зауваження. Нагадаємо, як отримана шкала Цельсія. Для вимірювання температури використовується розширення рідини при зміні температури. Трубка з рідиною прикріплюється до шкалою, що містить ділення. Там, де зупиняється стовпчик рідини при зануренні термометра в тане лід при тиску 760 мм рт. ст., ставиться відмітка з цифрою 0. При зануренні термометра в пари киплячої води при тиску 760 мм рт. ст., показання стовпчика рідини відзначається цифрою 100. Відстань між цими позначками ділиться на 100 рівних частин, кожна з цих частин відповідає одному градусу шкали Цельсія.

Учнів доцільно познайомити з історією винаходу термометра.

З історії винаходу термометра. Вчення про теплоту пройшло досить складний шлях становлення і розвитку. У більшості технологічних операцій металургійного та хімічного виробництва виникло питання про дотримання оптимальних теплових режимів, т. Е. Затребуваним став прилад, реєструючий будь-яку теплову характеристику.

У 1597 р Галілео Галілей винайшов пристрій, який за сучасними уявленнями може бути названо термоскопом. Винахід Галілея стало першим кроком у становленні термометрії.

Данцигський (Гданський) склодув і винахідник Д. Фаренгейт (1686- 1736) в роботі, опублікованій в 1724 р, описав виготовлений їм термометр і спосіб його градуювання. За постійні точки Фаренгейт прийняв температуру суміші води і льоду з нашатирем (32 °) і температуру людського тіла (92 °).

Пізніше їм була встановлена і третя реперна точка - температура кипіння води, відповідна 212 по його шкалі.

У 1730 р французький натураліст Р. Реомюр (1683-1757), займаючись питаннями конструювання інкубаторів, запропонував термометр з постійною нульовою точкою, що відповідає температурі танення льоду. Один градус його шкали відповідав збільшенню обсягу спирту, взятого ним в якості термометрического тіла, на 0,001 початкового об'єму. Температура кипіння води по його шкалі відповідала 80 °.

У 1742 р в пресі з'явилася робота шведського астронома і фізика А. Цельсія (1701 -1744), в якій був описаний ртутний термометр. У цій статті під назвою «Спостереження над двома постійними точками термометра» Цельсій призводить спосіб градуювання, яким він користувався: «1. Кулька термометра вставляють в сніг, що тане і точно відзначають точку замерзання води. 2. Потім відзначається точка кипіння води при висоті барометра в 25 дюймів (нормальний тиск). 3. Простір між цими двома точками ділиться на 100 рівних частин, або градусів Якщо ці ділення продовжувати ще нижче точки замерзання води, то термометр готовий ». Через вісім років астроном М. Штермер «перевернув» шкалу Цельсія, так як у винахідника точка кипіння води відповідала температурі 0, а точка замерзання -100 °. В такому перевернутому вигляді термометри зі шкалою Цельсія дійшли до наших днів.

Історична довідка. Цельсій Андерс (1701-1744) - шведський астроном і фізик. У 1742 р запропонував стоградусную шкалу термометра, в якій за нуль градусів прийняв температуру танення льоду при нормальному атмосферному тиску, а за сто градусів - температуру кипіння води.

Томсон Вільям (Кельвін) (1824-1907) - англійський фізик, один з основоположників термодинаміки. Роботи відносяться до термодинаміки, електромагнетизму, пружності, теплоті, математики, техніці. У 1851 р незалежно від Р.Клаузиуса сформулював другий початок термодинаміки: «в природі неможливий процес, єдиним результатом якого була б механічна робота, здійснена за рахунок охолодження теплового резервуара». Таке формулювання другого початку термодинаміки дала підставу для доказу неможливості вічного двигуна другого роду. У 1848 р ввів поняття абсолютної температури і абсолютну шкалу температури, названу його ім'ям (шкала Кельвіна).

Больцман Людвіг (1844-1906) - австрійський фізик-теоретик, один з основоположників класичної статистичної фізики. Основні роботи в області кінетичної теорії газів, термодинаміки і теорії випромінювання. У 1866 р вивів закон розподілу газових молекул за швидкостями. Застосовуючи статистичні методи до кінетичної теорії газів, довів кінетичне рівняння газів, що є основою фізичної кінетики. Встановив статистичний сенс другого початку термодинаміки.

 
<<   ЗМІСТ   >>