Температура. Рівняння теплового руху молекул

План

1.Температура, та її вимірювання.

2.Пояснення температури і тиску на основі молекулярних уявлень.

3.Енергія теплового руху молекул.

1. При контакті два по-різному нагрітих тіла обмінюються енергією внаслідок теплопередачі. Коли при цьому одне з них передає енергію другому, то вважають, що перше тіло має вищу температуру, ніж друге. Якщо під час контакту тіла не обмінюються енергією теплопередачею, то вони мають однакову температуру. В цьому випадку кажуть, що тіла перебувають у тепловій рівновазі.

Вважають, що два тіла А і В мають однакову температуру, якщо кожне з них знаходиться в тепловій рівновазі з тілом.

Тіло С називають термометром. Отже, термометр – це тіло, яке перебуває у тепловому контакті з іншим, температуру якого вимірюють. Після встановлення між ними теплової рівноваги можна твердити, що виміряна температура дорівнює температурі термометра.

При зміні теплового стану тіла змінюються й інші його фізичні властивості (об’єм, електричний опір тощо). За зміною будь-якої з них можна судити про підвищення чи зниження температури тіла. Історично склалося так, що температуру почали вимірювати за зміною об’єму та під час нагрівання. Принцип побудови термометрів при цьому такий.

Приведемо тіло, вибране нами за “вимірювач” температури, в теплову рівновагу з танучим льодом. Припустимо, що його температура в цьому випадку дорівнює нулеві, і виміряємо об’єм тіла V. Потім приведемо його в теплову рівновагу з киплячою під атмосферним тиском водою і визначимо відповідний об’єм тіла V100. Нехай у цьому випадку температура тіла дорівнює 100 градусів. Таким чином, зміні температури на 100 градусів відповідає зміна об’єму на V100-V0. Вважаючи, що об’єм термометричного тіла змінюється з температурою лінійно, дістанемо, що V100 зміни об’єму, тобто відповідає зміна температури на один градус. Отже, за градус приймають одну соту різниці між температурами кипіння і замерзання чистої води при атмосферному тиску.

Встановлену таким чином температурну шкалу називають шкалою Цельсія на честь шведського астронома А.Цельсія, який запропонував її. Про градуйований в такий спосіб термометр можна застосувати для вимірювання температури, приводячи його в теплову рівновагу з тим тілом, температуру якого треба виміряти. Ртутними і спиртовими термометрами із шкалою Цельсія ми багато разів користувалися на уроках фізики, хімії, біології тощо, а також у повсякденному житті.

У фізиці широко поширеною є так звана абсолютна температурна шкала (шкала Кельвіна), в якій за температуру замерзання води прийнято 273,15 градуса, а кипіння 373,15 градуса. Розмір градуса цієї шкали такий самий, як і шкали Цельсія. Температуру, яку відраховують за абсолютною температурною шкалою, називають абсолютною і позначають літерою Т, а градус цієї шкали (градус Кельвіна) позначають літерою К на відміну від градуса Цельсія (оС). Між абсолютною температурою Т і температурою за Цельсієм t існує таке співвідношення: Т=t+273. Температуру ОК називають абсолютним нулем, за шкалою Цельсія йому відповідає – 273,15оС.

2. Температура тіла і швидкість руху його молекул тісно пов’язані між собою. Чим вища температура тіла, тим швидше рухаються його молекули, тим більша їхня кінетична енергія. Таким чином, кінетичну енергію молекул, як і температуру, можна розглядати як міру їхнього теплового руху.

Молекула ідеального газу, що рухається зі швидкістю υ1 має кінетичну енергію . Сума кінетичних енергій всіх молекул газу є загальною кінетичною енергією. Якщо всі молекули однакові, то

Розділимо загальну кінетичну енергію Ek молекул на кількість молекул:

Величину називають середньою кінетичною енергією Ek поступального руху молекули.