Температура и тепловое равновесие

Температура и тепловое равновесие. Абсолютная температура. Температура – мера средней кинетической энергии

10 класс

Температура

Температура характеризует степень нагретости тел.

Прибор для измерения температуры -  термометр. Измерение температуры:

-необходимо привести тело в тепловой контакт с термометром;

-термометр должен иметь массу значительно меньше массы тела;

- показания термометра следует отсчитывать после наступления теплового равновесия.

Температура  - это мера средней кинетической энергии молекул. 

Термометры

Принцип действия : В них используется свойство жидкости изменять свой объем при изменении температуры.

1. Жидкостный

(тепловое равновесие)

Термометры

2. Газовый

(изменение давления газа)

Первый газовый термометр был создан франц. физиком Ж. Шарлем .

Преимущества газового термометра: - используется линейная зависимость изменения объема или давления газа от температуры, которая справедлива для всех газов - точность измерения от 0,003 С до 0,02 С - интервал температур от -271 С до +1027 С.

Тепловое равновесие

Тепловым равновесием  называется такое состояние, при котором все макроскопические параметры остаются неизменными сколь угодно долго.

Состояние теплового равновесия системы тел характеризуется температурой: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру. 

Установлено, что при тепловом равновесии средние кинетические энергии поступательного движения молекул всех газов одинаковы, т.е.

Для разреженных (идеальных) газов величина:

и зависит только от температуры, тогда:

где k – постоянная Больцмана

Абсолютная шкала температур

• нет отрицательных температур Единица абсолютной температуры в СИ:     [T] = 1K    (Кельвин) Нулевая температура абсолютной шкалы – это абсолютный ноль

( 0К = -273 С ), самая низкая температура в природе. 

В настоящее время достигнута самая низкая температура -  0,0001К. По величине 1К  равен  1 градусу по шкале Цельсия.

После введения абсолютной температуры получаем  новые  выражения для формул:

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул:

Давление газа -  основное уравнение МКТ: Средняя квадратичная скорость молекул:

УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

Состояние  газа  произвольной массы  можно охарактеризовать тремя макроскопическими параметрами – объемом, давлением и температурой.   Уравнение состояния идеального газа  устанавливает связь между этими параметрами и используется для изучения тепловых процессов в газах. 

Уравнение Менделеева – Клайперона

- характеризует состояние газа при тепловом равновесии.

где р  - давление газа (Па) V – объем газа (м3) T – температура газа (К) m – масса газа (кг) М – молярная масса газа (кг/моль) R – универсальная газовая постоянная

где k – постоянная Больцмана Na  - постоянная Авогадро

  Уравнение Клайперона

-  описывает переход газа из одного состояния в другое

Дополнительные формулы

1.  другой вид  уравнения состояния идеального газа

где k - постоянная Больцмана n – концентрация молекул Т – температура газа

Дополнительные формулы

2. Используя  уравнение состояния идеального газа,  можно получить  формулу для определения  плотности газа:

где

  ρ – плотность газа ( кг/ м^3)

р- давление газа (Па)

T – температура газа (К)

М – молярная масса газа (кг/моль)

R – универсальная газовая постоянная (Дж/ моль * К)

Дополнительные формулы

3.  для смеси газов   справедлив  закон Дальтона

Парциальное давление газа  -  это давление одного газа из смеси газов, если бы он один занимал  весь используемый для смеси сосуд.

Решение задач

• Найти температуру газа при давлении 100 кПа и концентрации молекул 10^25м^-3.
• Воздух объемом 1,45 м3, находящийся при температуре 20 °С и давлении 100 кПа, перевели в жидкое состояние. Какой объем займет жидкий воздух, если его плотность 861 кг/м3?
• Каково давление сжатого воздуха, находящегося в баллоне вместимостью 20 л при температуре 12 °С, если масса этого воздуха 2 кг?

Решение задач

• Какое количество вещества содержится в газе, если при давлении 200 кПа и температуре 240К его объем равен 40 л?
• В баллоне вместимостью 25 л находится смесь газов, состоящая из аргона (Аr) массой 20 г и гелия (Не) массой 2 г при температуре 301 К. Найти давление смеси газов на стенки сосуда.

Домашнее задание

• 63-634, задачи:

Физический смысл температуры

• Температурой называют скалярную величину, характе- ризующую интенсивность теплового движения молекул изолированной системы в условиях теплового равнове- сия, пропорциональную средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

Скорость молекул газа

Постоянная Больцмана (экспериментально)

Уравнение состояния идеального газа

Уравнение состояния идеального газа