12. Тепловое расширение жидкостей и газов. Коэффициент теплового расширения. Закон Гей-Люссака. Абсолютный ноль температуры.

Как правило, жидкости и газы расширяются с повышением температуры, а плотность их при этом уменьшается. Исключение составляет вода, плотность которой возрастает при повышении температуры от 0 до 4 °С и достигает максимума при 4 °С. Такая аномалия объясняется особенностями молекулярного строения воды.

Температурное расширение. Температурное расширение – это свойство жидкости изменять свой объем при изменении температуры. Характеризуется коэффициентом температурного расширения _T [1/град], который представляет собой относительное изменение объема, приходящееся на 1 градус:

Для воды коэффициент при увеличении температуры возрастает (при p = 0,1 МПа и изменении температуры от 0 до 100С приблизительно от – 0,000025 до +0,000720). Рост давления при низких температурах приводит к увеличению , а при температурах выше 50С – к его снижению. Для большинства других капельных жидкостей с ростом давления уменьшается.

В конечной форме при _T = const (при малом изменении температуры)

; ,

где T = T – T₀ – изменение температуры жидкости.

Изменение объема при нагревании жидкостей весьма ощутимо, поэтому его необходимо учитывать при проектировании гидравлических устройств, в которых жидкость существенно нагревается.

Закон Гей-Люссака может быть записан в виде:

V=V0aT,

 где Т - абсолютная температура, выраженная в К (Кельвинах);

V0 - объем газа при Т = 273 К.

 Очевидно, закон Гей-Люссака неприменим вблизи абсолютного нуля температуры.

Поскольку закон Гей-Люссака справедлив для идеальных газов, реальные газы подчиняются ему в достаточно разреженном равновесном состоянии, когда давление и температура далеки от критических значений, при которых начинается cжижение.Закон был опубликован в 1802 г. Жозефом Луи Гей-Люссаком (1778-1850). При этом Гей-Люссак настоял на том, чтобы он носил имя Жака Александра Цезара Шарля (1746-1823), который открыл этот закон в 1787 году, но не опубликовал его.

Абсолю́тный ноль температу́ры — это минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело. Абсолютный ноль служит началом отсчёта абсолютной температурной шкалы, например, шкалы Кельвина. По шкале Цельсия абсолютному нулю соответствует температура −273,15 °C.Считается, что абсолютный ноль на практике недостижим. Его существование и положение на температурной шкале следует из экстраполяции наблюдаемых физических явлений, при этом такая экстраполяция показывает, что при абсолютном нуле энергия теплового движения молекул и атомов вещества должна быть равна нулю, то есть хаотическое движение частиц прекращается, и они образуют упорядоченную структуру, занимая чёткое положение в узлах кристаллической решётки. Однако, на самом деле, даже при абсолютном нуле температуры регулярные движения составляющих вещество частиц останутся^[1]. Оставшиеся колебания, например нулевые колебания, обусловлены квантовыми свойствами частиц и физического вакуума, их окружающего.^[1]В настоящее время в физических лабораториях удалось получить температуру, превышающую абсолютный ноль всего на несколько миллионных долей градуса; достичь же его самого, согласно законам термодинамики, невозможно.