Температурні шкали

Для однозначного визначення температури різними методами й на основі зміни різних властивостей термометричних тіл, термометри необхідно градуювати. Для цього використовуються температурні шкали. В основі температурних шкал — особливі реперні точки, яким присвоюється певне значення температури.

В Міжнародній системі одиниць (СІ) термодинамічна температура входить до складу семи основних одиниць і виражається в кельвінах. До складу похідних величин СІ, які мають спеціальну назву, входить температура Цельсія, яка вимірюється в градусах Цельсія^[3]. На практиці часто застосовують градуси Цельсія через історичної прив'язки до важливих характеристик води - температури танення льоду (0 °C) і температури кипіння (100 °C). Це зручно, оскільки більшість кліматичних процесів, процесів у живій природі, тощо пов'язані з цим діапазоном. Зміна температури на один градус Цельсія тотожна зміні температури на один Кельвін. Тому після введення в 1967 році нового визначення Кельвіна, температура кипіння води перестала грати роль незмінної реперної точки і, як показують точні вимірювання, вона вже не дорівнює 100 °C, а близька до 99,975 °C^[4].

Билет № 19

Ідеа́льний газ — це газ, в якому молекули можна вважати матеріальними точками, а силами притягання й відштовхування між молекулами можна знехтувати. У природі такого газу не існує, але близькими за властивостями до ідеального газу є реальні розріджені гази, тиск в яких не перевищує 200 атмосфер і які перебувають при не дуже низькій температурі, оскільки за таких умов відстань між молекулами набагато перевищує їх розміри.

Розрізняють три типи ідеального газу:

• Класичний ідеальний газ або газ Максвелла-Больцмана.

• Ідеальний квантовий газ Бозе (складається з бозонів). Див. статистика Бозе-Ейнштейна.

• Ідеальний квантовий газ Фермі (складається з ферміонів). Див. статистика Фермі-Дірака.

Термодинамічні властивості ідеального газу можна описати такими двома рівняннями:

Стан класичного ідеального газу описується рівнянням стану ідеального газу:

Внутрішня енергія ідеального газу описується наступним рівнянням:

де   є константою (рівною, наприклад, 3/2 для одноатомного газу) і

• U — внутрішня енергія (вим. у джоулях)

• P — тиск (паскаль)

• V — об'єм (метр кубічний)

• n — кількість речовини (моль)

• R — газова стала (джоуль на моль на градус Кельвіна)

• T — абсолютна температура (градуси Кельвіна)

• N — кількість молекул

• k_B — стала Больцмана (джоуль на градус Кельвіна на молекулу)

Билет № 20

Ізопроце́сами називаються термодинамічні процеси, що протікають у системі з незмінною масою при сталому значенні одного з параметрів стану системи.

Зако́н Бо́йля — Маріо́тта — закон ідеальних газів, згідно з яким добуток тиску на об'єм незмінної маси такого газу при сталій температурі є величина стала:

.У певних межах справедливий для розріджених реальних газів, тобто для природних і нафтових вуглеводневих газів за нормальних (чи стандартних) умов. Тоді його записують так: p₀ V₀ = pV, де індекс нуль означає ці умови.

Закон відкрив і опублікував у 1662 році Роберт Бойль. Едм Маріотт опублікував такий же закон в 1676 році на основі незалежних досліджень.

На термодинімічній діаграмі p — V ізотермічний процес зображаєтсья кривою, що називаєься ізотермою.

Зако́н Ша́рля — назва закону, що описує властивості газів. Описує ізохорний процес в ідеальному газі.

Закон теплового розширення газів: при сталому об'ємі залежність тиску Р даної маси газу від температури описується формулою:

,

де Т — термодинамічна температура; Р — тиск газу.

, чи  ,

де p₀ — тиск газу при температурі T₀ = 273.16K,

 — термічний коефіцієнт тиску, що характуризує відносне збільшення тиску газу при нагріванні його на один градус.

Закон носить ім'я французького вченого Жака Шарля.

Зако́н Гей-Люсса́ка — назва двох законів, що описують властивості газів.

1) Закон теплового розширення газів: при сталому тискові залежність об'єму V_t даної маси газу від температури описується формулою:

V_t/T = const

або

V_t=V₀(1+ αt),

де V₀ — об'єм газу при даному тискові і при температурі 273,15 К; t — температура (емпірична) за шкалою Цельсія; Т — термодинамічна температура; α — коефіцієнт об'ємного розширення газу (дляінертних газів, водню і кисню а дорівнює коефіцієнту об'ємного розширення ідеального газу α = 1/(273.15 К)).

2) Закон об'ємних відношень, за яким при постійних температурі і тиску об'єми газів, які вступають у реакцію, відносяться між собою і до об'ємів газоподібних продуктів реакції, як невеликі прості числа. Наприклад, при взаємодії одного об'єму водню з одним об'ємом хлору утворюється два об'єми хлористого водню.

Закон носить ім'я французького вченого Жозефа-Луї Гей-Люссака.