Тема №3. Температура – мера средней кинетической энергии теплового движения частиц.

Хаотическое движение молекул возрастает с ростом температуры, поэтому его называют тепловым. Особенности теплового движения: универсальность (присуще всем телам) и непрерывность (никогда не прекращается).

Температура – скалярная физическая величина, характеризующая состояние равновесия макроскопической системы.

Равновесное состояние – состояние, при котором каждый ее макропараметр имеет одинаковое значение в каждой ее точке и остается неизменным в течение долгого времени.

Температура определяет не только степень нагретости тела, но и способность системы находиться в термодинамическом равновесии с другими системами. Все тела системы, находящиеся в равновесии друг с другом имеют одну и ту же температуру. Если температуры тел различны, то при установлении между ними теплового контакта температуры выравниваются.

Измеряют температуру термометрами. В настоящее время используются температурные шкалы Цельсия, Фаренгейта и абсолютная термодинамическая шкала температур (шкала Кельвина).

В 1742 г. А.Цельсий предложил шкалу температур, где одной опорной точкой была температура плавления льда, а второй – температура кипения воды. Расстояние между этими опорными точками было разбито на 100 делений.

[t]=°С

В 1724 г. Д.Фаренгейтом была предложена шкала температур, где температуру одной опорной точки получали, смешивая лед, поваренную соль и нашатырь, а другую – смешивая воду и лед. Расстояние между опорными точками было разбито на 32 деления.

Наименьшую температуру назвали абсолютным нулем температуры (−273°С). Таким образом, если за начало отсчета температурной шкалы принять точку абсолютного нуля температур, то отсчет в ней будет идти только в сторону положительных значений, а отрицательных температур не будет вообще. Данная шкала температур называется шкалой Кельвина (абсолютной термодинамической шкалой).

[Т]=К (кельвин). Кельвин (К) является единицей измерения тем-ры в СИ.

, где t – температура по шкале Цельсия.

Условия измерения температуры:

1. Тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром.

2. Термометр должен иметь массу значительно меньше массы тела.

3. Показания термометра следует отсчитывать после наступления равновесного состояния.

Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа прямо пропорциональна его температуре: . Т.е. температура является мерой средней кинетической энергии молекул.

k – постоянная Больцмана; k=1,38∙10^-23 .

Средняя квадратичная скорость молекул: .

Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов. Парциальное давление – давление, которое производил бы газ, если бы только он один занимал весь объём, равный полному объёму смеси.

Давление идеального газа не зависит от природы газа. Оно определяется не только его концентрацией, но и температурой: .

Тема №4. Уравнение состояния идеального газа. Изопроцессы. Закон дальтона.

Идеальный газ как единая физическая система характеризуется макропараметрами, к которым относятся давление, объём и температура. Для экспериментального исследования свойств газов удобно зафиксировать значение одного из макропараметров и рассмотреть изменение двух других. Процессы в газе с неизменным количеством вещества, проходящие при фиксированном значении одного из макропараметров, называются изопроцессами.

И зотермический - это изопроцесс, протекающий при неизменной температуре ( ). Он описывается законом Бойля-Мариотта: если температура данного количества газа не меняется, то произведение его давления на его объем постоянно: . Изотерма – график, показывающий зависимость давления от объема при постоянной температуре.

Изотерма представляет собой ветвь гиперболы. Чем выше температура процесса, тем дальше от координатных осей p,V расположена соответствующая ей изотерма.

Изобарный - это изопроцесс, протекающий при неизменном давлении ( ). Он описывается законом Шарля: если давление данного количества газа не меняется, то отношение его объёма к температуре постоянно: . Изобара – график, показывающий зависимость объема от температуры при постоянном давлении.

Изобара представляет собой прямую линию. Чем выше давление процесса, тем больше наклон изобары к оси температур.

Изохорный - это изопроцесс, протекающий при неизменном объёме ( ). Он описывается законом Гей-Люссака: если объём данного количества газа не меняется, то отношение его давления к его температуре постоянно: . Изохора – график, показывающий зависимость давления от температуры при постоянном объеме.

И зохора представляет собой прямую линию. Чем больше объем, тем больше наклон изобары к оси температур.

Покажем все графики изотермического, изобарного изохорного процессов в координатах (p, V), (V, T) и (p, T):

Экспериментальные газовые законы дают возможность получить уравнение состояния газа – функциональную зависимость между термодинамическими параметрами, характеризующими состояние системы.

Уравнение Клапейрона (уравнение состояния для фиксированного количества газа): при любом изменении состояния данного количества газа произведение давления на объем, деленное на абсолютную температуру, остается постоянным:

Уравнение Клапейрона - Менделеева (уравнение состояния для произвольного количества газа):

, т.к. , то

R – универсальная газовая постоянная; R=8,31

Если газ находится в нормальных условиях, то его давление и температура строго фиксированы: p₀=1,01∙10⁵ Па, Т₀=273 К (t₀=0°С).

Физическая модель газа, для которого уравнение состояния выполняется точно, называется идеальным газом. Вследствие этого уравнение состояния Клапейрона – Менделеева называют уравнением состояния идеального газа.