Определение температуры. Абсолютная температура

Термодинамическая система

Термодинамической системой называется макроскопическое тело или система тел, которые могут взаимодействовать друг с другом и с окружающими телами. Стакан с водой — пример термодинамической системы.

Термодинамическая система состоит из столь большого числа частиц, что совершенно невозможно описывать её поведение путём рассмотрения движения каждой молекулы в отдельности. Однако именно грандиозность числа молекул делает ненужным такое описание.

Оказывается, что состояние термодинамической системы можно характеризовать небольшим числом макроскопических параметров — величин, относящимся к системе в целом, а не к отдельным атомам или молекулам. Такими макроскопическими параметрами являются давление, объём, температура, плотность, теплоёмкость, удельное сопротивление и др.

Состояние термодинамической системы, при котором все макроскопические параметры остаются неизменными с течением времени, называется тепловым равновесием. В состоянии теплового равновесия прекращаются все макроскопические процессы: диффузия, теплопередача, фазовые переходы химические реакции и т. д.(Следует отметить, что тепловое равновесие является динамическим равновесием. Так, при тепловом равновесии жидкости и её насыщенного пара весьма интенсивно идут взаимные превращения жидкости и пара. Но это — процессы молекулярного масштаба, они происходят с одинаковыми скоростями и компенсируют друг друга. На макроскопическом уровне количество жидкости и пара со временем не меняется).

Термодинамическая система называется изолированной, если она не может обмениваться энергией с окружающими телами. Чай в термосе — типичный пример изолированной системы.

Видео

Определение температуры в статистической физике

В статистической физике температура определяется по формуле

,

где S — энтропия, E — энергия термодинамической системы. Введённая таким образом величина T является одинаковой для различных тел при термодинамическом равновесии. При контакте двух тел тело с большим значением T будет отдавать энергию другому.

Характеристика фазовых переходов

Для описания точек фазовых переходов различных веществ используют следующие значения температуры:

• Температура плавления
• Температура кипения
• Температура отжига
• Температура спекания
• Температура синтеза
• Гомологическая температура
• Тройная точка

Температура с термодинамической точки зрения

Существует множество различных шкал температур. Когда-то температура определялась очень произвольно. Мерой температуры служили метки, нанесённые на равных расстояниях на стенах трубочки, в которой при нагревании расширялась вода. Потом решили измерить температуру ртутным термометром и обнаружили, что градусные расстояния не одинаковы. В термодинамике дается определение температуры, не зависящее от каких-либо частных свойств вещества.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Какова средняя кинетическая энергия молекул аргона, если температура газа С? Решение Средняя кинетическая энергия молекул газа определяется по формуле: Переведем единицы в систему СИ: . Постоянная Больцмана . Вычислим: Ответ Средняя кинетическая энергия молекул аргона при заданной температуре Дж.

ПРИМЕР 2

Задание На сколько процентов увеличится средняя кинетическая энергия молекул газа при изменении его температуры от 7 до ? Решение Средняя кинетическая энергия молекул газа определяется соотношением: Изменение средней кинетической энергии вследствие изменения температуры: Процентное изменение энергии: Переведем единицы в систему СИ: . Вычислим: Ответ Средняя кинетическая энергия молекул газа увеличится на 10%.

ПРИМЕР 3

Задание Во сколько раз средняя квадратичная скорость пылинки массой кг, взвешенной в воздухе, меньше средней квадратичной скорости движения молекул воздуха? Решение Средняя квадратичная скорость пылинки: средняя квадратичная скорость молекулы воздуха: Масса молекулы воздуха: где молярная масса воздуха, . С учетом этого средняя квадратичная скорость молекулы воздуха: Отношение скоростей: Число Авогадро . Вычислим: Ответ Средняя квадратичная скорость пылинки, взвешенной в воздухе, меньше средней квадратичной скорости молекул воздуха в раз.

Теги