[28 апреля] Международная онлайн-конференция «EdTech педагога-практика» Подтвердить участие→
Конкурс разработок «Пять с плюсом» апрель 2021
Добавляйте свои материалы в библиотеку и получайте ценные подарки
Конкурс проводится с 1 апреля по 30 апреля

Лекция «Тепловое движение. Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии частиц»

Материал об основных понятиях и определениях по данной теме, рассмотрены три основных шкалы измерения температур.
Просмотр
содержимого документа

Лекция по теме «Тепловое движение. Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии частиц»

Понятие температуры – одно из важнейших в молекулярной физике.

Температура - это физическая величина, которая характеризует степень нагретости тел.

Беспорядочное хаотическое движение молекул называется тепловым движением.

Кинетическая энергия теплового движения растет с возрастанием температуры. При низких температурах средняя кинетическая энергия молекулы может оказаться небольшой. В этом случае молекулы конденсируются в жидкое или твердое вещество; при этом среднее расстояние между молекулами будет приблизительно равно диаметру молекулы. При повышении температуры средняя кинетическая энергия молекулы становится больше, молекулы разлетаются, и образуется газообразное вещество.

Понятие температуры тесно связано с понятием теплового равновесия. Тела, находящиеся в контакте друг с другом, могут обмениваться энергией. Энергия, передаваемая одним телом другому при тепловом контакте, называется количеством теплоты.

Рассмотрим пример. Если положить нагретый металл на лед, то лед начнет плавится, а металл – охлаждаться до тех пор, пока температуры тел не станут одинаковыми. При контакте между двумя телами разной температуры происходит теплообмен, в результате которого энергия металла уменьшается, а энергия льда увеличивается.

Энергия при теплообмене всегда передается от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. В конце концов, наступает состояние системы тел, при котором теплообмен между телами системы будет отсутствовать. Такое состояние называют тепловым равновесием.

Тепловое равновесие  это такое состояние системы тел, находящихся в тепловом контакте, при котором не происходит теплопередачи от одного тела к другому, и все макроскопические параметры тел остаются неизменными.

Температура  это физический параметр, одинаковый для всех тел, находящихся в тепловом равновесии. Возможность введения понятия температуры следует из опыта и носит название нулевого закона термодинамики.

Тела, находящиеся в тепловом равновесии, имеют одинаковые температуры.

Для измерения температур чаще всего используют свойство жидкости изменять объем при нагревании (и охлаждении).

Прибор, с помощью которого измеряется температура, называется термометр.

Первый термометр (а точнее, его аналог) изобрел Галилео Галилей.

Изобретение Галилея, которое он представил своим студентам на лекциях в университете в конце XVI века (1597 г.), было названо термоскопом. Действие любого термометр основано на следующем принципе: физические свойства вещества изменяются в зависимости от температуры.

          Опыт Галилея состоял в следующем: он взял колбу с длинной ножкой и наполнил ее водой. Затем взял стакан с водой и перевернул колбу ножкой вниз, поставив в стакан. Часть воды, естественно, вылилась, однако в результате в ножке остался определенный уровень воды. Если теперь нагревать колбу (в которой находится воздух), то уровень воды будет опускаться, а если охлаждать, то, наоборот, повышаться. Это связано с тем, что при нагревании вещества (в частности, воздух) имеют свойство расширяться, а при охлаждении – сужаться (именно поэтому рельсы делают несплошными, а провода между столбами иногда немного провисают).

В это же время была введена так называемая градусная шкала. Само слово градус в переводе с латинского означает «ступень».

          На сегодняшний день сохранились три основные шкалы.

1. Шкала Цельсия

Наибольшее распространение получение шкала, которая с детства известна каждому – шкала Цельсия.

          Андерс Цельсий – шведский астроном, который предложил следующую шкалу температур: https://static-interneturok.cdnvideo.ru/content/konspekt_image/327492/48942570a0d2e4c2593c1e847ed4ba52.gif – температура кипения воды; https://static-interneturok.cdnvideo.ru/content/konspekt_image/327493/ada8bc057e2bf926616bd55bdeb40f32.gif – температура замерзания воды. В настоящее время все мы привыкли к перевернутой шкале Цельсия.

Примечание: сам Цельсий говорил, что такой выбор шкалы вызван простым фактом: зато зимой не будет отрицательной температуры.

2. Шкала Фаренгейта

В Англии, США, Франции, Латинской Америке и некоторых других странах популярностью пользуется шкала Фаренгейта.

Габриель Фаренгейт (рис. 7) – немецкий исследователь, инженер, который впервые применил свою собственную шкалу для изготовления стекла. Шкала Фаренгейта более тонкая: по размерности градус шкалы Фаренгейта меньше градуса шкалы по Цельсию.

https://static-interneturok.cdnvideo.ru/content/konspekt_image/327500/db02042e376cdfa0ba1f5a3d41d0c175.jpghttp://infofiz.ru/images/stories/lkft/mol/lk18f-2.jpg

3. Шкала Реомюра

Техническая шкала придумана французским исследователем Р.А. Реомюром (рис. 8). По этой шкале https://static-interneturok.cdnvideo.ru/content/konspekt_image/327496/da923d75d4ff9f4b436e4789e2c7828e.gif соответствует температуре замерзания воды, а вот в качестве температуры кипения воды Реомюром была выбрана температура в 80 градусов.

 

В физике в основном используется так называемая абсолютная шкала  шкала Кельвина. 1 градус по Цельсию равен 1 градусу по Кельвину, однако температура в 00 соответствует приблизительно 2730 К.

Интересные факты

Самая высокая температура созданная человеком ~ 4 трлн. К (что сравнимо с температурой Вселенной в первые секунды её жизни) была достигнута в 2010 году при столкновении золотых частиц, ускоренных до околосветовых скоростей. Эксперимент был проведён в США.

Самая высокая теоретически возможная температура - планковская температура. Более высокая температура не может существовать, так как всё превращается в энергию (все субатомные частицы разрушатся). Эта температура примерно равна 1.41679(11) * 1032 °C (примерно 142 нониллиона градусов).

Самая низкая температура, созданная человеком была получена в 1995 году Эриком Корнеллом и Карлом Виманом из США при охлаждении атомов рубидия.. Она была выше абсолютного нуля менее чем на 1/170 млрд долю градуса (5,9*10-12).

Температура 0 К соответствует -2730С. Эта температура называется абсолютным нулем. Английский физик У. Кельвин (Томсон) выдвинул идею о том, что полученное значение абсолютного нуля соответствует прекращению поступательного движения молекул всех веществ. Температуры ниже абсолютного нуля в природе быть не может. Это предельная температура при которой давление идеального газа равно нулю.

Температуру, при которой должно прекратиться поступательное движение молекул, называют абсолютным нулем (или нулем Кельвина).

Абсолютная температура не может быть отрицательной.

Температура газа – мера средней кинетической энергии движения молекул.

Немецкий ученый Больцман предложил ввести коэффициент пропорциональности (3/2)k в зависимость Е от Т

Е = (3/2)kТ

Из этой формулы следует, что среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул не зависит от природы газа, а определяется только его температурой.

Средняя квадратичная скорость молекул газа

http://infofiz.ru/images/stories/lkft/mol/lk18f-6.jpg

Постоянная величина k называется постоянная Больцмана.

В СИ она имеет значение k = 1,38*10-23 Дж/К

p = n* k*Т

Давление газа не зависит от его природы, а определяется только концентрацией молекул n и температурой газа Т.

Соотношение p = 2/3*E*n устанавливает связь между микроскопическими (значения определяются с помощью расчетов) и макроскопическими (значения можно определить по показаниям приборов) параметрами газа, поэтому его принято называть основным уравнением молекулярно – кинетической теории газов.

Решение задач

1. Определить кинетическую энергию молекулы одноатомного газа и концентрацию молекул при температуре 37С и давлении 1,2 МПа.

2. Какова средняя кинетическая энергия молекул аргона, если температура газа 200 С?

 

Информация о публикации
Загружено: 20 ноября
Просмотров: 857
Скачиваний: 6
Кандакова Татьяна Валерьевна
Физика, СУЗ, Уроки
Скачать материал