Ihanteellinen kaasu. MKT:n perusyhtälö

Lämpötila.

Molekyylikineettisen teorian perusyhtälö ihanteellinen kaasu muodostaa yhteyden helposti mitattavan makroskooppisen parametrin - paineen - ja kaasun mikroskooppisten parametrien, kuten keskimääräisen kineettisen energian ja molekyylipitoisuuden, välille.

Mutta mittaamalla vain kaasun painetta emme saa selville keskiarvoa kineettinen energia molekyylejä yksittäin eikä niiden pitoisuutta. Näin ollen kaasun mikroskooppisten parametrien löytämiseksi jonkin muun fysikaalisen suuren mittaukset

molekyylien keskimääräinen kineettinen energia. Tällainen fysiikan suure on lämpötila.

Jokapäiväisen kokemuksen perusteella kaikki tietävät, että on olemassa kuumia ja kylmiä ruumiita. Kun kaksi kappaletta joutuvat kosketuksiin, joista toisen pidämme kuumana ja toisen kylmänä, tapahtuu muutoksia sekä ensimmäisen että toisen kappaleen fysikaalisissa parametreissa. Esimerkiksi kiinteät aineet ja nesteet laajenevat yleensä kuumennettaessa. Jonkin ajan kuluttua kehon välisen kosketuksen muodostamisen jälkeen muutokset kappaleiden makroskooppisissa parametreissa pysähtyvät. Tätä kappaleiden tilaa kutsutaan termiseksi tasapainoksi. Fysikaalista parametria, joka on sama lämpötasapainotilassa olevan kappalejärjestelmän kaikissa osissa, kutsutaan kehon lämpötilaksi. Jos kahden kappaleen koskettaessa mikään niiden fysikaalisista parametreista, esimerkiksi tilavuus, paine, ei muutu, niin kappaleiden välillä ei tapahdu lämmönsiirtoa ja kappaleiden lämpötila on sama.

Lämpömittarit.

Arkikäytännössä yleisin lämpötilan mittausmenetelmä on nestelämpömittari.

Nestelämpömittari käyttää nesteiden ominaisuutta laajentua kuumennettaessa. Elohopeaa, alkoholia ja glyseriiniä käytetään yleensä työnesteinä. Kehon lämpötilan mittaamiseksi lämpömittari saatetaan kosketukseen kehon kanssa; Lämmönsiirto tapahtuu kehon ja lämpömittarin välillä, kunnes lämpötasapaino on saavutettu. Lämpömittarin massan tulee olla huomattavasti pienempi kuin ruumiinpaino, koska muuten mittausprosessi voi muuttaa ruumiinlämpöä merkittävästi.

Muutokset lämpömittarissa olevan nesteen tilavuudessa pysähtyvät, kun lämmönvaihto kehon ja lämpömittarin välillä lakkaa. Tässä tapauksessa lämpömittarissa olevan nesteen lämpötila on yhtä suuri kuin kehon lämpötila.

Merkitsemällä lämpömittarin putkeen nestepatsaan pään asento, kun lämpömittari asetetaan sulavaan jäähän ja sitten kiehuvaan veteen klo. normaali paine ja jakamalla näiden merkkien välinen segmentti 100:lla yhtä suuret osat, hanki lämpötila-asteikko celsiusasteina. Jään sulavan lämpötilan oletetaan olevan yhtä suuri (kuva 83), kiehuvan veden - (kuva 84). Lämpömittarin nestepatsaan pituuden muutos sadasosalla 0-merkkien välisestä pituudesta vastaa lämpötilan muutosta

Nestelämpömittareita käyttävän lämpötilan mittausmenetelmän merkittävä haitta on, että lämpötila-asteikko liittyy spesifiseen fyysiset ominaisuudet tietty aine, jota käytetään työnesteenä lämpömittarissa - elohopea, glyseriini, alkoholi. Eri nesteiden tilavuuden muutos samalla lämmityksellä osoittautuu hieman erilaiseksi. Siksi elohopea- ja glyserolilämpömittarit, joiden lukemat ovat samat 0 ja 100 °C:ssa, antavat erilaisia ​​lukemia muissa lämpötiloissa.

Kaasut ovat lämpötasapainotilassa.

Jotta löydettäisiin täydellisempi tapa määrittää lämpötila, on löydettävä arvo, joka olisi sama kaikille lämpötasapainotilassa oleville kappaleille.

Kaasujen ominaisuuksien kokeelliset tutkimukset ovat osoittaneet, että kaikille lämpötasapainotilassa oleville kaasuille kaasun paineen ja tilavuuden tuotteen suhde molekyylien määrään on sama:

Tämä kokeellinen tosiasia antaa meille mahdollisuuden hyväksyä arvon 0 luonnollisena lämpötilan mittana.

Koska molekyylikineettisen teorian perusyhtälön (24.2) huomioon ottaen saamme

Näin ollen lämpötasapainossa olevien kaasujen molekyylien keskimääräinen kineettinen energia on sama. Arvo 0 on yhtä suuri kuin kaksi kolmasosaa kaasumolekyylien satunnaisen lämpöliikkeen keskimääräisestä kineettisesta energiasta ja ilmaistaan ​​jouleina.

Fysiikassa lämpötila ilmaistaan ​​yleensä asteina, olettaen, että lämpötila T asteina ja arvo 0 liittyvät yhtälöön

missä on suhteellisuuskerroin lämpötilayksikön valinnasta riippuen.

Täältä saamme

Viimeinen yhtälö osoittaa, että on mahdollista valita lämpötila-asteikko, joka ei riipu käyttönesteenä käytetyn kaasun laadusta.

Käytännössä yhtälön (25.4) käyttöön perustuva lämpötilan mittaus suoritetaan kaasulämpömittarilla (kuva 85). Sen rakenne on seuraava: kaasua on vakiotilavuudessa astiassa, kaasun määrä pysyy muuttumattomana. Tilavuuden V ja molekyylien lukumäärän vakioarvoilla manometrillä mitattu kaasunpaine voi toimia kaasun ja siten minkä tahansa kappaleen lämpötilan mittana, jonka kanssa kaasu on lämpötasapainossa.

Absoluuttinen lämpötila-asteikko.

Yhtälön (25.4) mukaista lämpötilamittausasteikkoa kutsutaan absoluuttiseksi asteikoksi. Sen ehdotti englantilainen fyysikko W. Kelvia (Thomson) (1824-1907), minkä vuoksi asteikkoa kutsutaan myös Kelvin-asteikoksi.

Ennen absoluuttisen lämpötila-asteikon käyttöönottoa Celsius-lämpötila-asteikko yleistyi käytännössä. Siksi absoluuttisen asteikon lämpötilan yksikkö, jota kutsutaan kelviniksi, valitaan yhtä suureksi kuin yksi aste Celsius-asteikolla:

Absoluuttinen nollalämpötila.

Yhtälön (25.4) vasemmalla puolella kaikilla suureilla voi olla vain positiiviset arvot tai olla yhtä suuri kuin nolla. Siksi absoluuttinen lämpötila T voi olla vain positiivinen tai yhtä suuri kuin nolla. Lämpötilaa, jossa ihanteellisen kaasun paineen vakiotilavuudessa tulisi olla nolla, kutsutaan absoluuttiseksi nollalämpötilaksi.

Boltzmannin vakio.

Vakion k arvo yhtälössä (25.4) löytyy osoitteesta tunnetut arvot tunnetun määrän molekyylejä sisältävän kaasun paine ja tilavuus kahdessa lämpötilassa

Kuten tiedetään, 1 mooli mitä tahansa kaasua sisältää suunnilleen molekyylejä ja normaalipaineessa Pa vie tilavuuden

Kokeet ovat osoittaneet, että kun mitä tahansa kaasua käytetään vakiotilavuudessa 0 - 100 ° C, sen paine nousee jopa Pa: een. Korvaamalla nämä arvot yhtälöön (25.6), saamme

Kerrointa kutsutaan Boltzmannin vakioksi itävaltalaisen fyysikon Ludwig Boltzmannin (1844-1906), yhden molekyylikineettisen teorian luojista, kunniaksi.

OPPITUNTI

Aihe . Lämpötila on molekyyliliikkeen keskimääräisen kineettisen energian mitta.

Kohde: kehittää tietoa lämpötilasta yhtenä termodynaamisista parametreistaja siinä määrinmolekyyliliikkeen keskimääräinen kineettinen energia, Kelvin- ja Celsius-lämpötila-asteikot ja niiden välinen suhde sekä lämpötilan mittaus lämpömittareiden avulla.

Oppitunnin tyyppi: oppitunti uuden tiedon oppimiseen.

Laitteet: nestelämpömittarin esittely.

Tuntien aikana

1. 1. 1. 1. 1. 1. Organisaatiovaihe

                  Viitetietojen päivittäminen

                  1. Onko kaasuilla oma tilavuus?

                     Onko kaasuilla muotoa?

                     Muodostavatko kaasut suihkuja? vuotavatko ne?

                     Onko kaasujen puristaminen mahdollista?

                     Miten molekyylit sijaitsevat kaasuissa? Miten ne liikkuvat?

                     Mitä voidaan sanoa molekyylien vuorovaikutuksesta kaasuissa?

Kysymyksiä luokalle

1. Miksi kaasut kun korkea lämpötila voidaan pitää ihanteellisena?

( Mitä korkeampi kaasun lämpötila on, sitä suurempi on molekyylien lämpöliikkeen kineettinen energia, mikä tarkoittaa, että kaasu on lähempänä ihannetta .)

2. Miksi milloin korkea verenpaine Eroavatko todellisten kaasujen ominaisuudet ideaalikaasujen ominaisuuksista? (Paineen kasvaessa kaasumolekyylien välinen etäisyys pienenee, eikä niiden vuorovaikutusta voida enää jättää huomiotta .)

1. 1. 1. 1. 1. 1. Oppitunnin aiheesta, tarkoituksesta ja tavoitteista kertominen

Tiedotamme sinulle oppitunnin aiheesta.

IV. Motivaatio koulutustoimintaa

Miksi kaasujen tutkiminen ja niissä tapahtuvien prosessien kuvaileminen on tärkeää? Perustele vastauksesi fysiikan tiedolla ja omalla elämänkokemuksellasi.

V. Uuden materiaalin oppiminen

3. Lämpötila ihanteellisen kaasun termodynaamisena parametrina. Kaasun tilaa kuvataan käyttämällä tiettyjä suureita, joita kutsutaan tilaparametreiksi. On:

1. mikroskooppinen, ts. itse molekyylien ominaisuudet - koko, massa, nopeus, liikemäärä, energia;

   makroskooppinen, ts. kaasun parametrit fyysisenä kappaleena - lämpötila, paine, tilavuus.

Molekyylikinettinen teoria antaa meille mahdollisuuden ymmärtää, mikä on niin monimutkaisen käsitteen kuin lämpötilan fysikaalinen olemus.

Tunnetko sanan "lämpötila"? varhaislapsuus. Tutustutaanpa nyt lämpötilaan parametrina.

Tiedämme sen erilaisia ​​kehoja voi olla erilaisia ​​lämpötiloja. Siksi lämpötila on ominaista sisäinen tila kehot. Kahden kehon vuorovaikutuksen seurauksena eri lämpötiloja, kuten kokemus osoittaa, niiden lämpötilat tasoittuvat jonkin ajan kuluttua. Lukuisat kokeet osoittavat, että lämpökosketuksessa olevien kappaleiden lämpötilat tasoittuvat, ts. niiden välille syntyy lämpötasapaino.

Terminen tai termodynaaminen tasapaino kutsutaan tilaksi, jossa kaikki järjestelmän makroskooppiset parametrit pysyvät muuttumattomina mielivaltaisen pitkän ajan . Tämä tarkoittaa, että tilavuus ja paine järjestelmässä eivät muutu, aineen aggregaattitilat ja aineiden pitoisuus eivät muutu. Mutta mikroskooppiset prosessit kehon sisällä eivät pysähdy edes lämpötasapainossa: molekyylien sijainnit ja niiden nopeudet törmäysten aikana muuttuvat. Termodynaamisen tasapainon tilassa olevien kappaleiden järjestelmässä tilavuudet ja paineet voivat olla erilaisia, mutta lämpötilat ovat välttämättä samat.Siten lämpötila luonnehtii eristetyn kappalejärjestelmän termodynaamisen tasapainon tilaa .

Mitä nopeammin kehon molekyylit liikkuvat, sitä vahvempi on kosketettaessa lämmön tunne. Suurempi molekyylinopeus vastaa suurempaa kineettistä energiaa. Siksi lämpötilan perusteella voidaan saada käsitys molekyylien liike-energiasta.

Lämpötila on molekyylien lämpöliikkeen kineettisen energian mitta .

Lämpötila on skalaarisuure; SI:ssä mitattunaKehlviinit (K).

2 . Lämpötila-asteikot. Lämpötilan mittaus

Lämpötilaa mitataan lämpömittareilla, joiden toiminta perustuu termodynaamisen tasapainon ilmiöön, ts. Lämpömittari on laite, jolla mitataan lämpötilaa koskettamalla tutkittavaa kehoa. Kun valmistetaan erityyppisiä lämpömittareita, riippuvuus lämpötilasta eri fyysisiä ilmiöitä: lämpölaajeneminen, sähköiset ja magneettiset ilmiöt jne.

Niiden toiminta perustuu siihen, että lämpötilan muuttuessa muut kehon fyysiset parametrit, kuten paine ja tilavuus, myös muuttuvat.

Vuonna 1787 J. Charles loi kokeellisesti suoran verrannollisen suhteen kaasun paineen ja lämpötilan välille. Kokeista kävi ilmi, että samalla lämmityksellä minkä tahansa kaasun paine muuttuu tasaisesti. Tämän kokeellisen tosiasian käyttö muodosti perustan kaasulämpömittarin luomiselle.

Sellaisiakin onlämpömittarityypit : neste, lämpöparit, kaasu, vastuslämpömittarit.

Tärkeimmät vaa'at:

Fysiikassa käytetään useimmissa tapauksissa englantilaisen tiedemiehen W. Kelvinin (1848) esittämää absoluuttista lämpötila-asteikkoa, jossa on kaksi pääkohtaa.

Ensimmäinen pääkohta - 0 K eli absoluuttinen nolla.

Fyysinen merkitys absoluuttinen nolla: on lämpötila, jossa molekyylien lämpöliike pysähtyy .

Absoluuttisessa nollapisteessä molekyylit eivät liiku eteenpäin. Molekyylien lämpöliike on jatkuvaa ja ääretöntä. Näin ollen absoluuttista nollalämpötilaa ei voida saavuttaa aineen molekyylien läsnä ollessa. Absoluuttinen nollalämpötila on alin lämpötilaraja, ylärajaa ei ole.

Toinen pääkohta - Tämä on piste, jossa vesi on kaikissa kolmessa tilassa (kiinteä, nestemäinen ja kaasu), sitä kutsutaan kolmoispisteeksi.

Arkielämässä lämpötilan mittaamiseen käytetään toista lämpötila-asteikkoa - ruotsalaisen tähtitieteilijän A. Celsiuksen mukaan nimettyä Celsius-asteikkoa, jonka hän esitteli vuonna 1742.

Celsius-asteikolla on kaksi pääpistettä: 0°C (piste, jossa jää sulaa) ja 100°C (piste, jossa vesi kiehuu). Lämpötila, joka määritetään Celsius-asteikolla, on merkitty t . Celsius-asteikolla on sekä positiivisia että negatiivisia arvoja.

P Kuvan avulla jäljitetään lämpötilojen yhteys Kelvin- ja Celsius-asteikoilla.

Jakoarvo Kelvin-asteikolla on sama kuin Celsius-asteikolla:

ΔT = T 2 - T 1 =( t 2 +273) - ( t 1 +273) = t 2 - t 1 = Δt .

Niin,ΔT= Δt, nuo. lämpötilan muutos Kelvin-asteikolla on yhtä suuri kuin lämpötilan muutos Celsius-asteikolla.

TK = t° C+ 273

0 K = -273 °C

0 °C = 273 K

Luokkatehtävä .

Kuvaile nestelämpömittaria fyysisenä laitteena fyysisen laitteen ominaisuuksien mukaan.

Nestelämpömittarin ominaisuudet fyysisenä laitteena

Lämpötilan mittaus.

Suljettu lasikapillaari, jonka alaosassa on nestesäiliö, joka on täytetty elohopealla tai sävytetyllä alkoholilla. Kapillaari kiinnitetään vaakaan ja sijoitetaan yleensä lasikoteloon.

Lämpötilan noustessa kapillaarin sisällä oleva neste laajenee ja nousee, ja kun lämpötila laskee, se laskee.

Käytetään mittaamiseen. ilman, veden, ihmiskehon jne.

Lämpötila-alue, joka voidaan mitata nestelämpömittareiden avulla, on laaja (elohopea -35 - 75 °C, alkoholi -80 - 70 °C). Haittapuolena on, että kuumennettaessa eri nesteet laajenevat eri tavalla, samassa lämpötilassa lukemat voivat vaihdella hieman.

3. Lämpötila on molekyyliliikkeen keskimääräisen kineettisen energian mitta

NOIN Kokeellisesti todettiin, että vakiotilavuudessa ja -lämpötilassa kaasun paine on suoraan verrannollinen sen pitoisuuteen. Yhdistämällä kokeellisesti saadut paineen riippuvuudet lämpötilasta ja pitoisuudesta saadaan yhtälö:

p = nkT , Missä -k = 1,38 × 10 -23 J/C , suhteellisuuskerroin on Boltzmannin vakio.Boltzmannin vakio suhteuttaa lämpötilan aineen molekyylien keskimääräiseen liikeenergiaan. Tämä on yksi MCT:n tärkeimmistä vakioista. Lämpötila on suoraan verrannollinen aineen hiukkasten lämpöliikkeen keskimääräiseen kineettiseen energiaan. Näin ollen lämpötilaa voidaan kutsua hiukkasten keskimääräisen kineettisen energian mittaksi, joka kuvaa molekyylien lämpöliikkeen intensiteettiä. Tämä johtopäätös on hyvin sopusoinnussa kokeellisten tietojen kanssa, jotka osoittavat ainehiukkasten nopeuden lisääntyvän lämpötilan noustessa.

Päättely, jonka suoritimme lämpötilan fysikaalisen olemuksen selventämiseksi, pätee ihanteelliseen kaasuun. Kuitenkin tekemämme johtopäätökset pätevät paitsi ihanteellisille kaasuille myös todellisille kaasuille. Ne ovat voimassa myös nesteille ja kiinteät aineet. Missä tahansa tilassa aineen lämpötila luonnehtii sen hiukkasten lämpöliikkeen voimakkuutta.

VII. Yhteenveto oppitunnista

Teemme yhteenvedon oppitunnista ja arvioimme oppilaiden toimintaa.

Kotitehtävät

1. Opi teoreettinen materiaali muistiinpanoista. §_____ s._____

Opettaja korkein luokka L.A. Donets

Sivu 5

Se edustaa energiaa, jonka määrää tähän järjestelmään kuuluvien eri pisteiden liikenopeus. Tässä tapauksessa tulee erottaa energia, joka luonnehtii translaatioliikettä ja pyörimisliikettä. Samanaikaisesti keskimääräinen kineettinen energia on keskimääräinen ero koko järjestelmän kokonaisenergian ja sen lepoenergian välillä, eli pohjimmiltaan sen arvo on keskiarvo

Sen fysikaalinen arvo määritetään kaavalla 3 / 2 kT, joka osoittaa: T - lämpötila, k - Boltzmannin vakio. Tämä arvo voi toimia eräänlaisena vertailukriteerinä (standardina) sisältämille energioille erilaisia ​​tyyppejä lämpöliike. Esimerkiksi kaasumolekyylien keskimääräinen kineettinen energia tutkimuksessa liike eteenpäin, on 17 (-10) nJ kaasun lämpötilassa 500 C. Yleensä elektronien energia on suurin translaatioliikkeen aikana, mutta neutraalien atomien ja ionien energia on paljon pienempi.

Tällä arvolla, jos tarkastellaan mitä tahansa liuosta, kaasua tai nestettä tietyssä lämpötilassa, on vakioarvo. Tämä väite koskee myös kolloidisia liuoksia.

Kiinteiden aineiden kanssa tilanne on hieman toinen. Näissä aineissa minkä tahansa hiukkasen keskimääräinen kineettinen energia on liian pieni voittaakseen molekyylien vetovoimat, ja siksi se voi liikkua vain tietyn pisteen ympäri, mikä ehdollisesti kiinnittää hiukkasen tietyn tasapainoaseman pitkäksi ajaksi. Tämä ominaisuus mahdollistaa kiinteän aineen olevan melko vakaa muodoltaan ja tilavuudeltaan.

Jos tarkastelemme ehtoja: translaatioliikettä ja sitten tässä keskimääräinen kineettinen energia ei ole suuresta riippuvainen ja siksi se määritellään arvoon suoraan verrannolliseksi

Olemme antaneet kaikki nämä tuomiot osoittaaksemme, että ne ovat päteviä kaikille tyypeille aggregaatiotilat aineet - missä tahansa niistä lämpötila toimii pääominaisuutena, mikä heijastaa elementtien lämpöliikkeen dynamiikkaa ja intensiteettiä. Ja tämä on molekyylikineettisen teorian ydin ja termisen tasapainon käsitteen sisältö.

Kuten tiedetään, jos kaksi fyysisiä kehoja joutuvat vuorovaikutukseen toistensa kanssa, niin niiden välillä tapahtuu lämmönvaihtoprosessi. Jos keho on suljettu järjestelmä, eli se ei ole vuorovaikutuksessa minkään kappaleen kanssa, niin sen lämmönvaihtoprosessi kestää niin kauan kuin se kestää tämän kappaleen lämpötilojen tasaamiseen ja ympäristöön. Tätä tilaa kutsutaan termodynaamiseksi tasapainoksi. Tämä johtopäätös on toistuvasti vahvistettu kokeellisilla tuloksilla. Keskimääräisen kineettisen energian määrittämiseksi tulee ottaa huomioon tietyn kappaleen lämpötilan ominaisuudet ja sen lämmönsiirtoominaisuudet.

On myös tärkeää ottaa huomioon, että kehon sisällä tapahtuvat mikroprosessit eivät lopu, kun keho saavuttaa termodynaamisen tasapainon. Tässä tilassa molekyylit liikkuvat kappaleiden sisällä, muuttavat nopeuksiaan, iskuja ja törmäyksiä. Siksi vain yksi useista väitteistämme on totta - kehon tilavuus, paine (jos puhumme kaasusta) voivat vaihdella, mutta lämpötila pysyy silti vakiona. Tämä vahvistaa jälleen kerran väitteen, jonka mukaan lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia määräytyy yksinomaan lämpötila-indikaattorilla.

Tämä malli vahvistettiin J. Charlesin kokeiden aikana vuonna 1787. Kokeita tehdessään hän huomasi, että kun kappaleita (kaasuja) kuumennetaan samalla määrällä, niiden paine muuttuu suoran suhteellinen laki. Tämä havainto mahdollisti monia hyödyllisiä välineitä ja asioita, erityisesti kaasulämpömittarin.

Tällä oppitunnilla analysoimme fyysistä suuruutta, joka on meille tuttu jo kahdeksannen luokan kurssilta - lämpötilaa. Täydennämme sen määritelmää lämpötasapainon mittana ja keskimääräisen kineettisen energian mittana. Kuvataan joidenkin lämpötilojen mittausmenetelmien haittoja ja muiden etuja, otetaan käyttöön absoluuttisen lämpötila-asteikon käsite ja lopuksi johdetaan kaasumolekyylien kineettisen energian ja kaasun paineen riippuvuus lämpötilasta.

Tähän on kaksi syytä:

1. Käytetään erilaisia ​​lämpömittareita erilaisia ​​aineita indikaattorina, siksi lämpömittarit reagoivat eri tavalla samaan lämpötilan muutokseen tietyn aineen ominaisuuksien mukaan;
2. Mielivaltaisuus lämpötila-asteikon lähtökohdan valinnassa.

Siksi tällaiset lämpömittarit eivät sovellu tarkkoihin lämpötilamittauksiin. Ja 1700-luvulta lähtien on käytetty tarkempia lämpömittareita, jotka ovat kaasulämpömittareita (katso kuva 2).

Riisi. 2. Kaasulämpömittari ()

Syynä tähän on se, että kaasut laajenevat samalla tavalla, kun lämpötila muuttuu saman verran. Seuraava koskee kaasulämpömittareita:

Toisin sanoen lämpötilan mittaamiseksi tallennetaan joko paineen muutos vakiotilavuudessa tai tilavuus vakiopaineessa.

Kaasulämpömittarit käyttävät usein harvinaista vetyä, joka, kuten muistamme, sopii ihanteelliseen kaasumalliin erittäin hyvin.

Kotitalouksien lämpömittareiden epätäydellisyyden lisäksi on myös monien jokapäiväisessä elämässä käytettävien vaakojen epätäydellisyyttä. Erityisesti Celsius-asteikko, joka on meille tutuin. Kuten lämpömittareissa, nämä vaa'at valitsevat satunnaisen aloitustason (Celsius-asteikolla tämä on jään sulamispiste). Siksi työskennellä fyysisiä määriä tarvitaan toinen, absoluuttinen asteikko.

Tämän asteikon esitteli vuonna 1848 englantilainen fyysikko William Thompson (Lord Kelvin) (kuva 3). Kun tiedetään, että lämpötilojen noustessa molekyylien ja atomien terminen liikkumisnopeus kasvaa, ei ole vaikeaa todeta, että lämpötilojen laskeessa nopeus laskee ja tietyssä lämpötilassa ennemmin tai myöhemmin nollaa, samoin kuin paine ( MKT:n perusyhtälön perusteella). Tämä lämpötila valittiin lähtöpisteeksi. On selvää, että lämpötila ei voi saavuttaa tätä arvoa pienempää arvoa, minkä vuoksi sitä kutsutaan "absoluuttiseksi nollalämpötilaksi". Mukavuussyistä 1 aste Kelvin-asteikolla annettiin Celsius-asteikon 1 asteen mukaisesti.

Joten saamme seuraavan:

Lämpötilamerkintä - ;

Mittayksikkö - K, "kelvin"

Käännös Kelvinin asteikolle:

Siksi absoluuttinen nollalämpötila on lämpötila

Riisi. 3. William Thompson ()

Nyt lämpötilan määrittämiseksi molekyylien keskimääräisen kineettisen energian mittana on järkevää yleistää päättely, jonka annoimme määriteltäessä absoluuttista lämpötila-asteikkoa:

Joten, kuten näemme, lämpötila on todellakin translaatioliikkeen keskimääräisen kineettisen energian mitta. Erityisen kaavasuhteen johti itävaltalainen fyysikko Ludwig Boltzmann (kuva 4):

Tässä on niin kutsuttu Boltzmann-kerroin. Tämä on vakio, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin:

Kuten näemme, tämän kertoimen mitta on , eli se on eräänlainen muuntokerroin lämpötila-asteikosta energia-asteikolle, koska nyt ymmärrämme, että itse asiassa meidän piti mitata lämpötila energiayksiköissä.

Katsotaan nyt kuinka ihanteellisen kaasun paine riippuu lämpötilasta. Tätä varten kirjoitamme MKT-perusyhtälön seuraavassa muodossa:

ja korvaa tähän kaavaan keskimääräisen kineettisen energian ja lämpötilan välisen suhteen lauseke. Saamme:

Riisi. 4. Ludwig Boltzmann ()

Seuraavalla oppitunnilla muotoilemme ihanteellisen kaasun tilayhtälön.

Bibliografia

1. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekyylifysiikka. Termodynamiikka. - M.: Bustard, 2010.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fysiikka 10 luokka. - M.: Ilexa, 2005.
3. Kasyanov V.A. Fysiikka 10 luokka. - M.: Bustard, 2010.

1. Suuri öljyn ja kaasun tietosanakirja ().
2. youtube.com().
3. E-science.ru ().

Kotitehtävät

1. Sivu 66: nro 478-481. Fysiikka. Ongelma kirja. 10-11 luokkaa. Rymkevich A.P. - M.: Bustard, 2013. ()
2. Miten Celsius-lämpötila-asteikko määritetään?
3. Ilmoita kaupunkisi lämpötila-alue Kelvin-asteikolla kesällä ja talvella.
4. Ilma koostuu pääasiassa typestä ja hapesta. Minkä kaasumolekyylin kineettinen energia on suurempi?
5. *Miten kaasujen paisuminen eroaa nesteiden ja kiinteiden aineiden paisumisesta?

Kun ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila laskee 1,5 kertaa, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia

1) kasvaa 1,5-kertaiseksi

2) vähenee 1,5 kertaa

3) vähenee 2,25 kertaa

4) ei muutu

Ratkaisu.

Kun absoluuttinen lämpötila laskee 1,5-kertaiseksi, myös keskimääräinen kineettinen energia pienenee 1,5-kertaiseksi.

Oikea vastaus: 2.

Vastaus: 2

Kun ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila laskee 4 kertaa, sen molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen neliönopeus

1) vähenee 16 kertaa

2) vähenee 2 kertaa

3) vähenee 4 kertaa

4) ei muutu

Ratkaisu.

Ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila on verrannollinen keskineliönopeuden neliöön: Eli kun absoluuttinen lämpötila laskee 4 kertaa, sen molekyylien keskineliönopeus pienenee 2 kertaa.

Oikea vastaus: 2.

Vladimir Pokidov (Moskova) 21.05.2013 16:37

Meille lähetettiin sellainen upea kaava kuin E = 3/2kT. Ihanteellisen kaasun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia on suoraan verrannollinen sen lämpötilaan, lämpötilan muuttuessa myös lämmön keskimääräinen kineettinen energia molekyylien liikettä.

Aleksei

Hyvää iltapäivää

Se on totta, itse asiassa lämpötila ja lämpöliikkeen keskimääräinen energia ovat yksi ja sama. Mutta tässä ongelmassa meiltä kysytään nopeudesta, ei energiasta

Kun ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila nousee 2 kertaa, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia

1) ei muutu

2) kasvaa 4 kertaa

3) vähenee 2 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Ihanteellisen kaasun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia on suoraan verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan, esimerkiksi yksiatomiselle kaasulle:

Kun absoluuttinen lämpötila nousee 2-kertaiseksi, myös keskimääräinen kineettinen energia kasvaa 2-kertaiseksi.

Oikea vastaus: 4.

Vastaus: 4

Kun ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila laskee 2 kertaa, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia

1) ei muutu

2) vähenee 4 kertaa

3) vähenee 2 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Ihanteellisen kaasun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia on suoraan verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan:

Kun absoluuttinen lämpötila laskee 2 kertaa, myös keskimääräinen kineettinen energia pienenee 2 kertaa.

Oikea vastaus: 3.

Vastaus: 3

Kun molekyylien lämpöliikkeen neliönopeus kasvaa 2 kertaa, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia

1) ei muutu

2) kasvaa 4 kertaa

3) vähenee 4 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Tästä johtuen lämpöliikkeen keskimääräisen neliönopeuden kasvu 2 kertaa johtaa keskimääräisen kineettisen energian kasvuun 4-kertaiseksi.

Oikea vastaus: 2.

Vastaus: 2

Aleksei (Pietari)

Hyvää iltapäivää

Molemmat kaavat pätevät. Ratkaisussa käytetty kaava (ensimmäinen yhtälö) on yksinkertaisesti matemaattinen merkintä keskimääräisen kineettisen energian määritelmään: että sinun on otettava kaikki molekyylit, laskettava niiden kineettiset energiat ja otettava sitten aritmeettinen keskiarvo. Toinen (identtinen) yhtälö tässä kaavassa on vain määritelmä neliönopeuden keskiarvolle.

Kaava on itse asiassa paljon vakavampi, se osoittaa sen keskimääräistä energiaa lämpöliikettä voidaan käyttää lämpötilan mittana.

Kun molekyylien lämpöliikkeen neliönopeus pienenee 2 kertaa, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia

1) ei muutu

2) kasvaa 4 kertaa

3) vähenee 4 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia on verrannollinen molekyylien lämpöliikkeen neliökeskiarvon neliöön:

Tästä johtuen lämpöliikkeen neliönopeuden 2-kertainen lasku johtaa keskimääräisen kineettisen energian pienenemiseen 4-kertaiseksi.

Oikea vastaus: 3.

Vastaus: 3

Kun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia kasvaa 4-kertaiseksi, niiden keskimääräinen neliönopeus

1) vähenee 4 kertaa

2) kasvaa 4 kertaa

3) vähenee 2 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Näin ollen, kun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia kasvaa 4 kertaa, niiden neliönopeus kasvaa 2 kertaa.

Oikea vastaus: 4.

Vastaus: 4

Aleksei (Pietari)

Hyvää iltapäivää

Merkki on identtinen yhtäläisyys, toisin sanoen tasa-arvo, joka aina täyttyy; itse asiassa, kun tällainen merkki ilmestyy, tämä tarkoittaa, että suuret ovat määritelmän mukaan samat.

Yana Firsova (Gelendzhik) 25.05.2012 23:33

Juri Shoitov (Kursk) 10.10.2012 10:00

Hei Aleksei!

Ratkaisussasi on virhe, joka ei vaikuta vastaukseen. Miksi ratkaisussasi piti puhua nopeusmoduulin keskiarvon neliöstä? Tehtävässä ei ole tällaista termiä. Lisäksi se ei ole ollenkaan yhtä suuri kuin neliön keskiarvo, vaan vain verrannollinen. Siksi henkilöllisyytesi on väärä.

Juri Shoitov (Kursk) 10.10.2012 22:00

Hyvää iltaa, Aleksei!

Jos näin on, mikä on vitsi, että merkitset samaa määrää eri tavalla samassa kaavassa?! Ehkä tehdä siitä tieteellisempää. Uskokaa minua, fysiikan opetusmenetelmässämme tämä "hyvä" riittää ilman sinua.

Aleksei (Pietari)

En vain ymmärrä mikä sinua vaivaa. Olen kirjoittanut, että neliönopeuden keskiarvon neliö on määritelmän mukaan nopeuden neliön keskiarvo. B on yksinkertaisesti osa neliönopeuden keskiarvoa ja b on keskiarvomenettely.

Kun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia pienenee 4-kertaiseksi, niiden keskimääräinen neliönopeus

1) vähenee 4 kertaa

2) kasvaa 4 kertaa

3) vähenee 2 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia on verrannollinen neliönopeuden neliökeskiarvon neliöön:

Näin ollen, kun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia pienenee 4 kertaa, niiden neliönopeus pienenee 2 kertaa.

Oikea vastaus: 3.

Vastaus: 3

Kun monoatomisen ideaalikaasun absoluuttinen lämpötila nousee 2 kertaa, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen neliönopeus

1) vähenee kertoimella

2) kasvaa kertaa

3) vähenee 2 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Ihanteellisen yksiatomisen kaasun absoluuttinen lämpötila on verrannollinen molekyylien lämpöliikkeen neliökeskiarvon neliöön. Todella:

Näin ollen, kun ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila nousee 2-kertaiseksi, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen neliönopeus kasvaa kertoimella.

Oikea vastaus: 2.

Vastaus: 2

Kun ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila laskee 2 kertaa, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen neliönopeus

1) vähenee kertoimella

2) kasvaa kertaa

3) vähenee 2 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila on verrannollinen molekyylien lämpöliikkeen neliökeskiarvon neliöön. Todella:

Näin ollen, kun ihanteellisen kaasun absoluuttinen lämpötila laskee 2 kertaa, molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen neliönopeus pienenee kertoimella.

Oikea vastaus: 1.

Vastaus: 1

Aleksei (Pietari)

Hyvää iltapäivää

Älä ole hämmentynyt, nopeuden neliön keskiarvo ei ole yhtä suuri kuin keskinopeuden neliö, vaan neliönopeuden keskiarvon neliö. keskinopeus kaasumolekyylille on yleensä nolla.

Juri Shoitov (Kursk) 11.10.2012 10:07

Sinä olet se, joka on hämmentävä, etkä vieras.

Kaikkiaan koulun fysiikkaa kirjain v ilman nuolta osoittaa nopeusmoduulin. Jos tämän kirjaimen yläpuolella on viiva, niin tämä ilmaisee nopeusmoduulin keskiarvon, joka lasketaan Maxwell-jakaumasta, ja se on yhtä suuri kuin 8RT/pi*mu. Keskimääräisen neliönopeuden neliöjuuri on 3RT/pi*mu. Kuten näet, identiteetissäsi ei ole tasa-arvoa.

Aleksei (Pietari)

Hyvää iltapäivää

En edes tiedä mitä sanoa, se on luultavasti merkintäkysymys. Mjakiševin oppikirjassa keskimääräinen neliönopeus on merkitty tällä tavalla, Sivukhin käyttää merkintää. Miten olet tottunut merkitsemään tätä arvoa?

Igor (Kuka sitä tarvitsee, tietää) 01.02.2013 16:15

Miksi lasket ihanteellisen kaasun lämpötilan kineettisen energian kaavalla? Loppujen lopuksi keskimääräinen neliönopeus saadaan kaavasta: http://reshuege.ru/formula/d5/d5e3acf50adcde572c26975a0d743de1.png = Root of (3kT/m0)

Aleksei (Pietari)

Hyvää iltapäivää

Jos katsot tarkasti, huomaat, että neliökeskiarvon määritelmäsi on sama kuin ratkaisussa käytetty.

Määritelmän mukaan keskineliönopeuden neliö on yhtä suuri kuin nopeuden keskineliö, ja sen kautta kaasun lämpötila määritetään.

Kun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia pienenee 2 kertaa, absoluuttinen lämpötila

1) ei muutu

2) kasvaa 4 kertaa

3) vähenee 2 kertaa

4) kasvaa 2 kertaa

Ratkaisu.

Ihanteellisen kaasun molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia on suoraan verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan:

Näin ollen, kun lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia pienenee 2 kertaa, myös kaasun absoluuttinen lämpötila laskee 2 kertaa.

Oikea vastaus: 3.

Vastaus: 3

Neonin kuumentamisen seurauksena tämän kaasun lämpötila nousi 4 kertaa. Sen molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia tässä tapauksessa

1) kasvoi 4 kertaa

2) kasvoi 2 kertaa

3) laski 4 kertaa

4) ei ole muuttunut

Siten, kun neonia kuumennetaan 4 kertaa, sen molekyylien lämpöliikkeen keskimääräinen kineettinen energia kasvaa 4 kertaa.

Oikea vastaus: 1.