Учебник по физике для поступающих в ВУЗ
Обозначим = Θ.
Величина Θ растет с повышением температуры и ни от чего, кроме температуры не зависит. Следовательно, ее можно считать естественной мерой температуры.
Будем считать величину Θ, измеряемую в энергетических единицах, прямо пропорциональной температуре 
, выражаемой в градусах:
Θ = kT
где k - коэффициент пропорциональности.
Постоянная Больцмана k = 1,38*10-23 Дж/К (в честь австрийского физика Л.Больцмана)
Она связывает температуру в Θ в энергетических единицах (Дж) с температурой Т в Кельвинах.
Можно считать величину Θ прямо пропорциональной температуре Т (что подтверждается опытами):
Θ = kT Þ = kT .
Определенная таким образом температура называется абсолютной.
На основании формулы вводится температурная шкала не зависящая от характера вещества, используемого для измерения температуры.
Температура, определяемая этой формулой, не может быть отрицательной. Следовательно, наименьшим возможным значением температуры является 0, если давление или объем равны нулю.
Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температуры.
Английский ученый У. Кельвин ввел абсолютную шкалу температур.
Нулевая температура по шкале Кельвина соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия.
Единица абсолютной температуры в СИ называется Кельвином °К.
До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распространение получила шкала Цельсия (за 0°С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении).
В шкале Кельвина за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю.
Вычисления дают результат, что абсолютный ноль температуры равен -273 °С.
Таким образом, связь между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия:
Т°К = t°С + 273.
Абсолютный ноль температур недостижим, так как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближении к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолько замедляется, что испарение практически прекращается.
Теоретически при абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е. прекращается тепловое движение молекул:
= kT.
Следовательно, абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.
= kT Þ p = ; n = Þ p = nkT
(n = N/V – концентрация молекул в данном объеме)
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ (уч.10кл.стр.239-243, 261-264, уч.8кл.стр.5-9)
Понятие внутренней энергии
Способы изменения внутренней энергии
(Определение температуры как меры кинетической энергии. Формула
Постоянная Больцмана, ее смысл и единицы измерения
Абсолютный нуль температуры и энергия молекул при нем
Скорость теплового движения молекул
Молярная газовая постоянная. Смысл и единицы измерения
Средняя квадратичная скорость молекул)
Внутренняя энергия идеального газа (уч.10кл.стр.261) Определение
Энергия одного атома.
Определение числа степеней свободы
Энергия одноатомного газа
Энергия массы газа
Зависимость энергии от числа атомов в газе
Формула внутренней энергии идеального газа
В середине XIX века было доказано, что наряду с механической энергией макроскопические тела обладают еще и энергией, заключенной внутри самих тел. Эта внутренняя энергия входит в баланс энергетических превращений в природе.
С точки зрения молекулярно-кинетической теории:
Внутренняя энергия макроскопического тела равна сумме кинетических энергий беспорядочного движения всех молекул (или атомов) относительно центров масс тела и потенциальных энергий взаимодействия всех молекул друг с другом (но не с молекулами других тел)
Во внутреннюю энергию входит также энергия движения и взаимодействия частиц в атомах и молекулах. При не слишком большой температуре эта энергия постоянна.
Внутренняя энергия тела – сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов и молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия.
Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества и еще некоторых факторов.
Внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения тела относительно других тел.
Тело, имея некоторый запас внутренней энергии, одновременно может обладать и механической энергией (как потенциальной так и кинетической)
Способы изменения внутренней энергии тела:
- теплопередача (нагревание или охлаждение)
Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей
Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.
Теплопередачу можно осуществить тремя способами: теплопроводность, конвекция, излучение
Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.
Следует помнить, что при теплопередаче не происходит переноса вещества.
Теплопроводность у разных веществ различна.
Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум, так как теплопроводность – это перенос энергии при взаимодействии молекул или других частиц.
- совершение работы над телом (например, сжатие газа)
Если над телом совершают работу, то его внутренняя энергия увеличивается.
Если тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается
- деформация тела
Вычислить внутреннюю энергию тела (или ее изменение), учитывая движение отдельных молекул и их положение относительно друг друга, практически невозможно из-за их огромного числа. Поэтому необходимо уметь определять значение внутренней энергии (или ее изменение) в зависимости от макроскопических параметров, которые можно непосредственно измерить.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100