Температура і методи її вимірювання

Тип: Реферат.
Наука: Фізика.
Формат: docx.
К-сть сторінок: 26.
Короткий опис:

Зміст
Температура і теплова рівновага
Емпіричні температурні шкали
Види термометрів
Ідеально-газова шкала температур
Вимірювання температури
Холодильні машини
Негативні температури
Використана література

Температура і теплова рівновага

Температура – одна з найважливіших понять не лише фізики, але й усього природознавства. Людина завжди мала справу з відчуттям тепла та холоду. Тому здавалося б, що поняття температури не складне. Суб’єктивність у визначенні «теплого» і «холодного», а також уявна простота цих понять призвели до того, що під температурою почали розуміти ступінь нагрітості тіла.

Якщо два неоднаково нагріті тіла дотикаються, то теплота переходитиме від більше нагрітого тіла до тіла менше нагрітого, тобто від тіла з вищою температурою до тіла, температура якого нижча. Такий процес триватиме доти, доки тіла не будуть однаково нагріті і перебуватимуть в однаковому тепловому стані. Теплові характеристики контактних тіл вирівнюються, і їх температури будуть однакові.

З погляду феноменологічного вчення про теплоту температура є величиною, яка характеризує систему в стані теплової рівноваги. Загальним поняття термодинамічної рівноваги системи. Коли дві неоднаково нагріті рівноважні системи дотикаються, то завдяки теплообмінові вони набувають іншого рівноважного стану, в якому припиняються всі макроскопічні процеси, пов’язані з перенесенням енергії, імпульсу чи маси. Такий стан термодинамічної рівноваги кожної системи визначається не лише її зовнішніми параметрами, а й деякою величиною, яка характеризує її внутрішній стан. Такою величиною є температура. Отже, температура – термодинамічний параметр стану макросистеми. Вона характеризує систему в стані термодинамічної рівноваги.

Твердження про встановлення термодинамічної рівноваги в ізольованій системі незалежно від початкового стану складових її тіл називається нульовим принципом термодинаміки.

З’ясуймо фізичний зміст температури з погляду молекулярно-кінетичної теорії. Розгляньмо суміш двох сортів ідеальних газів, маса молекули яких дорівнює m1 і m2відповідно. Через v1, v2 позначимо швидкості молекули газів першого та другого сорту. Запишемо вираз для швидкості центра мас цих молекул

vц.м.=(m1v1+m2v2)/(m1+m2)

Відносна швидкість молекул vвідн = v1 – v2. Аналогічні вирази для швидкостей vц.м. і vвідн можна записати для довільної пари із різносортних молекул. Швидкість центрів мас пар молекул та їхні відносні швидкості не пов’язані між собою. Вони спрямовані в довільні напрямки і набувають будь-яких значень, через що середнє значення скалярних добутків векторів vц.м і vвідн усіх пар молекул дорівнює нулеві.

Внаслідок хаотичного характеру зіткнень і теплового руху молекул вектори v1 і v2 довільно змінюються за величиною і напрямком.

Отже, молекули різного сорту газової суміші, взаємодіючи між собою, обмінюються енергією і набувають однакової середньої кінетичної енергії хаотичного поступального руху у різних елементах об’єму. Такий стан системи називається термодинамічно рівноважним. Середня кінетична енергія поступального руху молекули не залежить від її маси і внутрішньої будови. Вона характеризується фізичною величною, яка називається температурою Т.

Отже, у загальному випадку температура пов’язана із середньою кінетичною енергією руху частинок, з яких складається тіло, тобто температура визначається енергією, і фізичний зміст має очевидно, ця енергія. Згідно із співвідношенням температура Т є абсолютною термодинамічною температурою. У системі СІ одиницею температури є Кельвін.

Абсолютна температура широковживана у фізиці. її поняття дуже важливе. Від неї залежить значення низки характеристик макросистеми (внутрішня енергія, розподіл швидкостей молекул, магнітна сприйнятливість парамагнетика, випромінювальна здатність тіла).

Завантажити  Завантажити