Абсолютный нуль температуры

 

Предельную температуру, при которой объем идеального га­за становится равным нулю, принимают за абсолютный нуль температуры.

Найдем значение абсолютного нуля по шкале Цельсия.
Приравнивая объем V в формуле (3.1) нулю и учитывая, что

1/°С,

получим

.

Отсюда абсолютный нуль температуры равен

t = –273 °С.2

Это предельная, самая низкая температура в природе, та «на­ибольшая или последняя степень холода», существование которой предсказал Ломоносов.

_____________

[1]Наибольшие температуры на Земле – сотни миллионов граду­сов – получены при взрывах термоядерных бомб. Еще более высокие температуры характерны для внутренних областей некоторых звезд.

2Более точное значение абсолютного нуля: –273,15 °С.

Шкала Кельвина

 

Английский ученый У. Кельвин ввел абсолютную шкалу температур. Нулевая температура по шкале Кельвина соот­ветствует абсолютному нулю, и единица температуры по этой шкале равна градусу по шкале Цельсия, поэтому абсолютная температура Т связана с температурой по шкале Цельсия фор­мулой

Т = t + 273. (3.2)

На рис. 3.2 для сравнения изображены абсолютная шкала и шкала Цельсия.

Единица абсолютной темпера­туры в СИ называется кельвином (сокращенно К). Следова­тельно, один градус по шкале Цельсия равен одному градусу по шкале Кельвина:

1 °С = 1 К.

Таким образом, абсолютная температура по определению, да­ваемому формулой (3.2), являет­ся производной величиной, зависящей от температуры Цельсия и от экспериментально определяемого значения a.

Читатель: А какой физический смысл имеет абсолютная температура?

Автор: Согласно молекулярно-кинетической теории абсолютная температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии хаотического движения атомов или молекул. При Т = 0 К тепловое движение молекул прекращается.

Запишем выражение (3.1) в виде

.

Учитывая, что температура по шкале Кельвина связана с температурой по шкале Цельсия соотношением Т = t + 273, получим

,

где Т0 = 273 К, или

. (3.3)

Поскольку это соотношение справедливо для произвольной температуры Т, то закон Гей-Люссака можно сформулировать так:

Для данной массы газа при р = const выполняется соотношение

. (3.4)

Задача 3.1. При температуре Т1 = 300 К объем газа V1 = 5,0 л. Определите объем газа при том же давлении и температуре Т = 400 К.

 

V1 = 5,0 л Т1 = 300 К Т = 400 К Решение. Ответ:
V = ?

СТОП! Решите самостоятельно: А1, В6, С2.

Задача 3.2. При изобарическом нагревании объем воздуха увеличился на 1 %. На сколько процентов повысилась абсолютная температура?

Решение. Пусть начальная температура Т0, а объем V0. Тогда новая температура Т = Т0 + DТ, а объем V = V0 + DV. Согласно формуле (3.3)
 

= 0,01.

Ответ: 1 %.

Запомним полученную формулу

. (3.5)

СТОП! Решите самостоятельно: А2, А3, В1, В5.

Закон Шарля

 

Французский ученый Шарль экспериментально установил, что если нагревать газ так, чтобы его объем оставался постоянным, то давление газа будет увеличиваться. Зависимость давления от температуры имеет вид:

р(t) = p0(1 + bt), (3.6)

где р(t) – давление при температуре t °С; р0 – давление при 0 °С; b – температурный коэффициент давления, который одинаков для всех газов: 1/К.

Читатель: Удивительно, что температурный коэффициент давления b в точности равен температурному коэффициенту объемного расширения a!

Автор: На самом деле, зная законы Бойля–Мариотта и Гей-Люссака, это можно доказать чисто теоретически, не прибегая ни к каким экспериментам!

Возьмем определенную массу газа объемом V0 при температуре Т0 и давлении р0. В первый раз, поддерживая давление газа постоянным, нагреем его до температуры Т1. Тогда газ будет иметь объем V1 = V0(1 + at) и давление р0.

Во второй раз, поддерживая объем газа постоянным, нагреем его до той же температуры Т1. Тогда газ будет иметь давление р1 = р0(1 + bt) и объем V0.

Так как в обоих случаях температура газа одинакова, то справедлив закон Бойля–Мариотта:

p0V1 = p1V0 Þ р0V0(1 + at) = р0(1 + bt)V0 Þ

Þ 1 + at = 1 + bt Þ a = b.

Так что ничего удивительного в том, что a = b, нет!

Перепишем закон Шарля в виде

.

Учитывая, что Т = t °С + 273 °С, Т0 = 273 °С, получим

Þ . (3.7)

Закон Шарля можно сформулировать так:

Для данной массы газа при V = const справедливо соотношение

. (3.8)

Процессы, происходящие при неизменном объеме, называются изохорическими. Закон Шарля описывает изохорический процесс.

Задача 3.3. При изготовлении электроламп их наполняют инертным газом при температуре t1 = 150 °С. Под каким давлением должны заполняться лампы, чтобы при температуре t2 = 300 °С, которая устанавливается в лампе при горении, давление было равно р2 = 0,10 МПа?

t1 = 150 °С ÞТ1 = 423 К t2 = 300 °С Þ Т2 = 573 К р2 = 0,10 МПа = = 0,10×106 Па Решение. , отсюда = 0,74×105 Па. Ответ: 0,74×105 Па.
р1 = ?

СТОП! Решите самостоятельно: А6, А8, В7, В9.








Дата добавления: 2016-04-11; просмотров: 3029;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.