Общая физика. Молекулярная физика: Структурированный конспект лекций. Ч.1. Москвич О.И - 23 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СФУ | Красноярск

Составители: 

Рубрика: 

45
6.4
Температура (резюме)
6.5
Измерение температуры. Принципы построения эмпирических шкал
Эмпирически температура определяется как мера «нагретости» тела. Температура
является
косвенно измеряемой величиной, это измерение происходит посредством
термометрической величины. Тело, выбираемое для измерения «нагретости», которое
приводится в контакт с телом, температуру которого надо измерить –
термометрическое
тело
. Кроме того, для установления температурной шкалы требуется определить ряд
постоянных
реперных точек, т.е. неизменных, воспроизводимых температур.
Построение эмпирической шкалы на основе газового термометра
Эмпирическая температура при фиксированной шкале и реперных точках не одинакова
при различном выборе термометрического тела и термометрической величины, это
означает, что различные термометры при измерении температуры одного и того же тела
будут давать, как правило, разные показания. Для устранения возникшей проблемы за
основной термометр был принят газовый, по которому было
решено градуировать все
остальные термометры. Причины выбора в качестве основного газового термометра
указаны ниже:
Определение температуры
В статистике понятие «температура» вводится тремя способами:
Определение температуры
через среднюю энергию
(см. глава 6):
k
T
k
ε
3
2
=
-
температура прямо
пропорциональна средней
энергии
k
ε
теплового
движения; в частности,
пропорциональна средней
энергии поступательного
движения частиц.
Температура – мера
флуктуации
микроскопических
параметров системы
.
Подробнее это
определение будет
рассмотрено в теме 8.
Первичное определение
(см. глава 4):
0
0
)(ln
1
ε
ε
β
α
∂
Γ∂
==
kT
-
температура -
фундаментальное свойство
системы.
46
Преимущества газовой шкалы температур
•
Идеальные газы (достаточно разреженные реальные газы) с большой
точностью подчиняются закону Бойля-Мариотта:
произведение объема V
данной массы газа на его давление p зависит только от температуры:
CTpV
=
(6.8),
где С – постоянная, зависящая только от массы и химической природы газа.
• Если для идеального газа V=const, то в этом случае вторым независимым
законом идеальных газов наряду с законом Бойля-Мариотта следует считать
закон Шарля:
2
1
2
1
T
T
p
p
=
(6.9),
• Опытным путем доказано, что температура Т, определенная по формуле (6.8),
очень слабо зависит от химической природы газа, которым наполнен
резервуар газового термометра. Таким образом, показания различных газовых
термометров при измерении температуры одного и того же тела очень мало
отличаются друг от друга.
Построение газовой шкалы температур
Практически газовый термометр можно реализовать двумя способами. В одном
способе объем газа V поддерживается постоянным, индикатором температуры
служит давление р. В другом случае поддерживается постоянное давление газа,
измерение температуры сводится к измерению объема. Принципиально оба способа
равноправны, но первый способ наиболее удобен, поэтому и применяется на
практике.
Термометрическая величина – давление газа p; термометрическое тело – газ;
реперные точки – точки замерзания и кипения воды,
Т
1
и Т
2
соответственно.
Градус температуры выбирают таким, чтобы выполнялось следующее
условие:
100
12
=−TT ;
Экспериментально измеряются для некоторой массы газа, близкого к
идеальному, давления
р
1
и р
2
, соответствующие Т
1
и Т
2
:
3661,1
2
1
2
1
==
T
T
p
p
;
Получили: Т
1
=273,15К; Т
2
=373,15К
Абсолютная шкала температур. Шкала Кельвина
Температуры кипения и замерзания воды зависят от давления, к тому же
фиксируются с недостаточной точностью, поэтому в СИ условились определять
шкалу температур
по одной реперной точке – тройной точке воды. Это
единственное состояние, когда в равновесии находятся три фазы (жидкая,
газообразная и твердая), при строго определенных значениях
T и p.
• Термометрическое тело –газ;
• Термометрическая величина – давление, V=const;
• Реперная точка – тройная точка воды.
Температура реперной точки, по определению, принята равной 273,16К.
Единица температуры определяется как 1/273,16 температурного интервала
между тройной точкой и точкой абсолютного нуля, которая на 273,16К ниже
температуры тройной точки воды.
Таким образом, температуру можем определить по формуле:
p
p
T
0
16,273
=
(6.10),
где
р
0
=610Па – давление в тройной точке воды.

Страницы