Визначення температури. Енергія теплового руху молекул

Середня кінетична енергія молекул газу при тепловому рівновазі. Візьмемо посудину, розділений навпіл перегородкою, що проводить тепло. В одну половину посудини помістимо кисень, а в іншу – водень, що мають різну температуру. Через деякий час гази будуть мати однакову температуру, не залежну від роду газу, т. Е. Перебуватимуть у стані теплової рівноваги. Для визначення температури з’ясуємо, яка фізична величина в молекулярно-кінетичної теорії володіє таким же властивістю.

З курсу фізики основної школи відомо, що, чим швидше рухаються молекули, тим вище температура тіла. При нагріванні газу в замкнутому посудині тиск газу зростає. Згідно ж основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії (9.7) тиск газу р прямо пропорційно середньої кінетичної енергії поступального руху молекул.

При тепловій рівновазі, якщо тиск і обсяг газу масою m постійні і відомі, то середня кінетична енергія молекул газу повинна мати строго певне значення, як і температура.

Можна припустити, що

Важливо
при тепловій рівновазі саме середні кінетичні енергії молекул всіх газів однакові.

Звичайно, це поки тільки припущення. Його потрібно експериментально перевірити. Практично таку перевірку призвести безпосередньо неможливо, так як виміряти середню кінетичну енергію молекул дуже важко. Але за допомогою основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії її можна виразити через макроскопічні параметри.

Гази в стані теплової рівноваги. Розглянемо наступний досвід. Візьмемо кілька посудин, заповнених різними газами, наприклад воднем, гелієм і киснем. Судини мають певні обсяги і забезпечені манометрами. Це дозволяє виміряти тиск в кожній посудині. Маси газів відомі, тим самим відомо число молекул в кожній посудині.

Визначення температури. Можна, отже, стверджувати, що величина Θ із підвищенням температури. Більше того, Θ ні від чого, крім температури, не залежить. Адже для ідеальних газів Θ не залежить ні від роду газу, ні від його об’єму або тиску, а також від числа частинок в посудині. Цей досвідчений факт дозволяє розглядати величину Θ як природну міру температури, як параметр газу, який визначається через інші макроскопічні параметри газу. В принципі можна було б вважати температурою і саму величину Θ і вимірювати температуру в енергетичних одиницях – джоулях. Однак, по-перше, це незручно для практичного використання (температурі 100 ° С відповідало б дуже мале значення – порядку 10-21 Дж), а по-друге, і це головне, вже давно.

Посилання на основну публікацію