II.Температура.

Что же такое температура? На первый взгляд понятие температуры представляется простым и понятным, однако, измерять температуру научились на много раньше, чем поняли ее физический смысл.В отличие от других физических величин, таких, как длина, масса, время, для ее измерения нельзя ввести эталон. Измерение Т осуществляется на основе тех или иных уравнений состояния, связывающих Т с другими параметрами тел. Основной частью любого термометра является термометрическое тело, которое приводится в тепловой контакт с тем телом, температуру которого необходимо измерить. Физическая величина, служащая индикатором температуры, называется термометрической величиной. Например, в жидкостных термометрах термометрическим телом служит жидкость (ртуть, спирт и т.п.), а термометрической величиной – объем или длина столбика жидкости в капилляре. Установленная таким образом термометрическая шкала обладает существенным недостатком, т.к. различные тела ведут себя неодинаково при изменении Т. Однако, как следует из уравнения (3), давление достаточно разряженных газов линейно зависит от температуры, независимо от вида газа. В этом достоинство газового термометра.

Газовый термометр, представляет собой сосуд с газом, соединенный с манометром для измерения давления газа. При погружении сосуда с газом сначала в тающий лед с температурой Т_О, а затем в воду, кипящую при нормальном атмосферном давлении с температурой Т_К, было обнаружено, что давление P_k газа, находящегося в контакте с кипятком в 1,3661 раза больше, чем у газа, контактирующего с тающим льдом. В таком случае из уравнения (3) имеем

, следовательно, Т_К=1,3661 Т_О (4)

Условились считать единицей измерения температуры 1/100

от Т_к-Т₀ , т.е.

Т_к - Т₀=100 (5)

Уравнения (4) и (5) представляют собой систему из двух уравнений для нахождения Т_К и Т_О. Решая их, имеем: К.

Вводимая таким образом шкала была названа шкалой Кельвина. По данной температурной шкале температура таяния льда равна 273,15К, здесь Кельвин (ТК) – есть единица измерения температуры в этой шкале. В физике также употребляется шкала Цельсия – Международная практическая шкала, по которой температура таящего льда равна 0⁰С, а кипящей воды 100⁰С, ее единицей является градус Цельсия (t⁰С). Связь между этими шкалами следующая:

t⁰С=TК-273,15К ( 1К=1⁰С)

Из уравнения (2) следует, что в шкале Кельвина при Т=0 термометрическая величина обращается в ноль (p=0). Поэтому Т=0 есть минимальная температура. Она называется абсолютным нулем температуры, а шкала, начинающая свой отчет от абсолютного нуля – абсолютной термодинамической шкалой.

Из уравнения (3), основанного на законах классической механики следует, что при Т=0 средняя кинетическая энергия молекул . В квантовой механике доказывается, что даже при абсолютном нуле тепловое движение не прекращается. При Т=0 оно становится лишь минимальным . Следствием II и III начала термодинамики является утверждение о не достижимости температуры абсолютного нуля.

В системе из нескольких тел с различной температурой происходит обмен энергией. В результате при неизменных внешних условиях температуры всех тел системы выравниваются - наступает термодинамическое равновесие. Т.о. температура - есть физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы. Существование температуры – параметра, единого для всех частей системы, находящейся в равновесном состоянии, является настолько важным, что часто называется нулевым началом термодинамики.