--> Îïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû. Ýíåðãèÿ òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë (îêîí÷àíèå). Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 9. Ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêàÿ òåîðèÿ èäåàëüíîãî ãàçà

 


§ 60. Îïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû. Ýíåðãèÿ òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë (îêîí÷àíèå)

Ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà. Îïðåäåëèì êîýôôèöèåíò k â ôîðìóëå (9.13) òàê, ÷òîáû èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû íà îäèí êåëüâèí (1 Ê) áûëî ðàâíî èçìåíåíèþ òåìïåðàòóðû íà îäèí ãðàäóñ ïî øêàëå Öåëüñèÿ (1 °Ñ).

Ìû çíàåì çíà÷åíèÿ âåëè÷èíû Θ ïðè 0 °Ñ è 100 °Ñ (ñì. ôîðìóëû (9.9) è (9.11)). Îáîçíà÷èì àáñîëþòíóþ òåìïåðàòóðó ïðè 0 °Ñ ÷åðåç Ò1, à ïðè 100 °Ñ ÷åðåç Ò2. Òîãäà ñîãëàñíî ôîðìóëå (9.12)

Θ100 - Θ0 = k(T2 -T1),

Θ100 - Θ0 = k • 100 K = (5,14 - 3,76) • 10-21 Äæ.

Îòñþäà

Ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà

Çàïîìíè
Êîýôôèöèåíò

k = 1,38 • 10-23 Äæ/Ê                     (9.14)

íàçûâàåòñÿ ïîñòîÿííîé Áîëüöìàíà â ÷åñòü Ë. Áîëüöìàíà, îäíîãî èç îñíîâàòåëåé ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè ãàçîâ.

Âàæíî
Ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà ñâÿçûâàåò òåìïåðàòóðó Θ â ýíåðãåòè÷åñêèõ åäèíèöàõ ñ òåìïåðàòóðîé Ò â êåëüâèíàõ.

Ë. Áîëüöìàí

Ýòî îäíà èç íàèáîëåå âàæíûõ ïîñòîÿííûõ â ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè.

Çíàÿ ïîñòîÿííóþ Áîëüöìàíà, ìîæíî íàéòè çíà÷åíèå àáñîëþòíîãî íóëÿ ïî øêàëå Öåëüñèÿ. Äëÿ ýòîãî íàéä¸ì ñíà÷àëà çíà÷åíèå àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû, ñîîòâåòñòâóþùåå 0 °Ñ. Òàê êàê ïðè 0 °Ñ kT1 = 3,76 • 10-21 Äæ, òî

çíà÷åíèå àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû

Îäèí êåëüâèí è îäèí ãðàäóñ øêàëû Öåëüñèÿ ñîâïàäàþò. Ïîýòîìó ëþáîå çíà÷åíèå àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû Ò áóäåò íà 273 ãðàäóñà âûøå ñîîòâåòñòâóþùåé òåìïåðàòóðû t ïî Öåëüñèþ:

Ò (Ê) = (f + 273) (°Ñ).                     (9.15)

Âàæíî
Èçìåíåíèå àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðû ΔÒ ðàâíî èçìåíåíèþ òåìïåðàòóðû ïî øêàëå Öåëüñèÿ Δt: ΔÒ(Ê) = Δt (°Ñ).

Ñëåäóåò ëè èç ôðàçû «Îäèí êåëüâèí è îäèí ãðàäóñ øêàëû Öåëüñèÿ ñîâïàäàþò», ÷òî 27 °Ñ = 27 Ê?

Íà ðèñóíêå 9.5 äëÿ ñðàâíåíèÿ èçîáðàæåíû àáñîëþòíàÿ øêàëà è øêàëà Öåëüñèÿ. Àáñîëþòíîìó íóëþ ñîîòâåòñòâóåò òåìïåðàòóðà t = -273 °Ñ.

Â ÑØÀ èñïîëüçóåòñÿ øêàëà Ôàðåíãåéòà. Òî÷êà çàìåðçàíèÿ âîäû ïî ýòîé øêàëå 32 °F, à òî÷êà êèïåíèÿ 212 °Å Ïåðåñ÷¸ò òåìïåðàòóðû èç øêàëû Ôàðåíãåéòà â øêàëó Öåëüñèÿ ïðîèçâîäèòñÿ ïî ôîðìóëå t(°C) = 5/9 (t(°F) - 32).

Îòìåòèì âàæíåéøèé ôàêò: àáñîëþòíûé íóëü òåìïåðàòóðû íåäîñòèæèì!

Òåìïåðàòóðà — ìåðà ñðåäíåé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ìîëåêóë. Èç îñíîâíîãî óðàâíåíèÿ ìîëåêóëÿðíî-êèíåòè÷åñêîé òåîðèè (9.8) è îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû (9.13) âûòåêàåò âàæíåéøåå ñëåäñòâèå:

Âàæíî
àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà åñòü ìåðà ñðåäíåé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè äâèæåíèÿ ìîëåêóë.

Äîêàæåì ýòî.

Èç óðàâíåíèé (9.7) è (9.13) ñëåäóåò, ÷òî Îòñþäà âûòåêàåò ñâÿçü ìåæäó ñðåäíåé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóëû è òåìïåðàòóðîé:

Ñâÿçü ìåæäó ñðåäíåé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóëû è òåìïåðàòóðîé

Âàæíî
Ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ õàîòè÷íîãî ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë ãàçà ïðîïîðöèîíàëüíà àáñîëþòíîé òåìïåðàòóðå.

Äëÿ ñðàâíåíèÿ èçîáðàæåíû àáñîëþòíàÿ øêàëà è øêàëà Öåëüñèÿ

×åì âûøå òåìïåðàòóðà, òåì áûñòðåå äâèæóòñÿ ìîëåêóëû. Òàêèì îáðàçîì, âûäâèíóòàÿ ðàíåå äîãàäêà î ñâÿçè òåìïåðàòóðû ñî ñðåäíåé ñêîðîñòüþ ìîëåêóë ïîëó÷èëà íà䏿íîå îáîñíîâàíèå. Ñîîòíîøåíèå (9.16) ìåæäó òåìïåðàòóðîé è ñðåäíåé êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë óñòàíîâëåíî äëÿ èäåàëüíûõ ãàçîâ. Îäíàêî îíî îêàçûâàåòñÿ ñïðàâåäëèâûì äëÿ ëþáûõ âåùåñòâ, ó êîòîðûõ äâèæåíèå àòîìîâ èëè ìîëåêóë ïîä÷èíÿåòñÿ çàêîíàì ìåõàíèêè Íüþòîíà. Îíî âåðíî äëÿ æèäêîñòåé, à òàêæå è äëÿ òâ¸ðäûõ òåë, ãäå àòîìû ìîãóò ëèøü êîëåáàòüñÿ âîçëå ïîëîæåíèé ðàâíîâåñèÿ â óçëàõ êðèñòàëëè÷åñêîé ðåø¸òêè. Ïðè ïðèáëèæåíèè òåìïåðàòóðû ê àáñîëþòíîìó íóëþ ýíåðãèÿ òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë ïðèáëèæàåòñÿ ê íóëþ, ò. å. ïðåêðàùàåòñÿ ïîñòóïàòåëüíîå òåïëîâîå äâèæåíèå ìîëåêóë.

Îáñóäèòå ñ îäíîêëàññíèêîì, ìîæíî ëè ñ÷èòàòü, ÷òî ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë — ìåðà òåìïåðàòóðû.

Çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ ãàçà îò êîíöåíòðàöèè åãî ìîëåêóë è òåìïåðàòóðû. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî èç ôîðìóëû (9.13) ïîëó÷èì âûðàæåíèå, ïîêàçûâàþùåå çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ ãàçà îò êîíöåíòðàöèè ìîëåêóë è òåìïåðàòóðû:

Âûâåäèòå çàêîí Àâîãàäðî, èñïîëüçóÿ ñîîòíîøåíèå

Âûâåäèòå çàêîí Àâîãàäðî, èñïîëüçóÿ ñîîòíîøåíèå (9.17)

Èç ôîðìóëû (9.17) âûòåêàåò, ÷òî ïðè îäèíàêîâûõ äàâëåíèÿõ è òåìïåðàòóðàõ êîíöåíòðàöèÿ ìîëåêóë ó âñåõ ãàçîâ îäíà è òà æå.

Îòñþäà ñëåäóåò çàêîí Àâîãàäðî, èçâåñòíûé âàì èç êóðñà õèìèè.

Çàêîí Àâîãàäðî
 ðàâíûõ îáú¸ìàõ ãàçîâ ïðè îäèíàêîâûõ òåìïåðàòóðàõ è äàâëåíèÿõ ñîäåðæèòñÿ îäèíàêîâîå ÷èñëî ìîëåêóë.

Êëþ÷åâûå ñëîâà äëÿ ïîèñêà èíôîðìàöèè ïî òåìå ïàðàãðàôà.
Àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà. Ïîñòîÿííàÿ Áîëüöìàíà. Çàêîí Àâîãàäðî

Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó

    1. Íà êàêîì îñíîâàíèè ìîæíî ïðåäïîëàãàòü ñóùåñòâîâàíèå ñâÿçè ìåæäó òåìïåðàòóðîé è êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé ìîëåêóë?

    2. Êàê ñâÿçàíû îáú¸ì, äàâëåíèå è ÷èñëî ìîëåêóë ðàçëè÷íûõ ãàçîâ â ñîñòîÿíèè òåïëîâîãî ðàâíîâåñèÿ?

    3. ×åìó ðàâåí àáñîëþòíûé íóëü òåìïåðàòóðû ïî øêàëå Öåëüñèÿ?

    4. Êàêèå ïðåèìóùåñòâà èìååò àáñîëþòíàÿ øêàëà òåìïåðàòóð ïî ñðàâíåíèþ ñî øêàëîé Öåëüñèÿ?

    5. Êàêîâ ôèçè÷åñêèé ñìûñë ïîñòîÿííîé Áîëüöìàíà? Ìîæíî ëè å¸ îïðåäåëèòü òåîðåòè÷åñêè, íå îáðàùàÿñü ê ýêñïåðèìåíòó?

    6. Êàê çàâèñèò îò òåìïåðàòóðû ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë ãàçà?

    7. Ïî÷åìó êîíöåíòðàöèÿ ìîëåêóë âñåõ ãàçîâ îäíà è òà æå ïðè îäèíàêîâûõ äàâëåíèÿõ è òåìïåðàòóðàõ?

    8. Êàê çàâèñèò ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ïîñòóïàòåëüíîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë îò èõ ìàññû?

Îáðàçöû çàäàíèé ÅÃÝ

À1. Òåìïåðàòóðà ãàçà â ñîñóäå ðàâíà 2 °Ñ. Ïî àáñîëþòíîé øêàëå òåìïåðàòóð ýòî ñîñòàâëÿåò

1) 136,5 Ê       2) 271 Ê       3) 275 Ê       4) 546 Ê

À2. Íà ðèñóíêå ïîêàçàíà ÷àñòü øêàëû êîìíàòíîãî òåðìîìåòðà. Îïðåäåëèòå àáñîëþòíóþ òåìïåðàòóðó âîçäóõà â êîìíàòå.

1) 22 °Ñ       2) 18 °Ñ       3) 295 Ê       4) 291 Ê

À3. Êàê èçìåíèòñÿ ñðåäíÿÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òåïëîâîãî äâèæåíèÿ îäíîàòîìíîãî èäåàëüíîãî ãàçà ïðè ïîâûøåíèè åãî òåìïåðàòóðû â 2 ðàçà?

1) óâåëè÷èòñÿ â 4 ðàçà     3) óìåíüøèòñÿ â 2 ðàçà
2) óâåëè÷èòñÿ â 2 ðàçà     4) óìåíüøèòñÿ â 4 ðàçà

À4. Â çàêðûòîì ñîñóäå àáñîëþòíàÿ òåìïåðàòóðà èäåàëüíîãî ãàçà óìåíüøèëàñü â 3 ðàçà. Ïðè ýòîì äàâëåíèå ãàçà íà ñòåíêè ñîñóäà

1) óâåëè÷èëîñü â 9 ðàç     3) óìåíüøèëîñü â √3 ðàçà
2) óìåíüøèëîñü â 3 ðàçà     4) íå èçìåíèëîñü

<<< Ê íà÷àëó ïàðàãðàôà                Ñëåäóþùàÿ ñòðàíèöà >>>

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->