-->
|
|
|
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
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
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)
Íà ðèñóíêå 9.5 äëÿ ñðàâíåíèÿ èçîáðàæåíû àáñîëþòíàÿ øêàëà è øêàëà Öåëüñèÿ. Àáñîëþòíîìó íóëþ ñîîòâåòñòâóåò òåìïåðàòóðà t = -273 °Ñ.
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:
Äîêàæåì ýòî. Èç óðàâíåíèé (9.7) è (9.13) ñëåäóåò, ÷òî
×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.
Çàâèñèìîñòü äàâëåíèÿ ãàçà îò êîíöåíòðàöèè åãî ìîëåêóë è òåìïåðàòóðû. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî
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.
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?
<<< Ê íà÷àëó ïàðàãðàôà Ñëåäóþùàÿ ñòðàíèöà >>>
|
|
|