Температура та рух частинок у фізичних помічниках для вивчення студентського словника
Всі речовини складаються з частинок (атомів, молекул), які рухаються з різною швидкістю. Енергія руху частинок залежить від стану агрегації та температури. Застосовується наступне:
Чим вища температура тіла, тим сильніше рухаються частинки речовини, що входять до складу тіла. Кількісні співвідношення отримують, пов'язуючи основне рівняння теорії кінетичного газу з рівнянням стану ідеального газу. Існують такі залежності між температурою ідеального газу та його кінетичною енергією або швидкістю:
E ¯ k i n = 3 2 k ⋅ T або 1 2 m ⋅ v 2 ¯ = 3 2 k ⋅ T
Температурні шкали
# Температура # Тепло # Шкала Кельвіна # Термометр # Цельсій # Шкала Цельсія
Модель частинок
# Модель частинок # атоми # стани речовини # взаємодії
При зниженні температури частинки рухаються менш бурхливо і навряд чи при дуже низьких температурах. Найнижча можлива температура, при якій частинки більше не рухаються. Цю температуру називають абсолютним нулем. Це 0 K або -273,15 ° C. Ця абсолютна нульова точка є також вихідною точкою для шкали Кельвіна, яку розробив англійський натураліст ЛОРД КЕЛЬВІН (1834-1907). КЕЛВІН знайшов абсолютний нуль завдяки теоретичним міркуванням щодо зв'язку між температурою та рухом частинок. Тим часом експерименти досягли успіху в отриманні температур, близьких до абсолютного нуля в лабораторії.
Температура та кінетична енергія частинок
Для ідеального газу залежності між температурою та рухом частинок також можна записати у вигляді рівняння.
Для ідеального газу основне рівняння теорії кінетичного газу застосовується у вигляді:
p ⋅ V = 2 3 N ⋅ E ¯ kin (1)
У той же час рівняння стану ідеального газу також застосовується у вигляді:
p ⋅ V = N ⋅ k ⋅ T (2)
Якщо прирівняти праву частину рівнянь (1) та (2), отримується:
2 3 N ⋅ E ¯ kin = N ⋅ k ⋅ T та шляхом укорочення та перестановки: E ¯ kin = 3 2 k ⋅ T (3) E ¯ kin середня кінетична енергія частинки k BOLTZMANN постійна T абсолютна температура
Це означає:
Абсолютна температура тіла є мірою середньої кінетичної енергії його частинок. Це стосується T ∼ E ¯ споріднений .
Із зменшенням абсолютної температури рухливість атомів або молекул також зменшується. При абсолютному нулі (T = 0) кінетична енергія частинок дорівнює нулю.
Згадані співвідношення стосуються також двохатомного газу, оскільки для такого газу у рівнянні (3) лише коефіцієнт 3/2 повинен бути замінений на коефіцієнт 5/2.
Температура і швидкість частинок
Для ідеального газу застосовується залежність між кінетичною енергією та швидкістю руху частинок:
E ¯ kin = 1 2 m ⋅ v 2 ¯
Якщо ви ототожнюєте праву частину цього рівняння з правою частиною наведеного рівняння (3), ви отримуєте:
1 2 m ⋅ v 2 ¯ = 3 2 k ⋅ T або m ⋅ v 2 ¯ = 3 k ⋅ T
Це означає:
Абсолютна температура тіла - це міра середнього квадрата швидкості руху його частинок. Застосовується наступне: T ∼ v 2 ¯
Чим швидше частинки рухаються в середньому, тим вище абсолютна температура.