Билет №7

Идеальный газ. Основное уравнение МКТ идеального газа. Температура и ее измерение. Абсолютная температура

План ответа

1. Понятие идеального газа, свойства. 2. Объ-яснение давления газа. 3. Необходимость измерения температуры. 4. Физический смысл температуры. 5. Температурные шкалы. 6. Абсолютная темпера-тура.

Для объяснения свойств вещества в газообраз-ном состоянии используется модель идеального газа. Идеальным принято считать газ, если:

а) между мо-лекулами отсутствуют силы притяжения, т. е. моле-кулы ведут себя как абсолютно упругие тела;

б) газ очень разряжен, т. е. расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул;

в) тепловое равновесие по всему объему достигается мгновенно. Условия, необходимые для того, чтобы реальный газ обрел свойства идеального, осуществляются при со-ответствующем разряжении реального газа. Некото-рые газы даже при комнатной температуре и атмо-сферном давлении слабо отличаются от идеальных.

Основными параметрами идеального газа являются давление, объем и температура.

Одним из первых и важных успехов МКТ было качественное и количественное объяснение давления газа на стенки сосуда. Качественное объяснение за-ключается в том, что молекулы газа при столкнове-ниях со стенками сосуда взаимодействуют с ними по законам механики как упругие тела и передают свои импульсы стенкам сосуда.

На основании использования основных поло-жений молекулярно-кинетической теории было по-лучено основное уравнение МКТ идеального газа, ко-торое выглядит так: р = 1/3 т0пv2.

Здесь р -- давление идеального газа, m0 --

масса молекулы, п -- концентрация молекул, v 2 -- средний квадрат скорости молекул.

Обозначив среднее значение кинетической энергии поступательного движения молекул идеаль-ного газа Еk получим основное уравнение МКТ иде-ального газа в виде: р = 2/3nЕk.

Однако, измерив только давление газа, невоз-можно узнать ни среднее значение кинетической энергии молекул в отдельности, ни их концентра-цию. Следовательно, для нахождения микроскопиче-ских параметров газа нужно измерение какой-то еще физической величины, связанной со средней кинети-ческой энергией молекул. Такой величиной в физике является температура. Температура -- скалярная физическая величина, описывающая состояние тер-модинамического равновесия (состояния, при кото-ром не происходит изменения микроскопических па-раметров). Как термодинамическая величина температура характеризует тепловое состояние системы и измеряется степенью его отклонения от принятого за нулевое, как молекулярно-кинетическая величина характеризует интенсивность хаотического движения молекул и измеряется их средней кинетической энергией.

Ek = 3/2 kT, где k = 1, 38 * 10-23 Дж/К и назы-вается постоянной Больцмана.

Температура всех частей изолированной си-стемы, находящейся в равновесии, одинакова. Изме-ряется температура термометрами в градусах раз-личных температурных шкал. Существует абсолют-ная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) и различные эмпирические шкалы, которые отличают-ся начальными точками. До введения абсолютной шкалы температур в практике широкое распростра-нение получила шкала Цельсия (за О °С принята точка замерзания воды, за 100 °С принята точка ки-пения воды при нормальном атмосферном давлении).

Единица температуры по абсолютной шкале называется Кельвином и выбрана равной одному гра-дусу по шкале Цельсия 1 К = 1 °С. В шкале Кельви-на за ноль принят абсолютный ноль температур, т. е. температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю. Вычисления да-ют результат, что абсолютный ноль температуры ра-вен -273 °С. Таким образом, между абсолютной шкалой температур и шкалой Цельсия существует связь Т = t °С + 273. Абсолютный ноль температур недостижим, так как любое охлаждение основано на испарении молекул с поверхности, а при приближе-нии к абсолютному нулю скорость поступательного движения молекул настолько замедляется, что испарение практически прекращается. Теоретически при абсолютном нуле скорость поступательного движения молекул равна нулю, т. е. прекращается тепловое движение молекул.