ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Связь между температурой и энергией теплового движения из "Элементы статистической механики, термодинамики и кинетики " Таким образом, термометры появились задолго до того, как мы узнали, чтб такое температура. Уже прекрасно умея ее измерять, мы никак не могли догадаться, почему температура двух тел устанавливается одинаковой после того, как они приводятся в соприкосновение друг с другом. [c.71] Такая ситуация, вообще говоря, характерна для физики. Температура тут не исключение. Со времен Ньютона мы спокойно оперируем понятиями, природа которых нам не совсем ясна. Мы прекрасно измеряем массу или заряд, но не знаем, что такое тяжесть или электричество. Хотя масса—это мера тяжести, а заряд—электричества. [c.71] Древние с их абсолютным сл)осом, улавливавшим малейший логический диссонанс, не могли себе такого позволить. Они начинали всегда с ответа на вопрос что это такое , пытаясь прежде всего определить предмет разговора и компенсируя недостаток сведений о нем собственной гениальностью. Поэтому, преуспев в математике (но так и не перешагнув через логическую пропасть, отделяющую дискретное от непрерывного), они ни на шаг не продвинулись в физике. [c.71] Современная физика началась тогда, когда вопрос чтб это такое мы подменили вопросом как это измерить . Ответ на этот второй вопрос тоже требует каких-то сведений о предмете измерения. [c.71] Но оказалось, что тут можно поначалу обойтись такими их крохами, которых совершенно не хватало для ответа на первый. Так в физику вошел эксперимент. И мы получили возможность целенаправленно переадресовывать наши вопросы природе. [c.72] Правильное представление о температуре досталось физике очень нелегко. История этого вопроса переплетается с историей открытия закона сохранения энергии и насчитьшает столетний период проб и ошибок, озарений и яростных споров, сопровождавшихся личными оскорблениями, нервными расстройствами и попытками самоубийств. [c.72] Но нам нет необходимости проходить весь этот путь заново. Мы знаем, что равновесное состояние термодинамической системы полностью описывается заданием ее внутренней энергии, объема и числа частиц. И, поскольку объем и число частиц разных тел, находящихся в тепловом контакте, могут оставаться неизменными при выравнивании их температуры, мы должны заключить, что изменение последней происходит в этом случае только вследствие перераспределения между ними энергии. [c.72] Когда тепловой контакт обеспечивается соприкосновением двух тел, этот обмен энергией связан со случайными столкновениями молекул на границе их раздела. Однако непосредственное соприкосновение вовсе не обязательно. Потому что тела могут обмениваться энергией посредством электромагнитного теплового излучения, даже находясь на значительном расстоянии друг от друга Существенно только, что при любой форме теплового контакта обмен энергией может происходить без изменения объема или формы тел, т.е. без непосредственного силового взаимодействия между ними. Эту энергию, которая передается от тела к телу таким немеханическим путем, называют теплотой. [c.72] Ясно далее, что в рассматриваемых условиях полная энергия Е к составной системы, состоящей из двух нащих тел, бтает с хорощей точностью равна сумме внутренних энергий этих тел . [c.73] Полная внутренняя энергия изолированной системы двух тел, которые обмениваются теплом, должна оставаться постоянной, а ее полная энтропия должна воаоастать, если первоначально температуры тел не были равны. Так как объемы обоих тел по условию остаются неизменными, единственной причиной изменения их энтропий и 2, а вместе с ними и полной энтропии системы, будет перераспределение энергии между телами. [c.73] Мы используем для обозначении мгновенных значений энергии системы букву Е, подсистемы —букву е, а для обозначения их средних значений — буквы V и и. Мгновенная энергия изолированной системы, Е, остается постоянной и равна своей средней величине V. [c.73] Поскольку такое перераспределение энергии приближает систему к состоянию термодинамического равновесия, температуры тел должны выравниваться. Это значит, что температура первого тела должна увеличиваться, а температура второго понижаться. Таким образом, наше соглашение о знаке неравенства Г, Т2 приводит к такому следствию температура тел, объем которых поддерживается постоянным, всегда растет при увеличении их внутренней энергии и уменьшается при ее уменьшении. [c.74] Так как энтропия безразмерна, из этих определений следует, что термодинамическая температура имеет размерность энергии, и ее можно измерять в эргах, джоулях, электрон-вольтах или кельвинах. Эта последняя единица — кельвин — была придумана в свое время специально для измерения температуры и чаще всего используется для этой цели. О способах измерения температуры и ее единицах мы поговорим подробнее в 6. [c.75] Таким образом, во всех рассмотренных случаях температура определяется средней энергией теплового движения, приходящейся на одну частицу. Но чаще температура выступает как один из макроскопических параметров, задаваемых извне. Поэтому можно сказать наоборот, что она определяет среднюю энергию теплового движения частиц. В этой связи температуру можно использовать вместо внутренней энергии в качестве одного из макроскопических параметров, описывающих равновесное состояние тел. В частности, энтропию можно выразить через температуру, число частиц и объем. [c.76] Вернуться к основной статье