ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Введение, понятие температуры, термическое равновесие, температурная шкала идеального газа из "Введение в техническую термодинамику " С понятием температуры мы связываем наши непосредственные представления, поскольку вследствие тепловых ощущений мы можем различать более теплые и более холодные предметы. Температура, однако, имеет значительно более общее значение, чем другие свойства тел, воспринимаемые нашими органами чувств, как, например, свет, плотность, агрегатное состояние и т. п. Если поместить различные тела с различными свойствами и неравной температурой в пространство с одинаковой температурой, заполненное жидкостью или газом и по возможности изолированное от внешних воздействий, т. е. в так называемый термостат, то по прошествии некоторого времени все тела, сохранив многие из своих индивидуальных свойств, примут температуру термостата и будут сохранять ее в течение длительного времени. В этом случае говорят о термическом равновесии, которое характеризуют равенством температур во всех частях системы. Этот факт следует из опыта и по предложению Фаулера в последнее время называется нулевым законом термодинамики (названия первый, второй, третий законы были даны уже ранее). [c.5] Наши тепловые ощущения, однако, охватывают сравнительно узкую область и не дают каких-нибудь количественных сведений, а порой даже вводят нас в заблуждение. Всем, например, знакомо обманчивое ощущение, будто кусок железа холоднее куска дерева той же температуры. Это связано с тем, что металл с высокой теплопроводностью быстрее отводит тепло от поверхности кожи, чем дерево, обладающее низкой теплопроводностью. Чтобы получить более точные количественные значения как внутри, так и за пределами интервала наших тепловых ощущений, применяют термометр. С его помощью температуру связывают с каким-либо другим свойством тела, легко поддающимся измерению и количественной оценке. Для этой цели, вообще говоря, может быть использовано любое физическое свойство, однозначно зависящее от температуры, например длина прутка, электрическое сопротивление проволоки, э. д. с. термоэлемента, изгиб биметаллической пластины. [c.5] Поскольку все тела при изменении температуры изменяют свои размеры, это свойство целесообразно использовать для измерения температуры. При этом температура непосредственно связывается с простейшей измеряемой величиной — длиной. Можно было бы использовать изменение длины стержней, но термическое расширение твердых тел относительно мало. Для большинства металлов стержень длиной в 1 м при изменении температуры от точки плавления льда до точки кипения воды удлиняется на 1—3 мм. Это потребовало бы очень точных измерений длины. [c.6] Существенно больше объемное расширение жидкостей, которое можно достаточно просто измерить с большей точностью. Если присоединить к сосуду, заполненному жидкостью, стеклянный капилляр с постоянным диаметром, то даже при маленьких размерах сосуда незначительное изменение температуры вызовет заметное смещение столбика жидкости в капилляре. Этот принцип использован в обычных жидкостных термометрах, которые чаще всего наполнены ртутью, а иногда спиртом или пентаном (для измерения низких температур). Если в ртутном термометре, у которого расстояние между точкой плавления льда и точкой кипения воды составляет 100 мм, выполнить весь сосуд со ртутью в виде трубки того же диаметра, что и капилляр, то она имела бы длину 6,3 л%. [c.6] Если изготовить жидкостные термометры, наполненные различными жидкостями, обозначить на каждом точку плавления льда и точку кипения воды и разделить капилляр между этими двумя точками на ГОО равных частей, то при сравнительных измерениях температуры получится, что температурные шкалы, определенные через длины столбиков соответствующих жидкостей, не совпадут между собой. Нащример, если поместить ртутный термометр в термостат так, чтобы его показания соответствовали 50 делениям, то спиртовой термометр, погруженный в тот же термостат, даст показания в 48 делений. Таким образом, температурная шкала, установленная с помощью определенной жидкости, например ртути, будет пригодна только для этой жидкости, и тем самым будет содержать большой произвол. Такие темпе ратурные шкалы, зависящие от свойств произвольно выбранного термометрического вещества, называют эмпирическими температурными шкалами. [c.6] Если же применить в качестве термометрического вещества газ, то температурные шкалы различных газов оказываются с достаточной точностью одинаковыми. Кроме того, относительные приращения объема при одинаковом начальном объеме также оказываются одинаковыми. Это означает, что все газы, независимо от их химического состава, имеют одинаковую зависимость объема от температуры. Правда, прн очень точных измерениях некоторые различия обнаруживаются, но они тем меньше, чем ниже давление и в пределе при давлении, равном нулю, т. е. при бесконечном разрежении, исчезают вовсе. Поведение всех газов при этом стремится к таковому для идеального газа, о свойствах которого ниже будет сказано подробнее. [c.6] Вместо изменения объема при постоянном давлении в качестве меры температуры можно использовать изменение давления идеального газа при постоянном объеме. Оно также составляет в точке плавления льда 1/273,15 на градус. Для точных измерений по соображениям удобства предпочитают пользоваться термометром постоянного объема. Давление при этом измеряется ртутным маномепром. [c.7] В связи с тем, что температурная шкала связывается с идеальным газом, она все еще содержит -некоторый произвол. Однако далее мы покажем, что можно получить температурную шкалу, в точности совпадающую со шкалой идеального газа, непосредственно из общих законов превращения тепла в работу, не используя понятия идеального газа и независимо от свойств какого-либо вещества. [c.7] Поэтому такую шкалу называют термодинамической температурной шкалой. [c.7] Термодинамическая температурная шкала в настоящее время уста навливается по температуре абсолютного нуля 0°К и тройной точке воды, которой приписывается значение 273,16° К. Точка плавления льда, таким образом, лежит на О,ОГК ниже тройной точки. В тройной точке все три фазы воды пар, вода и лед — находятся друг с другом в равновесии. Давление в 0,006228 ат представляет собой давление насыщения воды находящейся в равновесии со льдом. Это давление определяется свойством самого вещества и не требует специальных мёр для его поддержания, как в точке кипения воды или в точке плавления льда. [c.7] Шкалу Фаренгейта, отсчитанную от абсолютного нуля, называют шкалой Ренкина (°К). В этой шкале точка плавления льда составляет 491,67° К, а точка кипения воды 671,67° К. [c.7] Вернуться к основной статье