ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Температура из "Единицы физических величин и их размерности Изд.3 " Основной величиной в учении о теплоте является температура. Понятие температуры известно каждому человеку с детства. Более того, оно знакомо всякому живому существу и даже каждому растению. Несмотря на это, а может быть, именно поэтому, дать определение температуры оказывается весьма сложным. В элементарных учебниках температура иногда определяется как степень нагретости тела , иногда как причина ощущения тепла и холода . Эти определения при известной наглядности не дают количественной характеристики температуры. Такому требованию могут удовлетворить строгие определения, связывающие температуру с разными термодинамическими функциями. Однако они страдают другим недостатком они менее наглядны и требуют предварительного знакомства с более сложными и абстрактными понятиями. [c.180] Другой подход к определению температуры возможен на основе статистической физики, в которой температура является параметром, определяющим различные функции распределения (молекул по скоростям, энергии излучения по длинам волн и т.п.)в изолированной системе, все части которой находятся во взаимном тепловом равновесии. [c.180] Очевидно, что при этих измерениях нельзя поставить вопрос о том, во сколько раз одна температура больше или меньше другой. Ведь по принятой в обыденной жизни стоградусной шкале мы имеем и положительные, и отрицательные температуры, так что отношение двух температур может быть и положительным, и отрицательным, и даже равным бесконечности. Достаточно широко известна введенная У. Кельвином абсолютная шкала температур . Как показано будет ниже, абсолютная шкала температур совпадает с термодинамической. Единица последней называется кельвин и обозначается К. [c.181] Прежде всего здесь следует обратиться к таким свойствам окружающих нас тел, которые, по нашим наблюдениям, изменяются с изменением температуры. Естественно при этом использовать расширение тел при нагре-вашш. Так родились термометры, измеряющие температуру по изменению объема жидкости. При более тщательном исследовании оказалось, что в этом способе скрывалась существенная неоднозначность, которую можно наглядно проиллюстрировать. Представим себе, что изготовлено несколько термометров заполненных разными жидкостями. Отметим на них одинаковые опорные точки , например температуры плавления каких-либо двух веществ. Разделим на всех термометрах шкалу между этими точками на одинаковое число равноотстоящих частей. Если теперь вес термометры поместить в среду, обладающую какой-то промежуточной температурой, то, как обнаружит опыт, показания разных термометров будут различными Особенно курьезно вел бы себя при этом термометр, который мы ренльли бы заполнить водой. При температуре несколько более высокой, чем точка плавления льда, его столбик стоял бы не выше, а ниже этой точки. [c.182] Таким образом, разные законы изменения объема разных жидкостей (вштоть до изменения знака закона) как будто лишают нас возможности дать однозначный способ измерения те.мпературы. Положение существенно улучшилось, когда Гей-Люссаком бьшо обнаружено. [c.182] С — коэффициент, зависящий от Массы данного газа, единиц р и К и от масштаба измерения температуры. [c.183] Графически закон (5.1) может быть изображен прямой линией (рис. 19), пересекающей ось ординат. Представилось целесообразным экстраполировать эту линию до пересечения с осью абсцисс и выбрать точку пересечения за начало отсчета температур. Таким образом и было введено понятие об абсолютной температуре . [c.183] Что касается масштаба измерения этой температуры, то он, разумеется, мог быть вполне произвольным. Его выбрали таким, чтобы интервал между точками таяния льда и кипения воды бьш разделен на 100 частей — градусов. При таком масштабе точка пересечения прямой с осью абсцисс на рис. 19 оказывается отстоящей примерно на 273 градуса от точки таяния льда. Эта точка, как известно, бьша названа абсолютным нулем . [c.184] Давление ро называется приведенным давлением, и оно однозначно определяет молярную концентрацию, а следовательно, и концентрацию молекул газа, находящегося при давлении р и температуре Т. Соответствующая связь может быть легко найдена, если учесть, что один моль газа при нормальных условиях занимает объем 22,414 10 м . Таким образом, при приведенном давлении 1,01325 10 Па молярная концентрация газа равна 44,615 моль/м . [c.185] Учитывая, что в одном моле содержится 6,0220 10 молекул, найдем, что при нормальных условиях концентрация составляет 2,6868 10 м . Это тасло называется постоянной Лощмидта. [c.185] Значения молярной концентрации и концентрации молекул при приведенном давлении, выраженном в различных единицах, даны в приложении V. [c.185] Постоянная в этом уравнении носит название постоянной Больцмана. [c.186] Обе формулы ((5.7) и (5.8)) могут быть использованы для измерения и определения температуры в такой же мере, как и (5.2) и (5.5). Такое опеределение температуры по формулам излучения является даже более общим, поскольку оно пригодно как для пространства, заполненного веществом, так и для вакуума. Поэтому распространенное определение температуры в качестве величины, пропорциональной средней кинетической энергии поступательного движения молекул, следует рассматривать как частное определение температуры, а именно температуры газа, приближающегося по своим свойствам к свойствам идеального газа. Уже для твердого тела это определение оказывается неудовлетворительным, поскольку движение молекул в нем имеет колебательный характер. Квантовая механика делает это определение совершенно непригодным при низких температурах. В то же время формула (5.7) оказывается справедливой при любых условиях. [c.187] Весьма важно то, что коэффициент полезного действия, определяемый формулой (5.10), не зависит от природы рабочего тела или устройства машины, а целиком определяется температурами Ti и Гг. [c.188] Определяя абсолютный нуль как такую температуру, которой должен был бы обладать холодильник ), чтобы идеальный КПД равнялся единице, мы можем, правда теоретически, использовать формулу (5.9) для установления температурной шкалы. [c.188] Исключительно важное место, которое занимает температура в современной физике и технике, определяя в макроскопической системе (т.е. системе, содержащей большое число молекул и других частиц) большинство ее свойств и протекающих в ней явлений (плотность, электропроводность, скорости химических реакций, фазовые превращения и т.д.), делает целесообразным выделение температуры в разряд величин с собственной размерностью единиц и соответственно включение единицы температуры в число основных. Обозначение размерности температуры 0. [c.189] Вернуться к основной статье