Температура

•               Температура

 

 

 

 

                                                     

                                                                                      Подготовили:

                                                                              

Существует два определения  температуры.

Одно — с молекулярно-кинетической точки зрения, другое — с термодинамической.

 

Т – температура.

Температура – степень  нагретости тела.

 

Температура является

 мерой средней кинетической

 энергии частиц;

чем больше эта энергия,

тем выше температура 

тела.

 

• Средняя кинетическая энергия частицы связана с термодинамической температурой постоянной Больцмана:
• E=3/2 kT,
• где:
• k= 1.380 6505(24) × 10−23 Дж/K — постоянная Больцмана;
• T — температура;

 

• Предельную температуру, при которой прекращается тепловое движение молекул, называют абсолютным нулём температур.

 

• Абсолютный ноль определён как 0 K, что равно −273.15 °C .

 

• Для измерения температуры служат специальные приборы - термометры. Их действие основано на том факте, что при изменении температуры, изменяются и другие физические параметры тела, например, такие, как давление и объем.

 

Измерение температуры

•                                                       

 

 

  
Шкала термометра

 

Шкала Цельсия:

                                                                                     0 ^оС -   точка таяния льда

                                                                       100 ^оС -  точка кипения воды

                                                                        - 273 ^оС - самая низкая

                                                    температура в природе

 

Шведский ученый

Андерс  Цельсий

 

Шведский естествоиспытатель

Карл Линней

 

создатели шкалы "Цельсия"

• Когда студент Андерс Цельсий (Цельсиус, 1701–1744) в шведском городе Упсала приступил под руководством профессора астрономии Э.Бурмана к метеорологическим наблюдениям, существовало множество разнообразных температурных шкал. Видимо, это и заставило астронома и физика обратиться к выбору и обоснованию наиболее надежной шкалы. Правда, окончательно это произошло гораздо позже, когда Цельсий стал известным ученым.

• В 1740 г. (по другим данным, в 1741 или 1742 г.) после посещения нескольких европейских обсерваторий он открыл и возглавил шведскую обсерваторию в г. Упсала. Для обсерватории потребовались точные инструменты.

• В 1742 г. в статье «Наблюдения двух фиксированных положений на термометре» он описал шкалу, которая делила интервал жидкофазного существования воды на 100 равных градусов. При этом он сначала за нулевую отметку принял точку кипения воды, а за 100 ° – температуру таяния льда. Он не был первым в использовании стоградусной шкалы и, как предполагают, использовал предложение шведского естествоиспытателя, создателя классификаций животного и растительного мира Карла Линнея (1707–1778).

• Линней сначала использовал шкалу Фаренгейта и лишь после знакомства с термометром Цельсия перешел на него. Будучи в Голландии, он в ботаническом саду г. Клиффорда в 1737 и 1739 гг. использовал термометры Фаренгейта. На фронтисписе книги Линнея с описанием этого сада изображены путти (маленькие мальчики) с термометром, внешний вид которого не отличается от современного настенного прибора.

• Линней сначала использовал шкалу Фаренгейта и лишь после знакомства с термометром Цельсия перешел на него. Будучи в Голландии, он в ботаническом саду г. Клиффорда в 1737 и 1739 гг. использовал термометр   Фаренгейта.  На фронтисписе книги Линнея с описанием этого сада изображены путти (маленькие мальчики) с термометром, внешний вид которого не отличается от современного настенного прибора.

                         

 

 

 

• Первый термометр Линнея был создан в 1744 г. для наблюдений за растениями в оранжерее ботанического сада г. Упсала. Но он был разбит, и Линней заказал второй, с гордостью продемонстрировав его в декабре 1745 г. университетским коллегам.    (Рис. Термометр Линнея).  

•  В статье, опубликованной 16 декабря 1745 г., он отмечал, что от солнечных лучей температура в «калдариуме» (наиболее теплой части оранжереи) часто повышается до 30 °, а в примечании указывал: «Наш термометр показывает 0 (ноль) в точке замерзания воды и 100 ° в точке ее кипения».

 

 

 

 

 

 

 

• Основная часть термометра,

принадлежавшего лично  Цельсию.

 

 

• Шкала, предложенная шведскими учеными, оказалась удачной. Сначала ее называли «новой шкалой Цельсия», затем «шкалой Экстрема» (Дениэл Экстрем – мастер, которому заказывал свой термометр в 1743 г. Линней) и «шкалой Стремера». В 1749 г. секретарь Королевской академии наук Швеции П.Варгентин также называл создателями термометра Цельсия. Лишь в 1948 г. с поправкой, что реперной считается тройная точка воды, она была официально названа шкалой Цельсия (хотя понятно, что определенный вклад в ее создание внес Линней, другие шведские ученые и мастера-стеклодувы).

•  

 

Особое место в физике занимают газовые термометры, в которых термометрическим веществом является разреженный газ (гелий, воздух) в сосуде неизменного объема, а термометрической величиной – давление газа p. Опыт показывает, что давление газа (при V = const) растет с ростом температуры, измеренной по шкале Цельсия.

Зависимость давления газа от температуры при V = const.

 

Экстраполируя график в область  низких

давлений, можно определить некоторую  «гипотетическую» температуру, при которой давление газа стало  бы равным нулю. Опыт показывает, что эта температура равна –273,15 °С и не зависит от свойств газа. Невозможно на опыте получить путем охлаждения газ в состоянии с нулевым давлением,

так как  при очень низких температурах все  газы переходят в жидкие или твердые  состояния.

• Английский физик У. Кельвин в 1848 г. предложил использовать точку нулевого давления газа для построения новой температурной шкалы (шкала Кельвина). В этой шкале единица измерения температуры такая же, как и в шкале Цельсия, но нулевая точка сдвинута:

T = t + 273

• В системе СИ принято единицу измерения температуры по шкале Кельвина называть кельвином и обозначать буквой K. Например, комнатная температура t = 20 °С по шкале Кельвина равна T = 293 К.
• Температурная шкала Кельвина называется абсолютной шкалой температур. Она оказывается наиболее удобной при построении физических теорий.

 

 

ШКАЛА   КЕЛЬВИНА

СРАВНЕНИЕ   ШКАЛ  
ЦЕЛЬСИЯ    И   КЕЛЬВИНА

  – предельная температура, при которой давление идеального газа обращается в ноль при данном объеме или объём идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении

 

АБСОЛЮТНЫЙ   НОЛЬ  ТЕМПЕРАТУРЫ

 

• Средняя кинетическая энергия движения молекул пропорциональна абсолютной температуре

 

    средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы не зависит от ее массы. Броуновская частица, взвешенная в жидкости или газе, обладает такой же средней кинетической энергией, как и отдельная молекула, масса которой на много порядков меньше массы броуновской частицы.      

 

АБСОЛЮТНЫЙ   НОЛЬ  ТЕМПЕРАТУРЫ

  

р = nkT

 

 

 

k = 1,38·10    Дж/К - постоянная Больцмана

  Следствия:

  1. при одинаковых давлениях и температурах концентрация молекул у всех газов одинакова

   2. для смеси двух газов давление равно

                             р = р1 + р2

 

ТЕМПЕРАТУРА   И   ДАВЛЕНИЕ

 

• На смену, привычным в 20 веке , спиртовых и ртутных термометров (справа) приходят более современные и точные приборы (внизу).

 

Смена поколений. 

Современный термометр  Кельвина

Электрический термометр. 

• Пирометр — прибор для бесконтактного измерения температуры тел ( изобретен в 1692—1761 гг.).

 

 

Пирометр