Temperatura zera absolutnego i jej znaczenie fizyczne. Absolutne zero

Zero absolutne odpowiada temperaturze -273,15 °C.

Uważa się, że zero absolutne jest w praktyce nieosiągalne. Jego istnienie i położenie na skali temperatur wynika z ekstrapolacji obserwacji zjawiska fizyczne, natomiast taka ekstrapolacja pokazuje, że w temperaturze zera absolutnego energia ruchu termicznego cząsteczek i atomów substancji powinna być równa zeru, to znaczy chaotyczny ruch cząstek ustanie, a one utworzą uporządkowaną strukturę, zajmując wyraźną pozycję węzły sieci krystalicznej. Jednak w rzeczywistości nawet w temperaturze zera absolutnego regularne ruchy cząstek tworzących materię pozostaną. Pozostałe oscylacje, takie jak oscylacje punktu zerowego, wynikają z właściwości kwantowych cząstek i otaczającej je próżni fizycznej.

Obecnie w laboratoriach fizycznych udało się uzyskać temperatury przekraczające zero absolutne zaledwie o kilka milionowych stopnia; samo osiągnięcie tego, zgodnie z prawami termodynamiki, jest niemożliwe.

Notatki

Literatura

• G. Burmina. Atak na zero absolutne. - M.: „Literatura dla dzieci”, 1983.

Zobacz także

Fundacja Wikimedia.

2010.:

Synonimy

Zobacz, co oznacza „zero absolutne” w innych słownikach: Temperatury, pochodzenie temperatury w termodynamicznej skali temperatur (patrz TERMODYNAMICZNA SKALA TEMPERATURY). Zero absolutne znajduje się 273,16 °C poniżej temperatury punktu potrójnego (patrz PUNKT POTRÓJNY) wody, dla której przyjmuje się ... ...

Słownik encyklopedyczny Temperatury, pochodzenie temperatury w termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody (0,01°C). Zero absolutne jest w zasadzie nieosiągalne, temperatury prawie osiągnęły... ...

Nowoczesna encyklopedia Temperatury są punktem wyjścia dla temperatury w termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się w temperaturze 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, dla której wartość wynosi 0,01°C. Zero absolutne jest zasadniczo nieosiągalne (patrz... ...

Wielki słownik encyklopedyczny Temperatura, wyrażająca brak ciepła, wynosi 218° C. Słownik słów obcych zawarty w języku rosyjskim. Pavlenkov F., 1907. Temperatura zera absolutnego (fizyczna) - najniższa możliwa temperatura (273,15°C).… … Słownik obcych słów języka rosyjskiego

absolutne zero- Ekstremalnie niska temperatura, w której zatrzymuje się ruch termiczny cząsteczek; w skali Kelvina zero absolutne (0°K) odpowiada –273,16±0,01°C... Słownik geografii

Rzeczownik, liczba synonimów: 15 okrągłych zer (8) mały człowiek (32) mały narybek ... Słownik synonimów

Ekstremalnie niska temperatura, w której zatrzymuje się ruch termiczny cząsteczek. Zgodnie z prawem Boyle’a-Mariotte’a ciśnienie i objętość gazu doskonałego stają się równe zeru, a za początek temperatury bezwzględnej w skali Kelvina przyjmuje się... ... Słownik ekologiczny

absolutne zero- - [A.S. Goldberg. Angielsko-rosyjski słownik energii. 2006] Tematyka energii ogólnie EN punkt zerowy ... Przewodnik tłumacza technicznego

Początek bezwzględnego odniesienia temperatury. Odpowiada 273,16° C. Obecnie w laboratoriach fizycznych udało się uzyskać temperaturę przekraczającą zero absolutne zaledwie o kilka milionowych stopnia i osiągnąć ją, zgodnie z prawami... ... Encyklopedia Colliera

absolutne zero- absoliutusis nulis statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau vandens trigubojo taško. Tai 273,16 °C, 459,69 °F arba 0 K temp. atitikmenys: pol.… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

absolutne zero- absoliutusis nulis statusas T sritis chemija apibrėžtis Kelvino skalės nulis (−273,16 °C). atitikmenys: pol. absolutne zero rosyjski. absolutne zero... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

14. Temperatura bezwzględna i jej znaczenie fizyczne
Równanie stanu gazu doskonałego (równanie Mendelejewa-Clapeyrona)

Termin „temperatura” odnosi się do stopnia nagrzania ciała.

Istnieje kilka skal temperatur. W skali absolutnej (termodynamicznej) temperaturę mierzy się w kelwinach (K). Zero w tej skali nazywane jest absolutnym zerem temperatury, w przybliżeniu równym - 273 0 C. Przy zera absolutnym ruch translacyjny cząsteczek zatrzymuje się.

Temperatura termodynamiczna T jest powiązana z temperaturą w skali Celsjusza następującą zależnością:
T = (t 0 +273)K
W przypadku gazu doskonałego istnieje proporcjonalna zależność między temperaturą bezwzględną gazu a średnią energią kinetyczną ruchu translacyjnego cząsteczek:
,
gdzie k jest stałą Boltzmanna, k = 1,38 10 – 23 J/C

Zatem temperatura bezwzględna jest miarą średniej energii kinetycznej ruchu translacyjnego cząsteczek. To jest jego fizyczne znaczenie.

Podstawienie do równania p = N wyrażenie średniej energii kinetycznej
= kT, otrzymujemy

p = N kT = nkT
Z podstawowego równania MKT gazu doskonałego p = nkT z podstawieniem
,
możemy uzyskać równanie
, Lub A kT
N A k = R- uniwersalna stała gazowa, R = 8,31

Równanie nazywa się równaniem stanu gazu doskonałego (równanie Mendelejewa-Clapeyrona).
^ 15. Przepisy gazowe. Wykresy izoprocesów.

1. 
   Proces izotermiczny (T = const) podlega prawu Boyle'a-Mariotte'a: dla danej masy gazu w stałej temperaturze iloczyn ciśnienia i objętości jest wartością stałą.

, lub , lub

1. 
   Proces izobaryczny (p = const) podlega prawu Gay-Lussaca: dla danej masy gazu pod stałym ciśnieniem stosunek objętości gazu do temperatury bezwzględnej jest wartością stałą.

Lub, lub

1. 
   Proces izochoryczny (V = const) podlega prawu Charlesa: dla danej masy gazu przy stałej objętości stosunek ciśnienia gazu do temperatury bezwzględnej jest wartością stałą.

Albo albo

Energia wewnętrzna gazu doskonałego. Sposoby zmiany energii wewnętrznej.

Ilość ciepła. Praca z termodynamiki

Energia wewnętrzna jest sumą energii kinetycznej chaotycznego ruchu cząsteczek i energii potencjalnej ich interakcji.

Ponieważ cząsteczki gazu doskonałego nie oddziałują ze sobą, energia wewnętrzna U gazu doskonałego jest równa sumie energii kinetycznych cząsteczek poruszających się chaotycznie:
, Gdzie .
Zatem,

,
Gdzie .

Dla gazu jednoatomowego i = 3, dla dwuatomowego i = 5, dla trzech (lub więcej) atomowych i = 6.

Zmiana energii wewnętrznej gazu doskonałego
.
Energia wewnętrzna gazu doskonałego jest funkcją jego stanu. Energię wewnętrzną można zmienić na dwa sposoby:

• 
  poprzez wymianę ciepła;
• 
  wykonując pracę.

Nazywa się proces zmiany energii wewnętrznej układu bez wykonywania pracy mechanicznej wymiana ciepła Lub przenikanie ciepła. Istnieją trzy rodzaje wymiany ciepła: przewodzenie, konwekcja i promieniowanie.

^ Ilość ciepła to wielkość będąca ilościową miarą zmiany energii wewnętrznej ciała podczas procesu wymiany ciepła.

Ilość ciepła potrzebnego do ogrzania (lub oddanego przez ciało podczas chłodzenia) określa się ze wzoru:
gdzie c jest ciepłem właściwym substancji
Praca z termodynamiki

Praca podstawowa re ZA = p dV. Na p = stała
^ 16. Stan systemu. Proces. Pierwsza zasada (pierwsza zasada) termodynamiki
Układ ciał zwany zbiorem rozważanych ciał. Przykładem układu może być ciecz i para pozostające z nim w równowadze. W szczególności system może składać się z jednego korpusu.

Każdy system może znajdować się w różnych stanach, różniących się temperaturą, ciśnieniem, objętością itp. Nazywa się wielkości charakteryzujące stan układu parametry stanu.

Nie zawsze każdy parametr systemowy ma określoną wartość. Jeżeli np. temperatura w różnych punktach ciała nie jest taka sama, to ciału nie można przypisać określonej wartości temperatury. W takim przypadku wywoływany jest stan systemu brak równowagi.

Równowaga Stan układu to stan, w którym wszystkie parametry układu mają pewne wartości, które pozostają stałe w stałych warunkach zewnętrznych przez dowolnie długi czas.

Proces nazywamy przejściem układu z jednego stanu do drugiego.

Energia wewnętrzna jest funkcją stanu układu. Oznacza to, że ilekroć układ znajdzie się w danym stanie, jego energia wewnętrzna przyjmuje wartość właściwą temu stanowi, niezależnie od wcześniejszej historii układu. Zmiana energii wewnętrznej układu podczas jego przejścia z jednego stanu do drugiego (niezależnie od drogi, po której następuje przejście) jest równa różnicy wartości energii wewnętrznej w tych stanach.

Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki ilość ciepła przekazanego systemowi służy do zwiększenia energii wewnętrznej systemu i jego wydajności pracować na ciałach zewnętrznych.

Zastosowanie pierwszej zasady termodynamiki do procesów zachodzących w gazach. Proces adiabatyczny.

1. 
   Proces izotermiczny (T=stała)

Ponieważ .
Praca gazu w procesie izotermicznym
.

1. 
   Proces izochoryczny (V=stała)

Ponieważ Dlatego

1. 
   Proces izobaryczny (p=stała)

.

1. 
   Proces adiabatyczny (Q = 0).

Adiabatyczny to proces zachodzący bez wymiany ciepła z środowisko.

Równanie adiabatyczne (równanie Poissona) ma postać .

Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki Stąd, .

Dlatego podczas rozprężania adiabatycznego (gaz ochładza się).

Dlatego podczas sprężania adiabatycznego (gaz nagrzewa się). Do zapłonu paliwa w silnikach spalinowych Diesla stosuje się adiabatyczne sprężanie powietrza.
^ 17. Silniki cieplne
Silnik cieplny to urządzenie przetwarzające energię spalonego paliwa na energię cieplną energia mechaniczna. Silnik cieplny, w którym części robocze okresowo powracają do pierwotnego położenia, nazywany jest okresowym silnikiem cieplnym.

Silniki cieplne obejmują:

• 
  silniki parowe,
• 
  silniki spalinowe (ICE),
• 
  silniki odrzutowe,
• 
  turbiny parowe i gazowe,
• 
  maszyny chłodnicze.

Do pracy okresowego silnika cieplnego muszą być spełnione następujące warunki:

• 
  obecność płynu roboczego (pary lub gazu), który może nagrzewać się podczas spalania paliwa i rozszerzać się praca mechaniczna;
• 
  zastosowanie procesu okrężnego (cyklu);
• 
  obecność grzejnika i lodówki.

Druga zasada termodynamiki

Obwód silnika cieplnego ma postać pokazaną na rysunku. ilość ciepła otrzymanego przez płyn roboczy z grzejnika to ilość ciepła oddanego przez płyn roboczy do lodówki.

Z diagramu jasno wynika, że ​​silnik cieplny działa tylko w ten sposób, że przekazuje ciepło w jednym kierunku, czyli od ciał bardziej nagrzanych do ciał słabiej nagrzanych, a całe ciepło pobrane z grzejnika nie może zostać

Zamienione na pracę mechaniczną. To nie przypadek, ale wynik obiektywnych praw istniejących w przyrodzie, które znajdują odzwierciedlenie w drugiej zasadzie termodynamiki. Druga zasada termodynamiki pokazuje, w jakim kierunku mogą przebiegać procesy termodynamiczne i ma kilka równoważnych sformułowań. W szczególności sformułowanie Kelvina to: taki okresowy proces jest niemożliwy, a jedynym skutkiem jest zamiana ciepła otrzymanego z grzejnika na równoważną mu pracę.

^ Sprawność silnika cieplnego. Cykl Carnota.

Współczynnik wydajności (sprawności) silnika cieplnego to wartość równa stosunkowi ilości ciepła zamienionego przez silnik na pracę mechaniczną do ilości ciepła odebranego od grzejnika:

^ Sprawność silnika cieplnego jest zawsze mniejsza od jedności.

Aby określić maksymalną możliwą wartość sprawności silnika cieplnego, francuski inżynier S. Carnot obliczył idealny cykl odwracalny składający się z dwóch izoterm i dwóch adiabatów. Udowodnił, że maksymalna wartość sprawności idealnego silnika cieplnego pracującego bez strat w cyklu odwracalnym
.
Żaden prawdziwy silnik cieplny pracujący z grzejnikiem o określonej temperaturze i lodówką o określonej temperaturze nie może mieć sprawności przekraczającej sprawność idealnego silnika cieplnego w tych samych temperaturach.
ELEKTROMAGNETYZM
^ 1. Elektryfikacja ciał. Prawo zachowania ładunku elektrycznego. Prawo Coulomba
Wiele cząstek i ciał jest w stanie oddziaływać ze sobą z siłami, które podobnie jak siły grawitacyjne są proporcjonalne do kwadratu odległości między nimi, ale są wielokrotnie większe niż siły grawitacyjne. Ten rodzaj interakcji cząstek nazywa się elektromagnetycznym.

^ W związku z tym ładunek elektryczny jest ilościową miarą zdolności cząstek do oddziaływań elektromagnetycznych.

Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, powszechnie nazywane dodatnimi i ujemnymi. Ładunki podobne odpychają się, a ładunki odmienne przyciągają.

Ustalono eksperymentalnie, że ładunek dowolnego ciała składa się z liczby całkowitej opłaty elementarne, tj. ładunek elektryczny jest dyskretny. Opłata podstawowa jest zwykle oznaczona literą mi. Ładunek wszystkich cząstek elementarnych (jeśli nie jest równy zero) jest taki sam w wartości bezwzględnej.
|e| = 1,6·10 –19 C
Każdy ładunek większy niż ładunek elementarny składa się z całkowitej liczby ładunków elementarnych
q = ± Ne (N = 1, 2, 3, …)
Elektryfikacja ciał zawsze sprowadza się do redystrybucji elektronów. Jeśli ciało ma nadmiar elektronów, to jest naładowane ujemnie; jeśli ma niedobór elektronów, to ciało jest naładowane dodatnio.

^ W układzie izolowanym suma algebraiczna ładunków elektrycznych pozostaje stała (prawo zachowania ładunku elektrycznego):
q 1 + q 2 +…+ q N = ∑q i = stała
Prawo rządzące siłą oddziaływania pomiędzy punktowymi nieruchomymi ładunkami zostało ustalone przez Coulomba (1785)

Ładunek punktowy to ciało naładowane, którego wymiary można pominąć w porównaniu z odległościami tego ciała od innych ciał przenoszących ładunek elektryczny.

Zgodnie z prawem Coulomba siła oddziaływania pomiędzy dwoma stacjonarnymi ładunkami punktowymi w próżni jest wprost proporcjonalna do iloczynu modułów ładunku i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

k – współczynnik proporcjonalności.

W SI k =	1
	4πε 0

k = 9 10 9 N m 2 / C 2 ε 0 = 8,85 10 -12 C 2 / N m 2 (ε 0 – stała elektryczna).

^ 2. Pole elektryczne. Napięcie pole elektryczne. Zasada superpozycji pól elektrycznych
Pole elektryczne to rodzaj materii, poprzez którą następuje oddziaływanie ładunków elektrycznych.

Cechą wytrzymałościową pola elektrycznego jest natężenie pola elektrycznego.

Natężenie pola elektrycznego w danym punkcie jest równe stosunkowi siły, z jaką pole działa na ładunek próbny umieszczony w danym punkcie pola, do wielkości tego ładunku.
.
Natężenie pola elektrycznego mierzy się w lub w.

Natężenie pola ładunku punktowego.

Zgodnie z zasadą superpozycji (superpozycji) pól, natężenie pola układu ładunków jest równe sumie wektorowej natężeń pól, jakie wytworzyłby każdy z ładunków układu z osobna.

+ Q 1 - Q 2

Pola elektryczne można przedstawić graficznie za pomocą linii pola elektrycznego.

Linia natężenia pola elektrycznego to linia, której styczna w każdym punkcie pokrywa się z kierunkiem wektora natężenia w tym punkcie.

^ 3. Praca sił pola elektrostatycznego. Potencjał pola elektrostatycznego

F dr α dł 1 kw ´ 2 R 1 R 2 Q

Siła działająca na ładunek punktowy znajdujący się w polu innego ładunku ma charakter centralny. Centralnym polem sił jest potencjał. Jeżeli pole jest potencjalne, wówczas praca wykonana podczas przemieszczania ładunku w tym polu nie zależy od drogi, po której porusza się ładuneka zależy od początkowego i końcowego położenia ładunku I . Pracuj na ścieżce elementarnej

= .
Z tego wzoru wynika, że ​​siły działające na ładunek w polu ładunku stacjonarnego są zachowawcze, ponieważ praca wykonana podczas przemieszczania ładunku jest w rzeczywistości określona przez początkowe i końcowe położenie ładunku.

Z przebiegu mechaniki wiadomo, że praca sił zachowawczych po torze zamkniętym jest równa zeru.

^ Cyrkulacja wektora natężenia pola elektrostatycznego wzdłuż dowolnego obwodu zamkniętego wynosi zero.

Potencjał

Ciało znajdujące się w potencjalnym polu sił posiada energię, dzięki której siły pola wykonują pracę
.
W konsekwencji energia potencjalna ładunku w polu ładunku stacjonarnego
.
Wartość równa stosunkowi energii potencjalnej ładunku do wielkości tego ładunku nazywa się potencjałem pola elektrostatycznego
.
Potencjał jest charakterystyką energetyczną pola elektrycznego.

Potencjał pola elektrycznego ładunku punktowego
.
Potencjał pola wytworzony przez układ naładowanych ciał jest równy algebraicznej sumie potencjałów wytworzonych przez każdy ładunek z osobna
.
Ładunek znajdujący się w punkcie pola o potencjale ma energię
.
Praca sił polowych na szarży

Wielkość nazywa się napięciem. Potencjał i różnicę potencjałów (napięcie) mierzy się w woltach (V).
^ 4. Zależność natężenia pola elektrostatycznego od potencjału
Praca wykonana przez siły pola elektrycznego nad ładunkiem wzdłuż odcinka ścieżki
.

Z drugiej strony zatem.

Wynika z tego
. ; ; .

.

.
Wielkość w nawiasach nazywana jest gradientem potencjału.

W rezultacie natężenie pola elektrycznego jest równe gradientowi potencjału przyjętemu z przeciwnym znakiem.

Jednocześnie dla jednolitego pola elektrostatycznego. Stąd, , .

Aby wizualnie zobrazować pole elektryczne wraz z liniami napięcia, stosuje się powierzchnie o równym potencjale (powierzchnie ekwipotencjalne). Linie natężenia pola elektrostatycznego są prostopadłe (ortogonalne) do powierzchni ekwipotencjalnych.
^ 5. Przewodniki w polu elektrostatycznym. Zjawisko indukcji elektrostatycznej. Dielektryki w polu elektrostatycznym
Przewodniki w polu elektrostatycznym. Indukcja elektrostatyczna.

Przewodniki to substancje posiadające swobodnie naładowane cząstki, które pod wpływem pola elektrycznego mogą poruszać się w sposób uporządkowany w całej objętości ciała. Ładunki takich cząstek nazywane są bezpłatny.

Niektóre metale są przewodnikami związki chemiczne, wodne roztwory soli, kwasów i zasad, sole stopione, gazy zjonizowane.

Rozważmy zachowanie litych przewodników metalowych w polu elektrycznym. W metalach nośnikami swobodnego ładunku są wolne elektrony zwane elektronami przewodzącymi.

+σ E 0 -σ - +

Jeśli wprowadzisz nienaładowany metalowy przewodnik do jednolitego pola elektrycznego, wówczas pod wpływem pola w przewodniku pojawi się ukierunkowany ruch wolnych elektronów w kierunku przeciwnym kierunku wektor napięcia mi O to pole. Elektrony będą gromadzić się po jednej stronie przewodnika, tworząc tam nadmiar ładunku ujemnego, a ich niedobór po drugiej stronie przewodnika doprowadzi do powstania tam nadmiaru ładunku dodatniego, tj. W przewodniku nastąpi rozdzielenie ładunków. Te nieskompensowane przeciwne ładunki pojawiają się na przewodniku dopiero pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego, tj. takie ładunki są indukowane (indukowane) i ogólnie przewodnik nadal pozostaje nienaładowany.

Ten rodzaj elektryfikacji, w którym pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego następuje redystrybucja ładunków pomiędzy częściami danego ciała, nazywa się indukcja elektrostatyczna.

Pojawił się w wyniku indukcji elektrostatycznej na przeciwległych częściach przewodnika, nieskompensowany ładunki elektryczne stworzyć własne pole elektryczne, jego intensywność mi Z wewnątrz przewodu jest skierowany przeciw napięciu mi O pole zewnętrzne, w którym znajduje się przewodnik. Gdy ładunki w przewodniku oddzielają się i gromadzą w przeciwnych częściach przewodnika, powstaje napięcie mi Z pole wewnętrzne wzrasta i staje się równe mi O. Prowadzi to do napięcia mi powstałe pole wewnątrz przewodnika staje się zerowe. W tym przypadku następuje równowaga ładunków na przewodniku.

Cały nieskompensowany ładunek w tym przypadku znajduje się tylko na zewnętrznej powierzchni przewodnika, a wewnątrz przewodnika nie ma pola elektrycznego.

Zjawisko to wykorzystywane jest do tworzenia zabezpieczeń elektrostatycznych, których istota polega na tym, że w celu ochrony wrażliwych urządzeń przed wpływem pól elektrycznych umieszcza się je w metalowych obudowach lub siatkach uziemiających.

^ Dielektryki w polu elektrostatycznym.

Dielektryki to substancje, w których w normalnych warunkach (tj. niezbyt wysokich temperaturach i przy braku silnych pól elektrycznych) nie występują swobodne ładunki elektryczne.

W przeciwieństwie do przewodników w dielektrykach, naładowane cząstki nie są w stanie poruszać się po całej objętości ciała, a jedynie na niewielkie odległości (rzędu atomowych) w stosunku do ich stałego położenia. W związku z tym ładunki elektryczne w dielektrykach są powiązany.

W zależności od budowy cząsteczek wszystkie dielektryki można podzielić na trzy grupy. Do pierwszej grupy zaliczają się dielektryki, których cząsteczki mają asymetryczną budowę (woda, alkohole, nitrobenzen). W przypadku takich cząsteczek środki rozkładu ładunków dodatnich i ujemnych nie pokrywają się. Takie cząsteczki można uznać za dipole elektryczne.

Cząsteczki będące dipolami elektrycznymi nazywane są polarny. Mają moment elektryczny p = Q l nawet przy braku pola zewnętrznego.

Druga grupa obejmuje dielektryki, których cząsteczki są symetryczne (na przykład parafina,

Przyjmuje się, że graniczna temperatura, w której objętość gazu doskonałego staje się równa zeru, wynosi: temperatura zera absolutnego.

Znajdźmy wartość zera absolutnego w skali Celsjusza.
Zrównanie objętości V we wzorze (3.1) zero i biorąc to pod uwagę

.

Stąd temperatura zera bezwzględnego

T= –273°C. 2

Jest to ekstremalna, najniższa temperatura w przyrodzie, „największy lub ostatni stopień zimna”, którego istnienie przepowiedział Łomonosow.

Podczas eksplozji uzyskano najwyższe temperatury na Ziemi – setki milionów stopni bomby termojądrowe. Jeszcze wyższe temperatury są typowe dla wewnętrznych obszarów niektórych gwiazd.

2Dokładniejsza wartość zera absolutnego: –273,15 °C.

Skala Kelvina

Przedstawił angielski naukowiec W. Kelvin skala absolutna temperatury Temperatura zerowa w skali Kelvina odpowiada zeru absolutnemu, a jednostką temperatury w tej skali jest stopień w skali Celsjusza, a więc temperatura bezwzględna T jest powiązany z temperaturą w skali Celsjusza za pomocą wzoru

T = t + 273. (3.2)

Na ryc. 3.2 pokazuje skalę bezwzględną i skalę Celsjusza dla porównania.

Nazywa się jednostką temperatury bezwzględnej w układzie SI kelwin(w skrócie K). Dlatego jeden stopień w skali Celsjusza jest równy jednemu stopniowi w skali Kelvina:

Zatem temperatura bezwzględna, zgodnie z definicją podaną wzorem (3.2), jest wielkością pochodną zależną od temperatury Celsjusza i wyznaczonej eksperymentalnie wartości a.

Czytelnik: Jakie znaczenie fizyczne ma temperatura bezwzględna?

Zapiszmy wyrażenie (3.1) w postaci

.

Biorąc pod uwagę, że temperatura w skali Kelvina jest powiązana z temperaturą w skali Celsjusza poprzez zależność T = t + 273, otrzymujemy

Gdzie T 0 = 273 K, lub

Ponieważ ta zależność obowiązuje dla dowolnej temperatury T, wówczas prawo Gay-Lussaca można sformułować w następujący sposób:

Dla danej masy gazu przy p = const zachodzi następująca zależność:

Zadanie 3.1. W temperaturze T 1 = objętość gazu 300 K V 1 = 5,0 l. Wyznacz objętość gazu przy tym samym ciśnieniu i temperaturze T= 400 tys.

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: A1, B6, C2.

Problem 3.2. Podczas ogrzewania izobarycznego objętość powietrza wzrosła o 1%. O ile procent wzrosła temperatura bezwzględna?

= 0,01.

Odpowiedź: 1 %.

Zapamiętajmy wynikową formułę

ZATRZYMYWAĆ SIĘ! Zdecyduj sam: A2, A3, B1, B5.

Prawo Charlesa

Francuski naukowiec Charles ustalił eksperymentalnie, że jeśli gaz zostanie podgrzany do stałej objętości, ciśnienie gazu wzrośnie. Zależność ciśnienia od temperatury ma postać:

R(T) = P 0 (1 + b T), (3.6)

Gdzie R(T) – ciśnienie w temperaturze T°C; R 0 – ciśnienie w temperaturze 0°C; b jest temperaturowym współczynnikiem ciśnienia, który jest taki sam dla wszystkich gazów: 1/K.

Czytelnik: Co zaskakujące, współczynnik temperaturowy ciśnienia b jest dokładnie równy współczynnikowi temperaturowemu rozszerzalności objętościowej a!

Weźmy pewną masę gazu o objętości V 0 w temperaturze T 0 i ciśnienie R 0. Po raz pierwszy utrzymując stałe ciśnienie gazu podgrzewamy go do temp T 1. Wtedy gaz będzie miał objętość V 1 = V 0 (1 + a T) i ciśnienie R 0 .

Za drugim razem, utrzymując stałą objętość gazu, podgrzewamy go do tej samej temperatury T 1. Wtedy gaz będzie miał ciśnienie R 1 = R 0 (1 + b T) i głośność V 0 .

Ponieważ w obu przypadkach temperatura gazu jest taka sama, obowiązuje prawo Boyle’a–Mariotte’a:

P 0 V 1 = P 1 V 0 Þ R 0 V 0 (1 + a T) = R 0 (1 + b T)V 0 Þ

Þ 1 + a t = 1 + b TÞ a = b.

Nic więc dziwnego, że a = b, nie!

Przepiszmy prawo Charlesa w postaci

.

W danych okolicznościach T = T°С + 273 °С, T 0 = 273 °C, otrzymujemy

Temperatura jest ilościową miarą „ciepła” ciała. Pojęcie temperatury zajmuje szczególne miejsce wśród wielkości fizycznych określających stan układu. Temperatura nie tylko charakteryzuje stan równowagi termicznej danego ciała. Jest to również parametr, który przyjmuje tę samą wartość dla dowolnych dwóch lub więcej ciał znajdujących się w równowaga termiczna ze sobą, tj. charakteryzuje równowagę termiczną układu ciał. Oznacza to, że jeśli zetknie się dwa lub więcej ciał o różnych temperaturach, to w wyniku oddziaływania między cząsteczkami ciała te przyjmą tę samą wartość temperatury.

Teoria kinetyki molekularnej pozwala wyjaśnić fizyczne znaczenie temperatury. Porównując wyrażenia (2.4) i (2.7), widzimy, że pokrywają się, jeśli umieścimy

(2.9)

Zależności te nazywane są drugimi podstawowymi równaniami molekularnej teorii kinetycznej gazów. Pokazują, że temperatura bezwzględna to wielkość określająca średnią energię kinetyczną ruchu translacyjnego cząsteczek; jest miarą energii ruchu translacyjnego cząsteczek, a co za tym idzie intensywności ruchu termicznego cząsteczek. To jest molekularne kinetyczne znaczenie temperatury bezwzględnej. Jak widzimy, proces nagrzewania ciała jest bezpośrednio powiązany ze wzrostem średniej energii kinetycznej cząstek ciała. Z (2.9) wynika, że ​​temperatura bezwzględna jest wielkością dodatnią: Oznaczający zwaną temperaturą zera absolutnego. Zgodnie z (2.8) w temperaturze zera absolutnego ruch translacyjny cząstek powinien całkowicie ustać ( ). Należy jednak zauważyć, że w niskich temperaturach gaz ulega skropleniu. W konsekwencji wszelkie wnioski wyciągane na podstawie kinetycznej teorii gazów tracą sens. A w temperaturze zera absolutnego ruch nie zanika. Ruch elektronów w atomach i ruch wolnych elektronów w metalach są całkowicie zachowane nawet w temperaturze zera absolutnego. Ponadto nawet w temperaturze zera absolutnego zachowany jest pewien ruch wibracyjny atomów wewnątrz cząsteczek i atomów w węzłach sieci krystalicznej. Istnienie tych oscylacji wiąże się z obecnością energii punktu zerowego w kwantowym oscylatorze harmonicznym ( ), które można uznać za powyższe drgania atomów. Energia ta nie zależy od temperatury, co oznacza, że ​​nie zanika nawet w temperaturze . W niskich temperaturach klasyczne koncepcje ruchu przestają być aktualne. W tym obszarze działają prawa kwantowe, zgodnie z którymi ruch cząstek nie zatrzymuje się, nawet jeśli temperatura ciała spadnie do zera absolutnego. Ale prędkość tego ruchu nie zależy już od temperatury i ten ruch nie jest termiczny. Potwierdza to zasada nieoznaczoności. Jeżeli cząstki ciała znajdowały się w spoczynku, wówczas ich położenie (współrzędne X, y, z) i impulsy (projekcje impulsu p.x, p.t, p z) zostanie dokładnie określona itd., co jest sprzeczne z relacjami niepewności itp. Zero absolutne nie jest osiągalne. Poniżej zostanie pokazane, że temperatura zera absolutnego oznacza stan układu, w którym układ znajduje się w stanie o najniższej energii, a co za tym idzie, dalszy spadek intensywności ruchu jego cząstek na skutek przekazywania jego energii do otaczających ciał nie jest możliwe.

Wzór (2.7) można zapisać w postaci.

Wzór ten może służyć jako definicja pojęcia temperatury bezwzględnej dla gazu jednoatomowego. Jako wartość można zdefiniować temperaturę dowolnego innego układu równa temperaturze gaz jednoatomowy pozostający w równowadze termicznej z tym układem. Wyznaczanie temperatury za pomocą tego wzoru jest poprawne do temperatur, w których nie można już pominąć prawdopodobieństwa wystąpienia elektronowo wzbudzonych stanów atomów gazu.

Zależność (2.8) pozwala na wprowadzenie tzw. średniej kwadratowej prędkości cząsteczki, określając ją jako

Wtedy otrzymamy

Pojęcie temperatury bezwzględnej można ściślej wprowadzić do fizyki statystycznej, gdzie można ją rozpatrywać jako moduł statystycznego rozkładu cząstek pod względem energii. Należy również zauważyć, że skoro temperatura, podobnie jak ciśnienie, jak wynika ze wzorów (2.7) i (2.8), jest określona przez średnią energię kinetyczną cząsteczki gazu doskonałego, to reprezentują one wielkości statystyczne i dlatego nie ma sensu mówimy o temperaturze lub ciśnieniu jednej lub małej liczby cząsteczek.

Absolutna temperatura zera

Absolutna temperatura zera(rzadziej - temperatura zera absolutnego) - minimalna granica temperatury, jaką może mieć ciało fizyczne we Wszechświecie. Zero absolutne służy jako początek absolutnej skali temperatury, takiej jak skala Kelvina. W 1954 roku X Generalna Konferencja Miar i Wag ustaliła termodynamiczną skalę temperatur z jednym punktem odniesienia – punktem potrójnym wody, której temperaturę przyjęto 273,16 K (dokładnie), co odpowiada 0,01°C, tak że w skali Celsjusza temperatura odpowiada zeru absolutnemu -273,15 °C.

Zjawiska obserwowane w pobliżu zera absolutnego

W temperaturach bliskich zera absolutnego na poziomie makroskopowym można zaobserwować efekty czysto kwantowe, takie jak:

Notatki

Literatura

• G. Burmina. Atak na zero absolutne. - M.: „Literatura dla dzieci”, 1983

Zobacz także

Fundacja Wikimedia.

• Goeringa
• Kszapanaka

Zobacz, co oznacza „temperatura zera absolutnego” w innych słownikach:

ABSOLUTNA TEMPERATURA ZEROWA- termodynamiczny punkt odniesienia. temperatura; znajduje się 273,16 K poniżej temperatury punktu potrójnego (0,01°C) wody (273,15°C poniżej temperatury zera w skali Celsjusza, (patrz SKALE TEMPERATURY).Istnienie termodynamicznej skali temperatury i A. n. T.… … Encyklopedia fizyczna

temperatura zera absolutnego- początek odczytu temperatury bezwzględnej na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, która przyjmuje się za 0,01°C. Temperatura zera absolutnego jest zasadniczo nieosiągalna... ... Temperatury, pochodzenie temperatury w termodynamicznej skali temperatur (patrz TERMODYNAMICZNA SKALA TEMPERATURY). Zero absolutne znajduje się 273,16 °C poniżej temperatury punktu potrójnego (patrz PUNKT POTRÓJNY) wody, dla której przyjmuje się ... ...

temperatura zera absolutnego- absoliutusis nulis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės temperatūros atskaitos pradžia, esanti 273.16 K žemiau trigubojo vandens taško. Pagal trečiąjį termodinamikos dėsnį, absoliutusis nulis nepasiekiamas. atitikmenys: pol.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Absolutna temperatura zera- początkowy odczyt w skali Kelvina to ujemna temperatura 273,16 stopnia w skali Celsjusza... Początki nowożytnych nauk przyrodniczych

ABSOLUTNE ZERA- temperatura, początek odczytu temperatury na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody (0,01°C). Zero absolutne jest w zasadzie nieosiągalne, temperatury prawie osiągnęły... ... Temperatury, pochodzenie temperatury w termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody (0,01°C). Zero absolutne jest w zasadzie nieosiągalne, temperatury prawie osiągnęły... ...

ABSOLUTNE ZERA- temperatura jest początkiem odczytu temperatury na termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się w temperaturze 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, dla której wartość wynosi 0,01°C. Zero absolutne jest zasadniczo nieosiągalne (patrz... ... Temperatury są punktem wyjścia dla temperatury w termodynamicznej skali temperatur. Zero absolutne znajduje się w temperaturze 273,16°C poniżej temperatury punktu potrójnego wody, dla której wartość wynosi 0,01°C. Zero absolutne jest zasadniczo nieosiągalne (patrz... ...

ABSOLUTNE ZERA- temperatura wyrażająca brak ciepła wynosi 218 ° C. Słownik słów obcych zawarty w języku rosyjskim. Pavlenkov F., 1907. Temperatura zera absolutnego (fizyczna) - najniższa możliwa temperatura (273,15°C). Wielki słownik... ... Słownik obcych słów języka rosyjskiego

ABSOLUTNE ZERA- temperatura, początek temperatury w termodynamicznej skali temperatur (patrz TERMODYNAMICZNA SKALA TEMPERATURY). Zero absolutne znajduje się 273,16 °C poniżej temperatury punktu potrójnego (patrz PUNKT POTRÓJNY) wody, dla której przyjmuje się ... ... Temperatury, pochodzenie temperatury w termodynamicznej skali temperatur (patrz TERMODYNAMICZNA SKALA TEMPERATURY). Zero absolutne znajduje się 273,16 °C poniżej temperatury punktu potrójnego (patrz PUNKT POTRÓJNY) wody, dla której przyjmuje się ... ...

ABSOLUTNE ZERA- wyjątkowo niska temperatura, w której zatrzymuje się ruch termiczny cząsteczek. Zgodnie z prawem Boyle’a-Mariotte’a ciśnienie i objętość gazu doskonałego stają się równe zeru, a za początek temperatury bezwzględnej w skali Kelvina przyjmuje się... ... Słownik ekologiczny

ABSOLUTNE ZERA- początek zliczania temperatury bezwzględnej. Odpowiada 273,16° C. Obecnie w laboratoriach fizycznych udało się uzyskać temperaturę przekraczającą zero absolutne zaledwie o kilka milionowych stopnia i osiągnąć ją, zgodnie z prawami... ... Encyklopedia Colliera