Абсолютная температура в физике

Абсолютная температура


Таким образом, величина которую, в отличие от микропараметра , легко измерить, является вполне однозначной характеристикой теплового состояния газа, как и температура. Измеряется (как и энергия) в джоулях. Зависит она только от температуры и может рассматриваться как естественная мера температуры. Однако в силу укоренившейся привычки измерять температуру в градусах был введён коэффициент пропорциональности между температурой , выраженной в энергетических единицах, и температурой , выраженной в градусах:

(2.10)

или

(2.11)

Температура , определяемая равенством (2.10), называется абсолютной температурой.

Значения температуры, определённой по формуле (2.9), всегда положительны в силу положительности (ни давление, ни объём, ни число частиц отрицательными быть не могут). Поэтому минимальным значением температуры является нуль. Температура может равняться нулю, если давление либо объём равны нулю. Из принятого определения температуры следует, что нулем температуры является температура, при которой прекращается хаотическое движение молекул. Она называется абсолютным нулем температуры.

Температура, как и давление, определяется средней кинетической энергией молекул идеального газа. Поэтому температура, как и давление, является статистической величиной. Нельзя говорить о температуре одной или нескольких молекул.

Абсолютную шкалу температур ввёл английский учёный У. Кельвин в 1850 г. Нулевая температура по ней соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры равна градусу по шкале Цельсия. Единица абсолютной температуры является одной из семи основных единиц СИ и измеряется в кельвинах (К).
Связь между температурами, измеренными по шкалам Цельсия (t) и Кельвина (Г), описывается формулой:

Абсолютный нуль равен -273,15°С. Как правило, при расчётах пользуются округлённым значением абсолютного нуля (-273 °C).

Постоянная Больцмана
Коэффициент в формуле (2.10) называется постоянной Больцмана в честь одного из основателей молекулярно-кинетической теории газа и составляет
Постоянная Больцмана связывает температуру 0 в энергетических единицах с температурой в кельвинах. Это одна из наиболее важных постоянных в МКТ.

Температура как мера кинетической энергии
Из основного уравнения МКТ, записанного в форме (2.9) и определения абсолютной температуры согласно (2.11) получим:
Средняя кинетическая энергия хаотического поступательного движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре.
Из полученного результата однозначно следует, что абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.


Соотношение между температурой и кинетической энергией справедливо для любых тел, подчиняющихся законам механики Ньютона.
Из формулы (2.7) может быть получена зависимость давления газа от абсолютной температуры и концентрации его молекул, если воспользоваться выражением для средней кинетической энергии:

(2.12)

где — постоянная Больцмана.
Из формулы (2.12) очевидно, что при одинаковых давлениях и температурах концентрация молекул у всех газов одинакова.

Отсюда следует известный закон Авогадро:
В равных объёмах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул.
Средняя скорость теплового движения молекул может быть также выражена через абсолютную температуру, если в формуле
заменить на
Квадратный корень из этой величины — средняя квадратичная скорость:



Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Температура и её измерение в физике
Шкала абсолютных температур в физике
Уравнение Менделеева — Клапейрона (уравнение состояния идеального газа) в физике
Закон Бойля — Мариотта в физике