Sensul fizic al temperaturii termodinamice. Temperatura termodinamica
Sistemul în care este definit temperatura(ca unul dintre parametrii de stare) este un sistem termodinamic. Această afirmație poate fi considerată începutul „zero” al termodinamicii.
Definiția temperaturii se bazează pe conceptul de echilibru termic al unui sistem termodinamic și pe tranzitivitatea acestuia.
ÎN vedere generala echilibrul a două sisteme termodinamice în contact termic este determinat de o anumită funcție a unui set de parametri ai celor două sisteme
În conformitate cu schema tranzitivității, putem scrie
Se poate demonstra că această schemă de ecuații este satisfăcută doar de forma „diferență” a funcției
Aceasta implică ecuația
care este ecuația de echilibru a unui sistem termodinamic. Echilibrul termic a două sisteme este determinat de egalitatea parametrilor q pentru aceste sisteme. Acest parametru q poate fi luat ca măsură de temperatură. Temperatura este măsurată de un termometru - un mic sistem termodinamic care este adus în contact termic cu sistemul de măsurat. Pentru a construi o scară de temperatură, puteți utiliza orice parametru „termometru” care este o funcție de temperatură.
Se crede că pentru a determina logic temperatura unui sistem închis, acesta (sistemul) trebuie să fie macroscopic (constă din un numar mare„particule”) și să fie în echilibru. Temperatura este un scalar, intens parametru. Într-un sistem termodinamic de echilibru, temperatura trebuie să fie constantă pe tot volumul. Temperatura determină energia internă a sistemului și, din punct de vedere al termodinamicii statistice, determină probabilitatea stării sistemului. În conformitate cu cele de mai sus, vă prezentăm următoarele formule:
Energia gazului ideal ( i– numărul de grade de libertate ale unei „particule” a unui gaz ideal, N– numărul de particule).
Legea Stefan-Boltzmann (densitatea energetică a radiației termice de echilibru).
- probabilitatea ca un sistem să fie scufundat într-un termostat este în i-a stare cuantică. E i– energia acestei stări. În aceste formule, T este temperatura de pe scara Kelvin.
2. Prima lege a termodinamicii(primul start) . Potential chimic.
Prima lege a termodinamicii se scrie ca
Energia sistemului poate fi modificată în trei moduri. Adăugați căldură, lucrați la sistem și adăugați numărul de particule. Al treilea termen include cantitatea m, numit potențial chimic. Conform formulei
Potențialul chimic este numeric egal cu modificarea specifică a energiei în absența schimbului de căldură și a muncii.
3. A doua lege a termodinamicii(al doilea început) .
„Un proces este imposibil, singurul rezultat final care va fi transformarea în muncă a căldurii extrase dintr-o sursă care are peste tot aceeasi temperatura" (Postulatul lui Kelvin, imposibilitatea unei mașini cu mișcare perpetuă de al doilea fel.)
„Un proces este imposibil, al cărui singur rezultat final ar fi transferul de căldură de la un corp cu o anumită temperatură la un corp cu o temperatură mai mare.” (Postulatul lui Clausius.)
și se numără în funcție de absolut scara termodinamica(Kelvin). Scara termodinamică absolută este scara fundamentală în fizică și în ecuațiile termodinamicii.
Teoria cinetică moleculară, la rândul ei, conectează temperatura absolută cu energia cinetică medie a mișcării de translație a moleculelor unui gaz ideal în condiții de echilibru termodinamic:
Unde ─ masa moleculară, ─ viteza medie pătrată a mișcării de translație a moleculelor, ─ temperatura absolută, ─ Constanta Boltzmann.
Poveste
Măsurarea temperaturii a durat mult timp și calea cea greaîn dezvoltarea sa. Deoarece temperatura nu poate fi măsurată direct, proprietățile corpurilor termometrice, care erau dependente funcțional de temperatură, au fost folosite pentru a o măsura. Pe această bază, au fost dezvoltate diverse scări de temperatură, care au fost numite empiric, iar temperatura măsurată cu ajutorul lor se numește empiric. Dezavantajele semnificative ale scalelor empirice sunt lipsa lor de continuitate și discrepanța dintre valorile temperaturii pentru diferite corpuri termometrice: atât între punctele de referință, cât și dincolo de acestea. Lipsa continuității scalelor empirice se datorează absenței în natură a unei substanțe capabile să-și mențină proprietățile pe întreaga gamă. temperaturile posibile. În 1848, Thomson (Lord Kelvin) a propus alegerea unui grad de temperatură în așa fel încât în limitele sale eficiența unui motor termic ideal să fie aceeași. Mai târziu, în 1854, a propus utilizarea funcție inversă Carnot pentru construirea unei scale termodinamice independentă de proprietățile corpurilor termometrice. In orice caz, implementare practică această idee s-a dovedit imposibilă. ÎN începutul XIX de secole, în căutarea unui dispozitiv „absolut” pentru măsurarea temperaturii, au revenit din nou la ideea unui termometru cu gaz ideal, bazat pe legile gazelor ideale ale lui Gay-Lussac și Charles. Termometrul cu gaz a fost multă vreme singura modalitate de a reproduce temperatura absolută. Noile direcții în reproducerea scalei de temperatură absolută se bazează pe utilizarea ecuației Stefan-Boltzmann în termometria fără contact și a ecuației Harry (Harry) Nyquist în termometria de contact.
Baza fizică pentru construirea unei scale de temperatură termodinamică.
1. Scala de temperatură termodinamică poate fi construită, în principiu, pe baza teoremei lui Carnot, care afirmă că eficiența unui ideal motor termic nu depinde de natura fluidului de lucru și de designul motorului și depinde doar de temperaturile încălzitorului și frigiderului.
Unde – cantitatea de căldură primită de fluidul de lucru (gazul ideal) de la încălzitor, – cantitatea de căldură transferată de fluidul de lucru către frigider, – temperaturile încălzitorului și respectiv frigiderului.
Din ecuația de mai sus rezultă următoarea relație:
Această relație poate fi folosită pentru a construi temperatura termodinamică absolută. Dacă unul dintre procesele izoterme ale ciclului Carnot efectuată la temperatura punctului triplu al apei (punctul de referință), stabilită arbitrar ─ atunci orice altă temperatură va fi determinată de formulă . Scala de temperatură stabilită în acest fel se numește scala Kelvin termodinamică. Din păcate, precizia măsurării cantității de căldură este scăzută, ceea ce nu permite implementarea în practică a metodei descrise mai sus.
2. O scară de temperatură absolută poate fi construită dacă un gaz ideal este folosit ca corp termometric. De fapt, ecuația Clapeyron implică relația
Dacă măsurați presiunea unui gaz, aproape ca proprietăți de ideal, situat într-un vas etanș de volum constant, atunci în acest fel puteți seta scala de temperatură, care se numește gaz ideal. Avantajul acestei scale este că presiunea ideală a gazului la variază liniar cu temperatura. Deoarece chiar și gazele foarte rarefiate diferă oarecum în proprietățile lor de un gaz ideal, implementarea unei scale de gaze ideale este asociată cu anumite dificultăți.
3. Diverse manuale de termodinamică oferă dovezi că temperatura măsurată pe scara gazului ideal coincide cu temperatura termodinamică. Cu toate acestea, trebuie făcută o rezervă: în ciuda faptului că numeric scalele de gaze termodinamice și ideale sunt absolut identice, din punct de vedere calitativ există o diferență fundamentală între ele. Doar scara termodinamică este absolut independentă de proprietățile substanței termometrice.
4. După cum sa indicat deja, reproducerea exactă a scalei termodinamice, precum și a scării de gaze ideale, este plină de dificultăți serioase. În primul caz, este necesar să se măsoare cu atenție cantitatea de căldură care este furnizată și îndepărtată în procesele izoterme ale unui motor termic ideal. Acest tip de măsurare este inexact. Reproducerea scalei de temperatură termodinamică (gaz ideal) în intervalul de la 10 la 1337 posibil folosind un termometru cu gaz. Cu mai mult temperaturi mari Difuzia gazului real prin pereții rezervorului se manifestă vizibil, iar la temperaturi de câteva mii de grade, gazele poliatomice se dezintegrează în atomi. Cu mai mult temperaturi mari gazele reale sunt ionizate și transformate în plasmă, care nu respectă ecuația Clapeyron. Cel mai temperatura scazuta, care poate fi măsurat cu un termometru cu gaz umplut cu heliu la presiune scăzută este egal cu . Pentru a măsura temperaturile dincolo de limite termometre cu gaz utilizare metode speciale măsurători. Vezi mai multe detalii. Termometrie.
Scrieți o recenzie despre articolul „Temperatura termodinamică”
Note
Literatură
- Enciclopedia sovietică ucraineană: în 12 volume = Enciclopedia ucraineană Radyanska (ucraineană) / Ed. M. Bazhana. - a doua vedere. - K.: Gol. Editori URE, 1974-1985.
- Mica enciclopedie de munte. În 3 volume = Small Encyclopedia / (în ucraineană). Ed. V. S. Beletsky. - Donețk: Donbass, 2004. - ISBN 966-7804-14-3.
- Belokon N. I. Termodinamica. - M.: Gosenergoizdat, 1954. - 417 p.
- Belokon N. I. Principii de bază ale termodinamicii. - M.: Nedra, 1968. - 112 p.
- Kirillin V.A. Termodinamica tehnica. - M.: Energoatomizdat, 1983. - 414 p.
- Vukalovich M. P., Novikov I. I. Termodinamica tehnica. - M.: Energie, 1968. - 497 p.
- Sivukhin D.V. Curs de fizica generala. T. II. Termodinamica si fizica moleculara. - M.: FIZMATLIT, 2005. - 544 p. - ISBN 5-9221-0601-5.
- Bazarov I.P. Termodinamica. - M.: facultate, 1991. - 376 p. - ISBN 5-06-000626-3.
- Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Fizică și tehnologie criogenică. - K.: Naukova Dumka, 2006. - 512 p. - ISBN 966-00-480-X.
Un fragment care caracterizează temperatura termodinamică
Pierre se uită în jur cu ochii injectați de sânge și nu răspunse. Fața lui probabil părea foarte înfricoșătoare, pentru că ofițerul a spus ceva în șoaptă și încă patru lancieri s-au separat de echipă și au stat de ambele părți ale lui Pierre.– Parlez vous francais? – îi repetă ofițerul întrebarea, ținându-se departe de el. - Faites venir l "interprete. [Apelați un interpret.] - Din spatele rândurilor a plecat om micîn ţinută civilă rusească. Pierre, după ținuta și discursul său, l-a recunoscut imediat ca francez dintr-unul din magazinele din Moscova.
„Il n"a pas l"air d"un homme du peuple, [Nu pare un om de rând," spuse traducătorul privindu-l pe Pierre.
– O, o! ca m"a bien l"air d"un des incendiaires", a estompat ofiterul. "Demandez lui ce qu"il est? [Oh, oh! seamănă mult cu un incendiar. Întreabă-l cine este?] a adăugat el.
- Cine eşti tu? – a întrebat traducătorul. „Autoritățile trebuie să răspundă”, a spus el.
– Je ne vous dirai pas qui je suis. Eu sunt prizonierul tău. Emmenez moi, [Nu vă spun cine sunt. Sunt prizonierul tău. Du-mă departe, spuse brusc Pierre în franceză.
- Ah, Ah! – spuse ofițerul încruntat. - Marchoni!
O mulțime s-a adunat în jurul lăncirilor. Cel mai aproape de Pierre stătea o femeie cu buzunar cu o fată; Când ocolul a început să se miște, ea a înaintat.
-Unde te duc, draga mea? - ea a spus. - Fata asta, ce o să fac cu fata asta, dacă nu este a lor! – spuse femeia.
– Qu"est ce qu"elle veut cette femme? [Ce vrea ea?] - a întrebat ofițerul.
Pierre părea beat. Starea lui de extaz s-a intensificat și mai mult la vederea fetei pe care o salvase.
"Ce qu"elle dit?" a spus el. "Elle m"apporte ma fille que je viens de sauver des flammes", a spus el. - Adio! [Ce vrea? Ea o poartă pe fiica mea, pe care am salvat-o de la incendiu. Adio!] - iar el, neștiind cum i-a scăpat această minciună fără scop, a mers cu un pas hotărât, solemn, printre francezi.
Patrula franceză a fost una dintre cele care au fost trimise din ordinul lui Duronel pe diverse străzi ale Moscovei pentru a suprima jafurile și mai ales pentru a captura piromanii, care, conform opiniei generale apărute în acea zi printre francezii de rang înalt, erau cei cauza incendiilor. După ce a străbătut mai multe străzi, patrula a mai cules cinci ruși suspecti, un negustor, doi seminariști, un țăran și un servitor și mai mulți jefuitori. Dar dintre toți oamenii suspicioși, Pierre părea cel mai suspicios dintre toți. Când toți au fost aduși să petreacă noaptea în casa mare pe Zubovsky Val, în care a fost înființată o casă de pază, Pierre a fost pus separat sub pază strictă.
La Sankt Petersburg în acest moment, în cercurile cele mai înalte, cu mai multă fervoare ca niciodată, a avut loc o luptă complexă între partidele lui Rumiantsev, francezi, Maria Feodorovna, țarevici și altele, înecate, ca întotdeauna, de trâmbițe. a dronelor de curte. Dar liniștit, luxos, preocupat doar de fantome, de reflectări ale vieții, viața din Sankt Petersburg a continuat ca înainte; și din cauza cursului acestei vieți, a fost necesar să se facă eforturi mari pentru a recunoaște pericolul și situația grea în care se afla poporul rus. Au fost aceleași ieșiri, baluri, același teatru francez, aceleași interese ale instanțelor, aceleași interese de serviciu și intrigi. Doar în cercurile cele mai înalte s-au făcut eforturi pentru a reaminti dificultatea situației prezente. S-a povestit în șoaptă cum cele două împărătese au acționat una față de cealaltă în circumstanțe atât de dificile. Împărăteasa Maria Feodorovna, preocupată de bunăstarea instituțiilor caritabile și de învățământ aflate sub jurisdicția ei, a dat ordin de a trimite toate instituțiile la Kazan, iar lucrurile acestor instituții erau deja împachetate. Împărăteasa Elizaveta Alekseevna, întrebată ce ordine vrea să facă, cu patriotismul ei caracteristic rusesc, s-a destins să răspundă că institutii guvernamentale ea nu poate da ordine, deoarece aceasta îl privește pe suveran; cam același lucru care depinde personal de ea, s-a demnat să spună că va fi ultima care va părăsi Sankt Petersburg.
Anna Pavlovna a avut o seară pe 26 august, chiar în ziua bătăliei de la Borodino, a cărei floare urma să fie lectura scrisorii Eminenței, scrisă la trimiterea suveranului chipul venerabilului sfânt Serghie. Această scrisoare a fost venerată ca un exemplu de elocvență spirituală patriotică. Avea să fie citit de însuși prințul Vasily, renumit pentru arta sa de a citi. (Citea și pentru împărăteasa.) Arta lecturii era considerată a consta în a revărsa cuvinte tare, melodios, între un urlet disperat și un murmur blând, cu totul indiferent de sensul lor, astfel încât, din întâmplare, un urlet cad pe un cuvânt, iar un murmur pe alții. Această lectură, ca toate serile Annei Pavlovna, a avut semnificație politică. În această seară urmau să fie mai multe persoane importante cărora trebuiau să li se facă rușine pentru călătoriile lor la teatrul francez și să fie încurajați într-o dispoziție patriotică. Se adunase deja destul de multă lume, dar Anna Pavlovna nu văzuse încă toți oamenii de care avea nevoie în sufragerie și, prin urmare, fără să înceapă încă să citească, a început conversații generale.
Vestea zilei acelei zile la Sankt Petersburg a fost boala contesei Bezukhova. În urmă cu câteva zile, Contesa s-a îmbolnăvit pe neașteptate, a ratat mai multe întâlniri din care a fost o podoabă și s-a auzit că nu a văzut pe nimeni și că în locul celebrilor medici din Sankt Petersburg care o tratau de obicei, s-a încredințat unora. Doctor italian care a tratat-o cu ceva nou și într-un mod extraordinar.
Toată lumea știa foarte bine că boala adorabilei contese se datora inconvenientului de a se căsători cu doi soți deodată și că tratamentul italianului consta în eliminarea acestui inconvenient; dar în prezența Annei Pavlovna, nu numai că nimeni nu îndrăznea să se gândească la asta, dar parcă nimeni nu știa.
- On dit que la pauvre comtesse est tres mal. Le medecin dit que c"est l"angine pectorale. [Se spune că biata contesa este foarte rea. Doctorul a spus că este o boală toracică.]
- L"angine? Oh, c"est une maladie terrible! [Boala toracică? Oh, aceasta este o boală teribilă!]
- On dit que les rivaux se sont reconcilies grace a l "angine... [Se spune că rivalii s-au împăcat datorită acestei boli.]
Cuvîntul angine a fost repetat cu mare plăcere.
– Le vieux comte est touchant a ce qu"on dit. Il a pleure comme un enfant quand le medecin lui a dit que le cas etait dangereux. a spus acel caz periculos.]
- Oh, ce ar fi uneori teribil. C"est une femme ravissante. [Oh, asta ar fi pierdere mare. O femeie atât de drăguță.]
„Vous parlez de la pauvre comtesse”, a spus Anna Pavlovna, apropiindu-se. "J"ai envoye savoir de ses nouvelles. On m"a dit qu"elle allait un peu mieux. Oh, sans doute, c"est la plus charmante femme du monde", a spus Anna Pavlovna zâmbind la entuziasmul ei. – Nous appartenons a des camps differents, mais cela ne m"empeche pas de l"estimer, comme elle le merite. Elle est bien malheureuse, [Vorbiți despre biata contesă... Am trimis să aflu despre sănătatea ei. Mi-au spus că se simțea puțin mai bine. Oh, fără îndoială, aceasta este cea mai frumoasă femeie din lume. Noi aparținem unor tabere diferite, dar asta nu mă împiedică să o respect pe meritele ei. E atât de nefericită.] – a adăugat Anna Pavlovna.
Crezând că prin aceste cuvinte Anna Pavlovna ridica ușor vălul secretului asupra bolii contesei, un tânăr nepăsător și-a permis să-și exprime surpriza că nu au fost chemați medici celebri, ci că contesa era tratată de un șarlatan care putea da riscuri. remedii.
„Vos informations peuvent etre meilleures que les miennes”, l-a atacat brusc Anna Pavlovna pe bărbatul neexperimentat cu venin. tânăr. – Mais je sais de bonne source que ce medecin este un homme tres savant et tres habile. C"est le medecin intime de la Reine d"Espagne. [Veștile tale pot fi mai exacte decât ale mele... dar știu din surse bune că acest doctor este o persoană foarte învățată și pricepută. Acesta este medicul de viață al reginei Spaniei.] - Și astfel distrugând tânărul, Anna Pavlovna s-a întors către Bilibin, care, într-un alt cerc, a ridicat pielea și, se pare, pe cale să o desfacă pentru a spune un mot, a vorbit despre austrieci.
Presiunea unui gaz închis într-un volum constant nu este proporțională cu temperatura măsurată pe scara Celsius. Acest lucru este clar, de exemplu, din tabelul din paragraful anterior.Dacă la presiunea gazului este de 1,37 atm, atunci la acesta este de 1,73 atm. Temperatura, măsurată pe scara Celsius, s-a dublat, dar presiunea gazului a crescut de doar 1,26 ori. Nu este nimic surprinzător în asta, deoarece scara Celsius este stabilită în mod arbitrar, fără nicio legătură cu legile expansiunii gazelor. Este posibil, totuși, folosind legile gazelor, să se stabilească o scară de temperatură astfel încât presiunea gazului să fie proporțională cu temperatura măsurată pe această scară.
De fapt, lasă la o anumită temperatură presiunea gazului să fie egală și la o altă temperatură presiunea gazului să fie egală. Conform legii lui Charles
Împărțind aceste egalități termen cu termen, obținem
Valoarea poate fi considerată ca o valoare a temperaturii măsurată pe o nouă scară de temperatură, a cărei unitate de măsură este aceeași cu cea a scării Celsius, iar punctul situat sub punctul este considerat zero al scalei Celsius, adică punctul de topire. de gheață, este considerat zero. Zeroul acestei noi scale se numește zero absolut. Acest nume se datorează faptului că, așa cum a fost dovedit de fizicianul englez William Thomson Kelvin (1824-1907), niciun corp nu poate fi răcit sub această temperatură. Această nouă scară se numește scară de temperatură termodinamică. Astfel, zero absolut indică o temperatură egală cu , și reprezintă temperatura sub care niciun corp nu poate fi răcit sub nicio formă.
Temperatura este temperatura termodinamică a unui corp având o temperatură pe scara Celsius egală cu . Temperatura termodinamică este de obicei indicată cu litera . Unitatea de măsură a temperaturii termodinamice se numește kelvin și este una dintre unitățile de bază ale SI. Kelvin este același cu grade Celsius.
Există următoarele relații între temperatură, măsurată pe scara Celsius, și temperatura termodinamică:
Din cele de mai sus rezultă că egalitatea (234.1) poate fi reprezentată sub forma
Presiunea unei mase date de gaz la volum constant este proporțională cu temperatura termodinamică. Aceasta este o altă expresie a legii lui Charles.
Formula (234.2) este de asemenea convenabilă de utilizat în cazul în care presiunea la este necunoscută. Să ne uităm la un exemplu. Lăsați presiunea gazului în butelie să fie . Care este presiunea la temperatura? În acest caz, temperaturile termodinamice ale gazului sunt, respectiv, egale
Folosind legea lui Charles, putem scrie
234.1. Manometrul de pe o butelie de oxigen într-o cameră cu o temperatură a aerului de , a arătat o presiune de 95 atm. Acest cilindru a fost scos în hambar, unde a doua zi, la o temperatură, citirea manometrului era de 85 atm. Exista suspiciunea că o parte din oxigenul din cilindru fusese consumat. Verificați dacă această suspiciune este corectă.
Deocamdată nu vom încerca să exprimăm această funcție crescândă în termeni de diviziuni ale familiarului termometru cu mercur, iar în schimb vom defini o nouă scară de temperatură. Cândva, „temperatura” era determinată la fel de arbitrar. Temperatura a fost măsurată prin semne plasate la distanțe egale pe pereții tubului, în care apa se dilată la încălzire. Apoi au decis să măsoare temperatura cu un termometru cu mercur și au descoperit că distanțele de grade nu mai erau aceleași. Acum putem da o definiție a temperaturii care nu depinde de proprietățile particulare ale substanței. Pentru a face acest lucru, folosim funcția f(T), care nu depinde de niciun dispozitiv, deoarece eficiența mașinilor reversibile nu depinde de substanța lor de lucru. Deoarece funcția pe care am găsit-o crește cu temperatura, putem presupune că ea însăși măsoară temperatura, începând cu o temperatură standard de un grad. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să fii de acord cu astaAceasta înseamnă că acum putem găsi temperatura corpului determinând cantitatea de căldură care este absorbită de o mașină reversibilă care funcționează în intervalul dintre temperatura corpului și o temperatură de un grad (Fig. 44.9) Dacă mașina ia de șapte ori de la cazan mai multa caldura decât intră într-un condensator de un grad, atunci temperatura cazanului este egală cu șapte grade etc. Astfel, măsurând cantitatea de căldură absorbită la temperaturi diferite, determinăm temperatura. Temperatura obtinuta in acest fel se numeste temperatura termodinamica absoluta si nu depinde de proprietatile substantei. De acum înainte vom folosi exclusiv această definiție a temperaturii.
Acum ne este clar că dacă avem două mașini, dintre care una funcționează la o diferență de temperatură T 1 și un grad, iar celălalt - T 2 și un grad, iar ambele sunt eliberate la o unitate de temperatură acelasi numar căldură, atunci căldura absorbită de acestea trebuie să satisfacă relația
Dar asta înseamnă că dacă orice mașină reversibilă absoarbe căldura Q 1 la temperatura T 1 , și eliberează căldură Q 2 la temperatura T 2, apoi raportul dintre Q 1 și T 1 egal cu raportul Q 2 la T2 . Acest lucru este valabil pentru orice mașină reversibilă. Tot ce urmează este conținut în această relație: acesta este centrul științei termodinamice.
Dar dacă asta este tot ceea ce există în termodinamică, atunci de ce este considerată o știință atât de dificilă? Dar încercați să descrieți comportamentul oricărei substanțe, chiar dacă știți dinainte că masa substanței este constantă tot timpul. În acest caz, starea unei substanțe în orice moment este determinată de temperatura și volumul acesteia. Dacă se cunosc temperatura și volumul unei substanțe, precum și dependența presiunii de volum și temperatură, atunci poate fi cunoscută și energia internă. Dar cineva va spune: „Dar vreau să fac altfel. Da-mi temperatura si presiunea si iti spun care este volumul. Pot considera volumul o funcție de temperatură și presiune și pot căuta dependența energiei interne de aceste variabile.” Dificultățile termodinamicii sunt legate tocmai de faptul că fiecare poate aborda problema de la final, de unde vrea. Trebuie doar să te așezi și să alegi anumite variabile, apoi să stai ferm pe cont propriu și totul va deveni ușor și simplu.
Acum să ajungem la concluzii. În mecanică, am abordat toate rezultatele de care aveam nevoie pornind de la centrul lumii mecanice F=ma. Principiul pe care tocmai l-am descoperit va juca același rol în termodinamică. Dar ce concluzii se pot trage pe baza acestui principiu?
Să începem. Mai întâi combinăm legea conservării energiei și legea referitoare la Q 1 și Q 2 pentru a găsi eficiența unei mașini reversibile. Prima lege spune că W=Q 1 - Q 2 . Conform noului nostru principiu,
Prin urmare munca este egală
Acest raport caracterizează eficiența mașinii, adică cantitatea de muncă produsă pentru o anumită intrare de căldură. Eficiența este proporțională cu diferența de temperatură la care funcționează mașina împărțită la temperatura mai mare:
Coeficientul de eficiență nu poate fi mai mare de unu, iar temperatura absolută nu poate fi mai putin de zero, zero absolut. Astfel, odată ce T 2 trebuie să fie pozitiv, atunci eficiența este întotdeauna mai putin de unul. Aceasta este prima noastră concluzie.
Unitățile mecanice nu rezolvă toate științifice și probleme tehnice fără a implica alte relații. Deși munca efectuată la deplasarea unei mase împotriva acțiunii unei forțe, și energie kinetică de o anumită masă sunt echivalente în natură cu energia termică a unei substanțe, este mai convenabil să se considere temperatura și căldura ca cantități separate care nu depind de cele mecanice.
Scala de temperatură termodinamică. Unitatea de măsură a temperaturii termodinamice Kelvin (K), numită kelvin, este determinată de punctul triplu al apei, adică. temperatura la care apa este în echilibru cu gheața și aburul. Această temperatură este considerată 273,16 K, ceea ce determină scala de temperatură termodinamică. Această scară, propusă de Kelvin, se bazează pe a doua lege a termodinamicii. Dacă există două rezervoare de căldură cu temperatura constantași un motor termic reversibil care transferă căldură de la unul dintre ele la celălalt în conformitate cu ciclul Carnot, apoi relația temperaturile termodinamice două rezervoare este dată de egalitatea:
T2 /T1 = -Q2Q1, (11)
unde Q2 și Q1 sunt cantitățile de căldură transferate către fiecare dintre rezervoare (semnul minus indică faptul că căldura este preluată dintr-unul dintre rezervoare). Astfel, dacă temperatura rezervorului mai cald este de 273,16 K, iar căldura preluată din acesta este de două ori mai mare decât căldura transferată către celălalt rezervor, atunci temperatura celui de-al doilea rezervor este de 136,58 K. Dacă temperatura celui de-al doilea rezervor este 0 K, atunci nu va fi transferată deloc căldură, deoarece toată energia gazului a fost convertită în energie mecanică în secțiunea de expansiune adiabatică a ciclului. Această temperatură se numește zero absolut. Temperatura termodinamică utilizată în mod obișnuit în cercetare științifică, coincide cu temperatura inclusă în ecuația de stare a unui gaz ideal:
unde P este presiunea;
R - constanta de gaz.
Ecuația arată că pentru un gaz ideal, produsul dintre volum și presiune este proporțional cu temperatură. Această lege nu este exact satisfăcută pentru niciunul dintre gazele reale. Dar dacă se fac corecții pentru forțele viriale, atunci expansiunea gazelor ne permite să reproducem scala de temperatură termodinamică.
Scala internațională de temperatură. În conformitate cu definiția menționată mai sus, temperatura poate fi foarte precizie ridicată(până la aproximativ 0,003 K în apropierea punctului triplu) măsurată prin termometrie cu gaz. Un termometru cu rezistență din platină și un rezervor de gaz sunt plasate într-o cameră izolată termic. Când camera este încălzită, rezistența electrică a termometrului crește și presiunea gazului din rezervor crește (în conformitate cu ecuația de stare), iar când este răcită, se observă imaginea opusă. Măsurând rezistența și presiunea simultan, puteți calibra termometrul prin presiunea gazului, care este proporțională cu temperatura. Termometrul este apoi plasat într-un termostat în care apa in stare lichida poate fi menținută în echilibru cu fazele sale solidă și vapori. Măsurându-și rezistența electrică la această temperatură, se obține o scară termodinamică, deoarece temperaturii punctului triplu i se atribuie o valoare egală cu 273,16 K.
Există două scări internaționale de temperatură - Kelvin (K) și Celsius (C). Temperatura de pe scara Celsius se obține din temperatura de pe scara Kelvin prin scăderea a 273,15 K din aceasta din urmă.
Măsurătorile precise ale temperaturii folosind termometria cu gaz necesită multă muncă și timp. Prin urmare, Scala Internațională de Temperatură Practică (IPTS) a fost introdusă în 1968. Folosind această scară, termometre tipuri diferite poate fi calibrat în laborator. Această scară a fost stabilită folosind un termometru cu rezistență din platină, un termocuplu și un pirometru cu radiații, utilizate în intervalele de temperatură dintre anumite perechi de puncte de referință constante (referințe de temperatură). MPTS trebuia să corespundă scalei termodinamice cu cea mai mare acuratețe posibilă, dar, după cum s-a dovedit mai târziu, abaterile sale au fost foarte semnificative.
Scala de temperatură Fahrenheit. Scala de temperatură Fahrenheit, care este utilizat pe scară largă în combinație cu britanic sistem tehnic unitățile, precum și măsurătorile neștiințifice din multe țări, sunt de obicei determinate de două puncte de referință constante - temperatura gheții de topire (32 ° F) și punctul de fierbere al apei (212 ° F) la presiune normală (atmosferică) . Prin urmare, pentru a obține temperatura Celsius din temperatura Fahrenheit, trebuie să scădeți 32 din aceasta din urmă și să înmulțiți rezultatul cu 5/9.
- „Cronicile lui Amber”. Cărți în ordine. Recenzii. Roger Zelazny „Cronicile lui Amber Roger Zelazny Cei nouă prinți ai chihlimbarului a continuat
- Ciupercă de orez: beneficii și daune
- Energia umană: cum să vă aflați potențialul energetic Energia vitală umană după data nașterii
- Semne zodiacale pe elemente - Horoscop