§ 24. Тепловое равновесие. Температура (окончание)

Абсолютный нуль

5. Из курса физики основной школы вы знаете, что средняя кинетическая энергия теплового движения молекул связана с температурой тела: чем больше средняя кинетическая энергия движения молекул, тем выше температура тела. Действительно, при переходе термодинамической системы к состоянию термодинамического равновесия происходит выравнивание температуры тел системы и средней кинетической энергии входящих в их состав частиц. Средняя кинетическая энергия движения молекул тела прямо пропорциональна его термодинамической температуре:

Средняя кинетическая энергия

где k = 1,38 • 10^-23 Дж/К.

Смысл коэффициента пропорциональности k будет раскрыт позже. Из записанного равенства следует, что чем меньше температура тела, тем меньше скорость теплового движения составляющих его частиц. Очевидно, при термодинамической температуре, равной нулю, в нуль обращается и средняя кинетическая энергия, и средняя скорость теплового движения частиц.

Таким образом,

абсолютный нуль — это такая температура, при которой прекращается тепловое движение частиц, составляющих тело¹.

¹ При абсолютном нуле прекращается тепловое движение молекул и атомов. Однако при этой температуре частицы, входящие в состав молекул и атомов, совершают так называемые нулевые колебания. Энергию, которой обладают эти частицы, нельзя передать.

Вопросы для самопроверки

1. Какое состояние называют состоянием теплового равновесия?

2. Чем температура как параметр состояния теплового равновесия отличается от других параметров?

3. Как строятся эмпирические температурные шкалы? В чём их недостаток?

4. Как строится термодинамическая шкала температур? Какие точки выбраны на ней в качестве реперных?

5. Как связана средняя кинетическая энергия движения молекул с термодинамической температурой?

Упражнение 17

1. Раскройте понятие температуры с точки зрения термодинамики и с точки зрения молекулярно-кинетической теории строения вещества. Покажите связь термодинамической и молекулярно-кинетической трактовок понятия «температура».

2. Чему равна температура кипения спирта по термодинамической шкале, если она составляет 78 °С?

3. Температура вещества в недрах Земли на расстоянии 100 км от её поверхности равна 1200 К. Чему равна эта температура по шкале Цельсия?

4. Определите температуру газа, если средняя кинетическая энергия теплового движения его молекул 8,1 • 10^-21 Дж.

5. Рассчитайте и сравните между собой средние квадратичные скорости теплового движения при 0 °С молекул водорода (m = 3,3 • 10^-27 кг), кислорода (m = 5,3 • 10^-26 кг) и азота (m = 23,2 • 10^-27 кг).

Ответы

2. 351 К.

3. 927 °С.

4. 391 К.

5. 1850 м/с; 462 м/с; 698 м/с.

Вопросы для дискуссии

Достижим ли абсолютный нуль температуры?

<<< К началу