Глава 3. Тепловые явления, газов и твёрдых тел

§ 18. Тепловое движение. Температура

Что называют температурой?

1. Вы уже знаете, что все вещества состоят из частиц (молекул, атомов, ионов), которые находятся в непрерывном беспорядочном движении. Интенсивность этого движения связана с температурой тела. Поэтому его называют тепловым.

Тепловое движение — непрерывное беспорядочное движение частиц, из которых состоит вещество.

2. При изучении тепловых явлений, обусловленных тепловым движением молекул, вводят такие понятия, как «система», «состояние системы», «параметры состояния» и др.

Под термодинамической системой понимают тело или совокупность тел, которые могут обмениваться энергией как между собой, так и с другими телами. Система состоит из большого числа хаотически движущихся частиц. Тела, составляющие систему, могут находиться в твёрдом, жидком, газообразном состоянии или в нескольких состояниях одновременно (например, лёд в стакане с водой).

В зависимости от внешних условий одна и та же система может иметь различные свойства или находиться в различных состояниях. Так, газ может быть сжат сильнее и слабее, тело может быть холодным или горячим и т. п.

Состояние системы характеризуют давление, объём, температура. Эти величины называют параметрами состояния.

3. Возможно такое состояние системы, при котором параметры, характеризующие его, остаются неизменными сколь угодно долго при отсутствии внешних воздействий. Это состояние называют тепловым равновесием.

Так, например, объём, температура и давление жидкости в сосуде, находящейся в тепловом равновесии с воздухом в комнате, не изменяются, если для этого не будет каких-либо внешних причин. Конечно, если в комнате температура воздуха 20 °С, а на улице -10 °С и вы откроете окно, то внешние условия изменятся и параметры состояния жидкости в сосуде тоже будут изменяться. Однако с течением времени опять установится тепловое равновесие (если не будет других изменений), и параметры состояния изменяться не будут.

4. Если опустить в стакан с горячим чаем металлическую ложку, то ложка будет нагреваться, а чай — остывать. Это будет происходить до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие, при котором температура ложки и чая станет одинаковой. В любом случае, если взять два различно нагретых тела и привести их в соприкосновение, то более нагретое тело будет остывать, а более холодное — нагреваться. Через некоторое время система, состоящая из этих двух тел, придёт в тепловое равновесие, и температура этих тел станет одинаковой.

Из приведённого примера видно, что температура — это параметр, характеризующий состояние теплового равновесия системы. Особенностью его является то, что значение температуры во всех частях системы, находящейся в состоянии теплового равновесия, одинаково. Так, одинаковой станет температура предмета, внесённого в комнату, и воздуха в ней, когда они придут в тепловое равновесие.

5. Температуру измеряют термометром. Действие термометра основано на зависимости свойств тел от температуры. Вам хорошо известно, что тела при нагревании расширяются. На зависимости объёма тела от температуры основано устройство самых распространённых термометров. В термометрах могут быть использованы разные тела: и жидкие (спирт, ртуть), и твёрдые (металлы), и газообразные. Их называют термометрическими телами.

Продолжение >>>