А.Н. Матвеев - Молекулярная физика (1103596), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Более нагретым является то, нагретость которого уменьшается при длительном контакте с другим телом, принимаемым в этом случае, по определению, за менее нагретое. Затем можно было бы установить шкалу «нагретостей» или «температур» примерно так, как это было сделано при установлении шкалы твердости тел. Однако такой пу.гь для измерения «нагретости» неприменим главным образом из-за практической невозможности сохранения эталонов неизменной постоянной «нагретости» при всех температурах. Степень «иагретости» тела измеряется по характеристикам материальных тел, зависящих от «нагретости».
Например, хорошо известно, что от «нагретости» твердого тела изменяется его длина, у газа — давление при неизменном объеме и т. д. Методы измерения длин, лавлений известны. Поэтому измерение «нагретости» сводится к измерению некоторой величины тела, которая изменяется с изменением «нагретостн» тела. Физической предпосылкой при этом является справедливость утверждения, что при длительном соприкосновении «нагретость» соприкасающихся тел является одинаковой. Тело, выбираемое для измерения «нагретости», называется термометрическим, а величина, посредством которой измеряется «нагретость», называется термометрической. Шкала температур. Прежде всего фиксируем термомегрическое тело. Термометрическую величину обозначим 1.
Например, можно себе прелставить термометрическое тело в виде металлического стержня некоторой длины, а термометрической величиной является длина стержня. Теперь необходимо взять для начала хотя бы две характерные «нагретости», или реперные точки, которые было бы легко воспроизводить. Наиболее легко определяемыми и широкоизвестными являются «нагретость», при которой кипит вода при атмосферном давлении„и «нагретость», при которой она замерзает. Эти реперные точки называются точкой кипения воды и точкой замерзания.
Пусть термометрическне величины термометрического тела в точках кипения и замерзания воды равны 1з и 1, соответственно. Температурой называется числовое значение величины, с помощью которой характеризуется «иагретость» тела. Температура не является сама по себе термометрической величиной, которая взята за основу ее измерения. Она получается из термометрической величины следующим образом. Температура выражается в градусах. Реперным точкам можно присвоить некоторую произвольную температуру. Пусть точке кипения присваивается температура 1,, а точке замерзания — температура 1,.
Тогда градусом температуры называется величина 1' = (1, — 1,йг, — 1 ). (11.1) 96 1. Сппистичсский метод Температурой термометрического тела называется число, которое определяется по формуле 1,-1, 1,-1, Г = 1, + — ' —.— — ' = Г, + — ''-(1, — 1,), (11.2) где 1, — термометрическая величина при измеряемой «нагретости». Не лишне еще раз напомнить, что «нагретость» термометрического тела считается одинаковой с нагретостью любого другого тела, с которым оно достаточно долго находится в контакте.
Поэтому величина (11.2) является температурой газа, «нагретость» которого измеряется. Формулы (11.1) и (11.2) характеризуют шкалу температур. Они имеют однозначный смысл только при фиксированном выборе термометрического тела и термометрической величины. В качестве примера шкал температур можно указать шкалы Цельсия, Реомюра и Фаренгейта, которые отличаются значениями температур, приписанных реперным точкам. В шкале Цельсия г, = 100, г, = 0; в шкале Реомюра гз = 80, г, = 0: в шкале Фаренгейта г, = 212, г, = 32.
Следовательно, одна и та же «нагретость» характеризуется в этих шкалах разными температурами: 1,— 1, гчг — — — ' — -'-100, 1,-1, гк = (1г — (г) 80/(1з — 1~) ть = 32 + (1, — 1,). 1801()з — 1,). (11.3б) (11.3в) В этих формулах имеется в виду, что тело и одна и та же термометрическая пересчета температур от одной шкалы к гк = 0,8 гчх !и —— 32 + 1,8 1.. берется одно и то же термометрическое величина. Из (1!.3) легко найти формулы другой: (11.4) Заметим, что величина одно~о градуса в различных шкалах различна. Зависимость температуры от термометряческого тела н термометрической велнчины. Выберем термометрическое тело (например, железную проволоку) и термометрическую величину (например, ее длину) и построим конкретную шкалу температур Не все эти шкалы были установлены, исходя из точек таяния льда и кипения воды как из репериых.
1 олландский мастер-стеклодув Д. Фаренгейт (1686 — 1736) установил шкалу, приняв за первую репериую точку точку таяния льда в смеси с поваренной солью. Ей была приписана температура 0'С. В качестве второй реперной точки была взята точка таяния лы!а, которой была приписана температура 32'С. Лри этих условиях температура кипения воды при нормальных атмосферных условиях получилась равной 212"С. Термометрическим телом была ртуть или спирт. Французский ученый Р. А. Реомюр (1683 — 1757) предложил в 1730 г. свою шкалу. Он выбрал в качестве исходной реперной точки (Л = 0) температуру таяния льда, а в качестве градуса— такое увеличение температуры, при котором спирт расширяется на 0,001 своего объема.
Лри этом для температуры кипения воды получилось г, = 80. Шведский астроном А. Цельсий (1701 — 1744) предложил в 1742 г. свою шкалу, приняв за реперные точки точки таяния льда и кипения воды, приписав, им, однако, ие современные значения 0 и 100, которые были ввелены несколько позднее, а 100 и О. 1!. Температура 97 (например, шкалу Цельсия). Наряду с этим выберем другое термометрическое тело (например, медную проволоку) и с той же термометрической величиной (ее длиной) построим также шкалу Цельсия. С помощью этих термометрических тел измерим «нагретость» какого-либо тела.
Для одной и той же «нагретости» мы, вообще говоря, получим различные температуры. Это обусловливается тем, что зависимость длины тел от «нагретости» у различных тел различна. Поэтому значение температуры для одной и той же шкалы температур зависит от термометрического тела. Если фиксировать термометрическое тело и шкалу т.емператур, а изменять термометрическую величину, с помощью которой измеряется температура, то при данной «нагретости» также будут получаться, вообще говоря, различные температуры, Следовательно, темпера~ура зависит н от выбора термометрического тела.
Экспериментально это было установлено в начале Х1Х в. английским химиком Г. Дэви (1778 — 1829), показавшим, что термометры, в которых в качестве термометрического тела используются различные жидкости, показывшот в интервале от 0 до 100 С различную температуру. Поэтому необходимо раз и навсегда условиться о выборе термометрического тела и термометрической величины.
В принципе это можно сделать произвольно, но фактически при выработке соглашения необходимо принять во внимание удобство и точность измерений, сохраняемость термометрического тела и термометрической величины, воспроизводимость термометрического тела и результатов измерений, интервала «нагретостей», в котором термометрическое тело может использоваться, и т. д. Если все эти условия принять во внимание, то произвол в выборе термометрического тела практически ликвидируется и мы олнозначно приходим к идеальному газу как к термометрическому телу.
Термодинамическая писала температур. Даже немногие только что упомянутые требования к термометрическому телу наводят на мысль взять в качестве такого тела идеальный газ. Уравнение состояния идеального газа (10.ба) позволяет в качестве термометрической величины взять либо р, либо (г, которые могут измеряться с большой точностью. Воспроизводимость этого термометрического тела в принципиальном смысле абсолютна, как и сохраняемость и неизменность.
Единственный его недостаток в том, что он не существует в природе. Однако этот недостаток не имеет принципиального значения, потому что в физике все~да оперируют с абстрагированными идеализированными моделями н всегда можно изучить, насколько реальные модели близки к идеализированным, и выявить их отличия. Ф Тенпература не является тернонетрической величиной. Позтону ее изнерение всегда напанинает измерение высоты с понощью баронетра, когда зто в зависиности от обстоятельств нежно сделать либо изнерив давление, либо сбросив баронетр с высоты и заиерив креня падения. Однако другого пути нет. Тенпература при фиксированной еиколе и репернык точкак не одинакова прн разлнчион выборе тернонетрического тела и тернонетрической величины. 7 уь Н.
Матвеев — !48« 98 1. Статистический метод Можно выбрать какой-то газ и, изучив его поведение, определить, насколько он близок к идеальному. Как показывает эксперимент, достаточно разреженные газы очень близки к идеальному. Поэтому их можно непосредственно взять в качестве термометрического тела.
Уравнение идеального газа (10.6а) содержит три переменные. Поэтому можно сказать, что это уравнение содержит определение температуры н два закона, в качестве которых обычно берутся законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака. Поэтому,. хотя это уравнение и принимается за основу определения температуры, имеется достаточно возможностей в его рамках проверить, насколько данное термометрическое тело близко к идеальному газу.
В качестве термометрических величин можно взять либо р, либо К. Если в качестве термометрической величины выбрано У, то тогда закон Гей-Люссака перестает быть законом, он становится следствием принятого определения температуры. В этом случае вторым независимым законом идеальных газов наряду с законом Бойля— Мариотта следует считать закон Шарля р,/рэ = Т,)Т,. В качестве реперных можно взять точки замерзания и кипения воды, температуры которых обозначим соответственно Т, и Т,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
