Д.В. Сивухин - Общий курс физики, Т2. Термодинамика и молекулярная физика (1106322), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Аналогично определяется нормаль1юл точка шмеонки (НТВ). Примером вещества. которое при нормальном давлении не плавится. а возгоняется, может служить твердая углекислота (ель 9 104, п. 4). Наконец, могут сосуществовать в фазовом равновесии три фазы одного и того же вещества - - твердая, жидкая и газообразная. Однако для этого требуется не только вполне определенная температура, но и вполне определенное давление.,')ля воды, например, давление должно составлять 4,58 мм рт.
ст. 1611 Па). Температура. при которой сосуществукл в фазовом равновесии твердая., жидкая и газообразная фазы одного и того же вещества, называется тройной пло"той 1Т Р) этого вещества. В 3. Эмпирические температурные шкалы 1. Мы описали лини, способ, позволяющий убедиться в равенстве или различии температур двух тел. Но мы еще не определили температуру количественно.
Решение этого вопроса сводится к установлению температурной ~анализ т.е. к принятию системьа правил, с помощью которых каждая температура может быть охарактеризована определенным числом. Пока мы не располагаем количественным определением теллпературы, в выборе этих правил имеется широкий произвол. Необходимо только, чтобы соответствие между температурами и числами было взаимно однозначным. Температурная шкала может быть установлена с помощью любого термоскопа. Проградуированный по определенноллу правилу термоскоп прекращается в термомеплр, т.е. прибор, предназначенный для измерения температур. Важными требованиями, предъявляемыми к тсрлюметру.
являются его чуостпаилаельностьз точность измерений и их аоспроизаодимошпь. /1ругим полезным свойством термометра является быстрота перехода сто в состояние теплового равновесия с телом, температура которого подлежит измеронию. Основной частью большинства термометров является термаметрическое тшло, приводимое в тепловой контакт с телом. температуру которого надо измерить. Физическая величина, служащая индикатором температуры, называется термелметрической аеаичипой.
'1'ак, в жидкостных терлюметрах термометрическим телом служит жидкость )например, ртуть) в резервуаре термометра, а термической величиной ее объель В термометрах сопротивления термометрическими телами являются металлические проволоки или полупроводники, термометрическими величинами их электрические сопротивления. В (Гл. 1 Течэшратура 20 термопарных термометрах термометрнческим телом является термопара, термометрической величиной —. электродвижущая сила, возникающая при наличии разности температур между сваями термопары. 2.
Возьмем произвольный термометр и обозначим буквой а термометричсскую величину (объем жидкости, электрическое сопротивление, электродвижущую силу и т. и.). При нагревании величина а должна меняться ггоэютонэло. Иначе между а и температурой Т не будет взаимно однозначного соответствия. Так, объем определенной массы воды не годится в качестве терлэометричсской величины, так как при нагревании он проходит через минимум (около 4'С).
По салюму смыслу величины а между ней и температурой Т имеется функциональная связь: Т = «(а). Однако вид функции «(а) определить нельзя, пока не выбрана та или иная температурная шкала. Более того, само введение температурной шкалы принципиально сводится к выбору определенной функции «(а). Надо условиться в качестве «(а) взять какую-либо произвольную моиотоикуэо функцию величины а. Таким образом, с помощью одного и того же термол|етра можно построить бесконечное множество температурных шкал, отличаюп1ихся друг от друга вьюором функции «(а). Заранее нет никаких принципиальных соображений, за исключением требований простоты, которые заставили бы предпочесть какую-либо одну из этих шкал другим.
Простейший сгюсоб выбора функции состоит в том, чтобы в качестве «(а) взять линейную одэюродэл1эю 41уэгкцию, т. е. положить Т= Аа. (3.1) Постоянную А можно выбрать произвольно. Выбором этой постоянной однознаэно определится и единица температуры градус. Однако в действительности поступают иначе. А именно, постоянную А вычисляют, приписывая какой-либо температурной точке определенную температуру или дкум температурным точкам — определенную разность температур. Такие температурные точки называются реперными.
До 1954 г. температурная шкала строилась по доум репериым точкам нормальной точке кипения воды Т„и нормальной точке плакления льда Тла (Под последней понимают равновесную температуру чистого льда и насьпценной воздухолэ коды.) Принималось.
по определению, что разность температур этих точек Т вЂ” Т„в равна 100'. После этого гюстоянная А вычислялась по очевидной формуле Т„. — Т„„„100 (0 2) где а„. и а„, значения термометрической величины а, в соответствующих реперных точках. Экспериментальные исследования показали, однако, что тройная точка воды Тли обладает лучшей воспроизводимостью, чем нормальные точки плавления льда и кипения воды. Поэтолэу было принято Идеально-газовал шкала те иперагвйр международное соглашение строить температурную шкалу по одной репериой пгочле -- тройной точке воды. В так называемой абсолготпой тпсрмодииаггической шкале температур., или шкале Ксльаииа, принимается по определению, что температура этой точки равна точно 273.,16 К.
Постоянная А при таком построении температурной шкалы должна вычисляться по форлзуле Т р 273,16 ар ар (3.3) Такой выбор числового значения температуры тройной точки коды сделан для того., чтобы промежуток между нормальными точками плавления льда и кипения водгг с максимально возможной точностью составлял 100 К., если пользоваться гвзокым термометром с идеальным газом. '1 ем самым устанавливается преем ствен настыв калы Кельвин а с ранее применяшпсйся шкалой с двумя реперными точками. Излзсрения показали, что температуры нормальных точек плавления льда и кипения воды в описанной шкале равны приближенно 273,15 и 373.15 К соотнстственно.
й 4. Идеально-газовая шкала температур 1. 11ри предварительном решонии поставленного вопроса можно коево,вьзоваться тем обстоятельством, что разреженные газы, достаточно близкие по снойствалз к так называемым идеааьггым гагам (ель 3 7), с болыпой точностью подчиняются закону Бойля Мариотта: пропгаедеаие обвема Г дашилл .часом газа на его давление Р зависит 3.
Описанный способ построения температурной шкалы, равно как и значение температуры Т, зависят от того, какая величина а принята в качестве индикатора температуры. Телгпература Т, отсчитываемая по какал|у-либо термометру, называется эмпири ееской пгелеператдрой.. а сооткотствующая шкала температур эмпирической, таигеерезпгрр~ой шкалой. Таким образом, в зависимости от выбора термометрической величины а.
можно осуп1ествить бесконечное множество эмпирических температурных шкал. Они будут совпадать между собой, вообще говоря, только в основных реперных точках, принятых при построении телгпературной шкалы (т.е. в тройной точке воды, когда шкала строится по одной репсрной точке, или в нормальных точках плавления льда и кипения воды. если шкапа строится по двум реперным точкам). Во всех остальных точках, как правило., шкалы совпадать не будут. Это означает, что различные термометры, например ртутный и спиртовой или терлюметры сопротивления с железной и медной проволокой, при измерении температуры одного и того же тела будут давать, как правило, разные показатели. Для устранении возникшей неоднозначности можно было бы условно принять какой- либо определенный термометр за основной и по нему градупровать все остальные термомггры.
Но какой термометр следует принять за основной? )Гл. 1 Та мве>хиву»а 22 только от >исмперо>турьи Это произведение можно принять за термометрическую величину а, а самый газ за термометрическое тело. Таким путем приходят к идеально-газовой шкале температур. Идеально- газовая температура это температура, отсчитываемая по газовому термометру, наполненному сильно разреженным газом. Чемпературу по идеально-газовой шкале будем обозначать большой буквой Т. При этом формула (3.1) переходит в формулу (4.1) РГ=СТ, где С постоянная, зависящая только от массы и химической природы газа.
П[>еимущество идеально-газовой шкалы температур перед всеми прочими эмпирическими температурными шкалами состоит в том, что, как показывает опыт, температура Т, определенная по формуле (4.1), очень слабо зависит от химической природа газа, которым наполнен резервуар газового термометра. Показания различных газовых термометров при измерении температуры одного и того же тела очень мало отличаются друг от друга. Поэтому, впредь до более совершенного определения (см. з 31), мы будем понимать под температурой Т величину, измеряемую с помоп1ью идеально-газового термометра.
Практически газовый термометр можно реализовать двумя способами. В одном способе объем газа Г поддерживается постоянным, индикатором температуры служит давление Р. Во втором способе поддерживается постоянное давление газа, измерение температуры сводится к измерению объема Г. Принципиально оба способа равноправны. Но первый способ более удобен, а поэтому он и применяется на практике. 2. Принцип устройства газового термометра можно понять из схематического рис.
3. Уровень ртути в левом колене манометра при измерениях доводится до постоянной отметки О, чтобы обеспечить постоянРис. 3 ство обьсма газа в баллоне А. В действительности газовый термометр представляет собой весьма сложное устройство, а измерение температуры с помощью этого термометра — нелегкую экспериментальную процедуру, требуюц1ую большой тщательности. Не останавливаясь на этих вопросах, ограничимся общим замечанием, что Идеально-газовая ганаяа те аперагаур газовый терлюметр представляет собой стеклянный, кварцевый или металлический баллон неизменного объема, заполненный реальным газом и соединенный с манометром при ггомоггги капилляра.
В качестве термометричсского газа раньше употреблялся водород. В настоягггее время примоняются гелий и азот гпоследний в области высоких температур, где гелий не годится, так как он проходит сквозь стенки баллона). Давление газа измеряется манометром, находягггимся при стандартной температуре. По давлению газа вычисляется измеряемая температура с учетом поправок на изменение объема баллона, неидеальность газа и пр. 3. При Т = О уравнение (4.1) дает Р\е = О. На этол« основании заключают. что при такой температуре Р = О, так как обьем 1е в нуль обращаться не может. Далее, говорят, что это есть наиболее низкая из всех возможных температур, называемая абсояютггым пулем температуры.
Хотя это заключение и прави,льна, однако приведенная аргументация основана на экстраполяции и не имеет доказательной силы. По мере приближения к абсолютному нулю наблюдаются все более и более заметные отступления от законов идеальных газов. Все газы начинают конденсировать еще до достижения абсолютного нуля. Строгое доказательство существования абсолютного нуля гемпературы основано на втором, почоле термодинамики гсм. З 31). Классическая физика полагала, что при абсолютном нуле атомномолскулярное движение прекращается. В действительности это не так.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
