Кричевский И.Р. Понятия и основы термодинамики (1185131), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В опытах Бойля давление и объем измеряли независимо друг от друга. Давление сравнивали со значением давления, принятым за единицу. Объем сравнивали со значением объема, принятым за единицу, Постоянство произведения давления газа на его объем . (при постоянной температуре) — закон природы. Он не зависит ни При постоянном объеме идеального газа отношение Р2 (давления газа при температуре 62) к Р, (давлению газа при температуре 62) зависит только от температур 62 и бь Эта зависимость дается отношением двух значений температурной функции.
Очень важно, что числитель и знаменатель отношения соответственно зависят только от одной температуры. Сами температуры бз и б! задаются физическими состояниями двух термостатов (например, тающего льда и кипящей под постоянным давлением воды).
С этими термостатами газовый термометр постоянного объема поочередно приходит в термическое равновесие. Но непосредственное численное сравнение температур б2 и б! исключено. Не сушествует поэтому определенной математической зависимости между Р2)Р, для идеального газа и температурами термостатов 62 и б! (они же температуры самого идеального газа). Выбор связи для численной характеристики температуры, измеряемой газовым термометром постоянного объема, произволен. Плодотворным оказалось допущение: 1(о2) т, 1(о,) т, (!1, )О) Из уравнений (11,9) и П,10) следует: Р2 тэ (У СОП5!) т, ()), !!) Уравнение (11, 11) не выражает закона природы.
Уравнение (П, ! 1) — допущение. от выбора термометра, которым измеряют температуру, ни от выбора термометрической шкалы, ни от числа, которым характеризуют температуру, Не зависит от всего этого и закон Авогадро. примем в качестве единицы массы идеального газа его молекулярный вес. Тогда произведение давления газа на его мольный объем не будет зависеть при постоянной температуре от химической природы идеального газа.
Закон природы — наличие однозначной связи между давлением идеального газа и его температурой (при постоянном объеме и постоянной массе газа) и между объемом газа и его температурой (при постоянном давлении и постоянной массе газа). Каждую из этих двух последних связей можно использовать для измерения температуры. Большее распространение получили газовые термометры постоянного объема. Однозначную связь между давлением идеального газа (при постоянном его объеме) и температурой можно использовать для измерения температуры разнообразнейшим образом. Опишем распространенный сейчас метод. Из уравнения (11, 8) следует: Р2 1 (~2) Р, 1(в2) ()' = ООП5!) (!),9) Измерив отношение Рг(Р, для двух каких-нибудь температур, мы тем самым, согласно нашему допущению, находим и отноше- ние Т,~Ть Например, если Т, — это температура таяния льда под давлением в одну атмосферу, а Тг — это температура кипения воды под давлением в одну атмосферу, то согласно измерениям, нача- тым еще Амонтоном !311 и впоследствии уточненным (45) — = 1,366! Р, Р, Следовательно, по допущению (П, 11) — = 1,3661 т, т, Чтобы охарактеризовать числом не только отношение Т~(Ть но и сами величины Т, и Ть необходимо сделать второе (произвольное) долугцгние.
До недавнего времени это допущение состояло в следующем: температура кипения воды под давлением в одну атмосферу (Тз) превышает температуру таяния льда под давлением в одну атмосферу (Т,) на сто градусов: т,-т,= 100 (11, 12) Какое допущение делается в настоящее время вместо допущения (П,12), мы изложим в главе 1Х. Допущения (П, 11) и (П,12) позволяют однозначно охарактеризовать каждую температуру числом. Например, температура таяния льда под давлением в одну атмосферу характеризуется числом 273,!5, а температура кипения воды под давлением в одну атмосферу — числом 373,15.
После заполнения термометра постоянного объема идеальным газом бессмысленно искать зависимость между температурой газа и его же давлением при постоянном объеме. Но можно выявить связь между температурой Т по газовому термометру постоянного объема [при допущениях (П, 11) и (П, 12)] и температурой 1 по ртутно-стеклянному термометру со шкалой Цельсия. Обе шкалы установлены независимо друг от друга. В пределах от температуры таяния льда под давлением в одну атмосферу до температуры кипения воды под давлением в одну атмосферу зависимость между Т и 1 с большой точностью передается уравнением: Т = 273,16 + 1 (!1, 13) Уравнение (1!,13) выражает закон природы и эквивалентно УРавнению Гей-Люссака.
Допущение о прямой пропорциональности между давлением идеального газа (при постоянном его объеме) и температурой, несомненно, очень удобно, но не единственно возможное. Так, Дальтон 155! предложил выражать функциональную зависимость между 39 изменениями температуры и изменениями объема (при постоянном давлении) идеального газа уравнением (11, 14) где 0 в температура, измеренная по шкале дальтона; оз, о, (г — объем идеального газа (при постоянном давлении) при значениях температуры, соответственно равных нулю, единиие и 0 градусов.
Дюлонг и Пти ставили задачу «осуществить деление шкалы так, чтобы равные части шкалы соответствовали равным изменениям температуры» [46) О высказываниях такого рода В. Томсон говорил: «Они даже не имеют права претендовать на честь называться ошибкой, так как они лишены всякого смысла» ([8), т. П1, стр. 118). «Что такое шкала температур — хороший вопрос для физика при любом уровне его знаний, от школьника до профессораз ([56[, стр. 416).
Для читателей этот вопрос на первых порах может быть трудным. Но они могут утешаться тем, что вопрос был труден даже для профессоров в течение нескольких веков, Выводы Источник понятия температуры — тепловые ощущения. Утверждения об их обманчивости при проверке оказались необоснованными. При правильном пользовании тепловыми ощущениями основанные иа них выводы вполне достоверны. Метод количественного измерения температуры был основан на давно известных наблюдениях: при изменении тепловых ощущений, вызываемых в нас системой, происходят изменения и в самой системе. Изобретение термометра привело к открытию закона термического равновесия. Измерение температуры термометрами— один из примеров использования-этого закона. «То, что два тела, находясь в термическом равновесии с третьим телом, находятся и между собой в термическом равновесии, вовсе не само собой понятно, но очень замечательно и важно» [57, 58[.
В результате применения термометра было сделано важное наблюдение: температура — интенсивное свойство системы. «Можно взять два отрезка равной длины, присоединить их концом к концу и получить отрезок двойной длины. Равным образом, соединяя концом к концу две проволоки с равными электросопротивлениями, получаем проводник, обладающий двойным сопротивлением: Но в случае температур это уже не тан. Нельзя взять две равные температуры, соединить их концом к концу и получить температуру, кратную первым» [591.
Интенсивная величина «имеет свою определенность в некотором другом» [44]. Поэтому единственно возможный метод измерения интенсивной величины основан на использовании однозначной связи между изменениями интенсивной величины, с одной стороны, н изменениями экстенсивной величины, с другой стороны.
Число, которым характеризуют температуру, надо рассматрнвать как единое целое. Нельзя искать, например, в ста градусах суммы ста единичных градусов. Нельзя приравнивать разницу в сто градусов в одной области шкалы разности в сто градусов в другой области шкалы. «Понятне температуры господствует над всем учением о теплоте» 1601. Читатель постепенно будет убеждаться в этом. Разработка методов, позволивших характеризовать интенсивную величину, температуру, числом, — научное достижение огромного эначення. Изобретение термометра составило эпоху в науке. Слова, написанные в 1638 г., звучат для нас напыщенно, но онн вполне справедливы: «Термометр — могущественное оружие в геркулесовой борьбе между истиной я эаблужденнем» 1121.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
