Запомните. . . Теперь при решении задач по мкт температуру в 0 с всегда и обязательно переводить в абсолютную температуру в 0 К.

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

АБСОЛЮТНАЯ ШКАЛА ТЕМПЕРАТУР

ТЕМПЕРАТУРА

Температура - это мера средней кинетической энергии молекул. Температура характеризует степень нагретости тел.

Прибор для измерения температуры - термометр.

Принцип действия термометра

При измерении температуры используется зависимость изменения какого-либо макроскопического параметра (объема, давления, электрического сопротивления и т.д.) вещества от температуры. В жидкостных термометрах - это изменение объема жидкости. При контакте двух сред происходит передача энергии от более нагретой среды менее нагретой. В процессе измерения температура тела и термометра приходят в состояние теплового равновесия.

  На практике часто используются жидкостные термометры: ртутные (в диапазоне от -35^oС до +750^oС) и спиртовые (от -80^oС до +70^oС). В них используется свойство жидкости изменять свой объем при изменении температуры. Однако, у каждой жидкости существуют свои особенности изменения объема (расширения) при различных температурах. В результате сравнения, например, показаний ртутного и спиртового термометров, точное совпадение будет только лишь в двух точках (при температурах 0^oС и 100^oС).

Этих недостатков лишены газовые термометры. Первый газовый термометр был создан французским физиком Ж. Шарлем. Преимущества газового термометра:

а) используется линейная зависимость изменения объема или давления газа от температуры, которая справедлива для всех газов;

б) точность измерения от 0,003^oС до 0,02^oС;

в) интервал температур от -271^oС до +1027^oС.

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ

При соприкосновении двух тел различной температуры происходит передача внутренней энергии от более нагретого тела менее нагретому, и температуры обоих тел выравниваются. Наступает состояние теплового равновесия, при котором все макропараметры (объем, давление, температура) обоих тел остаются в дальнейшем неизменными при неизменных внешних условиях.

Тепловым равновесием называется такое состояние, при котором все макроскопические параметры остаются неизменными сколь угодно долго. Состояние теплового равновесия системы тел характеризуется температурой: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.

Установлено, что при тепловом равновесии средние кинетические энергии поступательного движения молекул всех газов одинаковы, т.е. для разреженных (идеальных) газов величина Ек  зависит только от температуры, тогда   

 где k - постоянная Больцмана;

Эта зависимость дает возможность ввести новую температурную шкалу -абсолютную шкалу температур, не зависящую от вещества, используемого для измерения температуры.

АБСОЛЮТНАЯ ШКАЛА ТЕМПЕРАТУР - введена английским физиком

У. Кельвином - нет отрицательных температур.

Единица абсолютной температуры в СИ: [T] = 1K (Кельвин) Нулевая температура абсолютной шкалы - это абсолютный ноль ( 0 ⁰ К = -273^oС ), самая низкая температура в природе. В настоящее время достигнута самая низкая температура - 0,0001К. По величине 1К равен 1^oC.

Связь абсолютной шкалы со шкалой Цельсия Запомни! В формулах абсолютная температура обозначается буквой «Т», а температура по шкале Цельсия буквой «t»

.                              

После введения абсолютной температуры получаем новые выражения для формул: средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул; давление газа; основное уравнение МКТ;;средняя квадратичная скорость молекул.

       Р = nkT.

 И, как следствие, закон Авогадро: В равных объемах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул. Заметьте, здесь концентрация молекул также одинакова!

Пример.

1) 12⁰ С; по шкале Кельвина Т = 12 + 273 = 285 К;

2) – 20⁰ С; по шкале Кельвина Т = -20 + 273 = 253;

3) 227⁰ С; Т = 227 + 273 = 500 К;

4) -173⁰ С; Т = -173 + 273 = 100 К.

Активная ссылка на источник «Класс!ная физика» обязательна: http://class-fizika.ru/10_26.html

Примеры решения задач

Задача 1. Плотность газа в баллоне электрической лампы ρ = 0,9 кг/м². При горении лампы давление в ней возросло с р₁ = 8 • 10⁴ Па до р₂ = 1,1 • 10⁵ Па.

На сколько увеличилось при этом значение среднего квадрата скорости молекул газа?

Решение

 Произведение массы m₀ одной молекулы на концентрацию молекул (число молекул в единице объёма) равно массе молекул, заключённых в единице объёма, т. е. плотности газа ρ = m₀n.

Следовательно, основное уравнение молекулярно-кинетической теории (9.6) можно записать в виде Поэтому , тогда ѵ² = 3Р₀ /(nm₀ ) = 3Р₀ / ρ.

Р₁ = nm₀ѵ₁ ² / 3, тогда ѵ₁ ² = 3P₁ / ρ;

P₂ = nm₀ѵ₂ ² / 3, тогда ѵ₂ ² = 3Р₂ / ρ.

Значит ∆ѵ² = 3Р₂ / ρ – 3Р₁ / ρ = (3(Р₂ – Р₁) ) / ρ =

= (3(1.1 * 10⁵ – 0,8 * 10⁵))/0,9 = 1 м² / с² .

Ответ. 1 м² / с².

Активная ссылка на источник «Класс!ная физика» обязательна: http://class-fizika.ru/10_a212.html

Задача 2.В ёмкости объёмом 1 л = 1 * 10^-3 м^-3  находится газ массой 5 г = 5 * 10^-3 кг, частицы которого  двигаются со скоростью . Определить давление этого газа.

Эта задача также является задачей на основное уравнение МКТ, поэтому её решение начинается точно так же, как и решение предыдущей задачи:

Или же, воспользовавшись одной из формул прошлого урока:

Однако теперь мы столкнулись с дополнительной сложностью, ведь мы не знаем, что за газ находится в сосуде, поэтому не можем воспользоваться табличными данными. Зато мы можем вспомнить определение плотности (масса единицы объёма) и в связи с этим записать

При подстановке данных мы не забыли перевести г в кг, а также л в , учитывая, что .

Задача 3.  Чему равна температура газа, если при концентрации 2,65·10²⁵ м^-3 он создает давление 98,8 кПа? Ответ выразить в ⁰С.

Дано: n = 2,65⋅10²⁵ м^-3, p = 98,8 кПа = 98,8 * 10³ Па, T−?

 Решение

Воспользуемся формулой связи давления p с концентрацией молекул n и абсолютной температурой газа T: p = nkT.  

В этой формуле k – это постоянная Больцмана, равная 1,38·10^-23 Дж/К. Из этой формулы выразим искомую температуру T:

T = p/(nk).       

Т = t + 273, тогда t = Т – 273.

 Посчитаем численный ответ задачи: T=98,8⋅10³ /( 2,65⋅10²⁵⋅1,38⋅10^–23 ) = 270,2К≈ –3∘C

Ответ: -3° C.

Источник: https://easyfizika.ru/zadachi/molekulyarnaya-fizika/chemu-ravna-temperatura-gaza-esli-pri-kontsentratsii-2-65x10-25-m-3-on-sozdaet/

Задача 4.  Определить давление водорода, если средняя квадратичная скорость его молекул равна 2550 м/с, а концентрация молекул 3,6·10²⁵ м^-3.

Дано: ѵ_кв = 2550 м/с, n = 3,6⋅10²⁵ м-³, p−?

Решение

Воспользуемся основным уравнением молекулярно-кинетической теории (МКТ) идеального газа: p = (m₀nѵ² ) / 3. Как вы и сами можете видеть, нам неизвестна только масса одной молекулы m₀, входящее в это уравнение. Её можно найти, поделив молярную массу газа M (а она у водорода равна 0,002 кг/моль = 2 * 10^-3 кг/моль) на число Авогадро N_А (оно равно 6,022·10²³ 1/моль). m₀ = M / N_А . В итоге получается такая формула: p = (Mnѵ² ) / 3N_А. Произведем расчет ответа: 

 Р = (2 * 10^-3 ⋅3,6⋅10²⁵⋅2550² ) / (3 *  6,022⋅10²³⁾ = 259150Па ≈ 259кПа.

Ответ: 259 кПа.

Источник: https://easyfizika.ru/zadachi/molekulyarnaya-fizika/opredelit-davlenie-vodoroda-esli-srednyaya-kvadratichnaya-skorost-ego-molekul/

Самостоятельная работа

1 вариант

Задача 1. Газ, находящийся по давлением 98,8 кПа, имеет концентрацию 2,65 * 10²⁵ м^-3 . Определить среднюю кинетическую энергию молекул.

Источник: https://easyfizika.ru/zadachi/molekulyarnaya-fizika/kakova-srednyaya-kineticheskaya-energiya-postupatelnogo-dvizheniya-molekul-gaza/

Задача 2.  Какое значение температуры по шкале Кельвина соответствует температуре 100° C?

Источник: https://easyfizika.ru/zadachi/molekulyarnaya-fizika/kakoe-znachenie-temperatury-po-shkale-kelvina-sootvetstvuet-temperature-100-c/

Задача 3. Определить скорость движения частиц воздуха при нормальных условиях.

Из табличных данных: давление при нормальных условиях равно атмосферному давлению и обозначается , плотность воздуха при нормальных условиях .

2 вариант

Задача 1. Газ находится под давлением 200 кПа. Его молекулы движутся со скоростью

400 м/с. Масса одной молекулы 2.4 * 10^-24 г. Определить концентрацию частиц этого газа.

Задача 2.Газ создаёт давление 2 * 10⁶ Па. Его концентрация 4,4 * 10²⁵ м^-3 . Определить температуру газа и выразить её в ⁰ С.

Задача 3. Определить давление углекислого газа, если средняя квадратичная скорость его молекул 0,7 км/ с, а концентрация 3.8 * 10²⁵  м^-3 .

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману