Тепловое Равновесие. Температура

Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета их молекулярного строения, называются макроскопическими параметрами. К ним относятся давление и температура, объем, масса, концентрация отдельных компонентов смеси газа и др.

Состояние термодинамической системы, в которое она самопроизвольно приходит через достаточно большой промежуток времени в условиях изоляции от окружающей среды, называется тепловым равновесием. В этом состоянии параметры системы не изменяются со временем - это означает, что в системе не меняются объем и давление, не происходит теплообмен, отсутствуют превращения газов, жидкостей и твердых тел. В состоянии теплового равновесия объем, давление могут быть различными в разных частях термодинамической системы, и только температура во всех частях термодинамической системы, находящейся в состоянии теплового равновесия, является одинаковой. Микроскопические процессы внутри тела не прекращаются и при тепловом равновесии: меняются положения молекул, их скорости при столкновениях.

Температура характеризует степень нагретости тела. Она является макроскопическим параметром, характеризующим тепловое равновесие систем тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру, а другие макроскопические параметры (р, V, т) могут быть различны.

Температура служит мерой средней кинетической энергии молекул:

где k - постоянная Больцмана, k = 1,38 • 10^-23Дж/К, Т - температура по абсолютной шкале.

Температура измеряется термометрами, которые могут быть градуированы по разным шкалам. Международной шкалой является абсолютная температурная шкала. Кроме этого широко используется шкала Цельсия.

Прибор для измерения температуры посредством контакта с исследуемой средой - термометр. Действие термометра основано на различных физических явлениях, зависящих от температуры (тепловое расширение газов, жидкостей и твердых тел, изменение электрического сопротивления, возникновение термоЭДС и др.) Наиболее распространены жидкостные термометры, манометрические термометры, термометры сопротивления.

Методы измерения различны для разных диапазонов измеряемых температур и зависят от условий измерений и требуемой точности. Их можно разделить на две группы: контактные и бесконтактные. При контактных методах прибор, измеряющий температуру среды, должен находиться с нею в тепловом равновесии, т. е. иметь с нею одинаковую температуру, а при бесконтактных - путем опосредованных измерений.

Абсолютная температура (термодинамическая температура) - параметр состояния, характеризующий макроскопическую систему в состоянии термодинамического равновесия. Абсолютная температура введена в 1848 г. английским физиком У. Томсоном (Кельвином) (1824 - 1907), обозначается символом Т, выражается в Кельвинах (К) и отсчитывается от абсолютного нуля температуры.

Абсолютный нуль температуры расположен на 273,15 °С ниже нуля температуры по шкале Цельсия. С приближением температуры к абсолютному нулю стремится к нулю теплоемкость, коэффициент теплового расширения и др. По представлениям классической физики при абсолютном нуле температур энергия теплового (хаотического) движения молекул и атомов вещества равна нулю.

В астрономии температуру тел T принято измерять в К – кельвинах. Шкала Кельвина (или абсолютная температурная шкала) – шкала, в которой температура замерзания воды принята равной 273,15 K, а температура ее кипения – 373,15 K. На практике часто используют приближенные значения: 273 и 373. Температуру, отсчитываемую по абсолютной шкале, называют абсолютной. Температуру, равную 0 К, называют абсолютным нулем

Температура - мера средней кинетической энергии
	Сравнивая уравнение состояния идеального газа и основное уравнение кинетической теории газов, записанные для одного моля (для этого число молекул N возьмём равным числу Авогадро NА), найдём среднюю кинетическую энергию одной молекулы: и . Откуда . (31) Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы не зависит от её природы и пропорциональна абсолютной температуре газа T. Отсюда следует, что абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии молекул. Величина R/NА = k в уравнении (31) получила название постоянной Больцманаи представляет собой газовую постоянную, отнесенную к одной молекуле: k = 1,38·10^-23 Дж/К^-23. Так как = kТ, то средняя квадратичная скорость равна . (32) Подставляя значение средней кинетической энергии поступательного движения молекул (31) в основное уравнение молекулярно–кинетической теории газов,получим другую форму уравнения состояния идеального газа: P = n0kT. (33) Давление газа пропорционально произведению числа молекул в единице объема на его термодинамическую температуру.