что называется тепловым равновесием

Содержание:

Тепловое равновесие:

Температура — мера средней кинетической энергии теплового движения частиц вещества

В повседневной жизни под температурой мы понимаем степень нагретости тела (холодное, тёплое, горячее). Такой подход является довольно субъективным, он зависит не только от состояния рассматриваемого тела, но и от наших ощущений. Чтобы избежать субъективной неопределённости, необходимо установить способ измерения температуры.

Тепловое равновесие

Если привести в соприкосновение два тела, то молекулы этих тел, взаимодействуя между собой, будут обмениваться энергией. При этом молекулы с большей кинетической энергией передают часть энергии молекулам с меньшей кинетической энергией. В результате средняя кинетическая энергия теплового движения молекул одного тела увеличивается, а другого — уменьшается. Отдающее энергию тело называют более нагретым, а тело, к которому энергия переходит, — менее нагретым. Как показывает опыт, такой переход энергии продолжается до тех пор, пока не установится некоторое состояние, в котором тела могут находиться сколь угодно долго. В этом состоянии степень нагретости тел становится и остаётся одинаковой, следовательно, у тел одинаковая температура. Это учитывают при измерении температуры тела. Термометр приводят в соприкосновение с телом, но отсчёт его показаний выполняют не сразу, а через некоторый промежуток времени. Это необходимо для того, чтобы между термометром и телом установилось тепловое равновесие.

Тепловое равновесие — состояние изолированной физической системы, при котором все её макроскопические параметры остаются неизменными с течением времени.

Под изолированной, или замкнутой, системой понимают систему тел, которая не обменивается энергией с окружающими телами.

Отметим, что у тел, входящих в физическую систему, находящуюся в состоянии теплового равновесия, могут быть различные значения плотности, концентрации, давления и объёма. Однако температура всех тел, входящих в такую систему, всегда одинакова.

Интересно знать:

Понятия «градус» и «температура» появились задолго до изобретения термометра. Знаменитый древнеримский врач Гален (II в.) считал, что все лекарства следует различать по «градусам» (от лат. gradus — ступень) теплоты, холода, сухости и влажности. Гален учил, что одни лекарства оказывают охлаждающее действие, а другие — согревающее. При необходимости следовало смешивать лекарства, чтобы умерить излишнее тепло влажностью, а холод — сухостью. От латинского слова temperature (смешение) возник термин «температура».

Температура и средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа

Определение температуры должно основываться на такой физической величине, которая характеризует состояние тел и является одинаковой для любых тел, находящихся в состоянии теплового равновесия. Необходимым свойством обладает средняя кинетическая энергия теплового движения частиц вещества. Тепловое движение частиц вещества существенно изменяется при изменении его агрегатного состояния. Максимально простым оно оказывается у одноатомного газа, атомы которого совершают только поступательное движение.

Возьмём несколько сосудов разной вместимости, снабжённых манометрами для измерения давления (рис. 16). Заполнив их различными газами, например аргоном, неоном и гелием, поместим сначала в сосуд с тающим льдом (

Опытным путём установлено, что в состоянии теплового равновесия, несмотря на различные значения давления и концентрации частиц, отношение давления к концентрации во всех сосудах оказалось практически одинаковым: Это отношение для разреженных газов (удовлетворяющих требованиям модели «идеальный газ») зависит только от температуры, и эта зависимость является линейной, т. е.

Здесь характеризует температуру газов в энергетических единицах (в СИ измеряют в джоулях*); — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора температурной шкалы. В 1899 г. немецкий физик-теоретик Макс Планк (1858—1947) предложил назвать коэффициент постоянной Больцмана в честь австрийского физика Людвига Больцмана (1844 — 1906), одного из основателей молекулярно-кинетической теории газов:

Если для измерения температуры использовать абсолютную температурную шкалу, то при определении числового значения температуры по этой шкале полагают:

Абсолютную (термодинамическую) шкалу температур предложил в 1848 г. выдающийся английский физик Уильям Томсон (1824—1907), удостоенный за работы в области физики в 1892 г. титула лорда Кельвина. Поэтому эту шкалу обычно называют шкалой Кельвина.

Шкала Кельвина совершенно не зависит от физических свойств каких бы то ни было веществ, поэтому её можно считать абсолютной и универсальной.

Нулевая точка по шкале Кельвина соответствует самой низкой теоретически возможной температуре (абсолютный нуль температуры). Температура тающего льда по этой шкале Связь между температурами по шкале Цельсия и по шкале Кельвина (Т) имеет вид:

* Единица измерения температуры джоуль неудобна. Например, температура кипения воды, выраженная в джоулях: Дж.
Единица температуры по абсолютной шкале один кельвин (1 К) является основной единицей температуры в СИ и совпадает с одним градусом (1 °С) по шкале Цельсия. Поэтому разность температур по шкале Кельвина и по шкале Цельсия одинакова, т. е. (рис. 17).

От теории к практике:

Выразите по шкале Кельвина температуру тела здорового человека.

Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа (3.2) следует: Таким образом, учитывая выражение (4.1), можно записать: или

Соотношение (4.2) устанавливает связь между абсолютной температурой Т идеального газа и средней кинетической энергией поступательного движения его частиц. Таким образом, из формулы (4.2) следует, что средняя кинетическая энергия поступательного движения частиц идеального газа пропорциональна его абсолютной температуре.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газов, находящихся в состоянии теплового равновесия, одинакова для разных газов и не зависит от массы молекулы газа.

Этот вывод, основанный на экспериментах с разреженными газами, справедлив для жидкостей и твёрдых тел.

Уравнение (4.2) можно записать следующим образом: откуда

С учётом формулы (4.1) основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа может быть записано в виде:

Из уравнения (4.3) следует, что при одинаковых значениях абсолютной температуры Т и концентрации частиц давление любых газов одинаково, независимо от того, из каких частиц они состоят.

Сравните средние квадратичные скорости атомов гелия и молекул кислорода, если газы находятся в состоянии теплового равновесия.

Решение. Средняя квадратичная скорость теплового движения частиц газа Поскольку масса одной молекулы вещества то

Так как газы находятся в состоянии теплового равновесия, т. е. то средние квадратичные скорости атомов гелия

молекул кислорода
Тогда:

Ответ: в состоянии теплового равновесия средняя квадратичная скорость атомов гелия в 2,8 раза больше средней квадратичной скорости молекул кислорода.

В баллоне вместимостью находился газ, абсолютная температура которого Расходуя газ, из баллона выпустили молекул. Определите, на сколько уменьшилось давление газа в баллоне, если через некоторый промежуток времени его температура увеличилась до первоначального значения.

Решение. Начальное давление газа

После того как израсходовали часть газа, а его температура увеличилась до первоначального значения Т, давление газа стало

Тогда убыль давления газа:

Ответ:

Тепловое равновесие, температура

Понятие температуры занимает важное место в повседневной жизни. Так, говоря температура, мы обычно подразумеваем степень нагретости (горячее, теплое, холодное) тела. Такое рассмотрение в достаточной степени субъективно, потому что температура зависит не только от состояния рассматриваемого тела, но и от нашей чувствительности.

Тепловое равновесие:

Известно, что при соприкосновении двух тел с разными температурами между ними происходит теплообмен: тепло переходит от тела с высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температуры обоих тел не сравняются. Этот факт учитывается при измерении температуры тел — термометр приводится в соприкосновение с телом, но его показания снимаются не сразу, а через определенный промежуток времени, в течение которого между телом и термометром устанавливается тепловое, или так называемое термодинамическое равновесие. При термодинамическом равновесии макроскопические параметры системы остаются постоянными, то есть изменение агрегатного состояния вещества не происходит.

Состояние теплового равновесия системы характеризуется температурой.

Качественное и количественное определение температуры должно основываться на определении физической величины, которая, во-первых, должна характеризовать состояние тела, во-вторых, должна быть одинакова для всех тел, находящихся в тепловом равновесии. Такой величиной является средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул вещества. Можно легко определить ее значения для поступательно движущихся молекул одноатомного идеального газа.

С этой целью был поставлен следующий интересный эксперимент: три баллона разного объема, снабженные манометрами (прибор для измерения давления), заполнены различными газами, например, аргоном, неоном и гелием. Баллоны помещаются сначала в тающий лед а затем в кипящую воду (b).

Произведенные вычисления показывают, что в обоих случаях (и при температуре 0°С, и при температуре 100°С) при достижении теплового равновесия, отношение во всех баллонах остается постоянным, несмотря на то, что давление и концентрация газов разная:

при

при

Если принять во внимание, что то получается, что при тепловом равновесии отношение давления газа к его концентрации равно постоянной величине, измеряемой в единицах энергии — джоулях:

Здесь (тета) — является постоянной величиной, зависящей для всех разреженных газов, приближенных к идеальному газу, только от температуры:

— абсолютная температура, — является коэффициентом пропорциональности и называется постоянной Больцмана, в честь австрийского физика Людвига Больцмана (1844—1906). Опытным путем было определено, что постоянная Больцмана равна:

Постоянная Больцмана связывает температуру измеряемую в единицах энергии, с абсолютной температурой измеряемой в Кельвинах. Из выражений (6.6) и (6.7) получается выражение для давления идеального газа:

Выражение (6.9) может быть использовано для определения абсолютной температуры в Кельвинах:

Формула (6.10) дает возможность создания новой температурной шкалы. Такая температурная шкала, называемая шкалой абсолютных температур, была предложена в 1848 году английским физиком Уильямом Томсоном (1824-1907). За вклад в области физики в 1892 году он был награжден титулом лорда Кельвина.

Поэтому предложенная им шкала температур называется шкалой Кельвина. Нулевая точка шкалы Кельвина, то есть температура абсолютного нуля, это самая низкая температура, какая возможна теоретически и практически. Согласно этой шкале температура плавления льда равна Соотношение между температурной шкалой Цельсия и шкалой Кельвина следующая: При вычислениях это соотношение можно записать в более простой форме:

(с).

• Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре:

Из формулы (6.12) ясно виден физический смысл температуры:

Средняя квадратичная скорость молекул

Из формул (6.1), (6.3) и (6.5) можно вычислить среднюю квадратичную скорость молекул:

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ

Смотреть что такое «ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ» в других словарях:

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ — то же, что (см. РАВНОВЕСИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ). Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983. ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ … Физическая энциклопедия

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ — (термическое равновесие) состояние термодинамической системы, при котором все её части имеют одну и ту же (см.). Иногда под Т. р. понимают (см. (2)) … Большая политехническая энциклопедия

тепловое равновесие — [IEV number 151 16 33] EN thermal equilibrium state reached when the temperature of the parts of a component or equipment operating in a given environment no longer varies faster than a specified limit [IEV number 151 16 33] FR équilibre… … Справочник технического переводчика

тепловое равновесие — 3.44 тепловое равновесие: Состояние, достигаемое в случае, если возрастание температуры любой части источника питания не превышает 2 °С в течение 1 ч. Источник: ГОСТ Р МЭК 60974 1 2004: Источники питания для дуговой сварки. Требования… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

тепловое равновесие — šiluminė pusiausvyra statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heat equilibrium vok. thermisches Gleichgewicht, n; Wärmegleichgewicht, n rus. тепловое равновесие, n; термическое равновесие, n pranc. équilibre thermique, m … Fizikos terminų žodynas

тепловое равновесие — šiluminė pusiausvyra statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. thermal equilibrium vok. Temperaturgleichgewicht, n; thermischer Beharrungszustand, m; Wärmegleichgewicht, n rus. тепловое равновесие, n pranc. équilibre thermique, m … Automatikos terminų žodynas

тепловое равновесие — šiluminė pusiausvyra statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Termodinaminė būsena, kai visos sistemos dalys turi tą pačią temperatūrą. atitikmenys: angl. thermal equilibrium vok. thermisches Gleichgewicht, n;… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

тепловое равновесие — šiluminė pusiausvyra statusas T sritis chemija apibrėžtis Termodinaminė būsena, kai visos sistemos dalys turi tą pačią temperatūrą. atitikmenys: angl. heat equilibrium rus. тепловое равновесие … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

тепловое равновесие — šiluminė pusiausvyra statusas T sritis Energetika apibrėžtis Termodinaminės sistemos būsena, kai visos jos dalys turi tą pačią temperatūrą. atitikmenys: angl. thermal equilibrium vok. thermischer Beharrungszustand, m rus. тепловое равновесие, n… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Тепловое равновесие — … Википедия

Источник

Температура. Тепловое равновесие, 10 класс

Температура. Тепловое равновесие, 10 класс

Цели урока: ( слайд2)

-Обеспечить усвоение учащимися знаний о температуре и тепловом равновесии;

-Продолжить развитие умения работать с физическими приборами и проводить эксперимент;

-Ввести понятие абсолютного нуля температур;

Задачи урока:

1. Сформулировать понятие о температуре;

2. Углубить и закрепить знания учащихся по теме

3. Обеспечить усвоение учебного материала учащимися в процессе активной информационно-мыслительной деятельности с разными источниками информации изучения нового материала;

4. Способствовать формированию умений применять полученные знания в новой ситуации;

5. Внести вклад в развитие коммуникативных способностей учащихся;

6. Развивать интерес к предмету ;

7. Воспитывать в детях стремление к овладению знаниями, к поиску интересных фактов.

Форма работы: индивидуально-групповая

Тип урока: урок изучения нового материала

Методы: словесные, проблемно-поисковые, наглядные, экспериментальные

Технология: ИКТ и проблемно-диалоговое обучение

Оборудование:

3. Весы с разновесами

5. Алюминиевый цилиндр

Учебно-наглядный комплекс:

1. Учебник по физике «10 класс» Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев. М,:Просвещение,2005.

2. Презентация в MicrosoftPowerPoint( ПРИЛОЖЕНИЕ 1)

3. Компьютер, экран, мультимедиапроектор.

План урока.

1. Организационный момент, мотивационная основа урока.

2. Решение экспериментальной задачи

3. Изучение нового материала

4. Закрепление знаний.

5. Подведение итогов урока

6. Домашнее задание

Ход урока.

1. Организационный момент. Мотивация.

Учитель. Вы уже знаете, что каждое физическое тело обладает температурой. Прежде чем

мы выясним более подробно, что такое температура и с чем она связана решим экспериментальную задачу.

( Слайд 3) 2. Решение экспериментальной задачи.

Учитель. Рассчитайте число атомов в алюминиевом цилиндре по формуле

Для этого используйте имеющиеся у Вас измерительные приборы ( мензурка, стакан с водой, динамометр, рычажные весы). Посмотрите внимательно и скажите, все ли физические величины необходимо находить экспериментально?

Учащиеся. Нет. Число Авагадро постоянная величина 6 * моль. Молярная масса берется из таблицы Менделеева. Для алюминия она равна 27 * кг/ моль.

Учащиеся. 1. Определить массу на рычажных весах;

3. Определить объем цилиндра с помощью мензурки, затем зная плотность алюминия p=2700 кг/ рассчитаем массу по формуле m= v. p

Учащиеся делятся на 3 группы и каждая одним из предложенных способов находит массу и рассчитывает число атомов алюминиевого цилиндра.

Учитель. Почему при разных экспериментальных методах искомая величина практически одинаковая?

С чем связано количественное расхождение?

Учащиеся делают вывод.

3. Изучение нового материала.

Проблема Если цилиндр погрузить в горячую воду изменится ли число атомов? ( Далее обсуждение учащихся)

Учащиеся. Цилиндр нагрелся.

( слайд4). Температура характеризует степень нагретости тела.

Следовательно, температура должна повлиять на число атомов и оно изменится, либо температура никак не влияет и число атомов не изменяется. Так ли это проверим.

Проблема: влияет ли температура на число атомов?

Цилиндр в воде, что можно сказать о температуре воды и цилиндра?

Учащиеся. Температура одинаковая

Учитель. Температура характеризует состояние теплового равновесия.

Учащиеся. Тепловым равновесием называется такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.

Учитель. О каких макроскопических параметрах идет речь?

Учащиеся. Не меняется V, P, не происходит теплообмен, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей, твердых тел.

Учитель. При тепловом равновесии все тела имеют одну и ту же температуру.

Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объем, давление, но чаще всего на практике используют зависимость объема жидкости( спирт, ртуть) от температуры.

( слайд 5) Термометр –прибор для измерения температуры.

( слайд7)Для введения шкалы температур были необходимы точки с фиксированной температурой, но попытки многих ученых не приводили к успеху, шкалу не удавалось создать. В таком виде термоскоп Галилея просуществовал до 1657 года. В этом самом году флорентийские ученые немного усовершенствовали термоскоп – они добавили к нему шкалу из бусин и откачали из шарика воздух.

( слайд 8) В 1724 году Даниэль Габриэль Фаренгейт создал шкалу, которая до сих пор используется для записи поверхностных температур метеорологами США и Англии.

(слайд9)В 1730 году французский физик Р. Реомюр предложил спиртовой термометр с постоянными точками таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R). Этой шкалой пользовались в России до октябрьской революции.

( слайд10) Примерно в это же время шведский астроном Андерс Цельсий использовал ртутный термометр Фаренгейта с собственной шкалой, где температура кипения воды была принята за 0 градусов, а таяния льда – за 100 градусов.

( слайд11) Позже шкала Цельсия была изменена и за температуру таяния льда взяли 0 градусов, а за температуру кипения воды 100 градусов

В настоящее время существует связь между шкалой Цельсия и шкалой Фаренгейта

1,8 С+32 = F

( слайд 12) В настоящее время используют спиртовые, ртутные, электрические термометры, в которых колебания температур составляет 0,000001 С. Термометр позволяет измерить как весьма низкие температуры, так и высокие. Принцип работы всех термометров основан на тепловом расширении( изменении макроскопических параметров).

Вернемся к цилиндру, если происходит расширение макроскопических параметров в жидкостях, то оно происходит и в твердых телах, газах. Что изменилось в цилиндре при расширении?

Учащиеся. Увеличился объем.

Учитель. За счет чего происходит увеличение объема?

Учащиеся. За счет молекул, которые расширяются.

Учитель. А плотность, масса как при этом изменяются?

Учащиеся. Плотность уменьшается, а масса не изменится

Учащиеся. С увеличением температуры молекулы движутся быстрее, их скорость увеличивается.

( слайд 13). Учитель. Если мы говорим о скорости, то должна быть связь с температурой. Выясним это. Известно, что при тепловом равновесии температура одинаковая, давление, объем фиксированные величины, а значит должна быть еще одна величина, которая тоже остается неизменной и связанной с температурой. Докажем это.

( слайд14) Доказательство.

Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или объем идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулем температуры.

Эту температуру установил английский ученый Вильям Томсон ( лорд Кельвин) получил титул за научные труды.

( слайд17) Теоретические выводы с разным нулем температур усложняли вычисления, в 1848 году с произволом в выборе нуля отсчета температуры на шкалах термометров было покончено английским физиком Вильямом Томсоном (Лордом Кельвином). Абсолютная температура «Т» связана с температурой по шкале Цельсия

( слайд 19)

( слайд 20) Температура—мера средней кинетической энергии молекул.

4. Закрепление знаний. (слайд 21)

1. Что характеризует температура?

2. Как измерить температуру тела?

3. Что называется тепловым равновесием?

4. Что можно сказать о температуре тел, находящихся в состоянии теплового равновесия?

5. Каков принцип действия жидкостных термометров?

6. Что называется абсолютным нулем температур?

6. Домашнее задание ξ 66-68( слайд 22)

Т. Ю. Моржакова, МБОУ СОШ №1, г. Зарайск, Московская область

Источник