Урок 149. Абсолютная температурная шкала

• Температура и кинетическая энергия молекул связаны.  

• Температура измеряется в джоулях или кельвинах.  

• Кельвин - единица температурной шкалы, привязанная к средней кинетической энергии молекул.  

• Кельвин - новая температурная шкала, связанная с энергией молекул.  

• Цель урока - установить связь между шкалами Кельвина и Цельсия.  

• Средняя кинетическая энергия молекул связана с абсолютной температурой.  

• Давление газа выражается через абсолютную температуру.  

• Абсолютный нуль температуры недостижим, но можно приближаться к нему.  

• Квантовая механика утверждает, что молекулы не замирают при абсолютном нуле.  

• Соотношение неопределенностей объясняет, почему невозможно точно определить положение и скорость молекул.  

• Цельсий использовал жидкостный термометр для построения своей шкалы.  

• Вода и другие жидкости могут не подчиняться закону объемного расширения.  

• Идеальный газ позволяет строго построить температурную шкалу.  

• Воздух при нормальных условиях близок к идеальному газу.  

• Газовые термометры постоянного объема и давления используются для измерения температуры.  

• Газовый термометр постоянного объема показывает давление газа при изменении температуры.  

• Газовый термометр измеряет давление при разных температурах.  

• Отношение давления при 100 градусах Цельсия к давлению при 0 градусов Цельсия равно 1.3661.  

• Это отношение позволяет связать абсолютные температуры в шкалах Цельсия и Кельвина.  

• В шкале Цельсия некорректно говорить о повышении температуры в определенное количество раз.  

• Абсолютные температуры можно сравнивать только в абсолютной температурной шкале.  

• Привязка шкалы Цельсия к шкале Кельвина позволяет точно измерять температуру.  

• Шкала Кельвина и Цельсия имеют одинаковые размеры градуса.  

• Шкала Цельсия сдвинута относительно шкалы Кельвина.  

• Для удобства договорились, что повышение температуры на один градус Цельсия соответствует повышению на один Кельвин.  

• Кипящая вода имеет температуру на 100 Кельвинов выше, чем тающий лед.  

• Система уравнений позволяет найти температуру в шкале Кельвина для нуля градусов Цельсия.  

• Температура в шкале Кельвина для нуля градусов Цельсия равна 273.15 Кельвинов.  

• Для перевода температуры из шкалы Цельсия в шкалу Кельвина нужно прибавить 273.15 Кельвинов.  

• Для перевода из шкалы Кельвина в шкалу Цельсия нужно вычесть 273.15 Кельвинов.  

• Эти формулы упрощают перевод температур между шкалами.  

• Абсолютный ноль соответствует -273.15 Кельвинов.  

• Температура может принимать любые значения, ограниченные только кинетической энергией.  

• В недрах звезд температура может достигать 15 миллионов Кельвинов.  

• Задача: при температуре -13 градусов Цельсия увеличить среднюю кинетическую энергию молекул в полтора раза.  

• Решение: средняя кинетическая энергия пропорциональна температуре, деленной на 3/2.  

• Температура должна быть увеличена до 17 градусов Цельсия для достижения нужного увеличения энергии.  

• Нормальные условия: атмосферное давление 100 килопаскалей и температура 0 градусов Цельсия.  

• Концентрация молекул рассчитывается по формуле: n = p / kT.  

• При нормальных условиях концентрация молекул составляет 2.655 x 10^25 молекул на кубический метр.  

• Задача: оценить среднее расстояние между молекулами воздуха при температуре 27 градусов Цельсия и давлении 100 килопаскалей.  

• Решение: среднее расстояние между молекулами составляет около 10^-10 метров.  

• Среднее расстояние между молекулами воздуха при температуре 27°C и атмосферном давлении 100 кПа.  

• Обозначим среднее расстояние как "l".  

• Нужно найти отношение "l" к размеру молекулы "d".  

• Чем больше концентрация молекул, тем меньше расстояние между ними.  

• Формула для давления: p = nkT.  

• Концентрация: отношение числа молекул к объему.  

• Объем на одну молекулу: V = 1/n.  

• Объем молекулы и области пространства вокруг нее.  

• Объем на одну молекулу равен объему куба с ребром "l".  

• Формула для среднего расстояния: l = √kT/p.  

• Вычисление: l = 3.5 x 10^-9 м.  

• Оценка: среднее расстояние между молекулами в 12 раз больше размера молекулы.  

• Сила взаимодействия между молекулами убывает с расстоянием в шестой степени.  

• Увеличение расстояния в 10 раз уменьшает силу в миллион раз.  

• В нормальных условиях можно пренебречь взаимодействием молекул и использовать модель идеального газа.