Transcript Шкала Кельвіна

Властивості газів.
Ідеальний газ.
Тиск газу.
Рівняння стану ідеального
газу.
Підготувала
вчитель фізики ЗОШ №3
Леськів Інна Петрівна
Ідеальний газ
Ідеальним газом називається газ,
між молекулами якого відсутні
сили взаємного притягання
Механізм виникнення тиску в
газах
Основне рівняння молекулярнокінетичної теорії газів
Тиск ідеального газу
Тиск ідеального газу дорівнює двом третинам
середньої кінетичної енергії поступального руху
молекул одиниці об’єму газу
P 
2
3
nE k
Температура
Температура – це фізична величина, яка
характеризує тепловий стан тіла незалежно від
його маси та хімічного складу.
Температура є макроскопічним параметром,
оскільки визначається середньою швидкістю
теплового руху величезної кількості молекул.
Таким чином, температура це статична величина,
яка є мірою середньої кінетичної енергії руху
молекул речовини у будь-якому стані
Середня кінетична енергія
молекул
Середня кінетична енергія молекул пропорційна
абсолютній температурі газу. Для ідеального газу
має місце залежність:
Ек 
3
2
kT
Стала Больцмана
Множник k, який виражає співвідношення між одиницями енергії
і абсолютної температури називають сталою Больцмана.
Числове значення сталої Больцмана визначається
дослідним шляхом. У системі Сі:
k  1 . 38
 23
Дж
К
Фізичний зміст сталої Больцмана полягає у тому, що вона
показує, як змінюється енергія теплового поступального
руху однієї молекули при зміні температури на 1 К.
Лю́двіг Едуа́рд Бо́льцман
— австрійський фізик,
який зробив великий внесок у розвиток термодинаміки й
статистичної фізики на основі атомістичних уявлень.
Член Віденської АН (з 1885), професор університетів у Граці
(1869—89), Мюнхені (1889—94), Відні (1894—1900 і з 1902) і
Лейпцігу (1900—02). Автор теоретичних і
експериментальних досліджень з різних розділів фізики;
один з творців статистичної фізики. Теоретичні праці
Больцмана присвячені проблемам механіки, гідродинаміки,
пружності, електродинаміки, термодинаміки, кінетики
теоразів, а експериментальні праці — дослідженню
діелектричної сталої газів і твердих тіл. Найбільш важливі
дослідження Больцман виконав у галузі статистичної фізики
і термодинаміки. Він вивів основне рівняння кінетичної
теорії газів, дав статистичне тлумачення 2-го закону
термодинаміки і ентропії, обгрунтував закон теплового
випромінювання Стефана (див. Стефана—Больцмана
закон). Больцман був переконаним прихильником
атомістичної теорії, яку відстоював у боротьбі з Ернстом
Махом і Вільгельмом Оствальдом, що заперечували
реальність атомів та молекул і корисність атомістичної
теорії.
Шкала Кельвіна
Шкала Кельвіна заснована на одній реперній точці –
температурі рівноваги води у твердому, рідкому та газоподібному
станах (0,010С). Для цієї точки прийнята температура 273,15 К.
Шкала Кельвіна називається абсолютною шкалою температур.
Температура, визначена за абсолютною шкалою температур,
називається абсолютною. Співвідношення між значеннями
температур за шкалою Цельсія та шкалою Кельвіна має
вигляд:
T  K   t  C   273 . 15  K 
0





Ві́льям То́мсон, лорд Ке́львін (англ.
William Thomson, 1st Baron Kelvin; *26 червня
1824, Белфаст— †17 грудня 1907, Ларгс ,
Ейршир, Шотландія) — один з найвидатніших
фізиків у світовій історії.
Предки Томсона були ірландські фермери;
батько — Джеймс Томсон (1776—1849),
відомий математик, був з 1814 вчителем в
Belfast Academical Institution, потім з 1832 р.
професор математики в Глазго; відомий
підручниками з математики, що витримали
десятки видань. Вільям Томсон разом зі
старшим братом, Джеймсом навчалися в
коледжі у Глазго, а потім в St. Peter Kolleǵe у
Кембриджі, в якому Томсон закінчив курс наук
в 1845.
В 1846 у віці двадцяти двох років Томсон
прийняв кафедру теоретичної фізики в
університеті Глазго. Незвичайні заслуги
Томсона в чистій і прикладній науці були
цілком оцінені його сучасниками.
В 1866 Томсон був зведений у дворянство, в
1892 королева Вікторія подарувала йому
перство з титулом «барон Кельвін». Назва
титулу походить від річки Кельвін, що тече
біля університету Глазго.
Прилади для вимірювання
температури
Для вимірювання температури використовують
різноманітні термометри, які відрізняються за
призначенням та конструктивними особливостями
Рівняння стану ідеального газу
У 1874 р. Д. Менделеєв на основі молекулярно кінетичних уявлень
узагальнив об’єднаний закон газового стану у рівняння стану
ідеального газу.Виведемо це рівняння:
Для цього в основне рівняння МКТ у вигляді
р 
2
3
nEk
Підставимо вираз, який визначає зв’язок між середньою
кінетичною енергією молекул та абсолютною температурою:
3
Е к  kT ,
дістанемо:
2
p
2
3
n
3
2
kT  nkT .1 
Рівняння стану ідеального газу
Добуток двох фізичних констант kNA також є
константою, яку називають універсальною газовою
сталою і позначають літерою R. Універсальна
газова стала однакова для всіх газів:
R  8 . 31
Дж
моль  К
Замінивши у рівнянні (3) добуток kNA на R,
одержимо:
pV 
m
M
RT  4 
Рівняння (4) встановлює зв’язок між трьома
параметрами, які характеризують стан газу – тиском,
об’ємом і температурою – і є рівнянням стану ідеального
газу.
Рівняння стану ідеального газу
Врахуємо, що концентрація молекул
n
N
,
то маємо:
V
pV  nkT ,
p
N
V
kT  2 .
m
В масі газу m міститься M молів, а в одному молі – кількість
молекул, яка визначається числом Авогадро NA ,,то в масі
газу m міститься молекул N  m N A
M
Підставимо отримане значення N у рівняння (2),
дістанемо:
pV 
m
M
kN A T 3 
Рівняння стану ідеального газу
Для одного моля ідеального газу рівняння стану має вигляд:
pV  RT 5 
Очевидно, що з рівняння (4) можна дістати об’єднаний
закон газового стану, встановлений П. Клапейроном:
pV
T

m
R  const
M
Рівняння (4) є узагальненим рівнянням стану ідеального
газу і називається рівнянням Менделєєва-Клапейрона
Універсальна газова стала
Універсальна газова R стала
визначається співвідношенням
R  N A K B  8 . 314472 Дж /( моль  К )
Де N A - число Авогадро,
K B стала Больцмана
Дмитро Іванович Менделєєв народився 8 лютого
1834 року у Тобольську, у родині директора місцевої
гімназії. З 1850 р. навчався на фізико-математичному
факультеті Петербурзького педагогічного інституту. У
1855 р. закінчив його з золотою медаллю і був
направлений учителем гімназії спочатку в Сімферополь,
а потім в Одесу. У 1856 р. Дмитро Менделєєв відправився
у Петербург і захистив магістерську дисертацію за темою
«Про питомі об'єми», після чого на початку 1857 р. був
прийнятий приват-доцентом на кафедру хімії
Петербурзького університету. 1859 — 1861 р. він
перебував у науковому відрядженні у Німеччині, у
Гейдельберзькому університеті. У 1860 р. Менделєєв
взяв участь у роботі першого міжнародного хімічного
конгресу в Карлсруе.
У 1861 р. Менделєєв написав перший у Росії підручник з
органічної хімії. Навесні 1862 р. підручник був визнаний
гідним повної Демидівської премії. У 1863 р. він отримав
місце професора у Петербурзькому технологічному
інституті, а в 1866 р. — у Петербурзькому університеті, де
читав лекції з органічної, неорганічної і технічної хімії. У
1865 р. Менделєєв захистив докторську дисертацію за
темою «Про сполуки спирту з водою».