Phương trình cơ bản của ICB và nhiệt độ đo lường

Học các quá trình xảy ra trong hệ thống thống kê, kích thước hạt tối thiểu là phức tạp và một số lượng lớn trong số họ. Xem xét riêng rẽ từng hạt là thực tế không thể, tuy nhiên giới thiệu với số lượng thống kê: vận tốc trung bình của các hạt, nồng độ của họ, khối lượng hạt. Công thức đặc trưng cho trạng thái của hệ thống với các thông số vi, được gọi là phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử khí (ICB).

Một chút về vận tốc trung bình của các hạt

Xác định vận tốc của các hạt được tiến hành lần đầu tiên thực nghiệm. Được biết đến từ cuộc thử nghiệm chương trình đào tạo tiến hành Otto Shternom, cho phép tạo ra một bức tranh về vận tốc hạt. Thí nghiệm nghiên cứu chuyển động của các nguyên tử bạc trong xi lanh xoay: lắp đặt cố định đầu tiên, sau đó khi nó quay ở một vận tốc góc nhất định.

Kết quả là, nó đã được tìm thấy rằng tốc độ của các phân tử bạc vượt quá tốc độ âm thanh và là 500 m / s. Thực tế là khá thú vị, vì vận tốc như vậy của các hạt trong chất một người cảm thấy khó khăn.

khí hoàn hảo

Để tiếp tục nghiên cứu khả thi duy nhất trong hệ thống, các thông số mà xác định các phép đo trực tiếp có thể được sử dụng các thiết bị vật lý. Tốc độ được đo công tơ mét, nhưng ý tưởng là để đính kèm một công tơ mét để một hạt duy nhất là vô lý. Trực tiếp đo lường chỉ số vĩ mô liên quan đến chuyển động của các hạt.

Hãy xem xét áp suất khí. Áp lực lên thành mạch máu được tạo ra tấn công các phân tử khí có mặt trong tàu. Các tính đặc thù của tình trạng khí của vật chất - một khoảng cách khá lớn giữa các hạt nhỏ và tương tác của chúng với nhau. Điều này cho phép trực tiếp đo áp suất.

Bất kỳ hệ thống của các cơ quan tương tác được đặc trưng bởi năng lượng tiềm năng và động năng của chuyển động. Bất khí - một hệ thống phức tạp. Sự thay đổi của năng lượng tiềm năng thách thức hệ thống hóa. Vấn đề có thể được giải quyết bằng cách giới thiệu một mô hình, các tính chất đặc trưng của khí mang quét sạch sự phức tạp của sự tương tác.

Một khí lý tưởng - một trạng thái của vật chất trong đó sự tương tác của các hạt là không đáng kể, năng lượng tiềm năng của sự tương tác có xu hướng không. Nó chỉ có thể được coi là động năng đáng kể, mà phụ thuộc vào vận tốc hạt.

Áp suất khí lý tưởng

Xác định mối quan hệ giữa áp suất khí và vận tốc của các hạt phép phương trình MKT khí lý tưởng cơ bản của nó. Một hạt chuyển động trong một chiếc tàu, trong vụ va chạm với tường nó truyền tải một xung có giá trị có thể được xác định dựa trên luật II Newton:

• FΔt = 2m ₀ v _x

Thay đổi đà hạt sốc đàn hồi kết hợp với sự thay đổi của các thành phần ngang của vận tốc của nó. F - lực lượng tác dụng bởi các hạt trên tường trong một thời gian ngắn t; m ₀ - khối lượng của hạt.

Chỉ số S bề mặt trong suốt thời gian Δt khu vực phải đối mặt với tất cả các hạt khí di chuyển về phía bề mặt với vận tốc v _x và thanh lý khoản trong khối lượng xi lanh Sυ _x Δt. Khi nồng độ hạt n chính xác các phân tử nửa di chuyển vào tường, nửa thứ hai - theo hướng ngược lại.

Sau khi xem xét sự va chạm của các hạt, chúng ta có thể viết thư pháp luật của Newton cho lực tác dụng trên nền tảng này:

• FΔt = nm ₀ v _x ² SΔt

Kể từ khi áp suất khí được định nghĩa là tỷ số giữa lực tác dụng vuông góc với bề mặt, khu vực cuối cùng có thể được viết:

• p = F: S = nm ₀ v _x ²

phương trình mối quan hệ này như một ICB cơ bản có thể mô tả toàn bộ hệ thống, tức là. K. Chuyển động chỉ theo một hướng.

phân phối Maxwell

va chạm thường xuyên dai dẳng của các hạt khí với các bức tường và từng dẫn khác để thành lập một phân bố thống kê nào đó của vận tốc hạt (năng lượng). Hướng của vectơ vận tốc không kém khả năng. phân phối như vậy đã được gọi là sự phân bố Maxwell. Trong năm 1860, mô hình này được bắt nguồn J. Maxwell dưới ICB. Các thông số chính của quy luật phân bố được gọi là tốc độ: có thể tương ứng với giá trị tối đa của đường cong và giá trị trung bình vuông _q v = √ 2> - vận tốc bình phương trung bình của các hạt.

Sự gia tăng nhiệt độ khí tương ứng với sự gia tăng các giá trị vận tốc.

Dựa trên thực tế là tất cả các vận tốc đều bình đẳng, và các module của họ có ý nghĩa tương tự, có thể được xem xét:

• 2> = x ^2> + y ^2> + z ^2> Trong đó: x ^2> = 2> 3

Phương trình MKT cơ bản với các giá trị trung bình của áp suất khí có dạng:

• p = nm ₀ 2> 3.

Mối quan hệ này độc đáo ở chỗ nó định nghĩa mối quan hệ giữa các thông số vi: tốc độ, khối lượng của hạt, mật độ hạt và khí áp lực như một toàn thể.

Sử dụng các khái niệm về động năng của các hạt, các MKT phương trình cơ bản có thể được viết lại:

• p = 2nm ₀ 2> 6 = 2n k> 3

Áp lực khí là tỷ lệ thuận với giá trị trung bình của động năng của các hạt của nó.

nhiệt độ

Điều thú vị là cho số tiền liên tục của khí trong bình kín có thể được kết nối với áp lực khí và giá trị trung bình của hạt động năng. trong đó đo áp lực có thể được thực hiện bằng cách đo năng lượng của các hạt.

Làm thế nào để nhập? Những gì có thể được so sánh với số lượng động năng? số lượng này là nhiệt độ.

Nhiệt độ - thước đo của chất trạng thái nhiệt. Đối với đo lường của nó sử dụng một nhiệt kế, hành động dựa mà đặt sự giãn nở nhiệt của chất lỏng làm việc (một rượu, thủy ngân) dưới sưởi ấm. Quy mô của các nhiệt kế xây dựng thực nghiệm. Thông thường nó cung cấp cho thẻ tương ứng với vị trí của chất lỏng làm việc tại một quá trình vật lý nào đó xảy ra trong trạng thái không thay đổi gì nhiệt (nước sôi, băng tan). nhiệt kế khác nhau có quy mô khác nhau. Ví dụ, C quy mô, Fahrenheit.

Phạm vi nhiệt độ phổ biến

Thú vị hơn về sự độc lập của các thuộc tính làm việc của cơ thể có thể được coi là một nhiệt kế khí. phạm vi của họ không phụ thuộc vào loại gas sử dụng. Trong ví dụ một thiết bị có thể phân biệt giả thuyết nhiệt độ mà tại đó các khí có xu hướng không áp lực. Các tính toán cho thấy giá trị này tương ứng với -273,15 ° ^C. Phạm vi nhiệt độ (thang đo nhiệt độ tuyệt đối hay quy mô Kelvin) được giới thiệu năm 1848 năm. Đối với các điểm chính của quy mô này mất nhiệt độ áp suất khí 0 càng tốt. khoảng đơn vị quy mô tương đương với giá trị đơn vị bách phân. Ghi lại phương trình cơ bản sử dụng nhiệt độ ILC là thuận tiện hơn trong việc nghiên cứu các quá trình khí.

áp lực giao tiếp và nhiệt độ

Theo kinh nghiệm người ta có thể đảm bảo áp suất khí là tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó. Đồng thời phát hiện ra rằng áp lực là tỷ lệ thuận với nồng độ của hạt:

• P = NKT,

trong đó T - nhiệt độ tuyệt đối, k-liên tục bằng 1,38 • 10 ^-23 J / K.

Giá trị cơ bản có giá trị không đổi cho tất cả các loại khí, được gọi là hằng số Boltzmann.

So sánh sự phụ thuộc áp lực của nhiệt độ ICB và khí đốt phương trình cơ bản có thể được viết:

• đến> = 3kT: 2

Giá trị trung bình của động năng của chuyển động phân tử khí là tỷ lệ thuận với nhiệt độ của nó. Đó là, nhiệt độ là thước đo động năng của chuyển động hạt.