Температурная шкала Цельсия
В настоящее время в системе СИ термодинамическую шкалу Цельсия
определяютчерезшкалуКельвина: |
|
t(°С) = Т(К) – 273,15, |
|
т. е. цена одного деления в шкале Цельсия равна цене деления шкалы |
|
Кельвина. |
|
По шкале Цельсия температура тройной точки воды равна |
|
приблизительно 0,008 °C и, следовательно, точка замерзания воды при |
|
давлениив1 атм.оченьблизкак0 °C. |
|
Точка кипения воды, изначально выбранная Цельсием в качестве |
|
второй реперной точки со значением, по определению равным 100 °C, |
|
утратила свой статус одного из реперов. По современным оценкам |
|
температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении в |
|
термодинамическойшкалеЦельсиясоставляетоколо99,975 °C. |
|
Лекция8.МетодыиСИтемпературы |
20 |
Определениетемпературынаоснове молекулярно-кинетической теории
Теплота может рассматривается просто как одна из форм энергии, а именно – кинетическая энергия атомов и молекул. Эта величина, усреднённая по огромному числу беспорядочно движущихся частиц, и оказываетсямериломтого,чтоназываетсятемпературойтела.
Частицынагретоготеладвижутсябыстрее,чемхолодного.
Лекция8.МетодыиСИтемпературы |
21 |
Определениетемпературынаоснове молекулярно-кинетической теории
Еслитемпература T измеряетсявкельвинах (К), тосвязьеёсосредней кинетической энергией поступательного движения атомов идеального
газаимеетвид: |
|
|
|
E = 3 kT |
|
||
k |
2 |
|
|
|
|
|
|
где k – коэффициент, определяющий, какая часть джоуля содержится в |
|
||
кельвине.Величинаk называетсяпостояннойБольцмана. |
|
||
Учитывая, что давление тоже может быть выражено через среднюю |
|
||
энергиюдвижениямолекул |
2 nE |
|
|
p = |
|
||
|
3 |
k |
|
|
|
|
|
где n = N/V, V – объем, занимаемый газом, N – полное число молекул в |
|
||
этомобъёме. |
|
|
|
Лекция8.МетодыиСИтемпературы |
22 |
||
Определениетемпературынаоснове молекулярно-кинетической теории
Уравнениесостоянияидеальногогазабудетиметьвид:
p = nkT
Если полное число молекул представить в виде N = µNA, где µ – число |
|
молей газа, NA – число Авогадро, т.е. число частиц на один моль, можно |
|
легкополучитьизвестноеуравнениеКлапейрона– Менделеева: |
|
pV = µRT |
|
гдеR – молярная газоваяпостояннаяR = NA k. |
|
Таким образом, температура – это искусственно введённый в |
|
уравнение состояния параметр. С помощью уравнения состояния можно |
|
определить термодинамическую температуру Т, если все другие |
|
параметры и константы известны. Из такого определения температуры |
|
очевидно,чтозначенияТбудутзависетьотконстантыБольцмана. |
|
Лекция8.МетодыиСИтемпературы |
23 |
Определениетемпературынаоснове молекулярно-кинетической теории
УравнениеКлапейрона– Менделеевадляодногомоля:
pV = NAkT
Из формулы следует, что приписав Т при таком стабильном и хорошо воспроизводимом состоянии системы как тройная точка воды фиксированное значение 273,16 К, значение константы k можно определитьэкспериментально.
Лекция8.МетодыиСИтемпературы |
24 |
Определениетемпературынаоснове молекулярно-кинетической теории
Коэффициент пропорциональности k между температурными и энергетическими единицами не является постоянным. Он зависит от точности термодинамических измерений, достижимой на настоящий момент. Такой подход не очень удобен для первичных термометров, особенно работающих в диапазоне температур, далёком от тройной точки. Их показания будут зависеть от изменений в значении постоянной
Больцмана. |
|
Рекомендуемое значение постоянной Больцмана в настоящее время |
|
k = 1,380 650 5 * 10-23 Дж/K. |
|
Но можно поступить и наоборот. Зафиксировать значение константы |
|
k. Тогдаполучимзависимоеот k значение Тдлятройнойточкиводы. Этот |
|
подход сейчас рассматривается Консультативным комитетом по |
|
термометрии. |
|
Лекция8.МетодыиСИтемпературы |
25 |