Исследование теории и задач по теме «Тепловые явления»
Практическая значимость исследования
жүктеу/скачать 1.41 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1.1.1 Развитие понятие температуры
| Практическая значимость исследования: возможность использования разработанного материала в процессе обучения.
1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ. ИСТОРИЯ ВВЕДЕНИЯ Температура Температура (от лат. Temperatura - надлежащее смешение, нормальное состояние) – скалярная физическая постоянная величина, характеризующая равновесное состояние двух равновесных систем при тепловом контакте и обмене энергией. Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества – теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково – градусами. 1.1.1 Развитие понятие температуры Физика, как наука и как предмет изучения, опирается на основные понятия. В процессе обучения физике понятие температуры как физической величины является одним из наиболее сложных. В тоже время - это понятие используется не только во многих разделах физики (молекулярная физика, термодинамика, электричество и магнетизм, ядерная физика, физика элементарных частиц и др.), в космологии, но и в различных сферах деятельности человека. Оно развивается от простейших понятий «тепло», «холодно» до сложного понимания – в современной физике. Поэтому при подготовке специалистов, в том числе учителей физики, должно быть обращено внимание на широту и глубину этого понятия, его непрерывное развитие в соответствии с развитием физики как науки. Температура – это физическая величина, то есть понятие, имеющее количественную характеристику. Понимание содержания терминов «температура» и единицы ее измерения «градус» в физике восходит к истории возникновения этих терминов в медицине. В термодинамике понятие температуры связано с состоянием равновесия, а процесс измерения температуры термометром, является следствием свойства транзитивности температуры. Температура, как физическая величина, отражает состояние макросистемы. Для ее измерения нельзя ввести эталоны подобные эталонам массы, длины, времени. Измеряют температуру по какому – либо параметру состояния системы. Первые термометры основаны на изменении давления и объема физической системы (термометрического тела). С точки зрения молекулярно – кинетической теории параметры состояния системы определяются движением и взаимодействием молекул. В результате возникло понятие температуры как характеристики средней скорости движения молекул, и последующее уточнение – характеристика средней кинетической энергии поступательного движения молекул. Основное уравнение молекулярно-кинетической теории связывает давление газа с кинетической энергией молекул идеального газа: , где P – давление газа, n – количество молекул в 1см3 (плотность газа), m – масса молекулы, – среднее арифметическое значение квадратов скоростей молекул. Из уравнения Клапейрона – Менделеева определим давление P= RT. Это значение P подставим в уравнение молекулярно – кинетической теории: NA , где nV = NA число Авогадро. Обозначим = K, то = kT (*), k – постоянная Больцмана. Формула (*) показывает, что температура служит мерой кинетической энергии молекул. Необходимо подчеркнуть, что кинетическая энергия – среднестатистический параметр; он характеризует совокупность молекул, причем, температура T также относится к совокупности молекул, поэтому нельзя говорить о температуре одной молекулы. Таким образом, средняя кинетическая энергия движения молекул и температура одинаково характеризует процесс перехода к тепловому равновесию: средняя кинетическая энергия – микроскопический, а температура – макроскопический. Таким образом, эти величины взаимосвязаны: E T. Выше было показано, что понятие температуры как мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул введено как следствие основного уравнение кинетической теории газов. Определяя температуру как величину пропорциональную средней кинетической энергии молекул, следует иметь в виду, что такое определение ограничивается рамками классической теории. В квантовой статистике, где не выполняется теорема Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы, это определение не приемлемо. Поэтому приведенное определение не является полным и не может быть принято в качестве основного. Кроме того, приведенное определение понятия температуры не содержит непосредственного указания на способ ее измерения. Нельзя доказать, что термометр измеряет величину . Однако связь давления идеального газа P=nkT указывает, что давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре. Отсюда следует, что о температуре можно судить по значению давления. Такой прибор называется газовым термометром. Измерение температуры газовым термометром оказывается хорошим методом благодаря свойству газов вести себя при малых плотностях почти одинаково, их состояния описываются одним и тем же уравнением состояния. Во времена Карно (начало 18 века) считали, что газы всегда остаются газами. Поэтому газовый термометр до сих пор служит основным прибором для измерений температур, но при низких температурах, близких к абсолютному нулю, и при очень высоких температурах газовые термометры непригодны. Для измерения T используют зависимость свойства тел (объема, длины, давления) от температуры. жүктеу/скачать 1.41 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|