Движение молекул в закрытом сосудеДвижение молекул в закрытом сосуде в любой момент времени можно условно изобразить в виде двух равных и противоположно направленных потоков в каждом из трех взаимно перпендикулярных направлений. Предположим, что один из этих потоков движется параллельно стороне сосуда длиной. Если в сосуде молекул, а в каждом потоке соответственно, то за некий малый интервал времени достигнет противоположной стенки и ударится о нее молекул. Давление в сосуде не изменяется, поскольку при соударениях молекул со стенкой потерь энергии не происходит. В этом случае лишь меняется направление скорости и. Произведение называется количеством движения, или импульсом молекулы. При изменении направления скорости общее изменение количества движения- молекулы составляет. За время изменение количества движения всех молекул равно. Согласно второму закону Ньютона, сила, с которой молекула давит на стенку, равна скорости изменения общего количества движения молекул.Давление объем газообразного тела легко измерить. Еще в 1660 г., когда высокопроизводительные пластинчатые теплообменники еще не были разработаны, Бойль установил, что при постоянной температуре газа (независимо от ее величины) остается неизменным и произведение. Если же газ нагревать или охлаждать, то значение соответственно увеличивается или уменьшается. Как видно из уравнения пропорционально кинетической энергии молекулы, отсюда мы легко можем установить связь между энергией и температурой. Следовательно, мы подошли к определению температуры через свойства идеального газа. Значение постоянной (одной из основных физических констант) зависит от того, в каких единицах мы измеряем. Она была введена австрийским физиком Больцманом (1844-1906) и в честь него получила название постоянной Больцмана. Причем, как показывает кинетическая теория газов, эта величина не зависит от природы частиц, из которых состоит газ. В нашем примере мы говорили о молекулах, но это могут быть и атомы и даже элементарные частицы, например электроны. Итак, независимо от природы частиц их энергия при одной и той же температуре одинакова. Она зависит только от их массы. Мерой относительной массы молекул служит так называемый молекулярный вес (это масса какой-либо молекулы, отнесенная к эталонной массе, в качестве которой выбран вес атома углерода, равный 12). Уравнение называют уравнением состояния идеального газа. С его помощью мы можем определять цифровое значение температуры. Из уравнения находим, что при определенной массе газа в закрытом сосуде постоянного объема температура пропорциональна давлению. Следует отметить, что описываемая этим соотношением закономерность была экспериментально установлена Чарлзом (1787). |
||
