Den grunnleggende ligning for ICB og temperaturmåling

Læreprosesser som forekommer i statistiske systemer, er en minimum partikkelstørrelse komplisert og et stort antall av dem. Betrakt separat hver partikkel er praktisk talt umulig, men innføre statistiske mengder: gjennomsnittshastigheten av partiklene, deres konsentrasjon, partikkelmassen. Formel karakteriserer tilstanden i systemet, med de mikroskopiske parametere, kalt den fundamentale ligningen for molekylære kinetisk gassteori (ICB).

Litt om den gjennomsnittlige hastighet av partiklene

Ved at hastigheten av partiklene ble utført for første gang eksperimentelt. Kjent fra pensum eksperiment utført Otto Shternom, lov til å lage et bilde av partikkelhastigheter. Eksperimentet undersøkte bevegelse av sølvatomer i en roterende sylindre: første stasjonær installasjon, så når den roterer med en viss vinkelhastighet.

Som et resultat ble det funnet at frekvensen av sølv molekylene overskrider lydhastigheten og er 500 m / s. Faktum er ganske interessant, siden en slik hastighet av partiklene i stoffene en person til å føle seg hardt.

perfekt gass

For å fortsette å studere mulig bare i system, kan parametrene som definerer direkte målinger være ved hjelp av de fysiske enheter. Hastighet måles speedometer, men ideen er å feste et speedometer til en enkelt partikkel er absurd. Direkte å måle bare makroskopisk parameter relatert til bevegelse av partiklene.

Tenk gasstrykket. Trykket på karveggen er opprettet treffer gassmolekyler som er tilstede i beholderen. Det særegne ved den gassformige tilstand av materie - en forholdsvis store avstander mellom de små partikler og deres interaksjon med hverandre. Dette gjør det mulig å direkte måle trykket.

Ethvert system av samvirkende organer er preget av den potensielle energi og kinetisk energi i bevegelse. Ekte gass - et komplekst system. Variasjon av den potensielle energien trosser systematisering. Problemet kan løses ved å innføre en modell, de karakteristiske egenskapene til bæregassen feier bort kompleksiteten av interaksjon.

En ideell gass - en stofftilstand i hvilken interaksjonen av partikler er ubetydelig, kan den potensielle energien i vekselvirkning har en tendens til null. Det kan bare anses nevneverdig kinetisk energi, noe som er avhengig av partikkelhastighet.

Ideell gasstrykk

Identifisere forholdet mellom gasstrykket og hastigheten av partiklene tillater dens grunnleggende ligning MKT ideell gass. En partikkel som beveger seg i et kar, i kollisjon med veggen den sender en puls, hvis verdi kan bestemmes basert på II Newtons lov:

• FΔt = 2m ₀ v _x

Endring av partikkel fart i elastisk støt i forbindelse med endringen av den horisontale komponent av dens hastighet. F - kraften som utøves av partiklene på veggen for en kort tid t; m ₀ - Massen av partikkelen.

På overflaten S i løpet av tiden At området vendt alle gasspartikler som beveger seg mot overflaten med hastigheten v _x og anbrakt i sylindervolumet Sυ _x At. Når partikkelkonsentrasjonen n akkurat halvmolekyler beveger seg til veggen, den andre halvdel - i motsatt retning.

Etter å ha vurdert en kollisjon mellom partiklene, kan vi skrive Newtons lov for kraften som virker på plattformen:

• FΔt = nm ₀ v _x ² SΔt

Siden gasstrykket er definert som forholdet mellom den kraft som virker vinkelrett på overflaten, kan det siste området skrives:

• p = F: S = nm ₀ v _x ²

Dette forhold ligning som en grunnleggende ICB kan beskrive hele systemet, dvs. K. bevegelse kun i én retning.

Maxwell distribusjon

Vedvarende hyppige kollisjoner med gasspartikler med veggene og hverandre fører til opprettelsen av en viss statistisk fordeling av partikkelhastigheten (energi). Retning av hastighetsvektorene er like sannsynlig. En slik fordeling har blitt kalt Maxwell distribusjon. I 1860, var dette mønster utledet J. Maxwell henhold til ICB. De viktigste parameterne for fordelingen loven kalles Hastighet: sannsynligvis tilsvarer den maksimale verdi av kurven og den midlere kvadrat _q v = √ 2> - den midlere kvadrat hastigheten av partiklene.

Økningen i gasstemperaturen tilsvarer en økning av hastighetsverdier.

Basert på det faktum at alle hastighetene er like, og deres moduler har den samme betydning, kan vurderes:

• 2> = x ^2> + y ^2> + z ^2> hvor: x ^2> = 2> 3

Den grunnleggende ligning MKT med de gjennomsnittlige verdiene av gasstrykket har formen:

• p = ₀ nm 2> 3.

Dette forholdet er unik ved at den definerer forholdet mellom de mikroskopiske parametere: hastighet, masse av trykk til partikkelen, partikkeltetthet og gass som en helhet.

Ved hjelp av konseptet med kinetisk energi for partikkelen, kan den grunnleggende ligning MKT skrives om:

• p = 2nm ₀ 2> 6 = 2n k> 3

Gasstrykket er proporsjonal med den midlere verdi av den kinetiske energi av partiklene.

temperaturen

Interessant, for den konstante mengde av gass i det lukkede kar kan forbindes gasstrykket og den midlere verdi av partikkelkinetisk energi. karakterisert ved at trykkmåling kan utføres ved å måle energien til partiklene.

Hvordan du skriver inn? Hva kan sammenlignes med mengden av kinetisk energi? Denne mengde er den temperaturen.

Temperatur - måling av den termiske tilstand stoffer. For sin måling anvendes et termometer, basert handlinger som setter den termiske ekspansjon av arbeidsmediet (en alkohol, kvikksølv) under oppvarming. Omfanget av termometeret etablert eksperimentelt. Vanligvis er det gi koder svarende til stilling arbeidsmediet ved en viss fysikalske prosesser som skjer under termisk uforandret tilstand (kokende vann, smeltende is). Ulike termometre har ulike skalaer. For eksempel, omfanget Celsius, Fahrenheit.

Universal temperaturområde

Mer interessant i forhold til uavhengighet av arbeidsegenskaper i kroppen kan betraktes som en gass termometer. Deres utvalg er ikke avhengig av hvilken type gass som brukes. I en slik anordning kan skille hypotetisk temperatur ved hvilken gassen har en tendens til null trykk. Beregninger viser at denne verdien svarer til -273,15 ° ^C. Temperaturområdet (absolutt temperatur målestokk eller skala Kelvin) ble innført i 1848 år. For det viktigste poenget med denne skala tok nulte gasstrykk som mulig temperatur. Skalaen intervall lik enhetsverdi Celsius. Record grunnleggende ligning ved hjelp av ILC temperatur er mer praktisk i å studere gassprosesser.

Kommunikasjon trykk og temperatur

Erfaringsmessig kan man sikre at gasstrykket er proporsjonalt med temperaturen. Samtidig fant at trykket er direkte proporsjonal med konsentrasjonen av partikler:

• P = NKT,

hvor T - absolutt temperatur, k-konstant lik 1,38 • 10 ^-23 J / K

Den grunnleggende verdi å ha en konstant verdi for alle gasser, kalles Boltzmann konstant.

Sammenligning av trykket avhengighet av temperatur og gass ICB grunnleggende ligning kan skrives:

• til> = 3kT: 2

Middelverdien av den kinetiske energi av gassen molekyler bevegelse er proporsjonal med temperaturen. Det vil si, den temperatur er et mål for den kinetiske energi i partikkelbevegelsen.