Термодинамика - формы энергии и процессы ее преобразования в природных и технологических системах

Конкретно - через изменение размера физической величины длины «рабочего тела» термометра, например, столбика ртути, вследствие изменения объема ртути при нагревании. Итак, вопрос «что показывает температура?» Вовсе не риторический. Понятие температуры - сложный и «неудобный» для понимания. Не существует такой единицы температуры, которой можно измерить непосредственно любую температуру, как, например, килограммом можно измерить массу любого тела, метром - его длину, Джоуля - работу (энергию). Эти физические величины характеризуют количественные (экстенсивные) свойства предмета измерения, а температура - качественную (интенсивную) его свойство.

Совокупность величин экстенсивных свойств объектов или явлений, например, массы, объема, количества вещества, энергии и многих других, является их суммой. Но нельзя утверждать, что совокупность температур двух объемов воды с разной (или одинаковой) температурой, если их объединить, будет вдвое выше: интенсивные свойства не суммируются, а лишь усредняются.

Более четырехсот лет прошло, как Галилей изобрел прибор для измерения температуры - термоскоп (газовый термометр), а ученые до сих пор изучают это явление. В течение длительного времени температуру рассматривали именно как меру теплоты, то есть в нашем современном понимании как меру энергии, а саму теплоту - как специфическую субстанцию, которая входит в вещество за ее нагрев или какую вещество теряет за охлаждение. Итак, нагретое тело рассматривалось как смесь собственной вещества (материи) и теплоты.

Слово «температура» в переводе с латинского означает «правильное соотношение, мера». В нашем случае мера соотношения смеси вещества и теплоты.

Сейчас такое представление о температуре забыто, а слово «температура» осталось, но приобрело другой смысл. Правда, как и во времена Галилея мы определяем температуру опосредованно - через изменение экстенсивных свойств «рабочего тела» (посредника).

Наиболее распространенными термометрами есть такие, что у них изменение температуры фиксируется с изменением объема (длины) «рабочего тела», например ртути, спирта, газа, или изменением давления или термоэлектродвижущей силы в термопарах. Но, к сожалению, в различных диапазонах температур разные «рабочие тела» меняют размер не с одинаковым коэффициентом пропорциональности к изменению величины температуры.

Лучшим (идеальным) «рабочим телом» в таких термометрах мог быть известен молекулярно-кинетической теории газов - идеальный газ, изменение экстенсивных свойств которого - объема или давления является линейной функцией аргумента - температуры.

Такую зависимость давления и объема идеального газа от температуры отражает известное уравнение Б. Клапейрона, где P и V соответственно давление и объем, m - масса и M - молярная масса газа, а R - газовая постоянная 8,3. Эту зависимость широко используется в теоретических расчетах, но для практического измерения температуры идеальный газ не применяют - его просто не существует в природе.

Добавить комментарий: