Что можно сказать о параметрах состояния системы находящейся в тепловом равновесии

Что можно сказать о параметрах состояния системы, находящейся в тепловом равновесии?

Что можно сказать о параметрах состояния системы, находящейся в тепловом равновесии?

Поясните на примере.

Тепловое равновесие– это такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.

В состоянии термодинамического равновесия не происходит теплообмен с окружающими телами, не изменяются объём и давление тела, отсутствуют взаимные превращения жидкостей, газов и твёрдых тел.

Пожалуйста, помогите?

Какие параметры характеризуют состояние теплового равновесия?

Какие макроскопические параметры, описывающие состояние теплового равновесия газа, связывает между собой объединённый газовый закон?

Какие макроскопические параметры, описывающие состояние теплового равновесия газа, связывает между собой объединённый газовый закон?

Какие физические параметры одинаковы у двух любых физических тел, находящихся между собой в тепловом равновесии?

Какие физические параметры одинаковы у двух любых физических тел, находящихся между собой в тепловом равновесии?

Примеры систем, находящихся в тепловом равновесии?

Примеры систем, находящихся в тепловом равновесии.

Физическая величина характеризующая тепловое состояние тела находящееся в тепловом равновесии называется?

Физическая величина характеризующая тепловое состояние тела находящееся в тепловом равновесии называется.

Какова особенность температуры как параметра состояния системы?

Какова особенность температуры как параметра состояния системы?

Какое состояние называется тепловым равновесием?

Какое состояние называется тепловым равновесием.

ОЧЕНЬ НУЖНО?

Какие физические параметры одинаковы у двух любых физических тел, находящихся между собой в тепловом равновесии?

Какие физические параметры одинаковы у двух любых физических тел, находящихся между собой в тепловом равновесии?

Будем решать задачи стандартно Дано : нам дана масса воды 700 грамм переводим в килограммы получается 0, 7 килограмм. Начальная температура 20 градусов и конечная тимпиратура 100 градусов. И удельнаятеплоемкость 4200 (нашли в таблице удельная тепло..

На мгновение в цепи потечет ток. После заряды перераспределятся и тока в цепи не будет.

Найдем плотность тела F = mg m = F / g = 12÷10 = 1, 2кг Ищем плотность тела po = m / V po = 1, 2 / 0, 002 = 600кг / м3 Это меньше чем плотность воды, значит тело не утонет.

A = 0, 15 м b = 0, 05 м c = 0, 03 м V = a•b•c = 0, 15 * 0, 05 * 0, 03 = 0, 000225 м³ ρ = m / V m = ρ•V m = 2200•0, 000225 = 0, 495 кг.

Источник

Содержание:

Тепловое равновесие:

Температура — мера средней кинетической энергии теплового движения частиц вещества

В повседневной жизни под температурой мы понимаем степень нагретости тела (холодное, тёплое, горячее). Такой подход является довольно субъективным, он зависит не только от состояния рассматриваемого тела, но и от наших ощущений. Чтобы избежать субъективной неопределённости, необходимо установить способ измерения температуры.

Тепловое равновесие

Если привести в соприкосновение два тела, то молекулы этих тел, взаимодействуя между собой, будут обмениваться энергией. При этом молекулы с большей кинетической энергией передают часть энергии молекулам с меньшей кинетической энергией. В результате средняя кинетическая энергия теплового движения молекул одного тела увеличивается, а другого — уменьшается. Отдающее энергию тело называют более нагретым, а тело, к которому энергия переходит, — менее нагретым. Как показывает опыт, такой переход энергии продолжается до тех пор, пока не установится некоторое состояние, в котором тела могут находиться сколь угодно долго. В этом состоянии степень нагретости тел становится и остаётся одинаковой, следовательно, у тел одинаковая температура. Это учитывают при измерении температуры тела. Термометр приводят в соприкосновение с телом, но отсчёт его показаний выполняют не сразу, а через некоторый промежуток времени. Это необходимо для того, чтобы между термометром и телом установилось тепловое равновесие.

Тепловое равновесие — состояние изолированной физической системы, при котором все её макроскопические параметры остаются неизменными с течением времени.

Под изолированной, или замкнутой, системой понимают систему тел, которая не обменивается энергией с окружающими телами.

Отметим, что у тел, входящих в физическую систему, находящуюся в состоянии теплового равновесия, могут быть различные значения плотности, концентрации, давления и объёма. Однако температура всех тел, входящих в такую систему, всегда одинакова.

Интересно знать:

Понятия «градус» и «температура» появились задолго до изобретения термометра. Знаменитый древнеримский врач Гален (II в.) считал, что все лекарства следует различать по «градусам» (от лат. gradus — ступень) теплоты, холода, сухости и влажности. Гален учил, что одни лекарства оказывают охлаждающее действие, а другие — согревающее. При необходимости следовало смешивать лекарства, чтобы умерить излишнее тепло влажностью, а холод — сухостью. От латинского слова temperature (смешение) возник термин «температура».

Температура и средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа

Определение температуры должно основываться на такой физической величине, которая характеризует состояние тел и является одинаковой для любых тел, находящихся в состоянии теплового равновесия. Необходимым свойством обладает средняя кинетическая энергия теплового движения частиц вещества. Тепловое движение частиц вещества существенно изменяется при изменении его агрегатного состояния. Максимально простым оно оказывается у одноатомного газа, атомы которого совершают только поступательное движение.

Возьмём несколько сосудов разной вместимости, снабжённых манометрами для измерения давления (рис. 16). Заполнив их различными газами, например аргоном, неоном и гелием, поместим сначала в сосуд с тающим льдом (

Опытным путём установлено, что в состоянии теплового равновесия, несмотря на различные значения давления и концентрации частиц, отношение давления к концентрации во всех сосудах оказалось практически одинаковым: Это отношение для разреженных газов (удовлетворяющих требованиям модели «идеальный газ») зависит только от температуры, и эта зависимость является линейной, т. е.

Здесь характеризует температуру газов в энергетических единицах (в СИ измеряют в джоулях*); — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора температурной шкалы. В 1899 г. немецкий физик-теоретик Макс Планк (1858—1947) предложил назвать коэффициент постоянной Больцмана в честь австрийского физика Людвига Больцмана (1844 — 1906), одного из основателей молекулярно-кинетической теории газов:

Если для измерения температуры использовать абсолютную температурную шкалу, то при определении числового значения температуры по этой шкале полагают:

Абсолютную (термодинамическую) шкалу температур предложил в 1848 г. выдающийся английский физик Уильям Томсон (1824—1907), удостоенный за работы в области физики в 1892 г. титула лорда Кельвина. Поэтому эту шкалу обычно называют шкалой Кельвина.

Шкала Кельвина совершенно не зависит от физических свойств каких бы то ни было веществ, поэтому её можно считать абсолютной и универсальной.

Нулевая точка по шкале Кельвина соответствует самой низкой теоретически возможной температуре (абсолютный нуль температуры). Температура тающего льда по этой шкале Связь между температурами по шкале Цельсия и по шкале Кельвина (Т) имеет вид:

* Единица измерения температуры джоуль неудобна. Например, температура кипения воды, выраженная в джоулях: Дж.
Единица температуры по абсолютной шкале один кельвин (1 К) является основной единицей температуры в СИ и совпадает с одним градусом (1 °С) по шкале Цельсия. Поэтому разность температур по шкале Кельвина и по шкале Цельсия одинакова, т. е. (рис. 17).

От теории к практике:

Выразите по шкале Кельвина температуру тела здорового человека.

Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеального газа (3.2) следует: Таким образом, учитывая выражение (4.1), можно записать: или

Соотношение (4.2) устанавливает связь между абсолютной температурой Т идеального газа и средней кинетической энергией поступательного движения его частиц. Таким образом, из формулы (4.2) следует, что средняя кинетическая энергия поступательного движения частиц идеального газа пропорциональна его абсолютной температуре.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газов, находящихся в состоянии теплового равновесия, одинакова для разных газов и не зависит от массы молекулы газа.

Этот вывод, основанный на экспериментах с разреженными газами, справедлив для жидкостей и твёрдых тел.

Уравнение (4.2) можно записать следующим образом: откуда

С учётом формулы (4.1) основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа может быть записано в виде:

Из уравнения (4.3) следует, что при одинаковых значениях абсолютной температуры Т и концентрации частиц давление любых газов одинаково, независимо от того, из каких частиц они состоят.

Сравните средние квадратичные скорости атомов гелия и молекул кислорода, если газы находятся в состоянии теплового равновесия.

Решение. Средняя квадратичная скорость теплового движения частиц газа Поскольку масса одной молекулы вещества то

Так как газы находятся в состоянии теплового равновесия, т. е. то средние квадратичные скорости атомов гелия

молекул кислорода
Тогда:

Ответ: в состоянии теплового равновесия средняя квадратичная скорость атомов гелия в 2,8 раза больше средней квадратичной скорости молекул кислорода.

В баллоне вместимостью находился газ, абсолютная температура которого Расходуя газ, из баллона выпустили молекул. Определите, на сколько уменьшилось давление газа в баллоне, если через некоторый промежуток времени его температура увеличилась до первоначального значения.

Решение. Начальное давление газа

После того как израсходовали часть газа, а его температура увеличилась до первоначального значения Т, давление газа стало

Тогда убыль давления газа:

Ответ:

Тепловое равновесие, температура

Понятие температуры занимает важное место в повседневной жизни. Так, говоря температура, мы обычно подразумеваем степень нагретости (горячее, теплое, холодное) тела. Такое рассмотрение в достаточной степени субъективно, потому что температура зависит не только от состояния рассматриваемого тела, но и от нашей чувствительности.

Тепловое равновесие:

Известно, что при соприкосновении двух тел с разными температурами между ними происходит теплообмен: тепло переходит от тела с высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температуры обоих тел не сравняются. Этот факт учитывается при измерении температуры тел — термометр приводится в соприкосновение с телом, но его показания снимаются не сразу, а через определенный промежуток времени, в течение которого между телом и термометром устанавливается тепловое, или так называемое термодинамическое равновесие. При термодинамическом равновесии макроскопические параметры системы остаются постоянными, то есть изменение агрегатного состояния вещества не происходит.

Состояние теплового равновесия системы характеризуется температурой.

Качественное и количественное определение температуры должно основываться на определении физической величины, которая, во-первых, должна характеризовать состояние тела, во-вторых, должна быть одинакова для всех тел, находящихся в тепловом равновесии. Такой величиной является средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул вещества. Можно легко определить ее значения для поступательно движущихся молекул одноатомного идеального газа.

С этой целью был поставлен следующий интересный эксперимент: три баллона разного объема, снабженные манометрами (прибор для измерения давления), заполнены различными газами, например, аргоном, неоном и гелием. Баллоны помещаются сначала в тающий лед а затем в кипящую воду (b).

Произведенные вычисления показывают, что в обоих случаях (и при температуре 0°С, и при температуре 100°С) при достижении теплового равновесия, отношение во всех баллонах остается постоянным, несмотря на то, что давление и концентрация газов разная:

при

при

Если принять во внимание, что то получается, что при тепловом равновесии отношение давления газа к его концентрации равно постоянной величине, измеряемой в единицах энергии — джоулях:

Здесь (тета) — является постоянной величиной, зависящей для всех разреженных газов, приближенных к идеальному газу, только от температуры:

— абсолютная температура, — является коэффициентом пропорциональности и называется постоянной Больцмана, в честь австрийского физика Людвига Больцмана (1844—1906). Опытным путем было определено, что постоянная Больцмана равна:

Постоянная Больцмана связывает температуру измеряемую в единицах энергии, с абсолютной температурой измеряемой в Кельвинах. Из выражений (6.6) и (6.7) получается выражение для давления идеального газа:

Выражение (6.9) может быть использовано для определения абсолютной температуры в Кельвинах:

Формула (6.10) дает возможность создания новой температурной шкалы. Такая температурная шкала, называемая шкалой абсолютных температур, была предложена в 1848 году английским физиком Уильямом Томсоном (1824-1907). За вклад в области физики в 1892 году он был награжден титулом лорда Кельвина.

Поэтому предложенная им шкала температур называется шкалой Кельвина. Нулевая точка шкалы Кельвина, то есть температура абсолютного нуля, это самая низкая температура, какая возможна теоретически и практически. Согласно этой шкале температура плавления льда равна Соотношение между температурной шкалой Цельсия и шкалой Кельвина следующая: При вычислениях это соотношение можно записать в более простой форме:

(с).

• Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре:

Из формулы (6.12) ясно виден физический смысл температуры:

Средняя квадратичная скорость молекул

Из формул (6.1), (6.3) и (6.5) можно вычислить среднюю квадратичную скорость молекул:

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

Температура и тепловое равновесие

Урок 27. Физика 10 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Температура и тепловое равновесие»

Как мы с вами знаем, атомы и молекулы, взаимодействуя друг с другом, образуют разнообразные вещества. И если число частиц в веществе невелико (до нескольких десятков или сотен), то говорят о микросистеме. Если же тела состоят из огромного числа частиц, то их называют макроскопическими телами или просто макротелами.

Состояние макротел, в частности газов, и процессы изменения их состояний характеризуются микроскопическими и макроскопическими параметрами. К первым относятся характеристики самих молекул (это скорость, масса, энергия и так далее). Причём средние численные значения этих характеристик можно определить только расчётным путём.

Макроскопическими параметрами газа являются его давление, температура и объём, значения которых определяются совместным действием огромного числа молекул и могут быть измерены с помощью приборов или вычислены. Важно помнить, что макропараметры — это параметры, характеризующие состояние газа в целом и не имеющие смысла в применении к отдельным частицам системы.

Вы уже знаете, что под объёмом газа понимают объём сосуда, в котором он находится. А давление газа определяется средней силой ударов его молекул о стенки сосуда, отнесённой к единице площади.

А что же такое температура? Вот есть кубик льда, он какой? Правильно, холодный. А что можно сказать вот об этой чашке чая? Ну, судя по струйке пара, она горячая. А что с этой планетой? Правильно, она раскалённая почти до предела.

Заметьте, что у нас не вызвало никаких затруднений определить холодное это тело или горячее, так как мы хорошо знаем различия между ними. При этом мы говорим о том, что одно тело имеет более высокую (или низкую) температуру, чем другое. Таким образом, можно утверждать, что температура характеризует степень нагретости тел.

Всем вам известно, что измерить температуру вещества можно при помощи термометра. Устройство большинства термометров основано на способности веществ изменять свои физические параметры (объём, сопротивление и так далее) при изменении температуры тела.

Интересно, что первыми, кому понадобилась сравнительная шкала «теплоты тела», были врачи. Они давно заметили, что здоровье человека связано с «теплотой» его тела. Лекарства, которые давались больному, способны были изменить это «качество, привнося с собой тепло или холод». Степень же воздействия лекарства на человека определялась градусами, что в переводе с латинского означает «шаг», «ступень». А для получения различных градусов лекарства смешивались между собой, образуя температуру (с латинского «температура» переводится как «смесь»). Позже термины «температура» и «градус» были распространены на все тепловые явления.

Изобретение прибора для измерения температуры (собственно термометра) относят к 1592 — 1600 годам и приписывают знаменитому итальянцу Галилео Галилею. Его термометр состоял из стеклянного шара с трубкой, наполненного воздухом, который запирался столбиком воды. Высота столбика зависела от атмосферного давления, которое, в свою очередь, зависело от температуры воздуха и других параметров. При повышении температуры в сосуде уровень жидкости в нём опускался, а при охлаждении — поднимался.

Со временем термометры усовершенствовались и к ним добавили температурные шкалы. В 1701 году Исааком Ньютоном была описана 12 градусная шкала. Нулю в ней соответствовала температура замерзания воды. А 12 о отвечали за температуру тела здорового человека.

Первая же современная шкала была описана в 1724 году Габриелем Фаренгейтом. За самую низкую температуру, то есть 0 o F, он принял чрезвычайно низкую температуру зимы 1709 года в Данциге (её он получал путём смешивания льда, поваренной соли и нашатыря). Второй отправной точкой служила температура таяния льда, равная 32 o F. А третья точка соответствовала температуре тела здорового человека — 98 o F. Интересно, но эта шкала температур до сих пор используется в некоторых странах мира, среди которых и США.

В настоящее время в метрической системе для практического употребления принята всем известная шкала Цельсия. Предложена она была в 1742 году шведским учёным Андерсом Цельсием. За 0 о С в ней была принята (не удивляйтесь!) температура кипения воды при нормальных условиях. А вторая точка, равная 100 о С, соответствовала температуре плавления льда. Лишь в 1745 году, после смерти учёного, соотечественник Цельсия — ботаник Карл Линней — для удобства «перевернул» эту шкалу. В таком виде она и используется по сей день.

Конечно же, любой термометр не покажет вам температуру тела сразу же после контакта с ним. Необходимо некоторое время для того, чтобы температура исследуемого тела и температура термометра стали равными и между телами установилось тепловое равновесие.

У тел, входящих в физическую систему, находящуюся в состоянии теплового равновесия, могут быть различные значения плотности, концентрации, давления и объёма. Однако температура всех тел, входящих в такие системы, всегда одинакова.

Тепловое равновесие с течением времени устанавливается между любыми телами системы, имеющими различную температуру. Вот простой пример. Возьмём банку с водой и кубиком льда внутри неё. Закроем банку крышкой, в которую встроены два термометра, так, чтобы один из них измерял температуру воздуха, а второй — воды. Понаблюдаем за показаниями обоих термометров в течение некоторого времени.

Как видим, с течением времени температура воды и воздуха в сосуде выровнялась. Отсюда можно сделать простой, но важный вывод: любое макроскопическое тело (или группа тел) при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия. При этом все тела, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру. Следовательно, температура является характеристикой состояния теплового равновесия.

Очевидно, что если привести в соприкосновение два тела, имеющие одинаковую температуру, то между ними теплообмен происходить не будет. Но если температуры тел будут различны, то между ними будет происходить обмен энергией. При этом, как видно из опыта, передача тепловой энергии происходит от более нагретого тела к менее нагретому.

Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры. Однако чаще всего на практике (то есть в большинстве термометров) используется зависимость объёма жидкости (чаще ртути или спирта) от температуры. Но вы наверняка знаете, что различные жидкости по-разному ведут себя при расширении. Поэтому градуировка шкалы термометра будет зависеть от свойств данной жидкости. Следовательно, и расстояния между двумя соседними отметками на шкале будут различны.

Для примера представим, что мы находимся в лаборатории, температура воздуха в которой постоянна. Возьмём два одинаковых достаточно узких сосуда. Пусть один из них частично наполнен глицерином, а второй — бензином так, чтобы положения столбиков обеих жидкостей были одинаковы.

Теперь поместим оба сосуда в горячую воду, температуру которой мы можем поддерживать постоянной, и немного подождём. Нетрудно заметить, что при установлении теплового равновесия высота столбика бензина гораздо выше высоты столбика глицерина.

О чём это говорит? О том, что при использовании разных жидкостей температурные шкалы будут иметь разный вид. Но тогда какое вещество выбрать, чтобы избавиться от этой зависимости, и существует ли оно?

Оно существует — и это газ. Правда не обычный, а разрежённый. Уже давно было замечено, что в отличие от жидкостей все разрежённые газы — водород, гелий, кислород — расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют своё давление при изменении температуры.

В связи с этим в физике для установления рациональной температурной шкалы используют изменение давления определённого количества разрежённого газа при постоянном объёме или изменение объёма газа при постоянном давлении. Такую шкалу часто называют идеальной газовой шкалой температур.

При её установлении удаётся избавиться ещё от одного существенного недостатка шкалы Цельсия — произвольности выбора нулевой температуры.

А сейчас давайте с вами решим одну небольшую задачу. В 1966 году режиссёр Франсуа Трюффо снял антиутопический фильм о будущем по одноимённому роману Рэя Брэдбери «451 о по Фаренгейту». «Переведите» название фильма в шкалу Цельсия.

Источник