Что есть температура, или Чему равен хаос

Сообщение №73795 от Бабинцев Виктор 22 января 2012 г. 08:42
Тема: Что есть температура, или Чему равен хаос

Показания уличного термометра мы связываем с кинетической энергией молекул воздуха. Но вот, что сказал о температуре Нобелевский лауреат академик Петр Леонидович Капица: «… мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние...".

Выходит, уважаемый академик предлагает вывести на первое место в определении температуры хаотичность движения молекул, а их кинетическая энергия движения – это как бы нечто вторичное и даже недостойное нашего внимания? Сомневаюсь, однако... Что ж, попробуем разобраться.

Имеем два одинаковых сосуда. В одном из них – газ водород, а в другом – кислород. И в каждом сосуде - по термометру. Согласно закона Авогадро, в равных объемах различных газов при равных условиях содержится равное количество молекул. Пусть так и будет. Теперь, в какие бы температурные условия мы не переместили эти сосуды, температура в них через какое-то время будет одинаковой. То, что оказывает равное по сумме своей воздействие на термометры в обоих изолированных сосудах, находящихся в равных условиях, и войдет в наше определение температуры. Согласны?

Мыслим «по-школьному». Температура газа пропорциональна кинетической энергии молекул газа, а кинетическая энергия прямо пропорциональна массам молекул газа и квадрату средней скорости их движения. Заметим, что масса молекулы кислорода в 16 раз больше массы молекулы водорода. Если бы средняя скорость движения молекул водорода была в 16 раз больше, то произведения молекулярных масс на скорости (не на квадраты скоростей) в обоих сосудах были бы одинаковыми, и не было бы этого вопроса. Однако легкие молекулы водорода движутся быстрее тяжелых молекул кислорода только в 4 раза. Выходит, П.Л.Капица прав: равенства кинетической энергии движения молекул различных газов в одинаковых условиях нет и быть не может; стало быть, само движение молекул не может быть мерилом температуры? Или где же тогда еще одно « в 4 раза»?

Встаем на сторону академика - "... мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения". И суть тут для нас такая: чем больше будет столкновений молекул газа с рабочим телом термометра, тем выше может быть и показанная им температура.

Количество молекул в обоих одинаковых сосудах одинаково. Следовательно, одинаковы и средние расстояния между пренебрежительно малыми по своим размерам молекулами. Но молекулы водорода движутся в 4 раза быстрее. Значит, они в 4 раза чаще сталкиваются и между собой, и с атомами термометра. Вот нам и второе «в 4 раза».

Получается: в сосуде с водородом легкие молекулы взаимодействуют с атомами термометра на в 4 раза больших скоростях и еще в 4 раза чаще. 4 х 4 = 16. Получается, что, "с точки зрения термометра", молекул водорода в четыре раза больше и они в четыре раза быстрее, поэтому и оказывают на него равное с кислородом суммарное воздействие.

Похоже, это нам и требовалось уяснить. Но, давайте, не будем спешить с выводами и добавим к нашему мысленному эксперименту еще три сосуда - с азотом, углекислым газом и парами воды.

Смотрим на таблицу, в которой масса молекул показана в килограммах на 10 в минус 26 степени, а средняя скорость молекул при ноле градусов – в метрах в секунду.

Таблица 1

Водород 0,33 1760 м/с
Пары воды 3,0 570
Азот 4,6 450
Кислород 5,3 425
Углекисл. газ 7,3 360

Подбираем любую пару из таблицы, решаем и из условия равенства температур выводим ее определение, которое уже будет трудно кому-либо оспорить:
«Температура идеального газа – это средний импульс его молекул, помноженный на хаос». А хаос – это средняя скорость теплового движения молекул данного газа в квадрате, то есть это уже не скорость, а вполне определенное число столкновений молекулы в отрезок времени, который мы еще установим, узнав среднюю длину свободного пробега молекул данного газа. А так же формулируем новый газовый закон - закон равенства температуры: "При равенстве температуры отношение молекулярных масс двух идеальных газов равно обратному отношению средних скоростей их молекул в квадрате".

И еще один важный вывод: про кинетическую энергию в определении температуры лучше позабыть.

(Лукавых формул типа "эм вэ в кубе" мы писать не будем, ибо есть и другая логика, построенная на причинности разности температур одного и того же газа. Значения скоростей для таблицы я просто-напросто нагуглил, когда безуспешно пытался найти ответ на вопрос "Что такое температура?".)


Отклики на это сообщение:

«… мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние…» Перевожу эти слова академика П.Л. Капицы с русского на русский: «Только количество соударений или частота соударений внешних атомов тела с атомами среды определяет температурное состояние тела. При этом ни скорость, ни масса атомов внешней среды и самого тела для температурного состояния тела не имеют ни какого значения».

И ведь все проще пареной репы, если представить себе медленное сближение и сильное взаимодействие двух волчков и при этом еще знать силу, «подкручивающую» атомы до исходного состояния после каждого «столкновения». Об этой силе и речь.

Продолжение следует….

( Все выводы данной вступительной статьи будут опровергнуты)


определенное число столкновений молекулы в отрезок времени,

Попробуйте для ясности ответить на два вопроса. Чисто умозрительно увеличим размер атома водорода до размеров когда его протон будет равен 1метр в диаметре, в этом случае орбита электрона,, будет находиться на расстоянии 10 км от него, как по вашему чем и как атомы водорода сталкиваются друг с другом? И второй вопрос представьте себе сосуд с газом , но без газа т.е. в нем нет ни одной молекулы или атома, абсолютный вакуум, как по вашему температура в нем будет?


> определенное число столкновений молекулы в отрезок времени,

> Попробуйте для ясности ответить на два вопроса. Чисто умозрительно увеличим размер атома водорода до размеров когда его протон будет равен 1метр в диаметре, в этом случае орбита электрона,, будет находиться на расстоянии 10 км от него, как по вашему чем и как атомы водорода сталкиваются друг с другом? И второй вопрос представьте себе сосуд с газом , но без газа т.е. в нем нет ни одной молекулы или атома, абсолютный вакуум, как по вашему температура в нем будет?

>> На второй вопрос отвечаю так: в вакууме температуры нет, поэтому вакуумные оболочки используются в устройстве термосов.

>> Ответ на первый свой вопрос Вы, возможно, найдете в "Гравитационная теория атома". Просто забейте в поисковике.


Физика в анимациях - Купить диск - Тесты по физике - Графики on-line

Реклама:
Rambler's Top100