Тепловое равновесие. Температура

Макроскопические параметры. Для описания процессов в газах и других макроскопических телах нет необходимости все время обращаться к молекулярно-кинетической теории. Поведение макроскопических тел, в частности газов, можно охарактеризовать немногим числом физических величин, относящихся не к отдельным молекулам, слагающим тела, а ко всем молекулам в целом.

К числу таких величин относятся объем V, давление p, температура t и др.

Так, газ данной массы всегда занимает некоторый объем, имеет определенные давление и температуру. Объем

и давление представляют собой механические величины, описывающие состояние газа. Температура в механике не рассматривается, так как она характеризует внутреннее состояние тела.

Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел называется термодинамической системой. Величины, характеризующие состояние Термодинамической системы без учета молекулярного строения тел, называют Макроскопическими (или термодинамическими) параметрами. Макроскопические параметры не исчерпываются

объемом, давлением и температурой.

Например, для смеси газов нужно еще знать концентрации отдельных компонентов смеси. Обычный атмосферный воздух представляет собой такую смесь.

Холодные и горячие тела. Центральное место во всем учении о тепловых явлениях занимает понятие температуры. Все мы отлично знаем различие между холодными и горячими телами. На ощупь мы можем определить, какое тело нагрето сильнее, и говорим, что это тело имеет более высокую температуру.

Температура характеризует Степень нагретости тела. Для измерения температуры был создан прибор, называемый термометром. В его устройстве использовано свойство тел наменять объем при нагревании или охлаждении.

Тепловое равновесие. Для измерения температуры тела человека нужно подержать медицинский термометр под мышкой 5-8 мин. За это время ртуть в термометре нагревается и уровень ее повышается.

По длине столбика ртути можно определить температуру. То же самое происходит при измерении температуры любого тела любым термометром. Термометр никогда не покажет температуру тела сразу же после того, как он приведен в соприкосновение с телом.

Необходимо некоторое время для того, чтобы температуры тела и термометра выравнялись и между ними установилось Тепловое равновесие, при котором температура перестает изменяться.

Тепловое равновесие с течением времени устанавливается между любыми телами с различной температурой. Бросьте в стакан с водой кусочек льда и закройте стакан плотной крышкой. Лед начнет плавиться, а вода охлаждаться.

Когда лед растает, вода станет нагреваться, и после того, как она примет температуру окружающего воздуха, никаких изменений внутри стакана с водой происходить не будет. Из этих и подобных им простых наблюдений можно сделать вывод о существования очень важного общего свойства тепловых явлений. Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел – термодинамическая система – при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.

Тепловым или термодинамическим равновесием называют такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными. Это означает, что в системе не меняются объем и давление, не происходит теплообмена, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей и твердых тел и т. д. В частности, не меняется объем столбика ртути в термометре. Это означает, что температура системы остается постоянной.

Но микроскопические процессы внутри тела не прекращаются и при тепловом равновесии. Меняются положения молекул, их скорости при столкновениях.

Температура. Термодинамическая система может находиться в различных состояниях теплового равновесия. В каждом из этих состояний температура имеет свое, строго определенное значение. Другие величины в состоянии теплового равновесия могут иметь различные (но постоянные) значения. Так, объемы различных частей системы и давления внутри них при наличии твердых перегородок могут быть разными.

Если вы внесете с улицы мяч, наполненный сжатым воздухом, то спустя некоторое время температура воздуха в мяче и комнате выравняется. Давление же воздуха в мяче все равно будет больше комнатного. Только после нарушения герметичности мяча воздух из него начнет выходить и давления выравняются.

Температура характеризует состояние теплового равновесия макроскопической системы: во всех частях системы, находящейся в состоянии теплового равновесия, температура имеет одно и то же значение.

При одинаковых температурах двух тел между ними не происходит теплообмена. Тела находятся в состоянии теплового равновесия. Если же температуры тел различны, то при установлении между ними теплового контакта будет происходить обмен энергией. При этом тело с большей температурой будет отдавать энергию телу с меньшей температурой.

Разность температур тел указывает направление теплообмена между ними.

1. Какие величины характеризуют внутреннее состояние макроскопических тел? 2. Каковы отличительные признаки состояния теплового равновесия? 3. Приведите примеры установления теплового равновесия тел, окружающих вас в повседневной жизни.

4. Какой физической величиной характеризуется состояние теплового равновесия?



Тепловое равновесие. Температура