Тепловое равновесие. Виды теплопередачи. Уравнение теплового баланса.

Комментарии преподавателя

Недостатки термометров, газовые термометры

По­это­му для любых точ­ных за­ме­ров тем­пе­ра­тур такие тер­мо­мет­ры не го­дят­ся. И на­чи­ная с во­сем­на­дца­то­го века, ис­поль­зу­ют­ся более точ­ные тер­мо­мет­ры, коими яв­ля­ет­ся га­зо­вые тер­мо­мет­ры (см. рис. 2)

Рис. 2. Га­зо­вый тер­мо­метр

При­чи­ной этого яв­ля­ет­ся тот факт, что газы рас­ши­ря­ют­ся оди­на­ко­во при из­ме­не­нии тем­пе­ра­ту­ры на оди­на­ко­вые зна­че­ния. Для га­зо­вых тер­мо­мет­ров спра­вед­ли­во сле­ду­ю­щее:

То есть для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры либо фик­си­ру­ет­ся из­ме­не­ние дав­ле­ния при по­сто­ян­ном объ­ё­ме, либо объём при по­сто­ян­ном дав­ле­нии.

В га­зо­вых тер­мо­мет­рах часто ис­поль­зу­ют раз­ре­жен­ный во­до­род, ко­то­рый, как мы пом­ним, очень хо­ро­шо под­хо­дит под мо­дель иде­аль­но­го газа.

         Абсолютная шкала температур

Кроме неиде­аль­но­сти бы­то­вых тер­мо­мет­ров имеет место быть неиде­аль­ность мно­гих шкал, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся в быту. В част­но­сти, шкала Цель­сия, как наи­бо­лее нам зна­ко­мая. Как и в слу­чае с тер­мо­мет­ра­ми эти шкалы вы­би­ра­ют слу­чай­ным об­ра­зом на­чаль­ный уро­вень (для шкалы Цель­сия это тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда). По­это­му для ра­бо­ты с фи­зи­че­ски­ми ве­ли­чи­на­ми необ­хо­ди­ма дру­гая, аб­со­лют­ная шкала.

Эту шкалу ввёл в 1848 г ан­глий­ский физик Уи­льям Томп­сон (лорд Кель­вин) (рис. 3). Зная, что при росте тем­пе­ра­тур теп­ло­вая ско­рость дви­же­ния мо­ле­кул и ато­мов тоже рас­тёт, нетруд­но уста­но­вить, что при умень­ше­нии тем­пе­ра­тур ско­рость будет па­дать и при опре­де­лён­ной тем­пе­ра­ту­ре рано или позд­но ста­нет нулём, как и дав­ле­ние (ис­хо­дя и ос­нов­но­го урав­не­ния МКТ). Эту тем­пе­ра­ту­ру и вы­бра­ли за на­ча­ло от­счё­та. Со­вер­шен­но оче­вид­но, что тем­пе­ра­ту­ра не может до­стиг­нуть зна­че­ния мень­ше этого зна­че­ния, по­это­му оно по­лу­чи­ло на­зва­ние «аб­со­лют­ный ноль тем­пе­ра­тур». Для удоб­ства же 1 гра­дус по шкале Кель­ви­на был при­ве­дён в со­от­вет­ствии с 1 гра­ду­сом по шкале Цель­сия.

Итак, по­лу­ча­ем сле­ду­ю­щее:

Сле­до­ва­тель­но, аб­со­лют­ный ноль тем­пе­ра­тур – это тем­пе­ра­ту­ра 

Рис. 3. Уи­льям Томп­сон  

Уравнение теплового баланса

Тела, участвующие в теплообмене, представляют собой термодинамическую систему. Термодинамическая система называется теплоизолированной, если она не получает энергию извне и не отдаёт её; теплообмен происходит только между телами, входящими в эту систему. Для любой теплоизолированной системы тел справедливо следующее утверждение: количество теплоты, отданное одними телами, равно количеству теплоты, принимаемому другими телами.

Qотд. = Qполуч.

Уравнение теплового баланса можно записать и в таком виде:

Q1+ Q2+…+ Qn= 0,

где n – количество тел системы.

Использованные источники: 

• https://www.youtube.com/watch?v=-dqvwynNv-Q
• http://www.youtube.com/watch?v=mD1YBgdkoN8

Файлы

Нет дополнительных материалов для этого занятия.