Termenul de „temperatură” a apărut într-un moment în care fizicienii credeau că corpurile calde constau mai mult dintr-o substanță specifică - calorică - decât aceleași corpuri, dar reci. Iar temperatura a fost interpretată ca o valoare corespunzătoare cantității de calorii din organism. De atunci, temperatura oricărui corp a fost măsurată în grade. Dar, de fapt, este o măsură a energiei cinetice a moleculelor în mișcare și, pe baza acesteia, ar trebui măsurată în Jouli, în conformitate cu Sistemul de unități C.
Conceptul de „temperatura zero absolut” provine din a doua lege a termodinamicii. Potrivit acestuia, procesul de transfer de căldură de la un corp rece la unul cald este imposibil. Acest concept a fost introdus de fizicianul englez W. Thomson. Pentru realizările sale în fizică, a primit titlul de nobilime „Lord” și titlul de „Baron Kelvin”. În 1848, W. Thomson (Kelvin) a propus să folosească o scală de temperatură în care a luat ca punct de pornire temperatura zero absolută, corespunzătoare frigului extrem, și a luat grade Celsius ca valoare de diviziune. Unitatea Kelvin este 1/27316 din temperatura punctului triplu al apei (aproximativ 0 grade C), i.e. temperatura la care apa pură există imediat sub trei forme: gheață, apă lichidă și abur. temperatura este cea mai scăzută temperatură scăzută posibilă la care se oprește mișcarea moleculelor și nu mai este posibilă extragerea energiei termice dintr-o substanță. De atunci, scala de temperatură absolută a fost numită după el.
Temperatura este măsurată pe diferite scări
Scala de temperatură cea mai frecvent utilizată se numește scala Celsius. Este construit pe două puncte: pe temperatura tranziției de fază a apei de la lichid la abur și apă la gheață. A. Celsius în 1742 a propus împărțirea distanței dintre punctele de referință în 100 de intervale și luarea apei ca zero, cu punctul de îngheț la 100 de grade. Dar suedezul K. Linnaeus a sugerat să se facă opusul. De atunci, apa a înghețat la zero grade A. Celsius. Deși ar trebui să fiarbă exact la Celsius. Zero absolut Celsius corespunde cu minus 273,16 grade Celsius.
Există mai multe scări de temperatură: Fahrenheit, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer. Au prețuri diferite de diviziune. De exemplu, scara Reaumur este construită și pe punctele de referință de fierbere și înghețare a apei, dar are 80 de diviziuni. Scara Fahrenheit, care a apărut în 1724, este folosită în viața de zi cu zi doar în unele țări ale lumii, inclusiv în SUA; una este temperatura amestecului de apă gheață și amoniac, iar cealaltă este temperatura corpului uman. Scara este împărțită în o sută de diviziuni. Zero Celsius corespunde 32 Conversia grade Fahrenheit se poate face folosind formula: F = 1,8 C + 32. Conversie inversă: C = (F - 32)/1,8, unde: F - grade Fahrenheit, C - grade Celsius. Dacă vă este prea lene să numărați, accesați un serviciu online pentru conversia Celsius în Fahrenheit. În casetă, introduceți numărul de grade Celsius, faceți clic pe „Calculați”, selectați „Fahrenheit” și faceți clic pe „Start”. Rezultatul va apărea imediat.
Numit după fizicianul englez (mai precis scoțian) William J. Rankin, care a fost contemporan cu Kelvin și unul dintre creatorii termodinamicii tehnice. Există trei puncte importante în scara sa: începutul este zero absolut, punctul de îngheț al apei este de 491,67 grade Rankine și punctul de fierbere al apei este de 671,67 grade. Numărul de diviziuni dintre înghețarea apei și fierberea acesteia atât pentru Rankine, cât și pentru Fahrenheit este de 180.
Majoritatea acestor cântare sunt folosite exclusiv de fizicieni. Iar 40% dintre liceenii americani chestionați astăzi au spus că nu știu ce este temperatura zero absolut.
Poveste
Cuvântul „temperatură” a apărut în acele zile când oamenii credeau că corpurile mai încălzite conțineau o cantitate mai mare de substanță specială - calorică - decât cele mai puțin încălzite. Prin urmare, temperatura a fost percepută ca puterea unui amestec de materie corporală și calorică. Din acest motiv, unitățile de măsură ale tăriei băuturilor alcoolice și ale temperaturii se numesc aceleași - grade.
Deoarece temperatura este energia cinetică a moleculelor, este clar că este cel mai natural să o măsuram în unități de energie (adică în sistemul SI în jouli). Cu toate acestea, măsurarea temperaturii a început cu mult înainte de crearea teoriei cinetice moleculare, astfel încât scalele practice măsoară temperatura în unități convenționale - grade.
scara Kelvin
Termodinamica folosește scara Kelvin, în care temperatura este măsurată de la zero absolut (starea corespunzătoare energiei interne minime teoretic posibile a unui corp), iar un kelvin este egal cu 1/273,16 din distanța de la zero absolut la punctul triplu al apă (starea în care perechile de gheață, apă și apă sunt în echilibru). Constanta lui Boltzmann este folosită pentru a converti kelvinii în unități de energie. Se mai folosesc unități derivate: kilokelvin, megakelvin, millikelvin etc.
Celsius
În viața de zi cu zi se folosește scara Celsius, în care 0 este punctul de îngheț al apei, iar 100° este punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică. Deoarece punctele de îngheț și de fierbere ale apei nu sunt bine definite, scala Celsius este definită în prezent folosind scala Kelvin: un grad Celsius este egal cu un kelvin, zero absolut este considerat a fi -273,15 °C. Scara Celsius este practic foarte convenabilă deoarece apa este foarte comună pe planeta noastră și viața noastră se bazează pe ea. Zero Celsius este un punct special pentru meteorologie, deoarece înghețarea apei atmosferice schimbă totul semnificativ.
Fahrenheit
In Anglia si mai ales in SUA se foloseste scara Fahrenheit. Această scară împarte intervalul de la temperatura celei mai reci ierni din orașul în care a trăit Fahrenheit la temperatura corpului uman în 100 de grade. Zero grade Celsius este 32 de grade Fahrenheit, iar un grad Fahrenheit este egal cu 5/9 grade Celsius.
Definiția actuală a scalei Fahrenheit este următoarea: este o scară de temperatură în care 1 grad (1 °F) este egal cu 1/180 din diferența dintre punctul de fierbere al apei și temperatura de topire a gheții la presiunea atmosferică și punctul de topire al gheții este de +32 °F. Temperatura Fahrenheit este legată de temperatura Celsius (t °C) prin raportul t °C = 5/9 (t °F - 32), adică o modificare a temperaturii de 1 °F corespunde unei modificări de 5/9 ° C. Propus de G. Fahrenheit în 1724.
Scara Reaumur
Propus în 1730 de R. A. Reaumur, care a descris termometrul cu alcool pe care l-a inventat.
Unitatea este gradul Reaumur (°R), 1 °R este egal cu 1/80 din intervalul de temperatură dintre punctele de referință - temperatura de topire a gheții (0 °R) și punctul de fierbere al apei (80 °R)
1 °R = 1,25 °C.
În prezent, cântarul a căzut din uz; a supraviețuit cel mai mult în Franța, patria autorului.
|
Conversia temperaturii între scalele principale |
|||
|
Kelvin |
Celsius |
Fahrenheit |
|
|
Kelvin (K) |
C + 273,15 |
= (F + 459,67) / 1,8 |
|
|
Celsius (°C) |
K − 273,15 |
= (F − 32) / 1,8 |
|
|
Fahrenheit (°F) |
K 1,8 − 459,67 |
C 1,8 + 32 |
|
Compararea scalelor de temperatură
|
Descriere |
Kelvin | Celsius |
Fahrenheit |
Newton | Reaumur |
|
Zero absolut |
−273.15 |
−459.67 |
−90.14 |
−218.52 |
|
|
Temperatura de topire a unui amestec de Fahrenheit (sare și gheață în cantități egale) |
255.37 |
−17.78 |
−5.87 |
−14.22 |
|
| Punctul de îngheț al apei (condiții normale) |
273.15 |
||||
|
Temperatura medie a corpului uman ¹ |
310.0 |
36.8 |
98.2 |
12.21 |
29.6 |
|
Punctul de fierbere al apei (condiții normale) |
373.15 |
||||
| Temperatura suprafeței solare |
5800 |
5526 |
9980 |
1823 |
4421 |
¹ Temperatura normală a corpului uman este de 36,6 °C ±0,7 °C sau 98,2 °F ±1,3 °F. Valoarea obișnuită de 98,6 °F este o conversie exactă în Fahrenheit a valorii germane din secolul al XIX-lea de 37 °C. Deoarece această valoare nu se află în intervalul de temperatură normală conform conceptelor moderne, putem spune că conține o acuratețe excesivă (incorectă). Unele valori din acest tabel au fost rotunjite.
Comparație între scalele Fahrenheit și Celsius
(o F- scara Fahrenheit, oC- scara Celsius)
|
oF |
oC |
oF |
oC |
oF |
oC |
oF |
oC |
|||
|
459.67 |
273.15 |
60 |
51.1 |
4 |
20.0 |
20 |
6.7 |
Pentru a converti grade Celsius în Kelvin, trebuie să utilizați formula T=t+T 0 unde T este temperatura în kelvin, t este temperatura în grade Celsius, T 0 =273,15 kelvin. Mărimea unui grad Celsius este egală cu Kelvin.
Orice corp fizic, inclusiv toate obiectele din Univers, are o temperatură minimă sau o limită a acesteia. Punctul de pornire al oricărei scale de temperatură este considerat a fi valoarea temperaturii zero absolut. Dar asta este doar în teorie. Mișcarea haotică a atomilor și moleculelor, care renunță la energia lor în acest moment, nu a fost încă oprită în practică.
Acesta este motivul principal pentru care nu pot fi atinse temperaturile zero absolut. Există încă dezbateri despre consecințele acestui proces. Din punctul de vedere al termodinamicii, această limită este de neatins, deoarece mișcarea termică a atomilor și moleculelor se oprește complet și se formează o rețea cristalină.
Reprezentanții fizicii cuantice au în vedere prezența oscilațiilor minime zero la temperaturi zero absolut.
Care este valoarea temperaturii zero absolut și de ce nu poate fi atinsă
La Conferința Generală a Greutăților și Măsurilor a fost stabilit pentru prima dată un punct de referință sau de referință pentru instrumentele de măsură care determină indicatorii de temperatură.
În prezent, în Sistemul Internațional de Unități, punctul de referință pentru scara Celsius este 0°C pentru congelare și 100°C pentru fierbere, valoarea temperaturilor zero absolut este egală cu −273,15°C.
Folosind valorile temperaturii pe scara Kelvin conform aceluiași Sistem internațional de unități, fierberea apei va avea loc la valoarea de referință de 99,975 ° C, zero absolut este egal cu 0. Pe scara Fahrenheit indicatorul corespunde la -459,67 grade. .
Dar, dacă aceste date sunt obținute, de ce atunci este imposibil să se atingă temperaturile zero absolut în practică? Pentru comparație, putem lua binecunoscuta viteză a luminii, care este egală cu valoarea fizică constantă de 1.079.252.848,8 km/h.
Cu toate acestea, această valoare nu poate fi atinsă în practică. Depinde de lungimea de undă de transmisie, de condiții și de absorbția necesară a unei cantități mari de energie de către particule. Pentru a obține valoarea temperaturilor zero absolut, este necesară o producție mare de energie și absența surselor sale pentru a împiedica intrarea în atomi și molecule.
Dar chiar și în condiții de vid complet, oamenii de știință nu au putut obține nici viteza luminii, nici temperaturile zero absolut.
De ce este posibil să se ajungă la temperaturi aproximativ zero, dar nu zero absolut?
Ce se va întâmpla când știința se va apropia de atingerea temperaturii extrem de scăzute a zero absolut rămâne doar în teoria termodinamicii și a fizicii cuantice. Care este motivul pentru care temperaturile zero absolut nu pot fi atinse în practică.
Toate încercările cunoscute de a răci o substanță la limita cea mai inferioară din cauza pierderii maxime de energie au dus la faptul că capacitatea termică a substanței a atins și o valoare minimă. Moleculele pur și simplu nu au mai putut să renunțe la energia rămasă. Ca urmare, procesul de răcire s-a oprit fără a ajunge la zero absolut.
Când au studiat comportamentul metalelor în condiții apropiate de temperaturile zero absolut, oamenii de știință au descoperit că o scădere maximă a temperaturii ar trebui să provoace o pierdere a rezistenței.
Dar încetarea mișcării atomilor și moleculelor a dus doar la formarea unei rețele cristaline, prin care electronii care trec au transferat o parte din energia lor atomilor staționari. Din nou, nu a fost posibil să se ajungă la zero absolut.
În 2003, temperatura era cu doar o jumătate de miliardime de 1°C mai mică decât zero absolut. Cercetătorii NASA au folosit o moleculă de Na pentru a efectua experimente, care a fost întotdeauna într-un câmp magnetic și a renunțat la energia sa.
Cea mai apropiată realizare a fost obținută de oamenii de știință de la Universitatea Yale, care în 2014 au atins o cifră de 0,0025 Kelvin. Compusul rezultat, monofluorura de stronțiu (SrF), a durat doar 2,5 secunde. Și până la urmă tot s-a dezintegrat în atomi.
Ce este zero absolut (de obicei zero)? Oare această temperatură există într-adevăr oriunde în univers? Putem răci ceva la zero absolut în viața reală? Dacă vă întrebați dacă este posibil să învingeți valul de frig, haideți să explorăm cele mai îndepărtate zone ale temperaturilor reci...
Ce este zero absolut (de obicei zero)? Oare această temperatură există într-adevăr oriunde în univers? Putem răci ceva la zero absolut în viața reală? Dacă vă întrebați dacă este posibil să învingeți valul de frig, haideți să explorăm cele mai îndepărtate zone ale temperaturilor reci...
Chiar dacă nu ești fizician, probabil că ești familiarizat cu conceptul de temperatură. Temperatura este o măsură a cantității de energie aleatoare internă a unui material. Cuvântul „intern” este foarte important. Aruncă un bulgăre de zăpadă și, deși mișcarea principală va fi destul de rapidă, bulgărele de zăpadă va rămâne destul de rece. Pe de altă parte, dacă te uiți la moleculele de aer care zboară în jurul unei camere, o moleculă obișnuită de oxigen se prăjește cu mii de kilometri pe oră.
De obicei stăm liniștiți când vine vorba de detalii tehnice, așa că doar pentru experți, vom sublinia că temperatura este puțin mai complicată decât am spus. Adevărata definiție a temperaturii implică câtă energie trebuie să cheltuiți pentru fiecare unitate de entropie (dezordine, dacă doriți un cuvânt mai clar). Dar să omitem subtilitățile și să ne concentrăm doar pe faptul că moleculele aleatorii de aer sau apă din gheață se vor mișca sau vibra din ce în ce mai lent pe măsură ce temperatura scade.
Zero absolut este o temperatură de -273,15 grade Celsius, -459,67 Fahrenheit și pur și simplu 0 Kelvin. Acesta este punctul în care mișcarea termică se oprește complet.
Se oprește totul?
În considerarea clasică a problemei, totul se oprește la zero absolut, dar tocmai în acest moment iese cu privirea fața teribilă a mecanicii cuantice de după colț. Una dintre predicțiile mecanicii cuantice care a stricat sângele a mai mult de câțiva fizicieni este că nu poți măsura niciodată poziția exactă sau impulsul unei particule cu o certitudine perfectă. Acesta este cunoscut sub numele de principiul incertitudinii Heisenberg.
Dacă ai putea răci o cameră închisă până la zero absolut, s-ar întâmpla lucruri ciudate (mai multe despre asta mai târziu). Presiunea aerului ar scădea aproape la zero și, deoarece presiunea aerului se opune în mod normal gravitației, aerul s-ar prăbuși într-un strat foarte subțire pe podea.
Dar chiar și așa, dacă poți măsura molecule individuale, vei găsi ceva interesant: ele vibrează și se rotesc, doar puțină incertitudine cuantică la lucru. Pentru a puncta i-urile, dacă măsurați rotația moleculelor de dioxid de carbon la zero absolut, veți descoperi că atomii de oxigen zboară în jurul carbonului cu câțiva kilometri pe oră - mult mai repede decât credeați.
Conversația ajunge într-o fundătură. Când vorbim despre lumea cuantică, mișcarea își pierde sensul. La aceste scări, totul este definit de incertitudine, așa că nu este vorba că particulele sunt staționare, ci doar că nu le poți măsura niciodată ca și cum ar fi staționare.
Cât de jos poți să cobori?
Căutarea zeroului absolut se confruntă în esență cu aceleași probleme ca urmărirea vitezei luminii. Pentru a atinge viteza luminii este nevoie de o cantitate infinită de energie, iar atingerea zero absolut necesită extragerea unei cantități infinite de căldură. Ambele procese sunt imposibile, dacă este ceva.
În ciuda faptului că nu am atins încă starea actuală de zero absolut, suntem foarte aproape de ea (deși „foarte” în acest caz este un concept foarte liber; ca o cârmă de copii: doi, trei, patru, patru și un jumătate, patru pe sfoară, patru la un fir de păr, cinci). Cea mai rece temperatură înregistrată vreodată pe Pământ a fost înregistrată în Antarctica în 1983, la -89,15 grade Celsius (184K).
Desigur, dacă vrei să te răcori într-un mod copilăresc, trebuie să te scufunzi în adâncurile spațiului. Întregul univers este scăldat în rămășițele de radiații de la Big Bang, în cele mai goale regiuni ale spațiului - 2,73 grade Kelvin, ceea ce este puțin mai rece decât temperatura heliului lichid pe care l-am putut obține pe Pământ cu un secol în urmă.
Dar fizicienii de la temperaturi joase folosesc razele de îngheț pentru a duce tehnologia la un nivel cu totul nou. S-ar putea să vă surprindă să știți că razele înghețate iau forma laserelor. Dar cum? Laserele ar trebui să ardă.
Totul este adevărat, dar laserele au o singură caracteristică - s-ar putea spune chiar suprema: toată lumina este emisă la o singură frecvență. Atomii neutri obișnuiți nu interacționează deloc cu lumina decât dacă frecvența este reglată cu precizie. Dacă atomul zboară spre sursă
Lumină, lumina primește o deplasare Doppler și merge la o frecvență mai mare. Atomul absoarbe mai puțină energie fotonică decât ar putea. Deci, dacă reglați laserul mai jos, atomii care se mișcă rapid vor absorbi lumina și, emitând un foton într-o direcție aleatorie, ei vor pierde puțină energie în medie. Dacă repetați procesul, puteți răci gazul la o temperatură mai mică de un nanoKelvin, o miliardime de grad.
Totul capătă un ton mai extrem. Recordul mondial pentru cea mai scăzută temperatură este mai puțin de o zecime de miliard de grade peste zero absolut. Dispozitivele care realizează acest lucru captează atomii în câmpuri magnetice. „Temperatura” depinde nu atât de atomii înșiși, cât de spinul nucleelor atomice.
Acum, pentru a restabili dreptatea, trebuie să fim puțin creativi. Când de obicei ne imaginăm ceva înghețat la o miliardime de grad, probabil că veți obține o imagine a moleculelor de aer care îngheață în loc. Ne putem imagina chiar un dispozitiv apocaliptic distructiv care îngheață spatele atomilor.
În cele din urmă, dacă vrei cu adevărat să experimentezi temperaturi scăzute, tot ce trebuie să faci este să aștepți. După aproximativ 17 miliarde de ani, radiația de fundal din Univers se va răci la 1K. În 95 de miliarde de ani temperatura va fi de aproximativ 0,01K. În 400 de miliarde de ani, spațiul adânc va fi la fel de rece ca cel mai rece experiment de pe Pământ, și chiar mai rece după aceea.
Dacă vă întrebați de ce universul se răcește atât de repede, mulțumiți vechilor noștri prieteni: entropia și energia întunecată. Universul se află în modul de accelerare, intrând într-o perioadă de creștere exponențială care va continua pentru totdeauna. Lucrurile se vor îngheța foarte repede.
ce ne pasă?
Toate acestea, desigur, sunt minunate, iar doborârea recordurilor este, de asemenea, drăguță. Dar ce rost are? Ei bine, există o mulțime de motive bune pentru a înțelege temperaturile scăzute, și nu doar ca un câștigător.
Oamenii buni de la NIST, de exemplu, ar dori doar să facă un ceas cool. Standardele de timp se bazează pe lucruri precum frecvența atomului de cesiu. Dacă atomul de cesiu se mișcă prea mult, se creează incertitudine în măsurători, care în cele din urmă va duce la defecțiunea ceasului.
Dar mai important, mai ales din punct de vedere științific, materialele se comportă nebun la temperaturi extrem de scăzute. De exemplu, la fel cum un laser este format din fotoni care sunt sincronizați între ei - la aceeași frecvență și fază - așa se poate crea un material cunoscut sub numele de condensat Bose-Einstein. În ea, toți atomii sunt în aceeași stare. Sau imaginați-vă un amalgam în care fiecare atom își pierde individualitatea și întreaga masă reacţionează ca un super-atom nul.
La temperaturi foarte scăzute, multe materiale devin superfluide, ceea ce înseamnă că nu pot avea deloc vâscozitate, se pot stivui în straturi ultra-subțiri și chiar sfidează gravitația pentru a obține un minim de energie. De asemenea, la temperaturi scăzute, multe materiale devin supraconductoare, adică nu există rezistență electrică.
Supraconductorii sunt capabili să răspundă la câmpurile magnetice externe în așa fel încât să le anuleze complet în interiorul metalului. Ca rezultat, puteți combina temperatura rece și un magnet și obțineți ceva de genul levitației.
De ce există zero absolut, dar nu există maxim absolut?
Să ne uităm la cealaltă extremă. Dacă temperatura este pur și simplu o măsură a energiei, atunci ne putem imagina pur și simplu atomii care se apropie din ce în ce mai mult de viteza luminii. Acest lucru nu poate dura pentru totdeauna, nu-i așa?
Răspunsul scurt este: nu știm. Este posibil să existe, literalmente, o temperatură infinită, dar dacă există o limită absolută, universul tânăr oferă câteva indicii destul de interesante despre ce este. Cea mai mare temperatură cunoscută vreodată (cel puțin în universul nostru) a avut loc probabil în timpul a ceea ce este cunoscut sub numele de timpul lui Planck.
A fost un moment la 10^-43 de secunde după Big Bang când gravitația s-a separat de mecanica cuantică și fizica a devenit exact ceea ce este acum. Temperatura la acel moment era de aproximativ 10^32 K. Acesta este de septilioane de ori mai fierbinte decât interiorul Soarelui nostru.
Din nou, nu suntem deloc siguri dacă aceasta este cea mai caldă temperatură care ar putea fi. Deoarece nu avem nici măcar un model mare al universului pe vremea lui Planck, nici măcar nu suntem siguri că universul a fiert într-o asemenea stare. În orice caz, suntem de multe ori mai aproape de zero absolut decât de căldură absolută.
Temperatura limită la care volumul unui gaz ideal devine egal cu zero este luată ca temperatura zero absolut.
Să găsim valoarea zero absolut pe scara Celsius.
Echivalarea volumului Vîn formula (3.1) zero şi ţinând cont de faptul că
.
Prin urmare, temperatura zero absolut este
t= –273 °C. 2
Aceasta este temperatura extremă, cea mai scăzută din natură, acel „cel mai mare sau ultim grad de frig”, a cărui existență a prezis-o Lomonosov.
Cele mai ridicate temperaturi de pe Pământ — sute de milioane de grade — sunt obținute în timpul exploziilor de bombe termonucleare. Temperaturi chiar mai ridicate sunt tipice pentru regiunile interioare ale unor stele.
2 Valoare mai precisă a zero absolut: –273,15 °C.
scara Kelvin
Omul de știință englez W. Kelvin a prezentat scară absolută temperaturile Temperatura zero pe scara Kelvin corespunde cu zero absolut, iar unitatea de temperatură de pe această scară este egală cu un grad pe scara Celsius, deci temperatura absolută T este legată de temperatura pe scara Celsius prin formula
T = t + 273. (3.2)
În fig. 3.2 arată scara absolută și scara Celsius pentru comparație.
Unitatea SI a temperaturii absolute se numeste kelvin(abreviat ca K). Prin urmare, un grad pe scara Celsius este egal cu un grad pe scara Kelvin:
Astfel, temperatura absolută, conform definiției date de formula (3.2), este o mărime derivată care depinde de temperatura Celsius și de valoarea determinată experimental a a.
Cititor: Ce semnificație fizică are temperatura absolută?
Să scriem expresia (3.1) sub forma
.
Având în vedere că temperatura de pe scara Kelvin este legată de temperatura de pe scara Celsius prin relație T = t + 273, obținem
Unde T 0 = 273 K, sau
Deoarece această relație este valabilă pentru temperatură arbitrară T, atunci legea lui Gay-Lussac poate fi formulată după cum urmează:
Pentru o masă dată de gaz la p = const este valabilă următoarea relație:
Sarcina 3.1. La temperatura T 1 = 300 K volum de gaz V 1 = 5,0 l. Determinați volumul de gaz la aceeași presiune și temperatură T= 400 K.
STOP! Decideți singuri: A1, B6, C2.
Problema 3.2.În timpul încălzirii izobare, volumul de aer a crescut cu 1%. Cu ce procent a crescut temperatura absolută?
= 0,01.
Răspuns: 1 %.
Să ne amintim formula rezultată
STOP! Decideți singuri: A2, A3, B1, B5.
Legea lui Charles
Omul de știință francez Charles a stabilit experimental că dacă un gaz este încălzit astfel încât volumul său să rămână constant, presiunea gazului va crește. Dependența presiunii de temperatură are forma:
r(t) = p 0 (1 + b t), (3.6)
Unde r(t) – presiunea la temperatura t°C; r 0 – presiune la 0 °C; b este coeficientul de temperatură al presiunii, care este același pentru toate gazele: 1/K.
Cititor:În mod surprinzător, coeficientul de temperatură al presiunii b este exact egal cu coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice a!
Să luăm o anumită masă de gaz cu un volum V 0 la temperatură T 0 și presiune r 0 . Pentru prima dată, menținând constantă presiunea gazului, îl încălzim la o temperatură T 1. Atunci gazul va avea un volum V 1 = V 0 (1 + a t) și presiune r 0 .
A doua oară, menținând constant volumul de gaz, îl încălzim la aceeași temperatură T 1. Atunci gazul va avea presiune r 1 = r 0 (1 + b t) și volum V 0 .
Deoarece în ambele cazuri temperatura gazului este aceeași, legea Boyle-Mariotte este valabilă:
p 0 V 1 = p 1 V 0 Þ r 0 V 0 (1 + a t) = r 0 (1 + b t)V 0 Þ
Þ 1 + a t = 1 + b tÞ a = b.
Deci nu este de mirare că a = b, nu!
Să rescriem legea lui Charles în formă
.
Având în vedere că T = t°С + 273 °С, T 0 = 273 °C, obținem
