Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
различном выборе термометрического тела и термометрической величины.
7 А. Н. Матвеев - 1488
98 1. Статистический метод
Можно выбрать какой-то газ и, изучив его поведение, определить, насколько
он близок к идеальному. Как показывает эксперимент, достаточно
разреженные газы очень близки к идеальному. Поэтому их можно
непосредственно взять в качестве термометрического тела. Уравнение
идеального газа (10.6а) содержит три переменные. Поэтому можно сказать,
что это уравнение содержит определение температурь/ и два закона, в
качестве которых обычно берутся законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака.
Поэтому,-хотя это уравнение и принимается за основу определения
температуры, имеется достаточно возможностей в его рамках проверить,
насколько данное термометрическое тело близко к идеальному газу.
В качестве термометрических величин можно взять либо р, либо V. Если в
качестве термометрической величины выбрано V, то тогда закон Гей-Люссака
перестает быть законом, он становится следствием принятого определения
температуры. В этом случае вторым независимым законом идеальных газов
наряду с законом Бойля - Мариотта следует считать закон Шарля pjp2 -
TJT2.
В качестве реперных можно взять точки замерзания и кипения водьр
температуры которых обозначим соответственно 7\ и Т2. Градус температуры,
по определению, можно выбрать таким, чтобы разница между указанными
температурами была равна 100, т. е. Т2-Т1 = 100. В качестве
термометрической величины используется давление. В эксперименте можно
измерить давление р2 некоторой массы газа, близкого к идеальному при
температуре кипения воды, и давление при температуре замерзания.
Эксперимент дал для отношения этих величин значение 1,3661.
Следовательно, для вычисления Т2 и Т { имеем два уравнения Т2 - 7^ = 100
К и Т2/Т1 = 1,3661, решение которых дает Ti = 273,15 К; Т2 = 373,15 К.
Тем самым шкала температур полностью фиксирована.
Однако такое введение шкалы температур не является полностью
удовлетворительным. Дело в том, что температуры кипения и замерзания воды
зависят от давления и его надо дополнительно фиксировать в определении.
Кроме того, температуры кипения и замерзания фиксируются с недостаточной
точностью. Поэтому в СИ условились шкалу температур определять по одной
реперной точке, в качестве которой взята тройная точка воды (см. § 47).
Температура тройной точки воды принята, по определению, равной 273,16 К.
Единица температуры определяется как 1/273,16 температурного интервала
между тройной точкой и точкой абсолютного нуля температур, которая,
однако, является не реперной точкой, а температурой на 273,16 К ниже
температуры тройной точки воды.
Выбрав идеальный газ в качестве термометрического тела, можно определить
температуру по формуле
г=71^р, (1,5)
Ро
где ро - давление газа при температуре тройной точки воды, р - его
давление при измеряемой температуре. Объем газа V при измерении должен
быть постоянным.
Определенная таким образом шкала температур называется термодинамической
шкалой температур.
Так как (11.5) основано на законах идеального газа, то Т, определяемая
этой формулой, совпадает с Т, которая в (8.15) была введена как
обозначение. Поэтому обозначаемая в предшествующем изложении посредством
Т температура является термодинамической.
§ 11. Температура 99
Название "термодинамическая" она получила потому, что совершенно
независимо может быть выведена из чисто термодинамических расчетов на
основе второго начала термодинамики. Формально пока не было оснований
называть эту температуру термодинамической, поскольку еще не был проведен
термодинамический анализ проблемы. Однако во избежание излишних терминов
это целесообразно было сделать, отложив обоснование до более позднего
момента.
Термометры. Реальным термометрическим телом, наиболее близко стоящим к
идеальному газу, являются разреженные газы. Построенный на основе
разреженного газа термометр называется газовым. В широком интервале
температур от нескольких кельвинов до температур свыше тысячи кельвинов
газовый термометр позволяет осуществить термодинамическую шкалу
температур. Поэтому в этом интервале температур в Бюро стандартов
пользуются газовыми термометрами как первичными стандартами. В газовых
термометрах в качестве термометрической величины используется давление.
Сами термометры громоздки и сложны в использовании. Поэтому они служат
лишь для калибровки вторичных термометров, которые уже используются в
научных исследованиях, промышленности и т. д. Из вторичных термометров
наиболее распространенными являются жидкостные (например, спиртовые,
ртутные), термометры сопротивления и термоэлементы. Жидкостные термометры
используются от -200 до 600°С. В частности, в термометрах на пентане
область температур от -200 до 20° С, а в ртутных термометрах от -38,87 до
600° С.
В термометрах сопротивления используется зависимость омического
сопротивления проводника от температуры. Наиболее широким диапазоном
