Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
3.1. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ
123
молекул, содержащихся в 1 моле, будет
S = 1NA = (3/2) kTNk = (3/2) RT,
где R — универсальная газовая постоянная. Следовательно,
51 = (3/2) RT = (3/2) ¦ 8,31 ¦ 1000 Дж = 1,25 • 10« Дж.
Средняя кинетическая энергия молекул гелия, содержащихся в 1 кг, равна
S2 = (3/2) -^- RT, где ——число молей,
52 = (3/2)-(1/4)- 10-3-8,ЗЫ000Дж«3.106Дж.
Глава S
ЗАКОНЫ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ 3.1. Уравнение состояния
1°. Физические явления в газообразных и других телах изучаются, кроме статистического метода (11.2.2.3°), термодинамическим методом. Термодинамикой называется раздел физики, в котором изучаются условия превращения энергии из одного вида в другой и количественные соотношения при таких превращениях (11.4.3.4°). В основе термодинамики лежат экспериментально установленные законы (начала) термодинамики (II.4.5.Г и 11.4.9.2°). С помощью этих законов можно, не принимая во внимание молекулярного строения веществ, получить много сведений о свойствах тел и закономерностях процессов, происходящих с телами в различных условиях. Поэтому термодинамика широко используется во всех областях физики.
2°. Совокупность значений некоторого числа физических величин, характеризующих физические свойства тела (системы тел), определяет состояние тела (системы тел) — термодинамическое состояние. Физические величины, однозначно определяющие состояние тела (системы тел), называются термодинамическими параметрами *). К термодинамическим параметрам тел относятся: температура, плотность, теплоемкость, удельное электрическое сопротивление и многие другие физические величины.
*) От греческого «parametron» — отмеривающий.
124 ОТДЕЛ II. ГЛ. 3. ЗАКОНЫ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
Например, термодинамическое состояние жидкости, налитой в открытый сосуд, определяется ее плотностью, атмосферным давлением и температурой. Электрическое сопротивление металлического проводника характеризует электрические свойства проводника. Электрическое сопротивление будет определено, если заданы удельное электрическое сопротивление проводника (III.2.4.Г) и его размеры (длина и площадь поперечного сечения).
Два состояния тела (системы тел) считаются различными, если для них неодинаковы значения хотя бы одного из термодинамических параметров.
3°. Состояние системы тел называется стационарным, если оно не изменяется во времени. Это означает, что н и один из термодинамических параметров, определяющих состояние, не изменяется с течением времени. Стационарное состояние системы называется равновесным, если оно не обусловлено какими-либо явлениями, происходящими с телами, внешними по отношению к данной системе. Если, например, один конец металлического стержня поместить в тающий лед, а другой — в кипящую воду, то температуры обоих концов стержня не будут изменяться с течением времени. Однако такое стационарное состояние не будет равновесным, ибо постоянные температуры поддерживаются подводом к стержню энергии от кипящей воды и отводом энергии от стержня к тающему льду. В этих условиях происходит теплообмен (II.4.3.Г). Стационарное состояние камня, лежащего на дне ямы, будет равновесным, если считать, что в системе «Земля — камень» не происходит явлений, нарушающих состояние камня.
4°. Равновесное состояние системы определяется не всеми термодинамическими параметрами, а лишь некоторыми из них, называемыми параметрами состояния (основные параметры состояния). Остальные термодинамические параметры системы в состоянии равновесия зависят от параметров состояния.
Основными параметрами состояния химически однородной системы являются: удельный объем v, занимаемый единицей массы вещества, давление р и температура Т.
5°, Давлением р называется физическая величина, равная модулю силы, действующей на единицу площади поверхности тела перпендикулярно к ней:
3.1. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ
125
Если на поверхности S давление везде постоянно, то
6°. Удельным объемом v называется объем единичной массы:
у = 1/р,
где р — плотность (1.2.3.7е). Для однородного тела удельный объем равен отношению его объема к массе:
v = VlM.
7°. В термодинамике температура Г является величиной, характеризующей направление теплообмена между телами (И.4.3.Г, см. также 11.2.4.4°). В состоянии равновесия системы температура всех тел, входящих в систему, одинакова. Для измерения температуры используется тот факт, что при изменении температуры тела изменяются почти все его физические свойства: длина и объем, плотность, упругие свойства, электропроводность и др. Основой для измерения температуры может являться изменение любого из этих свойств какого-либо одного тела (термометрическое тело), если для него известна зависимость данного свойства от температуры. Температурная шкала, устанавливаемая с помощью термометрического тела, называется эмпирической. По решению IX Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 г. для практического употребления принята международная стоградусная температурная шкала. Для построения этой шкалы, установления начала отсчета температуры и единицы ее измерения — градуса Цельсия —• принимается, что при нормальном атмосферном давлении в 1,01325•1O6 Н/м2 температуры плавления льда и кипения воды равны соответственно O0C и 100 °С. IX Генеральная конференция по мерам и весам установила абсолютную термодинамическую шкалу температуры, в которой температура измеряется в Кельвинах (К) (градусах Кельвина) и обозначается Т. Связь между термодинамической температурой T и температурой t по стоградусной шкале:
