Hőmérséklet és részecskemozgás a fizika hallgatói szótár tanulási segítőiben
Minden anyag részecskékből (atomok, molekulák) áll, amelyek különböző sebességgel mozognak. A részecskemozgás lendülete az aggregáció állapotától és a hőmérséklettől függ. Az alábbiak érvényesek:
Minél magasabb a test hőmérséklete, annál erőteljesebben mozognak a testet alkotó anyag részecskéi. A kvantitatív összefüggéseket úgy kapjuk meg, hogy összekapcsoljuk a kinetikus gázelmélet alapegyenletét az ideális gáz állapotegyenletével. Az ideális gáz hőmérséklete és mozgási energiája vagy sebessége között a következő összefüggések vannak:
E ¯ k i n = 3 2 k ⋅ T vagy 1 2 m ⋅ v 2 ¯ = 3 2 k ⋅ T
Hőmérsékleti skálák
# Hőmérséklet # Hő # Kelvin skála # Hőmérő # Celsius # Celsius skála
Részecskemodell
# Részecskemodell # atomok # anyagállapotok # kölcsönhatások
Amikor a hőmérséklet csökken, a részecskék kevésbé hevesen mozognak, és nagyon alacsony hőmérsékleten alig. A lehető legalacsonyabb hőmérséklet az, amelynél a részecskék már nem mozognak. Ezt a hőmérsékletet abszolút nullának nevezzük. 0 K vagy -273,15 ° C. Ez az abszolút nulla pont egyben a Kelvin-skála kiindulópontja is, amelyet LORD KELVIN (1834-1907) angol természettudós fejlesztett ki. A hőmérséklet és a részecskemozgás kapcsolatának elméleti megfontolásai alapján a KELVIN abszolút nullát talált. A kísérletekkel időközben sikerült az abszolút nullához közeli hőmérsékletet létrehozni a laboratóriumban.
A részecskék hőmérséklete és mozgási energiája
Az ideális gáz esetében a hőmérséklet és a részecskemozgás közötti összefüggéseket egyenlet formájában is fel lehet jegyezni.
Az ideális gáz esetében a kinetikus gázelmélet alapvető egyenlete a következő formában érvényes:
p ⋅ V = 2 3 N ⋅ E ¯ rokon (1)
Ugyanakkor az ideális gáz állapotegyenlete a következő formában is érvényes:
p ⋅ V = N ⋅ k ⋅ T (2)
Ha az (1) és (2) egyenletek jobb oldala egyenlő, akkor a következőket kapjuk:
2 3 N ⋅ E ¯ kin = N ⋅ k ⋅ T és rövidítéssel és átrendezéssel: E ¯ kin = 3 2 k ⋅ T (3) E ¯ kin egy részecske átlagos kinetikus energiája k BOLTZMANN állandó T abszolút hőmérséklet
Azt jelenti:
A test abszolút hőmérséklete a részecskék átlagos kinetikus energiájának mértéke. Ez érvényes T ∼ E ¯ rokon .
Az abszolút hőmérséklet csökkenésével az atomok vagy molekulák mobilitása is csökken. Abszolút nulla (T = 0) esetén a részecskék mozgási energiája nulla.
Az említett összefüggések a diatómikus gázra is vonatkoznak, mivel egy ilyen gáz esetében a (3) egyenletben csak a 3/2 tényezőt kell helyettesíteni az 5/2 tényezővel.
A részecskék hőmérséklete és sebessége
Ideális gáz esetében a kinetikus energia és a részecske sebesség közötti összefüggés érvényes:
E ¯ kin = 1 2 m ⋅ v 2 ¯
Ha ennek az egyenletnek a jobb oldalát hasonlítja össze a fenti (3) egyenlet jobb oldalával, akkor a következőket kapja:
1 2 m ⋅ v 2 ¯ = 3 2 k ⋅ T vagy m ⋅ v 2 ¯ = 3 k ⋅ T
Azt jelenti:
A test abszolút hőmérséklete a részecskék sebességének átlagos négyzetének mértéke. Az alábbiak érvényesek: T ∼ v 2 ¯
Minél gyorsabban mozognak a részecskék átlagosan, annál magasabb az abszolút hőmérséklet.