Тепловое равновесие и температура

Слайд 1. Тепловое равновесие и температура

Физика, 10 класс. От макроскопических ощущений до энергии молекул

Слайд 2. Состояние теплового равновесия

Представьте, что вы смешали горячую и холодную воду. Через некоторое время температура смеси станет одинаковой во всех точках.

Тепловое равновесие — это состояние системы, при котором её макроскопические параметры (давление, объём, температура) остаются неизменными сколь угодно долго при неизменных внешних условиях.

Слайд 3. Свойства температуры

Характеризует состояние теплового равновесия: если тела в контакте имеют одинаковую температуру, теплообмен между ними не происходит.

Одинакова для всех частей системы, находящейся в равновесии.

Определяет направление передачи энергии: от «горячего» к «холодному».

Является скалярной величиной.

Слайд 4. Шкала Цельсия

$0^{\circ }C$ — температура таяния льда при нормальном атмосферном давлении.

$100^{\circ }C$ — температура кипения воды.

Шкала разделена на 100 равных частей (градусов).

Широко используется в быту и технике.

Неудобна для теоретических расчётов из-за наличия отрицательных значений.

Слайд 5. Микроскопический смысл температуры

Температура — это не просто степень «нагретости». С точки зрения молекулярно-кинетической теории, она является мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц газа. Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура тела.

Слайд 6. Постоянная Больцмана

Связь между энергией и температурой выражается формулой:

${\bar{E}}_k=\frac{3}{2}kT$

Здесь $k$ — постоянная Больцмана:

$k\approx 1,38\cdot 10^{-23}$ Дж/К.

Этот коэффициент переводит энергетические единицы (Джоули) в температурные (Кельвины).

Слайд 7. Шкала Кельвина (Абсолютная шкала)

Температура $0$ К — это предел, при котором давление идеального газа равно нулю, а тепловое движение молекул прекращается.

Единица температуры в СИ — Кельвин (К). Формула перехода: $T=t+273,15$. Размер одного градуса в обеих шкалах совпадает.

В шкале Кельвина нет отрицательных значений. Это делает её основной для всех физических законов и формул.

Слайд 8. Сравнение температурных шкал

Обратите внимание: изменение температуры на $1^{\circ }C$ равно изменению на $1$ К. Различаются только начала отсчёта.

Слайд 9. Методы измерения температуры

Основаны на тепловом расширении ртути или спирта. Самый привычный вид термометров.

Используют зависимость давления газа от температуры при постоянном объёме. Самые точные.

Работают на изменении сопротивления проводника или возникновении тока в термопаре.

Пирометры измеряют температуру по интенсивности теплового излучения поверхности.

Слайд 10. Подведем итоги

Температура — это параметр теплового равновесия системы.

Абсолютная температура $T$ прямо пропорциональна средней кинетической энергии молекул.

Формула ${\bar{E}}_k=\frac{3}{2}kT$ связывает макромир с микромиром.

Абсолютный нуль ($0$ К) — минимально возможная температура в природе.

Для перевода из Цельсия в Кельвины используйте формулу $T=t+273$.