Молекулярно-кінетичне тлумачення температури

Поняття температури вводиться для характеристики різного ступеня нагрітості тіл. Уявлення про температуру ввійшло в науку через почуттєві сприйняття людини. Судження про ступінь нагрітості тіл, засновані на чуттєвому сприйнятті, є суб'єктивними, дуже обмеженими і неточними. В основу кількісного визначення температури мають бути покладені фізичні явища, вільні від суб'єктивізму чуттєвих сприйнять. До таких явищ належить тепловий рух мікрочастинок, з яких складається макроскопічне тіло або система тіл. Цей рух призводить до розігріву тіла. Рівновірогідність цього руху в усіх напрямках призводить до того, що надана сама собі макроскопічна система приходить у стан термодинамічної рівноваги, в якому, строго кажучи, і має фізичний сенс поняття температури. Отже, фізичне визначення температури повинно ґрунтуватися на такій фізичній величині, котра характеризує стан тіла, і була б автоматично однаковою для будь-яких двох тіл, що перебувають в тепловій рівновазі одне з одним. Цією чудовою властивістю володіє середня кінетична енергія поступального теплового руху мікрочастинок тіла. Ця енергія і обирається мірою температури. Для прикладу розглянемо температуру газу.

На основі рівнянь (1.13) і (1.18) знаходимо, що

Число молів: Отже .

Відношення універсальної сталої R до числа Авогадро називають сталою Больцмана. Враховуючи це, знаходимо зв'язок між температурою газу Т і середньою кінетичною енергією поступального руху його молекул:

(1.19)

Оскільки , то на основі рівняння (1.19) середня швидкість теплового поступального руху (яку називають середньо-квадратичною швидкістю) молекул газу може бути виражена рівнянням:

(1.20)

де – маса молекули.

Відповідно до рівняння (1.19) абсолютна температура тіла є мірою середньої кінетичної енергії поступального руху молекул. З цього визначення абсолютної температури випливає, що абсолютний нуль відповідав би такій температурі, за якої б припинився поступальний рух молекул.

На підставі рівняння (1.19) знаходимо, що температурі 1 К відповідає середня енергія .

У світовій практиці застосовуються температурні шкали Цельсія, Кельвіна, Реомюра і Фаренгейта, співвідношення між якими приводяться у таблиці 1 і рівнянні (1.21):

(1.21)

Таблиця 1