Поступательного движения молекул

Чтобы выяснить физический смысл температуры с точки зрения молекулярно-кинетической теории, используем основное уравнение кинетической теории газов для давления

(1.8.1)

При постоянном объёме V=const газа и постоянном в нём числе молекул N=const (тогда и концентрация молекул n=N/V =const) из этого уравнения следует, что давление идеального газа пропорционально средней кинетической энергии поступательного движения его молекул:

Р ~ , (V = const, N = const) (1.8.2)

С другой стороны, шкала температур Кельвина строится так, что о давлении идеального газа при постоянном объёме V=const и постоянном числе N=const частиц в эталонном термометре принимается пропорциональным его температуре (см. формулу (1.67):

Р~Т, (V=const, N= const) (1.8.3)

Поэтому, исходя из соотношений (1.8.2) и (1.8.3), можем утверждать, что температура газа пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения молекул

(1.8.4)

По определению полагают температуру θ, выраженную в энергетических единицах (джоулях), равной 2 / 3, т. е.

(1.8.5)

Однако практически пользоваться энергетическими единицами для измерения температуры неудобно, так как обычно встречающиеся температуры выражались бы при этом ничтожно малыми числами (связано это с малостью средней кинетической энергии Е_К молекулы). К примеру, температура кипения воды, выраженная в джоулях, равна Дж. По этой причине, а также потому, что понятием температуры пользовались ещё задолго до того, как были развиты молекулярно-кинетические представления, выявившие её истинный смысл, и для температуры уже давно была выбрана единица измерения - градус, принято пользоваться и в настоящее время этой единицей, несмотря на её условность.

Но если температуру измерять в градусах, то необходимо ввести коэффициент, переводящий единицы энергии (джоули) в градусы (Кельвины), т. е.

θ=kT (1.8.6)

Коэффициент k называют постоянной Больцмана, появление которой в физике весьма условно. Её численное значение находится из опыта и по современным данным Дж/К. Из (1.8.6) видно, что переводной коэффициент k численно равен количеству джоулей, соответствующих одному Кельвину.

Из (1.8.5) и (1.8.6) следует, что

(1.8.7)

Поскольку средняя кинетическая энергия существенно положительная величина, то, как видно из последнего соотношения, абсолютная температура не может быть отрицательной, т.е. Т ≥ 0.