Як змінюється температура газу при розширенні

Як змінюється температура газу при розширенні


Залежність температури газу від зміни обсягу пояснюється, насамперед, початковим фізичним сенсом самого поняття температури, яке пов 'язане з інтенсивністю руху частинок газу.

Фізика температури

З курсу молекулярної фізики відомо, що температура тіла, незважаючи на те що вона є макроскопічною величиною, пов 'язана, в першу чергу, з внутрішньою будовою тіла. Як відомо, частинки будь-якої речовини знаходяться в постійному русі. Вигляд даного руху залежить від агрегатного стану речовини.

Якщо це тверде тіло, то частинки коливаються у вузлах кристалічної решітки, а якщо це газ, то частинки вільно переміщуються в обсязі речовини, ударяючись один з одним. Температура речовини пропорційна інтенсивності руху. З точки зору фізики, це означає, що температура прямо пропорційна кінетичній енергії частинок речовини, яка, в свою чергу, визначається величиною швидкості руху частинок і їх масою.

Чим більше температура тіла, тим більше середня кінетична енергія частинок. Цей факт відображається у формулі для кінетичної енергії ідеального газу, що дорівнює виробленню концентрації частинок, постійної Больцмана і температури.

Вплив обсягу на температуру

Уявіть собі внутрішню будову газу. Газ можна вважати ідеальним, що означає абсолютну упругість зіткнень молекул один з одним. Газ має певну температуру, тобто певну величину кінетичної енергії частинок. Кожна частинка вдаряється не тільки з іншою частинкою, але і зі стінкою судини, що обмежує обсяг речовини. Якщо обсяг газу збільшується, тобто газ розширюється, то кількість зіткнень частинок зі стінками судини і один з одним зменшується через збільшення вільного пробігу кожної молекули. Зменшення кількості зіткнень веде до спаду тиску газу, проте загальна середня кінетична енергія речовини не змінюється, бо процес співударіння частинок ніяк не впливає її величину. Таким чином, при розширенні ідеального газу температура не змінюється. Цей процес називається ізотермічним, тобто процесом з постійною температурою. Зверніть увагу, що даний ефект сталості температури при розширенні газу заснований на припущенні його ідеальності, а також на тому, що при ударінні частинок зі стінками судини частинки не втрачають енергію. Якщо ж газ не ідеальний, то при його розширенні зменшується кількість зіткнень, що призводять до втрати енергії, спад температури стає менш різким. Практично дана ситуації відповідає термостатуванню речовини газу, при якому знижуються енергетичні втрати, що викликають зменшення температури.