Состояние теплового равновесия системы характеризуется температурой.
● Температура - физическая величина, характеризующая состояние теплового равновесия макроскопической системы: в состоянии теплового равновесия температура всех частей системы одинакова.
Качественное и количественное определение температуры должно основываться на определении физической величины, которая, во-первых, должна характеризовать состояние тела, во-вторых, должна быть одинакова для всех тел, находящихся в тепловом равновесии. Такой величиной является средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул вещества. Можно легко определить ее значения для поступательно движущихся молекул одноатомного идеального газа.
С этой целью был поставлен следующий интересный эксперимент: три баллона разного объема, снабженные манометрами (прибор для измерения давления), заполнены различными газами, например, аргоном, неоном и гелием.
Баллоны помещаются сначала в тающий лед
(t0 = 0°C),
а затем в кипящую воду (t = 100°C) (b)
Произведенные вычисления показывают, что в обоих случаях (и при температуре 0°C, и при температуре 100°C) при достижении теплового равновесия, отношение PV
N
во всех баллонах остается постоянным, несмотря на то, что давление и концентрация газов разная:
при t = 0°C → p1V1
N1
= p2V2
N3=p3V3
N3
= 3,76 ⋅ 10-21Н ⋅ м = 3,76 ⋅ 10-21Дж,
при t = 100°C → p1V1
N1
=
p2V2
N3=p3V3
N3
= 5,14 ⋅
10-21Н ⋅ м = 5,14 ⋅ 10-21Дж.