Температура: основные опыты

Для ответа на вопрос «что такое температура?» поставим эксперимент и рассмотрим его результаты.

В ванну с тающим льдом поместим разные по объему сосуды, заполненные различными газами при разных давлениях так, чтобы число молекул в сосудах также было различным. Через некоторое время газы придут в состояние теплового равновесия с тающим льдом (переход тепла от газов ко льду и обратно перестанет происходить). В этом случае мы будем говорить, что газы имеют такую же температуру, как и окружающий их лед. Эту температуру мы называем нулем градусов.

Если все параметры газов разные, а температура одинаковая, попытаемся выяснить, какая физическая величина тоже остается для газов одинаковой. Эта величина и будет мерой температуры.

Измерения и соответствующие расчеты показывают, что произведение давления газа на занимаемый им объем, отнесенное к числу частиц в данном объеме для всех газов одинаково. Следовательно, величина, определяемая выражением pV / N,  может являться мерой температуры. Этот вывод следует из результатов эксперимента.

Из уравнения же для расчета давления газа на стенки сосуда следует, что величина pV / N, умноженная на некоторый постоянный коэффициент 3/2, есть ни что иное, как средняя кинетическая энергия молекул.

Но, если pV / N одинаково для всех газов, одинаковой будет и величина, определяемая выражением

Следовательно, мерой температуры может являться не только величина или но и средняя кинетическая энергия молекул – (и наоборот).

Вывод.

Температура – мера средней кинетической энергии молекул.

Поскольку температура и средняя кинетическая энергия молекул могут являться мерой одна другой, можно было бы измерять эти величины в одних и тех же единицах: энергию в градусах, а температуру в джоулях.