|
B результате новый объем, который равен (V + ΔV), будет равен (V — V), или нулю. Строгое применение закона Гей-Люссака показывает, что при достижении температуры –273 °С объем газов станет равным нулю.
Однако такая возможность не заставила физиков запаниковать. Они предположили, что, прежде чем газы достигнут температуры, равной — 273 °С, они перейдут из газообразной формы в жидкую, а там коэффициент объемного расширения будет намного меньшим. (И как оказалось, это было совершенно верным.) Но даже если бы это было не так, кажется весьма вероятным, что закон Гей-Люссака не может строго применяться при очень низких температурах и что коэффициент объемного расширения может постепенно уменьшаться, по мере понижения температуры, и, хотя объем продолжает сокращаться, это будет происходить все медленнее и медленнее и в конечном итоге никогда не достигнет нуля. Тем не менее температура –273 °С не была забыта. В 1848 году Уильям Томсон, которому позже было присвоен титул лорда Кельвина, указал, что было бы удобным принять –273 °С за точку отсчета, как самую низкую возможную температуру. Ее назвали «абсолютный нуль». Если мы примем величину в –273 °С за нуль и рассчитаем от этого значения вверх шкалу в градусах Цельсия, то получим «абсолютную шкалу температур». Данные, которые мы снимаем с этой шкалы, представляют собой «абсолютную температуру», а градусы, которые мы считываем, могут быть обозначены как (°А) (от слова «абсолютный») или, как более часто пишут, °К (от фамилии Кельвин). Чтобы привести температуру в градусах Цельсия к абсолютной шкале, необходимо всего лишь добавить 273. Например, точка замерзания воды равна 0 °С, что равно 273 °К; а закипает вода при 100 °С, то есть при 373 'К. Чтобы предотвратить неразбериху, общепринято обозначать значения температуры по шкале Цельсия буквой t, а значения по шкале Кельвина — буквой T. Таким образом, мы можем записать соотношение шкалы Кельвина к шкале Цельсия следующим образом:
Удобство использования абсолютной шкалы опирается на тот факт, что некоторые физические отношения могут быть выражены в более простой форме, если мы будем использовать T, а не t. Например, попробуем выразить взаимосвязь, по которой объем газа изменяется вместе с температурой. Начнем с температуры, равной t<sub>1</sub>, при которой объем газа равен (V<sub>1</sub>), тогда, когда температура изменится до значения t<sub>2</sub>, объем газа будет равен V<sub>2</sub>, окончательный объем будет равен первоначальному объему плюс изменение в объеме, то есть V<sub>2</sub> = V<sub>1</sub> + ΔV Если мы возьмем уравнение 13.4, то увидим, что ΔV = V<sub>1</sub>Δt)/273. Однако изменение в температуре (Δt) — это разность между конечной и начальной температурами (t<sub>2</sub> – t<sub>1</sub>). Величина объемного расширения газов определяется для начальной температуры равной 0 °С, так что t<sub>2</sub> − t<sub>1</sub>, становится равным t<sub>2</sub> — 0, или просто t<sub>2</sub>. Поэтому мы можем заменить в уравнении 13.4 Δt на t<sub>2</sub>. Тогда выражение (V<sub>2</sub> = V<sub>1</sub> + ΔV) приобретает вид:
Его можно легко преобразовать в:
Давайте теперь рассмотрим значение числа 273. Оно входит в это уравнение, поскольку <sup>1</sup>/<sub>273</sub> является коэффициентом объемного расширения для газов при температуре 0 °C. Однако вспомним, что единица измерения коэффициента объемного расширения равна «на °С» или «/°С». Число 273 является обратной величиной этого коэффициента, а значит, его единицы измерения должны быть обратными величинами единиц измерения коэффициента объемного расширения тел. |
