Что есть температура, или Чему равен хаос

[Бабинцев Виктор]

Показания уличного термометра мы связываем с кинетической энергией молекул воздуха. Но вот, что сказал о температуре Нобелевский лауреат академик Петр Леонидович Капица: «… мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние...".

Выходит, уважаемый академик предлагает вывести на первое место в определении температуры хаотичность движения молекул, а их кинетическая энергия движения – это как бы нечто вторичное и даже недостойное нашего внимания? Сомневаюсь, однако... Что ж, попробуем разобраться.

Имеем два одинаковых сосуда. В одном из них – газ водород, а в другом – кислород. И в каждом сосуде - по термометру. Согласно закона Авогадро, в равных объемах различных газов при равных условиях содержится равное количество молекул. Пусть так и будет. Теперь, в какие бы температурные условия мы не переместили эти сосуды, температура в них через какое-то время будет одинаковой. То, что оказывает равное по сумме своей воздействие на термометры в обоих изолированных сосудах, находящихся в равных условиях, и войдет в наше определение температуры. Согласны?

Мыслим «по-школьному». Температура газа пропорциональна кинетической энергии молекул газа, а кинетическая энергия прямо пропорциональна массам молекул газа и квадрату средней скорости их движения. Заметим, что масса молекулы кислорода в 16 раз больше массы молекулы водорода. Если бы средняя скорость движения молекул водорода была в 16 раз больше, то произведения молекулярных масс на скорости (не на квадраты скоростей) в обоих сосудах были бы одинаковыми, и не было бы этого вопроса. Однако легкие молекулы водорода движутся быстрее тяжелых молекул кислорода только в 4 раза.  Выходит, П.Л.Капица прав: равенства кинетической энергии движения молекул различных газов в одинаковых условиях нет и быть не может; стало быть, само движение молекул не может быть мерилом температуры? Или где же тогда еще одно « в 4 раза»?

Встаем на сторону академика -  "... мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения". И суть тут для нас такая: чем больше будет столкновений молекул газа с рабочим телом термометра, тем выше может быть и показанная им температура.

Количество молекул в обоих одинаковых сосудах одинаково.  Следовательно, одинаковы и средние расстояния между пренебрежительно малыми по своим размерам молекулами. Но молекулы водорода движутся в 4 раза быстрее. Значит, они в 4 раза чаще сталкиваются и между собой, и с атомами термометра. Вот нам и второе «в 4 раза».

 Получается:  в сосуде с водородом легкие молекулы взаимодействуют с атомами термометра на в 4 раза больших скоростях и еще в 4 раза чаще. 4 х 4 = 16. Получается, что, "с точки зрения термометра", молекул водорода в четыре раза больше и они в четыре раза быстрее, поэтому и оказывают на него равное с кислородом суммарное воздействие.

 Похоже, это нам и требовалось уяснить. Но, давайте, не будем спешить с выводами и добавим к нашему мысленному эксперименту еще три сосуда - с азотом, углекислым газом и парами воды.

Смотрим на таблицу, в которой масса молекул показана в килограммах на 10 в минус 26 степени, а средняя скорость молекул при ноле градусов – в метрах в секунду.

Таблица 1

Водород        0,33      1760 м/с
Пары воды      3,0       570
Азот           4,6       450
Кислород       5,3       425
Углекисл. газ  7,3       360

Подбираем любую пару из таблицы, решаем и из условия равенства температур выводим ее определение, которое уже будет трудно кому-либо оспорить:
«Температура идеального газа – это средний импульс его молекул, помноженный на хаос».  А хаос – это средняя скорость теплового движения молекул данного газа в квадрате, то есть это уже не скорость, а вполне определенное число столкновений молекулы в отрезок времени, который мы еще установим, узнав среднюю длину свободного пробега молекул данного газа. А так же формулируем новый газовый закон - закон равенства температуры: "При равенстве температуры отношение молекулярных масс двух идеальных газов равно обратному отношению средних скоростей их молекул в квадрате".

И еще один важный вывод: про кинетическую энергию в определении температуры лучше позабыть.

(Лукавых формул типа "эм вэ в кубе" мы писать не будем, ибо есть и другая логика, построенная на причинности разности температур одного и того же газа. Значения скоростей для таблицы я просто-напросто нагуглил, когда безуспешно пытался найти ответ на вопрос "Что такое температура?".)


http://www.proza.ru/images/proza.gif

[marcos]

А так же формулируем новый газовый закон - закон равенства температуры: "При равенстве температуры отношение молекулярных масс двух идеальных газов равно обратному отношению средних скоростей их молекул в квадрате".



http://www.proza.ru/images/proza.gif

По оределению - квадрат скорости пропорционален отношению температуры к молекулярной  массе.  v^2 =(3RT/M). Отсюда о следует Ваш "новый закон".

[AlAn]

Если у Вас есть пучок частиц, летящих с одной скоростью, о температуре говорить нельзя. Температура по определению есть мера средней кинетической энергии частиц двигающихся хаотически, причем огромного количества частиц.

[Varjag]

А если частицы никуда не летят-кусок стали.
Что создает температуру?

[voyager 9]

Если у Вас есть пучок частиц, летящих с одной скоростью, о температуре говорить нельзя. Температура по определению есть мера средней кинетической энергии частиц двигающихся хаотически, причем огромного количества частиц.

П. Л. Капица конечно прав. Другое дело, как просто кинетическая энергия переходит в тепловую - отсюда вся путаница. Столкновение газовых струй - способ поднять температуру.

AlAn, касаемо огромного количества частиц, мысленный эксперимент:
С борта МКС вынесли шарик с воздухом (t = 294 К) в открытый космос. Шарик лопнули - молекулы разлетелись.
Я утверждаю, одиночная(!) молекула будет радиоизлучать и терять тепловую энергию (то бишь её температура будет падать).
Я ошибаюсь? 

[AlAn]

Говорить о температуре одной молекулы бессмысленно.

[Бабинцев Виктор]

А так же формулируем новый газовый закон - закон равенства температуры: "При равенстве температуры отношение молекулярных масс двух идеальных газов равно обратному отношению средних скоростей их молекул в квадрате".



http://www.proza.ru/images/proza.gif

По оределению - квадрат скорости пропорционален отношению температуры к молекулярной  массе.  v^2 =(3RT/M). Отсюда о следует Ваш "новый закон".

«… мерилом температуры является не само движение, а хаотичность этого движения. Хаотичность состояния тела определяет его температурное состояние…» Перевожу эти слова академика П.Л. Капицы с русского на русский: «Только количество соударений или частота  соударений внешних атомов тела с атомами среды определяет температурное состояние тела. При этом ни скорость, ни масса атомов внешней среды и самого тела для температурного состояния тела не имеют ни какого значения».

И ведь все проще пареной репы, если представить себе медленное сближение и сильное взаимодействие двух волчков и при этом еще знать силу, «подкручивающую» атомы до исходного состояния после каждого «столкновения». Об этой силе и речь.

Продолжение следует….

( Все выводы данной вступительной статьи будут опровергнуты)

[konstkir]

Цитата Капицы не для Вас. Возмите Гугл и ВИКИ, а лучше учебник по молекулярной и статфизике и почитайте о понятие температуры. На нем держится буквально вся физика.
А Вы разводите тут вилами по воде. Несерьезно.

[Бабинцев Виктор]

Полезнее и правильнее считать, что в наших учебниках нет науки, в них есть только история развития тех или иных заблуждений, чем считать, что современная наука уже достигла предельных высот.

[konstkir]

Это неграмотным кажется так "полезнее и правильнее", чтобы не учится непонятным закорючкам.
Легче флудить и фантазировать на форумах.

Ни один неграмотный в истории еще не продвинул физику.

[AlAn]

Полезнее и правильнее считать, что в наших учебниках нет науки, в них есть только история развития тех или иных заблуждений, чем считать, что современная наука уже достигла предельных высот.

Раз уж у Вас своя, особенная наука, Вы уж имеющуюся терминологию не используйте, ее как-то привыкли связывать с определенными категориями.

[Дмитрий Вибе]

Виктор Бабинцев, я прошу пояснить, про что эта тема.

[Бабинцев Виктор]

Хочу найти ответ на вопрос "Что есть температура?" и понять известное высказывание академика П.Л. Капицы, которое явно противоречит существующим представлениям.

[Слесарь-сантехник]

Полезнее и правильнее считать, что в наших учебниках нет науки, в них есть только история развития тех или иных заблуждений, чем считать, что современная наука уже достигла предельных высот.

Кстати, все эти значения скоростей, являются абсолютно вычисленными!
Никто и никогда не замерял скорость отдельной молекулы.
Я, например, придерживаюсь мнения, что все молекулы находятся в колебательном движении (т.е. являются квантовыми гармоническими осцилляторами), а не носятся как угорелые

[Бабинцев Виктор]

Полезнее и правильнее считать, что в наших учебниках нет науки, в них есть только история развития тех или иных заблуждений, чем считать, что современная наука уже достигла предельных высот.

Кстати, все эти значения скоростей, являются абсолютно вычисленными!
Никто и никогда не замерял скорость отдельной молекулы.
Я, например, придерживаюсь мнения, что все молекулы находятся в колебательном движении (т.е. являются квантовыми гармоническими осцилляторами), а не носятся как угорелые

Действительно! В том-то и дело, что выдуманные и вычисленные!

[Слесарь-сантехник]

Беру груз на упругом стержне и  закрепляю его в тиски...
Отвожу от точки равновесия и отпускаю. У груза появляется энергия = масса х квадрат амплитуды х квадрат частоты колебаний
Иными словами, корень из квадрата скорости, вовсе не обязательно должен быть прямолинейным и равномерным движением.

[Бабинцев Виктор]

Конечно, это так. А взаимодействие вращающихся волчков и их поведение как-то можно рассчитать?

[Дмитрий Вибе]

Хочу найти ответ на вопрос "Что есть температура?" и понять известное высказывание академика П.Л. Капицы, которое явно противоречит существующим представлениям.

Чьим? Вашим и Слесаря-сантехника?

[Слесарь-сантехник]

Конечно, это так. А взаимодействие вращающихся волчков и их поведение как-то можно рассчитать?

С волчками сложнее, но в принципе, всё выльется в понятие связанных гармонических осцилляторов...
Эта теория хорошо математически просчитана - будут возникать так называемые биения, т.е. переход энергии с одних осцилляторов на другие без изменения их положения в пространстве.
Иными словами подтверждается знаменитое высказывание Н. Тесла: "Закон резонанса есть наиболее общий природный закон устраняющий время и расстояние. Все связи между явлениями устанавливаются исключительно путём разного рода резонансов".

[Бабинцев Виктор]

"Слесарь", сейчас тему забанят, но ты все равно молодец! Держи краба, друже!

Приглашаю на "Научные форумы" - "Физика в анимациях". Я там не хозяин, но в авторитетах.