Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Термодинамическое инструмент представляет собой любое устройство , которое облегчает количественное измерение термодинамических систем . Чтобы точно определить термодинамический параметр, необходимо указать метод его измерения. Например, окончательное определение температуры - это «то, что показывает термометр». Возникает вопрос - что такое градусник?

Есть два типа термодинамических инструментов: счетчик и резервуар. Термодинамический измеритель - это любое устройство, которое измеряет любой параметр термодинамической системы. Термодинамический резервуар - это система, которая настолько велика, что она не меняет существенно параметры своего состояния при контакте с тестовой системой.

Обзор [ править ]

Два общих дополнительных инструмента - это счетчик и резервуар. Важно, чтобы эти два типа инструментов были разными. Измеритель не выполняет свою задачу точно, если он ведет себя как резервуар переменной состояния, которую он пытается измерить. Если, например, термометр будет действовать как резервуар температуры, он изменит температуру измеряемой системы, и показания будут неправильными. Идеальные счетчики не влияют на переменные состояния системы, которую они измеряют.

Термодинамические измерители [ править ]

Метр представляет собой термодинамическую систему , которая отображает некоторые аспекты его термодинамического состояния к наблюдателю. Характер его контакта с системой, которую он измеряет, можно контролировать, и он достаточно мал, чтобы существенно не влиять на состояние измеряемой системы. Теоретический термометр, описанный ниже, является именно таким измерителем.

В некоторых случаях термодинамический параметр фактически определяется в терминах идеализированного измерительного прибора. Например, нулевой закон термодинамики гласит, что если два тела находятся в тепловом равновесии с третьим телом, они также находятся в тепловом равновесии друг с другом. Этот принцип, как заметил Джеймс Максвелл в 1872 году, утверждает, что можно измерить температуру. Идеализированный термометр - это образец идеального газа при постоянном давлении. Из закона идеального газа , объем такого образца может быть использован в качестве индикатора температуры; таким образом он определяет температуру. Хотя давление определяется механически, устройство для измерения давления, называемое барометром.также может быть изготовлен из образца идеального газа, поддерживаемого при постоянной температуре. Калориметр представляет собой устройство , которое используется для измерения и определить внутреннюю энергию системы.

Некоторые распространенные термодинамические измерители:

  • Термометр - устройство, которое измеряет температуру, как описано выше.
  • Барометр - прибор, измеряющий давление. Барометр идеального газа может быть сконструирован путем механического подключения идеального газа к измеряемой системе с одновременной ее термоизоляцией. Объем будет затем измерить давление, уравнение идеального газа P = NkT / V  .
  • Калориметр - устройство, измеряющее тепловую энергию, добавленную к системе. Простой калориметр - это просто термометр, подключенный к теплоизолированной системе.

Термодинамические резервуары [ править ]

Резервуар представляет собой термодинамическую систему , которая контролирует состояние системы, как правило , путем «наложения» себя на систему под контролем. Это означает, что характер его контакта с системой можно контролировать. Резервуар настолько велик, что на его термодинамическое состояние не оказывает заметного влияния состояние контролируемой системы. Термин « атмосферное давление » в нижеследующем описании теоретического термометра по существу означает «резервуар давления», который оказывает атмосферное давление на термометр.

Некоторые общие резервуары:

  • Резервуар давления - наиболее распространенным резервуаром давления является атмосфера Земли.
  • Резервуар температуры - большое количество воды в тройной точке образует эффективный резервуар температуры.

Теория [ править ]

Предположим, мы достаточно хорошо разбираемся в механике, чтобы понимать и измерять объем, площадь, массу и силу. Их можно объединить для понимания концепции давления, которое представляет собой силу на единицу площади, и плотности, которая представляет собой массу на единицу объема. Экспериментально установлено, что при достаточно низких давлениях и плотностях все газы ведут себя как идеальные газы . Поведение идеального газа описывается законом идеального газа:

где P   - давление, V   - объем, N   - количество частиц (общая масса, деленная на массу частицы), k   - постоянная Больцмана , а T  это температура. Фактически, это уравнение - больше, чем феноменологическое уравнение, оно дает рабочее или экспериментальное определение температуры. Термометр - это инструмент, который измеряет температуру - примитивный термометр был бы просто небольшим контейнером с идеальным газом, которому было позволено расширяться против атмосферного давления. Если мы приведем его в тепловой контакт с системой, температуру которой мы хотим измерить, подождем, пока она уравновесится, а затем измерим объем термометра, мы сможем вычислить температуру рассматриваемой системы с помощью T = PV / Nk . Будем надеяться, что термометр будет достаточно маленьким, чтобы он существенно не изменил температуру системы, которую он измеряет, а также чтобы на атмосферное давление не повлияло расширение термометра.

Термометр идеального газа можно определить более точно, сказав, что это система, содержащая идеальный газ, который термически связан с системой, которую он измеряет, но при этом динамически и материально изолирован от нее. Он одновременно динамически связан с внешним резервуаром давления, от которого он материально и теплоизолирован. Другие термометры (например, ртутные термометры, которые показывают наблюдателю объем ртути) теперь могут быть сконструированы и откалиброваны по термометру идеального газа.

Ссылки [ править ]