Досвід Перрена (1870–1942 рр.)
Французький фізик Перрен користувався розподілом Больцмана для експериментального визначення числа Авогадро.
Під мікроскопом досліджувався броунівський рух частинок, які розподілялися по висоті подібно до молекул газу в полі тяжіння.
1 – предметне скло,
2 - покривне скло,
4 – емульсія з кульками діаметром частки мікрон (частки гуммігуту – соку дерева).
Мікроскоп наводився на верхній шар емульсії (рис. 10.5), робили через мікроскоп миттєву фотографію, підраховували кількість частинок броунів на фотографії. Далі тубус мікроскопа опускали на 0,01 мм, знову фотографували та підраховували кількість броунівських частинок на фотографії. Виявилося, що на дні судини броунівських частинок більше, на поверхні емульсії менше, а загалом розподіл броунівських частинок за висотою відповідає розподілу Больцмана. Так як кульки гуммігута знаходяться в рідині (емульсії), то потенційна енергія їх з урахуванням сили, що виштовхує Архімеда можна записати , деm0 - маса кульки,mж - маса об'єму рідини, витісненої кулькою. Тоді розподіл Больцмана можна записати.
Якщоn1іn2-виміряні концентрації частинок на висотахh1іh2, то
Тоді можна визначити
,
де
Визначивши експериментально постійну БольцманаkПеррен отримав із залежності
Тема 11 робота, внутрішня енергія та теплота. Перший початок термодинаміки
Термодинаміка- це наука, що вивчає умови перетворення різних видів енергіїтеплову і назад, а також кількісні співвідношення, що спостерігаються при цьому. Термодинаміка охоплює велике коло явищ, що спостерігаються в природі та техніці. Особливого значення вона має теплотехніки, т.к. дає основу розробки теплових і холодильних машин. У термодинаміці часто користуються словомтіло. У термодинаміці тілом можна назвати повітря, воду, ртуть, газ, тобто. будь-яка речовина, яка займає певний обсяг.
Термодинамічна система може включати кілька тіл, але може складатися з одного тіла, дуже часто цим тілом є ідеальний газ.
Термодинамічної системою називається будь-яка сукупність розглянутих тіл, які можуть обмінюватися енергією між собою та з іншими тілами.Наприклад, термодинамічної системою може бути ідеальний газ.
Стан термодинамічної системи характеризується термодинамічних параметрів.Термодинамічні параметри - це величини, що характеризують стан системи.До термодинамічних параметрів відносяться такі величини, як тиск, об'єм, температура, щільність речовини і т.д. Параметрами стану ідеального газу, наприклад, є тискP, об'ємV, температураT. Рівняння, що зв'язує між собою параметри стану термодинамічної системи, називаєтьсярівнянням стану.Наприклад, рівняння Менделєєва - Клапейрона:
Стан термодинамічної системи називаєтьсярівноважним, якщо всі його параметри мають певне значення і не змінюються з часом за незмінних зовнішніх умов.
Якщо термодинамічна система виведена зі стану рівноваги і надана сама собі, вона повертається у вихідний стан. Цей процес називаєтьсярелаксацією.
У термодинаміці вивчають закономірностівсіляких переходів системи з одного стану до іншого.Перехід системи з одного стану в інший,який супроводжується зміною хоча б одного параметра стану,називається процесом.Рівняння, що визначає зміну параметрів системи при переході з одного стану в інше, називається рівнянням процесу.
Термодинаміка вивчає лише термодинамічно рівноважні стани тіл і повільні процеси, які розглядаються як рівноважні стани, безперервно наступні один за одним. Вона вивчає загальні закономірності переходу систем стану термодинамічного рівноваги.
Рівноважні процеси– процеси, у яких швидкість зміни термодинамічних параметрів нескінченно мала, тобто. Зміна термодинамічних параметрів відбувається за нескінченно великі часи. Цемодель, т.к. всі реальні процеси – нерівноважні.
Рівноважний процес – процес, який відбувається через послідовність рівноважних станів.
Нерівноважний процес– процес, у якому зміна термодинамічних параметрів на кінцеву величину відбувається у кінцевий час.
Нерівноважний процес графічно зобразити не можна.
У термодинаміці використовується особливий метод вивчення явищ - термодинамічний метод. Термодинаміка розглядає, як протікає процес.
В основу термодинаміки покладено два основні закони, які є узагальненням величезного фактичного матеріалу. Ці закони дали початок всій науці термодинаміки і тому отримали назву початків.