If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:10:24

Термодинамика, част 3: Скалата на Келвин и пример със закона на идеалния газ

Видео транскрипция

Вече разгледахме и надявам се, че схвана логиката защо началното налягане, умножено по началния обем, разделено на началната температура е равно на... ако променя обема, налягането, температурата или друга комбинация между всички тях, то ще бъде равно на новото налягане, умножено по новия обем и разделено на новата температура. И още веднъж, запомни това – налягането, умножено по обема, е пропорционално на количеството кинетична енергия в системата, и температурата е пропорционална на количеството кинетична енергия за една молекула. Ако не променим броя на молекулите, количеството... поради закона за запазване на енергията количеството кинетична енергия няма да се промени, освен ако не свършим малко работа, или отнемем някаква потенциална енергия – тeзи величини и зависимости няма да се променят. Изгледай последното видео, и се надявам, че ще добиеш представа – ако това още те обърква, ще направя друго видео. Преди да използвам тази формула – това е много съществен елемент за термодинамика, само като знаеш това, и ако вникнеш какво означава. Искам да разясня нещо за температурата – има много различни начини да измерим температура. Знаем за Фаренхайт. Каква е температурата на замръзване на водата? При 32 градуса по Фаренхайт водата замръзва, но това също е 0 градуса по Целзий – всъщност това е как скалата на Целзий е била определена. Определено е кога водата замръзва, това е нула, а когато водата кипи, това е 100 градуса по Целзий е температурата на кипене на водата и това е как е била създадена скалата. Температура може да е по-ниска от тази на замръзване на водата и тогава ще ти е нужна отрицателна стойност – Фаренхайт... всъщност не съм много сигурен. Трябва да проверя това в Wikipedia или това може да бъде задача, която ти да свършиш, и да ми кажеш как е точно. Мисля, че водата кипи при 212 градуса по Фаренхайт, това е малко произволно. Мисля, че Фаренхайт може да е по някакъв начин свързано с температурата на човешкото тяло, но само предполагам. Може да имате различни скали за измерване в тази ситуация, но те всички са били малко произволни, когато са били създавани. Те са просто някакъв вид отношение към скалата – можеш да кажеш кога нещата кипят, те са определено по-горещи, защото имат по-висока температура от тази, при която замръзват. Но не е ясно... не може да кажем... Не можем да разделим 100 на 0, но ако нещо е 1 градус, то тогава непременно, щом нещо е 100 градуса по Целзий, то е 100 пъти по-горещо, или има 100 пъти пъти кинетичната енергия. Всъщност това, което ще видим е, че случаят всъщност не е такъв – нямаме 100 пъти кинетичната енергия, така че скалата е малко произволна. Точният интервал е произволен – можеш да вземеш 1 градус като една стотна от разстоянието между 0 и 100, но къде започваш – поне в скалата на Целзий – е малко произволно. Взето е замръзването на водата. По-късно хората са установили, че има абсолютна начална точка на започване на замръзването. И абсолютната точка на започване е температурата, при която молекула или атом няма абсолютно никава кинетична енергия. Ние казахме, че температурата е равна на средната кинетична енергия на системата, или на цялата кинетична енергия на системата, разделена на броя на молекулите. Също можем да кажем и средната кинетична енергия на една молекула. Единственият начин наистина да кажем, че температурата е 0... тук има коефициент на пропорционалност, защото температурните скали са все още малко произволни – единственият начин да получим температура от 0 трябва да е, когато кинетичната енергия на всяка молекула е 0, или средната кинетична енергия. Те не се движат, те не вибрират, те дори не мигат – тези молекули са напълно неподвижни. Точката, в която това се случва, се нарича абсолютна нула. Това наистина се случва – в абсолютната нула, която е наричана още Келвинова нула, и е равна на –273 градуса по Целзий. Никъде във вселената, доколкото ми е известно, не е по-студено от –273 градуса по Целзий – при тази температура нищо не се движи, дори и на атомно ниво. Говоря за сблъсъка на електроните в ядрото – всичко е напълно неподвижно при температура от 0 градуса по Келвин. Това е теоретична абсолютна граница – може би ще направим няколко видеа как можем да стигнем близо до нея, но в лабораторна среда или в дълбокия Космос се стига наистина близо до нея. Аз съм доста сигурен, че никъде във вселената нямаме Келвинова нула, или поне някакво място, където има частици, но може и да греша... това е малко извън обсега на това, за което говорим. Правилният начин да измерваме температура е в градуси по Келвин. Когато измерваш в Келвини, ако кажеш – имам нещо, което е 1 Келвин, сравнено с нещо, което е 5 Келвина, тъй като вече отрихме точката, при която наистина няма кинетична енергия, и можем да направим заключение, че това има 5 пъти повече енергия от това, което е 5 Калвина в сравнение с 1 Калвин. Целта на това дълго обяснение за Калвин беше, да обясня, че когато използваме тази формула или всяка друга формула в термодинамиката, която включва в себе си температура, трябва да пресметнем температурата в Калвин, освен ако не е само изменение на температурата. Тогава вероятно може да я оставиш в Целзий, но когато го правиш пропорционално, или я използваш за умножаване или делене на температура, трябва да използваш Калвин. Надявам се, че ти стана ясно защо е така. Нека решим един пример. Ще се изненадаш колко далеч те отвежда тази зависимост. Наистина, основният номер е да запомниш как да превръщаш нещата в Келвин. Това е основната причина, поради която хората грешат на въпроси по термодинамика на изпити – не са превърнали температура в Келвини. Тази задача е типичен пример за повечето неща, които ще видиш – това е от Barron's AP physics B, страница 226. Задачата гласи, че затворен газ е с температура 27 градуса, т.е. неговата начална температура е 27 градуса по Целзий. Има налягане от 1000 паскала, или Нютона на квадратен метър, и обемът му е 30 метра. Мисля, че в едно от ранните видеа говорих за нютоните на кубичен метър, но тук са на квадратен метър – искам да съм сигурен, че не съм обърквал хората преди, т.е. това е първоначалният обем. Казано е, че обемът намалява, т.е. отиваме във времето, когато новият обем ще е 20 кубични метра. Новата температура се е повишила и сега е 0 градуса по Целзий. Търси се колко е новото налягане. Преди просто да заместим в уравнението и да пресметнем новото налягане, запомни – ако температурата е дадена в Целзий, пресметни я в Келвин. Ако е дадена във Фаренхайт, което рядко се случва, тогава я превърни в Целзий, и после в Келвин. Вече знаем, че 0 Келвина са равни на –273 градуса по Целзий. Казано по друг начин: х Келвина са равни на каквато и стойност да имаш в Целзий, просто добави 273 към съответната стойност. Има ли смисъл? Разгледай го така: ако имаш 0 градуса по Целзий, вече си 273 градуса над Келвиновата нула. Помисли върху това и то ще придобие смисъл – може би искаш да начертаем числова ос, за да сме сигурни. Каквато и стойност да имаш в Целзий, просто добави към нея 273, и получаваш Келвин. Това е равно на 1, това е... Добави 273 към 27 градуса по Целзий и получаваш 300 Келвина, и тогава 50 градуса по Целзий е – добави 273 към него. Значи 50 плюс 273 е 323, сега вече можем да заместваме във формулата. P1, 1000 паскала по V1, по 30, разделено на първата температура - запомнете, че трябва да се пресметне в Калвин - 300, е равно на P2. Не знаем какво е това. P2 по V2, по 20, разделено на новата температура, 323. Можем да го опростим: можем да махнем двете нули от тук, двете нули от тук, после 3 от тук, и 3 от тук, и ни остава 100. Това е равно на 100 – това беше 30 000, разделено на 300, и остана 100 от лявата страна. Значи имаме 100, което е равно на P по 20 върху 323. Времето ми привършва. Ще го сметна, 323 по 100, разделено на 20, е равно на новото налягане, което е 1 615 паскала. Реших уравнението и трудната част беше превръщането в Келвини. Ще се видим в следващото видео.
Кан Академия – на български благодарение на сдружение "Образование без раници".