溫度粵拼wan1 dou6英文temperature)係指標,以數字寫出幾熱幾凍,低溫卽係凍,高溫卽係熱。度溫度嘅架生,叫溫度計

自然科學,都經常涉及溫度。物體嘅溫度通常係用攝氏嚟量度,科學家通常係用開氏,而美國就普遍用華氏

平均動能

睇埋:動能壓力同埋理想氣體定律

喺現代嘅熱力學上,溫度可以想像成啲粒子平均動能。想像一位想研究溫度(但唔具有現代物理學知識嘅人)嘅人攞住手上嘅溫度計同「溫度就係溫度計反映嘅物理量」嘅知識。佢可以觀察得到壓力(pressure, ;指一件物體表面每單位面積承受緊幾大嘅)嘅現象:佢將一團溫度喺攝氏 20 度嘅氣體封死喺一個透明嘅容器入面,跟住佢將團氣體同個容器加熱(例如放入去一煲滾水入面);如果個容器有個蓋而且溫度夠熱,可以搞到個蓋(如果個蓋夠輕)飛走-個蓋實係受咗一股力得到動量[1]

 
一煲水喺度滾緊;由煲蓋嘅郁動可知,蒸發緊嘅水(水蒸氣)會向周圍嘅表面施壓力。

透過好似呢啲噉嘅實驗,佢確立咗壓力嘅概念,而且可以觀察到理想氣體定律(ideal gas law)所講嘅嘢[1]

 ,當中

  係團氣體嘅體積  係團氣體入面有幾多粒粒子(簡單講可以想像成物質量), 一個常數,而   就係團氣體嘅溫度(用溫度計量度到)[2][3]。假想個人身處嘅世界經已確立咗原子論,知道物質係由一大柞細細粒嘅粒子組成嘅,佢可以將團氣體想像成一大柞係噉喺度郁嘅粒子,好似下圖嘅想像圖噉:

推理過程

圖中嗰啲黑色點點係想像中嘅粒子,紅色嘅係啲粒子嘅郁動軌道,白色嘅空間係粒子可以郁嘅空間,灰色嘅係個容器嘅殼,紅色箭咀係一粒粒子撞埋個容器嘅殼嗰陣向個殼嘅表面施嘅力。根據古典力學上嘅知識,當一嚿嘢撞埋去另一嚿嘢嗰時,會有動量 )嘅轉移,即係話[1]

 

當中   係指個殼嘅動量變化,  係指粒粒子臨撞嗰刻嘅動量嘅 X 軸(想像三維空間)部份,假想粒粒子撞前撞後動量嘅數值一樣但彈返轉頭(方向變咗相反), 。假想每隔  (一個極細嘅數值)咁耐嘅時間就有粒粒子撞落個殼嗰度,個殼因為一吓撞擊受嘅力( )係:

 (嚟自牛頓第二定律),

而設

   係指個容器嘅長度(設個容器係個立方體),可以得出
 ,考慮嗮咁多粒粒子嘅話,
 ,當中

  係粒子嘅數量(呢個數值大得好交關),而   係指啲粒子嘅平均 X 軸速度數值。再將粒子嘅速度   想像成   [註 1],得出:

 

呢股力會施喺一塊   咁大嘅表面嗰度,即係話壓力(每單位面積嘅力)等如:

 

因為設咗個容器係立方體,所以個容器嘅容量  ,於是:

 

將上面條式掉一掉嘅話,

 

將理想氣體定律   代入去嘅話,

 

最後得出

 

由古典力學嗰度已知,一嚿嘢嘅動能 -得出「一團氣體嘅溫度( )係由粒子嘅平均動能反映嘅」。

註釋

  1. 喺現實,粒子唔會粒粒都用同樣嘅速度郁,但當考慮緊好大量嘅粒子嗰陣,呢種想像法可以得出大致正確嘅結果。

睇埋

  1. 1.0 1.1 1.2 Kinetic Theory.
  2. Clapeyron, E. (1835). "Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur". Journal de l'École Polytechnique (in French). XIV: 153–90.
  3. Khotimah, Siti Nurul; Viridi, Sparisoma (2011-06-07). "Partition function of 1-, 2-, and 3-D monatomic ideal gas: A simple and comprehensive review". Jurnal Pengajaran Fisika Sekolah Menengah. 2(2): 15–18.