Номер 2, страница 75 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 3. Температура. Газовые законы. Параграф 3.7. Абсолютная температура - номер 2, страница 75.

Условие.

2. Каким образом появилась шкала Кельвина?

Решение.

Шкала Кельвина, также известная как абсолютная термодинамическая шкала температур, была предложена в 1848 году британским физиком Уильямом Томсоном, который позже стал известен как лорд Кельвин. Основой для создания этой шкалы послужили исследования в области термодинамики, в частности, изучение поведения газов при изменении температуры.

Ключевая идея, лежащая в основе шкалы Кельвина, — это концепция абсолютного нуля. Это теоретическая температура, при которой тепловое движение частиц вещества (атомов и молекул) полностью прекращается, и, следовательно, их внутренняя энергия достигает минимально возможного значения.

Эта идея возникла из наблюдений, сделанных учеными, такими как Жак Шарль и Жозеф Луи Гей-Люссак. Они обнаружили, что при постоянном давлении объем данной массы газа уменьшается на одну и ту же долю (примерно на $1/273.15$ от объема при $\text{0}$ °C) при понижении температуры на каждый градус Цельсия. Если экстраполировать эту линейную зависимость в область отрицательных температур, можно найти точку, в которой объем газа теоретически стал бы равен нулю. Эта температура оказалась равной $-273.15$ °C.

Уильям Томсон понял, что эта температура является фундаментальным физическим пределом и предложил использовать её в качестве естественной нулевой точки для новой температурной шкалы. В отличие от шкалы Цельсия, где за ноль принята температура замерзания воды (свойство конкретного вещества), шкала Кельвина основана на универсальном принципе.

Для удобства и сохранения преемственности размер единицы измерения в новой шкале — кельвина (К) — был сделан равным размеру градуса Цельсия (°C). Это означает, что изменение температуры на $\text{1}$ К в точности равно изменению на $\text{1}$ °C.

Таким образом, связь между температурой в кельвинах ($\text{T}$) и температурой в градусах Цельсия ($\text{t}$) выражается простой формулой:

$T(K) = t(°C) + 273.15$

В этой шкале нет отрицательных температур, поскольку $\text{0}$ К — это абсолютный нуль.

Ответ: Шкала Кельвина возникла на основе концепции абсолютного нуля — минимально возможной температуры, при которой прекращается тепловое движение частиц. Эта температура ($ -273.15 $ °C) была теоретически предсказана путем экстраполяции зависимости объема газа от температуры. В 1848 году Уильям Томсон (лорд Кельвин) предложил использовать абсолютный нуль в качестве начальной точки новой температурной шкалы. Размер единицы (кельвина) был приравнен к градусу Цельсия, что создало абсолютную шкалу, основанную на фундаментальных законах термодинамики.