Номер 4, страница 209 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 62. Температура и тепловое равновесие. Глава 9. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа - номер 4, страница 209.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Преимущество использования разреженных газов для измерения температуры заключается в том, что их свойства очень близки к свойствам идеального газа. Поведение идеального газа описывается уравнением состояния (уравнением Менделеева-Клапейрона):

$pV = \nu RT$

где $p$ — давление, $V$ — объем, $\nu$ — количество вещества, $R$ — универсальная газовая постоянная, а $T$ — абсолютная температура.

В газовых термометрах, как правило, поддерживают постоянным объем газа ($V = \text{const}$). В этом случае из уравнения следует, что давление газа прямо пропорционально его абсолютной температуре:

$p = \left(\frac{\nu R}{V}\right)T \implies p \propto T$

Эта простая линейная зависимость позволяет точно определять температуру, измеряя давление газа.

Модель идеального газа, на которой основана эта зависимость, справедлива при выполнении двух условий:

1. Собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда.
2. Силы межмолекулярного взаимодействия пренебрежимо малы.

Разреженный газ — это газ при очень низком давлении. В таких условиях среднее расстояние между молекулами становится очень большим. Вследствие этого и объем самих молекул, и силы взаимодействия между ними перестают играть существенную роль. Таким образом, любой разреженный газ очень хорошо подчиняется законам идеального газа.

Главное преимущество заключается в том, что в разреженном газе зависимость давления от температуры почти не зависит от индивидуальных свойств молекул (их размера, массы, строения). Это означает, что показания термометра с любым разреженным газом (будь то водород, гелий или азот) будут практически одинаковыми в широком диапазоне температур. В отличие от этого, например, в жидкостных термометрах тепловое расширение сильно зависит от свойств конкретной жидкости (ртути, спирта), что требует сложной калибровки и приводит к расхождению показаний.

Эта универсальность и высокая линейность делают термометры на разреженном газе чрезвычайно точными и воспроизводимыми, поэтому они используются в качестве первичных эталонов для определения и поддержания Международной температурной шкалы.

Ответ: Преимущество использования разреженных газов для измерения температуры состоит в том, что их поведение с высокой точностью описывается законами для идеального газа. Это обеспечивает линейную зависимость измеряемого параметра (давления при постоянном объеме) от температуры. Самое важное, что эта зависимость практически не зависит от химической природы газа, что делает измерения универсальными и очень точными.