Что такое макроскопические параметры

Анализ эякулята (спермограмма)

Основной целью исследования эякулята является определение способности спермы к оплодотворению и выявление заболеваний и/или патологических процессов, вызвавших соответствующие поражения. Исследование спермы – неотъемлемая часть диагностики бесплодия. Примерно в 47% случаев причиной бездетности семейных пар является мужчина. Причиной бесплодия мужчин могут быть заболевания яичек, простаты, нарушения проводимости семявыводящих путей, заболевания и пороки развития уретры. Исследование семенной жидкости также является одним из тестов при диагностике гормональных расстройств, заболеваний половых органов или пороков их развития.

В норме эякулят представляет собой взвесь сперматозоидов в секрете яичек и их придатков, которая к моменту эякуляции смешивается с секретом предстательной железы, семенных пузырьков и луковично-уретральных желез.

Сперматозоиды составляют около 5% объема спермы, они образуются в семенниках. Приблизительно 60% объема спермы образуется в семенных пузырьках. Это вязкая, нейтральная или слегка щелочная жидкость, часто желтая или даже сильно пигментированная из-за высокого содержания рибофлавина.

Простата производит примерно 20% объема семенной жидкости. Эта жидкость, похожая на молоко, имеет слабокислую реакцию (рН около 6,5), в основном из-за высокого содержания лимонной кислоты. Простатический секрет также богат кислой фосфатазой и протеолитическими ферментами, считается, что протеолитические ферменты отвечают за коагуляцию и разжижение семенной жидкости.

Менее 10–15% объема спермы образуется в придатках яичек, семявыводящих протоках, бульбоуретральных и уретральных железах.

Стандартная спермограмма оценивает физические (макроскопические) и микроскопические параметры эякулята (Табл., рис. 1-3).

Условия взятия и хранения образца

Эякулят должен быть получен после, как минимум, 48 ч, но не более 7 дней полового воздержания.

Макроскопическое исследование – определение консистенции, объема, запаха, цвета, вязкости и рН эякулята.

Сперма, полученная при эякуляции, густая и вязкая, что обусловлено свертыванием секрета семенных пузырьков. В норме при комнатной температуре образец эякулята должен разжижаться в течение 60 мин. Если эякулят длительное время остается вязким, полувязким или вообще не разжижается, то можно предполагать воспаление предстательной железы. В норме объем эякулята составляет 2–6 мл. Количество менее 1,0 мл характерно для андрогенной недостаточности, эндокринных заболеваний, сужения и деформации пузырьков, семявыводящих путей. Максимальный объем может достигать 15 мл. Объем эякулята не влияет на фертильность. Запах нормального эякулята специфический и обусловлен спермином (напоминает запах «свежих каштанов»). Специфический запах становится слабым или отсутствует при закупорке выводных протоков предстательной железы. При гнойно-воспалительных процессах запах спермы обусловлен продуктами жизнедеятельности бактерий, вызвавших воспалительный процесс.

Микроскопическое исследование – изучение в нативном препарате подвижности сперматозоидов и наличия агглютинации, подсчет количества сперматозоидов в камере Горяева, изучение морфологии сперматозоидов, клеток сперматогенеза и дифференциальная диагностика живых и мертвых сперматозоидов в окрашенных препаратах.

Микроскопическое исследование эякулята проводят после полного его разжижения

Для оценки подвижности сперматозоидов рекомендуется использовать простую систему классификации по категориям. Для классификации 200 сперматозоидов последовательно просматривают в 5 полях зрения микроскопа (Рис. 1).

Подвижность каждого сперматозоида классифицируют по категориям, используя следующие критерии:

Сначала подсчитывают все сперматозоиды категорий а и b в ограниченном участке поля зрения или, если концентрация сперматозоидов низкая, во всем поле зрения (%). Далее в той же области подсчитывают сперматозоиды с непоступательным движением (категория с) (%) и неподвижные сперматозоиды (категория d) (%).

Определять подвижность можно с подсчетом в камере Горяева. Сперму разводят в 20 раз физиологическим раствором, в камере смотрят только неподвижные и малоподвижные сперматозоиды.

Расчет ведут по формуле:

А – общее количество сперматозоидов;

В – количество малоподвижных сперматозоидов;

С – количество неподвижных сперматозоидов.

Отсюда количество активно подвижных сперматозоидов в процентах составляет (Y):

Подвижность сперматозоидов зависит от времени года и суток. Имеются данные, что весной происходит снижение подвижности сперматозоидов (сезонные колебания). При наблюдении за количеством активно-подвижных сперматозоидов в течение суток было отмечено увеличение их количества во второй половине дня (суточные ритмы).

Снижение подвижности сперматозоидов ниже нормы – астенозооспермия. Незначительной степени астенозооспермии – количество активно- и малоподвижных сперматозоидов c поступательным движением в сумме составляет менее 50%, но более 30%.

Оценка агглютинации сперматозоидов. Под агглютинацией сперматозоидов подразумевают склеивание подвижных сперматозоидов между собой головками, хвостами или головок с хвостами. Склеивание неподвижных сперматозоидов друг с другом или подвижных сперматозоидов с нитями слизи, другими клетками или остатками клеток следует считать и регистрировать не как агглютинацию, а как неспецифическую агрегацию. При исследовании регистрируют тип агглютинации (головками, хвостами, смешанный вариант). Можно использовать полуколичественный метод оценки степени агглютинации от «–» (отсутствие агглютинации) до «+++» (тяжелая степень, при которой все подвижные сперматозоиды подвержены агглютинации). В норме склеиваются не более 3–5%. Если количество агглютинированных сперматозоидов составляет 10–15%, можно говорить о понижении их оплодотворяющей способности.

Подсчет общего количества сперматозоидов проводят в камере Горяева. Общее количество сперматозоидов в эякуляте рассчитывают, умножая количество сперматозоидов в 1мл спермы на объем выделенной спермы.

Нормоспермия – у здорового мужчины в 1 мл эякулята содержится более 20 млн. сперматозоидов.

Полизооспермия – количество сперматозоидов в 1 мл эякулята превышает 150 млн.

Олигозооспермия – в 1 мл эякулята содержится менее 20 млн. сперматозоидов.

Азооспермия – отсутствие сперматозоидов в эякуляте.

Аспермия – в доставленной жидкости нет сперматозоидов и клеток сперматогенеза.

Оценка жизнеспособности сперматозоидов. Для оценки жизнеспособности сперматозоидов смешивают на предметном стекле одну каплю свежего эякулята с каплей стандартного красителя эозина. Живые сперматозоиды в таких препаратах не окрашиваются (белые); мертвые сперматозоиды окрашиваются в красный цвет, т.к. повреждены их плазматические мембраны. Под жизнеспособностью подразумевают долю (в процентах) «живых» сперматозоидов. Жизнеспособность следует оценивать, если процент неподвижных сперматозоидов превышает 50%.

Оценка жизнеспособности может служить контролем точности оценки подвижности сперматозоидов, поскольку процент мертвых клеток не должен превышать (с учетом ошибки подсчета) процента неподвижных сперматозоидов. Наличие большого количества живых, но неподвижных сперматозоидов, может указывать на структурные дефекты жгутиков. Сумма мертвых и живых сперматозоидов не должна превышать 100%.

Характеристика клеточных элементов эякулята. Обычно эякулят содержит не только сперматозоиды, но и другие клетки, которые в совокупности обозначают, как «круглые клетки». К их числу относят эпителиальные клетки мочеиспускательного канала, клетки предстательной железы, незрелые половые клетки и лейкоциты. В норме эякулят не должен содержать более 5*106 круглых клеток/мл.

В большинстве случаев эякулят человека содержит лейкоциты, в основном нейтрофилы. Повышенное содержание этих клеток (лейкоспермия) может свидетельствовать о наличии инфекции и о плохом качестве сперматозоидов. Число лейкоцитов не должно превышать 1106/мл. Подсчет ведут в камере Горяева аналогично подсчету сперматозоидов.

Эякулят кроме лейкоцитов может содержать незрелые половые клетки (клетки сперматогенеза) на разных стадиях созревания: сперматогоний, сперматоцит I порядка, сперматоцит II порядка, сперматид. (рис. 2)

Наличие в эякуляте различных типов незрелых клеток сперматогенеза обычно говорит о его нарушении. Избыток этих клеток является следствием нарушения функции семенных канальцев, в частности, при сниженном сперматогенезе, варикоцеле и патологии клеток Сертоли.

Оценка морфологии сперматозоидов. Для анализа используют мазок, окрашенный гистологическими красителями (гематоксилин, Романовский-Гимза и др.), в котором производят последовательный подсчет 200 сперматозоидов (однократный подсчет 200 сперматозоидов предпочтительней двукратного подсчета 100 сперматозоидов) и выражают в процентах количество нормальных и патологических форм (Рис. 3).

Головка сперматозоида должна быть овальной формы. Отношение длины головки к ее ширине должно составлять от 1,5 до 1,75. Должна быть видна хорошо очерченная акросомная область, составляющая 40–70% площади головки. Шейка сперматозоида должна быть тонкой, составлять 1,5 длины головки сперматозоида и прикрепляться к головке вдоль ее оси. Размеры цитоплазматических капель не должны превышать 1/2 размера головки нормального сперматозоида. Хвост должен быть прямым, одинаковой толщины на всем протяжении и несколько уже в средней части, не закрученным и иметь длину около 45 мкм. Отношение длины головки к длине хвоста у нормальных сперматозоидов 1:9 или 1:10.

Дефекты головки: большие, маленькие, конические, грушевидные, круглые, аморфные, с вакуолями в области хроматина; головки с маленькой акросомальной областью, вакуолизированной акросомой, с несимметрично расположенной акросомой; двойные и множественные головки, головки с компактным строением хроматина и т.д.

Дефекты шейки и средней части: «склоненная» шейка (шейка и хвост образуют угол 90° к длинной оси головки), асимметричное прикрепление средней части к головке, утолщенная или неравномерная средняя часть, патологически тонкая средняя часть (отсутствие митохондриальной оболочки) и их любая комбинация.

Дефекты хвоста: хвосты короткие, множественные, в виде шпильки, сломанные, наклонные (угол больше 90°), неравномерная толщина хвоста, тонкая средняя часть, закрученный конец, закрученный полностью и их любая комбинация. При дифференцированном морфологическом подсчете учитываются только сперматозоиды с хвостами.

Тератозооспермия – увеличение количества патологических форм сперматозоидов выше референсных значений. Выраженная тератозооспермия резко снижает шансы оплодотворения и увеличивает вероятность пороков развития у плода, если оплодотворение произошло. Тератозооспермия обычно сочетается с олигозооспермией и астенозооспермией.

Сперматозоиды, у которых головка заключена в цитоплазматическую каплю, и те, у которых цитоплазматическая капля расположена на шейке в виде шарфа и по отношению к размеру головки составляет более 1/3, выделяются как незрелые или юные. В нормальной спермограмме они составляют около 1%.

Источник

Содержание:

Фазовые состояния вещества:

В МКТ различают три фазовых (агрегатных) состояния вещества: жидкое, кристаллическое, газообразное (существует и четвертое состояние — плазма, и оно самое распространенное во Вселенной, ведь именно в состоянии плазмы находится вещество в звездах). Изменение фазового состояния называют фазовым переходом. Рассмотрим разные фазовые состояния вещества и выясним особенности движения и взаимодействия молекул вещества в разных состояниях.

Слово «газ» происходит от греческого слова chaos («хаос»). Молекулы газов расположены беспорядочно и на расстояниях, которые в десятки раз больше размеров самих молекул. На таких расстояниях молекулы практически не взаимодействуют друг с другом. Непрерывно сталкиваясь, молекулы газов разлетаются во все стороны, пока не встретят какое-либо препятствие, например стенки сосуда. Именно поэтому газы не имеют формы и занимают весь предоставленный объем. Большими расстояниями между молекулами объясняется и тот факт, что газы легко сжимаются.	Молекулы жидкости в целом расположены хаотично, однако в расположении ближайших молекул сохраняется определенный (ближний) порядок. Среднее расстояние между молекулами примерно равно размерам молекул, и межмолекулярные силы удерживают их около положения равновесия. Каждая молекула жидкости некоторое время (порядка	В веществе, находящемся в твердом кристаллическом состоянии, молекулы расположены в определенном порядке (образуют кристаллическую решетку) на расстояниях, примерно равных размерам самих молекул, поэтому силы межмолекулярного взаимодействия удерживают их около положения равновесия. В отличие от жидкостей, перескакивания молекул в твердых телах происходят очень редко — каждая молекула сохраняет положение равновесия достаточно долго, а ее движение сводится к колебаниям около этого положения. Поэтому твердые тела сохраняют и объем, и форму; как и жидкость, их очень трудно сжать.

Молекулы некоторых твердых тел в целом расположены беспорядочно. Такое состояние вещества называют аморфным. Вещества в аморфном состоянии напоминают очень вязкие жидкости. Так, если положить в сосуд кусочки смолы (аморфное вещество), со временем смола сольется и примет форму сосуда.

В отличие от кристаллических, аморфные вещества не имеют определенной температуры плавления, а переходят в жидкое состояние постепенно размягчаясь. Аморфное состояние веществ неустойчиво — постепенно происходит кристаллизация. Так, стекло имеет аморфную структуру, но со временем в нем образуются помутнения — кристаллики кварца. Сахар — это молекулярный кристалл. Если его расплавить и охладить, получим леденец — аморфное состояние сахара. Но через некоторое время в леденце начнут расти кристаллики сахара. Именно по этой причине засахаривается варенье.

Основное уравнение МКТ идеального газа

Каждое макроскопическое тело состоит из огромного количества молекул. МКТ рассматривает строение и свойства макроскопических тел, а также процессы, происходящие в этих телах, с точки зрения их молекулярной структуры. Поведение макроскопических тел описывается рядом физических величин — микроскопическими и макроскопическими параметрами. Выясним, что это за параметры и как они связаны.

Микроскопические и макроскопические параметры

Рассмотрим систему, состоящую из очень большого количества атомов или молекул. Такой системой, например, может быть какой-либо газ. В любой момент времени каждая микрочастица газа обладает энергией, движется с некоторой скоростью, имеет массу.

Физические величины, характеризующие свойства и поведение отдельных микрочастиц вещества, называют микроскопическими параметрами.

Некоторые микроскопические параметры могут изменяться без внешнего воздействия на систему. Например, скорости движения молекул газа непрерывно изменяются в результате их столкновений друг с другом.

В то же время газ данной массы занимает некоторый объем, создает давление, имеет температуру. Значения этих физических величин определяются совокупностью множества молекул — например, мы не можем говорить о давлении, температуре или плотности одной молекулы.

Физические величины, характеризующие свойства и поведение макроскопических тел без учета их молекулярного строения, называют макроскопическими параметрами.

Макроскопические параметры могут изменяться только за счет внешних воздействий на систему или за счет теплообмена. Так, чтобы увеличить давление газа, газ нужно нагреть (передать определенное количество теплоты) или сжать (то есть совершить работу).

Какой газ называют идеальным

Количественные закономерности, связывающие макроскопические и микроскопические параметры тел, достаточно сложны. Рассмотрим самый простой случай — достаточно разреженные газы (такими, например, являются обычные газы при нормальных условиях). В разреженных газах расстояние между молекулами во много раз превышает размеры самих молекул, поэтому эти молекулы можно считать материальными точками, а их взаимодействием, за исключением моментов соударения, можно пренебречь. Кроме того, свойства разреженных газов практически не зависят от их молекулярного состава, а столкновения молекул такого газа приближаются к упругим. Таким образом, вместо реальных газов можно рассматривать их физическую модель — идеальный газ.

Идеальный газ — это физическая модель газа, молекулы которого принимают за материальные точки, не взаимодействующие друг с другом на расстоянии и упруго взаимодействующие в моменты столкновений.

Основное уравнение МКТ идеального газа

Начнем с такого микроскопического параметра, как скорость движения молекул. Обратим внимание на то, что бессмысленно рассматривать движение каждой отдельной молекулы и устанавливать скорость ее движения в данный момент времени, да это и невозможно: число молекул огромно, и за секунду каждая молекула изменяет скорость своего движения миллиарды раз. Поэтому физики используют средние значения скоростей молекул. Важнейшим в МКТ является понятие средний квадрат скорости:

где N — число молекул; — скорости отдельных молекул.

Квадратный корень из среднего квадрата скорости называют средней квадратичной скоростью движения молекул ():

Понятно, что средний квадрат скорости (а следовательно, и среднюю квадратичную скорость) невозможно определить с помощью прямых измерений. Однако эта величина связана с определенными макроскопическими (измеряемыми) параметрами газа, например с давлением.

Напомним, что давление газа обусловлено ударами его молекул (рис. 28.1). Находясь в непрерывном хаотическом движении, молекулы газа сталкиваются со стенками сосуда и поверхностью любого тела в газе, действуя на них с некоторой силой. Суммарная сила воздействия частиц на единицу площади поверхности и есть давление газа: . Нетрудно догадаться: чем быстрее движутся молекулы газа и чем больше масса этих молекул, тем сильнее будут их удары и тем большее давление создает газ.

Уравнение зависимости давления p идеального газа от массы его молекул и среднего квадрата скорости их движения — это основное уравнение молекулярно-кинетической теории идеального газа:

Здесь n — концентрация молекул газа — физическая величина, равная числу молекул в единице объема газа:

Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа (кинетическая энергия поступательного движения, в среднем приходящаяся на одну молекулу) равна: . Поэтому основное уравнение МКТ идеального газа можно записать и так:

Пример решения задачи

Определите плотность идеального газа, находящегося под давлением Па, если средняя квадратичная скорость движения его молекул 500 м/с.

Решение:

В задаче нужно найти макроскопический параметр — плотность газа. Для решения задачи воспользуемся основным уравнением МКТ идеального газа:

Поскольку ρ = , а m=N (масса газа равна произведению числа молекул газа на массу одной молекулы), то концентрация молекул газа. Заменив в формуле (1) выражение n на ρ, получим:

Отсюда (Формулу (2) следует запомнить!)

Проверим единицу, найдем значение искомой величины:

Анализ результата. Плотности газов при нормальных условиях колеблются от 0,09 до 1,5 кг/м3, то есть получен реальный результат.

При копировании любых материалов с сайта evkova.org обязательна активная ссылка на сайт www.evkova.org

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Whatsapp и логотип whatsapp являются товарными знаками корпорации WhatsApp LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Источник

Физика. 10 класс

Конспект урока

Урок №19. Температура. Энергия теплового движения молекул

На уроке рассматриваются понятия: температура и тепловое равновесие; шкалы Цельсия и Кельвина; абсолютная температура как мера средней кинетической энергии теплового движения частиц вещества, зависимость давления от концентрации молекул и температуры.

Температура характеризует степень нагретости тела (холодное, тёплое, горячее).

Тепловым равновесием называют – такое состояние тел, при котором температура во всех точках системы одинакова.

Тепловым или термодинамическим равновесием, изолированной системы тел, называют состояние, при котором все макроскопические параметры в системе остаются неизменными.

Термометр — это прибор для измерения температуры путём контакта с исследуемым телом. Различают жидкостные, газовые термометры, термопары, термометры сопротивления.

Абсолютная температура Т прямо пропорциональна температуре Θ (тета), выражаемой в энергетических единицах (Дж).

Абсолютный нуль – температура, при которой прекращается тепловое движение молекул.

Абсолютная шкала температур (Шкала Кельвина) – здесь нулевая температура соответствует абсолютному нулю, а каждая единица температуры равна градусу по шкале Цельсия.

Постоянная Больцмана – коэффициент, связывает температуру Θ энергетических единицах (Дж) с абсолютной температурой Т (К).

Абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии молекул.

Давление газа прямо пропорционально концентрации его молекул и абсолютной температуре Т.

Закон Авогадро – в равных объёмах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Измеряя расположение звёзд на небе, расстояния на земле, время, люди знали, для чего они это делают и изобретали, телескопы, часы, прототипы современных линеек. О температуре такого же сказать было нельзя. О том, что такое тепловое равновесие и что означает степень нагрева тела (температура), существовали разные мнения. Но человек с незапамятных времен точно знал, что, когда два тела плотно соприкасаются, между ними устанавливается, выражаясь современным языком, тепловое равновесие.

Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходят в состояние теплового равновесия.

Тепловым равновесием называют такое состояние тел, при котором температура во всех точках системы одинакова.

К числу характеристик состояния макроскопических тел (твёрдых тел, жидкостей, газов) и процессов изменения их состояний, относят объём, давление и температуру. Эти величины описывают в целом тела, состоящие из большого числа молекул, а не отдельные молекулы. При этом микроскопические процессы внутри тела не прекращаются при тепловом равновесии: расположения молекул всё время меняются и меняются их скорости при столкновениях.

Величины объём, давление и температуру, характеризующие состояние макроскопических тел без учёта их молекулярного строения, называют макроскопическими параметрами.

Тепловым или термодинамическим равновесием, изолированной системы тел, называют состояние, при котором все макроскопические параметры в системе остаются неизменными.

Для точной характеристики нагретости тела, необходим прибор, способный измерить температуры тел и дать возможности их сравнения.

Термометр — это прибор для измерения температуры путём контакта с исследуемым телом. Различают жидкостные, газовые термометры, термопары, термометры сопротивления.

В 1597 году Галилей создал термоскоп, в собственных сочинениях учёного нет описания этого прибора, но его ученики засвидетельствовали этот факт. Аппарат представлял собой устройство для поднятия воды при помощи нагревания.

Изобретение термометра, данные которого не зависели бы от перепадов атмосферного давления, произошли благодаря экспериментам физика Э. Торричелли, ученика Галилея.

Во всех приборах, изобретённых в XVIII веке, измерение температуры было относительно расширению столбика воды, спирта или ртути и произвольности выбора начала отсчёта, т.е. нулевой температуры. Наполняющие их вещества замерзали или кипели и этими термометрами нельзя было измерять очень низкие или очень высокие температуры. Необходимо было изобрести такую шкалу, чтобы избавиться от зависимости выбранного вещества, на основе которого формировалось градуирование.

Шкала, предложенная шведским учёным Андерсом Цельсием в 1742 г., точно устанавливала положение двух точек: 0 и 100 градусов. По шкале Цельсия температура обозначается буквой t, измеряется в градусах Цельсия (ºС).

На территории Англии и США используется шкала Фаренгейта. Такая шкала была предложена немецким учёным Даниелем Габриелем Фаренгейтом в 1724 г.: 0 °F — температура смеси снега с нашатырём или поваренною солью, 96 °F —температура здорового человеческого тела, во рту или под мышкой.

Рене Антуан де Реомюр не одобрял применения ртути в термометрах вследствие малого коэффициента расширения ртути. В 1730 году изобрёл водно-спиртовой термометр и предложил шкалу от 0 до 80°.

Шкала Реомюра очень долго использовалась на родине учёного во Франции вплоть до настоящего времени.

Различные жидкости при нагревании расширяются не одинаково. Поэтому расстояния на шкале между нулевой отметкой 0 °C и 100 °C будут разными.

Однако существует способ создать тело, которое приближенно обладает нужными качествами. Это идеальный газ. Было замечено, что в отличие от жидкостей все разряжённые газы – водород, гелий, кислород – расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют своё давление при изменении температуры. Это свойство газов позволяет избавиться в термометрах от одного существенного недостатка шкалы Цельсия – произвольности выбора начала отсчёта, то есть нулевой температуры.

При тепловом равновесии, если давление и объём газа массой m постоянны, то средняя кинетическая энергия молекул газа должна иметь строго определённое значение, как и температура.

Практически такую проверку произвести непосредственно невозможно, но с помощью основного уравнения молекулярно-кинетической теории её можно выразить через макроскопические параметры:

; ; ; ;

Если кинетическая энергия действительно одинакова для всех газов в состоянии теплового равновесия, то и значение давления р должно быть тоже одинаково для всех газов при постоянном значении отношения объёма к числу молекул. Подтвердить или опровергнуть данное предположение может только опыт.

Возьмём несколько сосудов, заполненных различными газами, например, водородом, гелием и кислородом. Сосуды имеют определённые объёмы и снабжены манометрами, для измерения давления газов в сосудах. Массы газов известны, тем самым известно число молекул в каждом сосуде. Приведём газы в состояние теплового равновесия. Для этого поместим их в тающий лёд и подождём, пока не установится тепловое равновесие и давление газов перестанет меняться.

Здесь устанавливается тепловое равновесие и все газы имеют одинаковую температуру 0 °С. При этом показания манометра показывают разное давление р, объёмы сосудов V изначально были разными и число молекул N различно, так как газы, закаченные в баллоны разные. Найдём отношение для водорода всех параметров для одного моля вещества:

Такое значение отношения произведения давления газа на его объём к числу молекул получается для всех газов при температуре тающего льда. Обозначим это отношение через Θ₀ (тета нулевое):

Таким образом, предположение, что средняя кинетическая энергия, а также давление р в состоянии теплового равновесия одинаковы для всех газов, если их объёмы и количества вещества одинаковы или если отношение

Если же сосуды с газами поместить в кипящую воду при нормальном атмосферном давлении, то согласно эксперименту, отношение макроскопических параметров будет также одинаковым для всех газов, но значение будет больше предыдущего

Отсюда следует, что величина Θ растёт с повышением температуры и не зависит от других параметром, кроме температуры. Этот опытный факт позволяет рассматривать величину Θ тета как естественную меру температуры и измерять в энергетических единицах — джоулях.

А теперь вместо энергетической температуры введём температуру, которая будет измеряться в градусах. Будем считать величину тета Θ прямо пропорциональной температуре Т, где k- коэффициент пропорциональности

Так как , то тогда

По этой формуле вводится температура, которая даже теоретически не может быть отрицательной, так как все величины левой части этого равенства больше или равны нулю. Следовательно, наименьшим значением этой температуры является нуль, при любом другом параметре p, V, N равным нулю.

Предельную температуру, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объёме или при которой объём идеального газа стремится к нулю при неизменном давлении, называют абсолютным нулём температуры.

Тепловое движение молекул непрерывно и бесконечно, а при абсолютном нуле молекулы поступательно не двигаются. Следовательно, абсолютный нуль температур при наличии молекул вещества не может быть достигнут. Абсолютный нуль температур — это самая низкая температурная граница, верхней не существует, та «наибольшая или последняя степень холода», существование которой предсказывал М.В. Ломоносов.

В 1848 г. английскому физику Вильяму Томсону (лорд Кельвин) удалось построить абсолютную температурную шкалу (её в настоящее время называют шкалой Кельвина), которая имеет две основные точки 0 К (или абсолютный нуль) и 273К, точка в которой вода существует в трёх состояниях (в твёрдом, жидком и газообразном).

Абсолютная температурная шкала — шкала температур, в которой за начало отсчёта принят абсолютный нуль. Температура здесь обозначается буквой T и измеряется в кельвинах (К).

На шкале Цельсия, есть две основные точки: 0°С (точка, в которой тает лёд) и 100°С (кипение воды). Температура, которую определяют по шкале Цельсия, обозначается t. Шкала Цельсия имеет как положительные, так и отрицательные значения.

Из опыта мы определили значения величины Θ (тета) при 0 °С и 100 °С. Обозначим абсолютную температуру при 0 °С через Т₁, а при 100 °С через Т₂. Тогда согласно формуле:

Отсюда можно вычислить коэффициент k, который связывает температуру в Θ энергетических единицах (Дж) с абсолютной температурой Т (К)

Зная постоянную Больцмана, можно найти значение абсолютного нуля по шкале Цельсия. Для этого найдём сначала значение абсолютной температуры, соответствующее 0°С:

значение абсолютной температуры.

Один кельвин и один градус шкалы Цельсия совпадают. Поэтому любое значение абсолютной температуры Т будет на 273 градуса выше соответствующей температуры t по Цельсию:

Теперь выведем ещё одну зависимость температуры от средней кинетической энергии молекул. Из основного уравнения молекулярно-кинетической теории и уравнения для определения абсолютной температуры

Здесь видно, что левые части этих уравнений равны, значит правые равны тоже.

Средняя кинетическая энергия хаотического поступательного движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре.

Абсолютная температура есть мера средней кинетической энергии движения молекул.

Из выведенных формул мы можем получить выражение, которое показывает зависимость давления газа от концентрации молекул и температуры

Из этой зависимости вытекает, что при одинаковых давлениях и температурах концентрация молекул у всех газов одна и та же. Отсюда следует закон Авогадро, известный нам из курса химии.

Закон Авогадро: в равных объёмах газов при одинаковых температурах и давлениях содержится одинаковое число молекул.

Рассмотрим задачи тренировочного блока урока.

Запишем значение средней кинетической энергии хаотического поступательного движения молекул с зависимостью от абсолютной температуры:

Соотношение между абсолютной температурой и температурой в градусах Цельсия:

Подставим значение абсолютной температуры:

Правильный вариант ответа:

р = 0,8 МПа =0,8·10 6 Па

Значение средней кинетической энергии хаотического поступательного движения молекул:

Подставив значение абсолютной температуры, найдём ответ:

Определим концентрацию газа из соотношения:

Источник