Абсолютная температура

Содержание и основные понятия

Абсолютная температура пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа. Ноль Кельвина задаёт естественный энергетический отсчёт.
ФГОС · 10 класс
ФОП · базовый уровень
интерактивная модель
абсолютная температура
постоянная Больцмана
тепловое равновесие
средняя энергия
01
Физическая картина
Что происходит и какие границы имеет модель.
Главная идея
Абсолютная температура пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа. Ноль Кельвина задаёт естественный энергетический отсчёт.
Температура — статистическая величина и относится к системе многих частиц.
Одинаковая температура разных газов означает одинаковую среднюю энергию поступательного движения молекул.
Шкала Кельвина не имеет отрицательных температур в школьной термодинамической модели.
Как рассуждать
Сначала назовите систему и взаимодействия, затем выберите величины и только после этого записывайте закон. Формула работает в пределах допущений модели.
02
Законы и величины
Символы следует читать как связь величин, а не как рецепт подстановки.
⟨
E
к
⟩
=
3
2
k
T
\langle E_{\mathrm{к}}\rangle=\frac{3}{2}kT
⟨
E
к
​
⟩
=
2
3
​
k
T
средняя кинетическая энергия
T
=
t
∘
C
K
+
273.15
K
T=\frac{t}{^{\circ}\mathrm C}\,\mathrm K+273.15\,\mathrm K
T
=
∘
C
t
​
K
+
273.15
K
переход к Кельвинам
Разбор ситуации
При 600 К средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы вдвое больше, чем при 300 К.
04
Связи и применение
В реальном мире
При 600 К средняя кинетическая энергия поступательного движения молекулы вдвое больше, чем при 300 К.
Проверка модели
Сравнивайте предсказание с наблюдением, оценивайте единицы, порядок величины и влияние неучтённых факторов. Расхождение не всегда означает ошибку закона: часто идеализация перестаёт быть достаточной.
Ц
Что нужно понимать
Результат 1
Объяснять физический смысл темы «Абсолютная температура» через модель, а не только через формулу.
Результат 2
Различать и корректно использовать термины: абсолютная температура, постоянная Больцмана, тепловое равновесие.
Результат 3
Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.
Т
Термины темы
Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.
абсолютная температура
Термодинамическая температура по шкале Кельвина, связанная со средней энергией теплового движения.
постоянная Больцмана
Фундаментальная постоянная, связывающая абсолютную температуру с энергетическим масштабом движения частиц.
тепловое равновесие
Состояние, в котором соприкасающиеся системы имеют одинаковую температуру и макроскопический теплообмен прекращается.
средняя энергия
Статистическое среднее энергии частиц или состояний выбранной системы.
Ф
Происхождение и вывод формул
Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.
⟨
E
к
⟩
=
3
2
k
T
\langle E_{\mathrm{к}}\rangle=\frac{3}{2}kT
⟨
E
к
​
⟩
=
2
3
​
k
T
следствие модели
Средняя кинетическая энергия.
Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.
⟨
E
x
⟩
=
⟨
E
y
⟩
=
⟨
E
z
⟩
=
1
2
k
T
\langle E_x\rangle=\langle E_y\rangle=\langle E_z\rangle=\frac{1}{2}kT
⟨
E
x
​
⟩
=
⟨
E
y
​
⟩
=
⟨
E
z
​
⟩
=
2
1
​
k
T
Теорема о равнораспределении даёт по kT/2 каждой независимой квадратичной поступательной степени свободы.
⟨
E
к
⟩
=
⟨
E
x
+
E
y
+
E
z
⟩
\langle E_{\mathrm{к}}\rangle=\langle E_x+E_y+E_z\rangle
⟨
E
к
​
⟩
=
⟨
E
x
​
+
E
y
​
+
E
z
​
⟩
Поступательная энергия молекулы складывается из вкладов движения по трём осям.
⟨
E
к
⟩
=
3
⋅
k
T
2
=
3
2
k
T
\langle E_{\mathrm{к}}\rangle=3\cdot\frac{kT}{2}=\frac{3}{2}kT
⟨
E
к
​
⟩
=
3
⋅
2
k
T
​
=
2
3
​
k
T
Суммирование трёх равных вкладов даёт формулу.
Условия:
Классический равновесный идеальный газ; учитывается только поступательное движение частиц, квантовыми эффектами пренебрегают.
Контроль:
Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.
T
=
t
∘
C
K
+
273.15
K
T=\frac{t}{^{\circ}\mathrm C}\,\mathrm K+273.15\,\mathrm K
T
=
∘
C
t
​
K
+
273.15
K
определение
Переход к кельвинам.
Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.
0
∘
C
=
273.15
K
0\,^{\circ}\mathrm C=273.15\,\mathrm K
0
∘
C
=
273.15
K
Шкала Цельсия определена как сдвинутая шкала Кельвина с указанным положением нуля.
Δ
T
(
K
)
=
Δ
t
(
∘
C
)
\Delta T\,(\mathrm K)=\Delta t\,(^{\circ}\mathrm C)
Δ
T
(
K
)
=
Δ
t
(
∘
C
)
Размер одного кельвина равен размеру одного градуса Цельсия для разностей температур.
T
(
K
)
=
t
(
∘
C
)
+
273.15
T\,(\mathrm K)=t\,(^{\circ}\mathrm C)+273.15
T
(
K
)
=
t
(
∘
C
)
+
273.15
Поэтому численное значение переводят добавлением постоянного сдвига 273,15.
Условия:
Для перевода численного значения температуры из градусов Цельсия в кельвины; для температурных интервалов добавлять 273,15 нельзя.
Контроль:
Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.
!
Границы модели и типичные ошибки
Ошибка: забыть условие модели
Нельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Температура — статистическая величина и относится к системе многих частиц.
Как проверить рассуждение
Одинаковая температура разных газов означает одинаковую среднюю энергию поступательного движения молекул. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.
Σ
Вывод по теме
Абсолютная температура
Абсолютная температура пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа. Ноль Кельвина задаёт естественный энергетический отсчёт.
Температура — статистическая величина и относится к системе многих частиц.
Одинаковая температура разных газов означает одинаковую среднюю энергию поступательного движения молекул.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.
Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.