2. 理想二氧化碳的浮力和空气温度(§9-2)
1、理想二氧化碳的浮力公式
理想二氧化碳浮力公式阐明了理想二氧化碳浮力的微观本质,是二氧化碳动力学理论中重要的基本公式之一。浮力公式可表示为
。
在理解二氧化碳浮力和浮力公式时,应注意以下问题。
(1)理想二氧化碳的浮力不是由分子的重量引起的,而是大量分子与容器壁频繁碰撞的结果。 对于某个分子来说,它与血管壁的碰撞是间歇性的理想气体压强公式单位,但每次撞击血管壁的位置以及给予血管壁多少冲力都是巧合的。 并且,对于大量分子,它表现为恒定的恒定压力。 这很类似于密集的雨滴打在遮阳伞上理想气体压强公式单位,导致遮阳伞受到持续压力的情况。 按照这个思路求理想二氧化碳的浮力,就是求单位时间内二氧化碳分子在单位壁面积上的平均冲量。
(2)在推导浮力公式的过程中用到了统计概念和统计方法(即平均值的概念和统计平均值的计算方法)。除了有两个地方需要统计平均值外用来
和
,
还表现在整个推理思维和推理过程中考虑了大量分子碰撞的集体疗效。 例如,分子i在与容器壁S1和S2的往返碰撞过程中也与其他分子碰撞并改变速度的事实在推论中没有考虑。 从统计学的角度来看,在一个处于平衡状态的系统中,如果一个速度为vi的分子由于与其他分子的碰撞而改变了其速度,那么必然存在其他因碰撞而速度为vi的分子。 因此,通过统计概念和方法得到的理想二氧化碳浮力公式是统计规律性的体现。
可见,从二氧化碳动力学理论的角度来看,二氧化碳体系的浮力仅具有统计意义。
(3)二氧化碳的浮力似乎可以通过实验确定,但分子的平均平动动能
但无法直接检测,因此浮力公式无法通过实验验证。 即便如此,从这个公式得到的推论仍然可以充分解释二氧化碳中许多被实验所否定的现象和规律。 这说明浮力公式在一定范围内的正确性是毋庸置疑的。
2.热力学第零定理
热力学第零定理可以描述为,如果系统A和系统B同时与第三系统C处于热平衡,则A和B也一定处于热平衡。
(1)热力学第零定理是建立气温概念的理论基础。 决定一个系统与其他系统是否达到热平衡的宏观标志是体温,所有相互之间达到热平衡的系统都必须具有相同的体温。 相反,如果一个系统与其他系统不处于热平衡,它们必然具有不同的水温。
(2)热力学第零定理是空气温度定量检测的理论基础。 两个不同温度的物体可以通过热接触达到热平衡; 处于热平衡的物体具有相同的体温。 根据这两点,我们借助温度计来检测物体的体温。
3. 体温的微观解读
由理想二氧化碳状态多项式和浮力公式可得
。
这说明温度这一宏观量也具有统计意义。 它是与微观分子平动动能的统计平均值有关的量,是大量分子热运动的集体表现。 对于单个分子来说,空气温度是没有意义的。