სითბური წონასწორობა. ტემპერატურა

სითბურ მოვლენათა შესწავლის დროს ცენტრალური ადგილი ეთმობა ტემპერატურის ცნებას. ყველამ კარგად ვიცით განსხვავება ცივ და ცხელ სხეულებს შორის. ხელის შეხებით ვსაზღვრავთ რომელი სხეულია უფრო ცხელი და ვამბობთ, რომ აქვს უფრო მაღალი ტემპერატურა. ტემპერატურა ახასიათებს სხეულის მ თ ბ ა რ ო ბ ი ს  ხ ა რ ი ს ხ ს. მაგრამ აუცილებელია გვქონდეს ხელსაწყო, რომლის საშუალებითაც გავზომავთ სხეულის ტემპერატურას. ასეთი ხელსაწყო - თერმომეტრი - მართლაც შეიქმნა. მისი მოქმედების პრინციპი ემყარება სხეულთა თვისებას, შეიცვალოს მოცულობა გათბობა-გაცივების დროს.

სითბური წონასწორობა. სხეულის ტემპერატურის გასაზომად საჭიროა სამედიცინო თერმომეტრი გავაჩეროთ იღლიაში 5-8 წუთი. ამ დროს თერმომეტრში ვერცხლისწყალი თბება და მისი დონე მატულობს. ვერცხლისწყლის სვეტის სიგრძის მიხედვით შეიძლება ტემპერატურის განსაზღვრა. იგივე ხდება ნებისმიერი სხეულის ტემპერატურის რომელიმე თერმომეტრით გაზომვის დროს. აუცილებელია რაღაც დრო იმისთვის, რომ სხეულისა და თერმომეტრის ტემპერატურა გათანაბრდეს და მათ შორის დამყარდეს  ს ი თ ბ უ რ ი  წ ო ნ ა ს წ ო რ ო ბ ა, ამ დროს ტემპერატურის ცვლილება წყდება.

სითბური წონასწორობა დროის განმავლობაში მყარდება სხვადასხვა ტემპერატურის ნებისმიერ სხეულებს შორის. ჩავაგდოთ წყლიან ჭიქაში ყინულის ნატეხი და დავხუროთ ჭიქა მჭიდროდ. ყინული დაიწყებს დნობას, წყალი კი - გაცივებას. როცა ყინული გადნება, წყალი იწყებს თბობას და როცა მისი ტემპერატურა მიაღწევს გარემომცველი ჰაერის ტემპერატურას, წყლიან ჭიქაში არავითარი ცვლილება აღარ მოხდება.

აღნიშნული და მისი მსგავსი მარტივი დაკვირვებებიდან შეიძლება დავასკვნათ, რომ სითბურ მოვლენებს გააჩნია მეტად მნიშვნელოვანი საერთო თვისება. უ ც ვ ლ ე ლ ი  გ ა რ ე  პ ი რ ო ბ ე ბ ი ს  დ რ ო ს  ს ხ ე უ ლ ი  თ ა ვ ი ს თ ა ვ ა დ  გ ა დ ა დ ი ს   ს ი თ ბ უ რ ი  წ ო ნ ა ნ წ ო რ ო ბ ი ს   მ დ გ ო მ ა რ ე ო ბ ა შ ი.

სითბური ან თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობა ეწოდება ისეთ მდგომარეობას, რომლის დროსაც ყველა მაკროსკოპული პარამეტრი განუსაზღვრელად დიდხანს რჩება უცვლელი.

ეს ნიშნავს, რომ სისტემაში არ იცვლება მოცულობა და წნევა, არ ხდება სითბოცვლა აირების, სითხეებისა და მყარი სხეულების ურთიერთგარდაქმნა და ა.შ. კერძოდ, არ იცვლება ვერცხლისწყლის სვეტის მოცულობა თერმომეტრში. ეს ნიშნავს, რომ სისტემის ტემპერატურა მუდმივი რჩება.

სხეულის შიგნით მიკროსკოპული პროცესები არ წყდება სითბური წონასწორობის დროსაც. იცვლება მოლეკულების მდგომარეობა, მათი სიჩქარე დაჯახებისას.

ტემპერატურა.  ნებისმიერი მაკროსკოპული სხეული ან მაკროსკოპულ სხეულთა ჯგუფი - თერმოდინამიკური სისტემა - შეიძლება სითბური წონასწორობის სხვადასხვა მდგომარეობაში იმყოფებოდეს. თითოეულ ამ მდგომარეობაში ტემპერატურას აქვს მკაცრად განსაზღვრული მნიშვნელობა. სხვა სიდიდეებს სითბური წონასწორობისას შეიძლება ჰქონდეს სხვადასხვა (მაგრამ მუდმივი) მნიშვნელობა. მაგალითად, მყარი ტიხრების არსებობისას სისტემის სხვადასხვა ნაწილის მოცულობა და მათში არსებული წნევა შეიძლება სხვადასხვა იყოს. თუ გარედან ოთახში შევიტანთ ბურთს, რომელშიც შეკუმშული ჰაერია, გარკვეული დროის შემდეგ ჰაერის ტემპერატურა ბურთსა და ოთახში გათანაბრდება. ჰაერის წნევა კი ბურთში მაინც მეტი იქნება, ვიდრე ოთხში. მხოლოდ ბურთის ჰერმეტულობის დარღვევის შემდეგ გამოვა ჰაერი და წნევა გათანაბრდება.

ტემპერატურა ახასიათებს მაკროსკოპული სისტემის სითბური წონასწორობის მდგომარეობას:  სითბური წონასწორობისას სისტემის ყველა ნაწილში ტემპერატურა ერთნაირია.

როცა ორ სხეულს ერთნაირი ტემპერატურა აქვს, მათ შორის არ ხდება სითბოცვლა. სხეულები სითბური წონასწორობის მდგომარეობაშია. თუ სხეულთა ტემპერატურა სხვადასხვაა, მაშინ მათ შორის სითბური კონტაქტის დამყარებისას მოხდება ენერგიის ცვლა: მეტი ტემპერატურის სხეული ენერგიას გადასცემს ნაკლები ტემპერატურის სხეულს. ამრიგად, სხეულების ტემპერატურათა სხვაობა მიუთითებს მათ შორის სითბოცვლის მიმართულებას.

ტემპერატურის მოლეკულურ-კინეტიკური განმარტება. რას შეესაბამება სითბური წონასწორობის დროს მაკროსკოპულ სხეულთა ტემპერატურის ტოლობა მიკროსკოპული თვალსაზრისით? ამ საკითხის გარკვევა მოლეკულურ-კინეტიკური თეორიის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანაა. როცა სწრაფად მოძრავი მოლეკულები ეჯახება ნელა მოძრავ მოლეკულებს, პირველის სიჩქარე კლებულობს, მეორისა კი - მატულობს. უთვალავ დაჯახებათა გამო მოლეკულათა საშუალო კინეტიკური ენერგია თანაბრდება და სითბური წონასწორობის დროს სხვადასხვა მასის მოლეკულებისათვის ერთნაირი ხდება. ტ ე მ პ ე რ ა ტ უ რ ა    ა რ ი ს    მ ა კ რ ო ს კ ო პ უ ლ   ს ხ ე უ ლ შ ი   მ ო ლ ე კ უ ლ ა თ ა   ქ ა ო ს უ რ ი   მ ო ძ რ ა ო ბ ი ს   ს ა შ უ ა ლ ო   კ ი ნ ე ტ ი კ უ რ ი   ე ნ ე რ გ ი ი ს   ს ა ზ ო მ ი. ეს მტკიცება შემდგომ მკაცრად იქნება დასაბუთებული.

თერმომეტრები.  ტემპერატურის გაზომვისათვის შეიძლება გამოვიყენოთ დამოკიდებულება, რომელიც არსებობს ტემპერატურასა და ამა თუ იმ მაკროსკოპულ სიდიდეს - მოცულობა, წნევა, ელექტრული წინაღობა და ა.შ. - შორის. უფრო ხშირად პრაქტიკაში იყენებენ სითხის (ვერცხლისწყლის ან სპირტის) მოცულობის დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე. თერმომეტრის დაგრადუირების დროს, ჩვეულებრივ, ათვლის სათავედ (0) მიიჩნევენ მდნობარე ყინულის ტემპერატურას: მეორე მუდმივ წერტილად (100) კი - წყლის დუღილის ტემპერატურას ნორმალური ატმოსფერული წნევის დროს (ცელსიუსის სკალა). 0 და 100-ს შორის სკალას ყოფენ 100 ტოლ ნაწილად, ე.წ. გრადუსებად (სურ. 21). სითხის სვეტის ერთი დანაყოფით წანაცვლება შეესაბამება ტემპერატურის 1°C-ით შეცვლას.

ვინაიდან სხვადასხვა სითხე გათბობისას ერთნაირად არ ფართივდება, ამიტომ აღნიშნული წესით დადგენილი სკალა გარკვეულად დამოკიდებულია სითხის თვისებებზე. 0 და 100°C, რა თქმა უნდა, ყველა თერმომეტრისთვის ემთხვევა. მაგრამ ვთქვათ, 50°C შეიძლება ერთმანეთს არ დაემთხვეს. რა ნივთიერება უნდა შეირჩეს იმისთვის, რომ ეს დამოკიდებულება გამოირიცხოს? შენიშნულ იქნა, რომ სითხისაგან განსხვავებით, ყველა გაუხშოებული აირი, წყალბადი, ჰელიუმი, ჟანგბადი - გათბობისას ერთნაირად ფართოვდება. ამიტომ ფიზიკაში ტემპერატურული სკალის დასადგენად სარგებლობენ განსაზღვრული რაოდენობის, გაუხშოებული აირის მოცულობის ცვლილებით მუდმივი წნევის დროს. ესაა ე.წ. ტემპერატურის აიროვანი სკალა. 0⁰-დან 100 ⁰ C-მდე შუალედში ვერცხლისწყლიანი და აიროვანი სკალები პრაქტიკულად ერთმანეთს ემთხვევა.