Физика на ладони. Об устройстве Вселенной – просто и понятно - стр. 84
Именно поэтому мы предпочитаем выражать количество материи не в молекулах, а в молях. Моль представляет собой количество атомов, содержащихся в 12 г углерода, что соответствует огромному количеству материи: один моль воздуха содержит миллион миллиардов миллиардов молекул…
Если мы обозначим количество молей ν, предыдущее выражение приобретает вид: PV = νRT.
Изменилась только постоянная пропорциональности: из k она превратилась в R, которая называется универсальной газовой постоянной. А полученное выражение называется уравнением состояния идеального газа.
Почему «идеального»? Потому что это выражение не проверено опытным путем при очень высоком давлении по причинам, о которых мы расскажем в главе 11. Таким образом, когда можно использовать это выражение (что вполне устраивает физиков), говорят, что газ идеальный.
Отметим, что при атмосферном давлении воздух ведет себя совершенно как идеальный газ, что придает этому выражению большую значимость.
Теперь, когда мы прояснили ситуацию с определением температуры и ее зависимостей, вернемся к понятию энергии, а именно кинетической энергии.
Какое определение мы могли бы ей дать?
Очевидно, что в определении кинетической энергии должна присутствовать скорость: чем быстрее мы шагаем, тем больше у нас энергии. Но в игру вступает и другой параметр.
Выстрелите ядром из пушки: оно может пробить стену. Выстрелите теннисным шариком с той же скоростью: пробить стену будет гораздо сложнее. Мы интуитивно чувствуем, что при одинаковой скорости теннисный шарик обладает меньшей энергией, чем пушечное ядро. Причина в том, что ядро обладает гораздо большей инертностью (= массой), чем шарик: после выстрела ему трудно будет остановиться. Таким образом, инертная масса тоже должна быть упомянута в определении кинетической энергии.
Мы могли бы выразить кинетическую энергию в виде E>K = mν (где m – масса объекта, а ν – скорость). Но нужно учесть еще одно обязательное правило, которое мы себе установили: чтобы соответствовать интуитивному смыслу, кинетическая энергия должна быть связана с понятием температуры.
Однако можно показать, что температура пропорциональна mν², где ν² – квадрат средней скорости всех молекул тела, которое не обладает общим движением (доказательство этого довольно сложно, мы вынесли его во врезку ниже). Именно поэтому мы выразим кинетическую энергию объекта с массой m и скоростью ν следующим образом E>K = ½mν².
ТЕМПЕРАТУРА И ДВИЖЕНИЕ МОЛЕКУЛ
Чтобы понять связь между температурой и скоростью молекул, необходимо совершить путешествие в микромир. Мы ограничимся примером газа со стандартным давлением окружающей среды. Более того, предположим, что этот газ неподвижен, то есть не подвержен макроскопическому движению (= нет ветра).