Главная

Статьи

абсолютна температура

  1. Молекулярно-кінетичне визначення
  2. термодинамічне визначення
  3. Історія термодинамічної підходу
  4. Вимірювання температури
  5. Одиниці та шкала вимірювання температури
  6. Шкала температур Кельвіна
  7. шкала Цельсія
  8. шкала Фаренгейта
  9. Енергія теплового руху при абсолютному нулі
  10. Температура з термодинамічної точки зору
  11. Температура і випромінювання
  12. шкала Реомюра
  13. Переходи з різних шкал
  14. Порівняння температурних шкал
  15. Характеристика фазових переходів
  16. Примітки

Хаотичний тепловий рух на площині частинок газу таких як атоми і молекули

Існує два визначення температури. Одне - з молекулярно-кінетичної точки зору, інше - з термодинамічної.


Температура (від лат. temperatura - належне змішування, нормальний стан) - фізична величина , Приблизно характеризує припадає на одну ступінь свободи середню кінетичну енергію частинок макроскопічної системи, що знаходиться в стані термодинамічної рівноваги .

В системі СІ температура вимірюється в кельвінах . Але на практиці часто застосовують градуси Цельсія через прив'язку до важливих характеристик води - температурі танення льоду (0 ° C) і температурі кипіння (100 ° C). Це зручно, так як більшість кліматичних процесів, процесів у живій природі і т. Д. Пов'язані з цим діапазоном.

Існують також шкали Фаренгейта і деякі інші .

Молекулярно-кінетичне визначення

температура з молекулярно-кінетичної точки зору - фізична величина, що характеризує інтенсивність хаотичного, теплового руху всієї сукупності частинок системи і пропорційна середньої кінетичної енергії поступального руху однієї частинки.

Зв'язок між кінетичної енергією, масою та швидкістю виражається наступною формулою:
Ek = 1/2 mv 2
Таким чином частинки однакової маси і мають однакову швидкість мають і однакову температуру.
Середня кінетична енергія частинки пов'язана з термодинамічною температурою постійної Больцмана :
Eср = i / 2 kBT
де:

i - число ступенів свободи kB = 1.380 6505 (24) × 10-23 Дж / K - постійна Больцмана T - температура;

термодинамічне визначення

Температура - величина, зворотна зміни ентропії (Ступеня безладу) системи при додаванні в систему одиничного кількості теплоти : 1 / T = Δ S / Δ Q.

Історія термодинамічної підходу

Слово «температура» виникло в ті часи, коли люди вважали, що в більш нагрітих тілах міститься більша кількість особливої ​​речовини - теплорода , Ніж в менш нагрітих. Тому температура сприймалась як фортеця суміші речовини тіла і теплорода. З цієї причини одиниці виміру міцності спиртних напоїв і температури називаються однаково - градусами.

В рівноважному стані температура має однакове значення для всіх макроскопічних частин системи. Якщо в системі два тіла мають однакову температуру, то між ними не відбувається передачі кінетичної енергії частинок ( тепла ). Якщо ж існує різниця температур, то тепло переходить від тіла з вищою температурою до тіла з більш низькою, тому що сумарна ентропія при цьому зростає.

Температура пов'язана також з суб'єктивними відчуттями «тепла» і «холоду», пов'язаними з тим, чи віддає жива тканина тепло або отримує його.

деякі квантовомеханічні системи можуть знаходиться в стані, при якому ентропія не збільшується, а зменшується при додаванні енергії, що формально відповідає негативною абсолютної температурі. Однак такі стани знаходяться не «нижче абсолютного нуля», а «вище нескінченності», оскільки при контакті такої системи з тілом, що володіє позитивною температурою, енергія передається від системи до тіла, а не навпаки (докладніше див. Квантова термодинаміка).

Властивості температури вивчає розділ фізики - термодинаміка . Температура також відіграє важливу роль у багатьох областях науки, включаючи інші розділи фізики, а також хімію і біологію .

Вимірювання температури

Для вимірювання температури вибирається певний термодинамічний параметр термометрического речовини. Зміна цього параметра однозначно пов'язується зі зміною температури.

На практиці для вимірювання температури використовують

Одиниці та шкала вимірювання температури

З того, що температура - це кінетична енергія молекул, ясно, що найбільш природно вимірювати її в енергетичних одиницях (тобто в системі СІ в джоулях ). Однак вимір температури почалося задовго до створення молекулярно-кінетичної теорії, тому практичні шкали вимірюють температуру в умовних одиницях - градусах.

Шкала температур Кельвіна

Поняття абсолютної температури було введено У. Томсоном (Кельвіном), в зв'язку з чим шкалу абсолютної температури називають шкалою Кельвіна або термодинамічної температурної шкали. Одиниця абсолютної температури - коливань (К).

Абсолютна шкала температури називається так, тому що міра основного стану нижньої межі температури - абсолютний нуль , Тобто найнижча можлива температура, при якій в принципі неможливо витягнути з речовини теплову енергію.

Абсолютний нуль визначений як 0 K, що приблизно дорівнює -273.15 ° C.

Шкала температур Кельвіна - температурна шкала, в якій початок відліку ведеться від абсолютного нуля .

Використовувані в побуті температурні шкали - як Цельсія , так і Фаренгейта (Використовувана, в основному, в США ), - не є абсолютними і тому незручні при проведенні експериментів в умовах, коли температура опускається нижче точки замерзання води, через що температуру доводиться висловлювати негативним числом. Для таких випадків були введені абсолютні шкали температур.

Одна з них називається шкалою Ранкіна , А інша - абсолютної термодинамічної шкалою (шкалою Кельвіна); температури по ним вимірюються, відповідно, в градусах Ранкіна (° Ra) і кельвінах (К). Обидві шкали починаються при температурі абсолютного нуля. Розрізняються вони тим, що коливань дорівнює градусу Цельсія, а градус Ранкіна - градусу Фаренгейта.

Температурі замерзання води при стандартному атмосферному тиску відповідають 273,15 K. Число градусів Цельсія і кельвінів між точками замерзання і кипіння води однаково одно 100. Тому градуси Цельсія переводяться в Кельвіна за формулою K = ° C + 273,15.

шкала Цельсія

У побуті використовується шкала Цельсія , В якій за 0 приймають точку замерзання води, а за 100 ° точку кипіння води при нормальному атмосферному тиску . Оскільки температура замерзання і кипіння води недостатньо добре визначена, в даний час шкалу Цельсія визначають через шкалу Кельвіна: градус Цельсія дорівнює Кельвіном, абсолютний нуль приймається за -273,15 ° C. Шкала Цельсія практично дуже зручна, оскільки вода дуже поширена на нашій планеті і на ній заснована наша життя. Нуль Цельсія - особлива точка для метеорології , Оскільки пов'язана із замерзанням атмосферної води. шкала запропонована Андерсом Цельсієм в 1742 р

шкала Фаренгейта

В Англії і, особливо, в США використовується шкала Фаренгейта. Нуль градусів Цельсія - це 32 градуси Фаренгейта, а градус Фаренгейта дорівнює 5/9 градуса Цельсія.

В даний час прийнято наступне визначення шкали Фаренгейта: це температурна шкала, 1 градус якої (1 ° F) дорівнює 1/180 різниці температур кипіння води і танення льоду при атмосферному тиску, а точка танення льоду має температуру +32 ° F. Температура за шкалою Фаренгейта пов'язана з температурою за шкалою Цельсія (t ° С) співвідношенням t ° С = 5/9 (t ° F - 32), 1 ° F = 9/5 ° С + 32. Запропоновано Г. Фаренгейтом в 1724.

Енергія теплового руху при абсолютному нулі

Коли матерія охолоджується, багато форм теплової енергії та пов'язані з нею ефекти одночасно зменшуються за величиною. Речовина переходить від менш упорядкованого стану до більш впорядкованого. Газ перетворюється в рідину і потім кристалізується в тверде тіло (гелій і при абсолютному нулі залишається в рідкому стані при атмосферному тиску). Рух атомів і молекул сповільнюється, їх кінетична енергія зменшується. опір більшості металів падає через зменшення розсіювання електронів на тих, хто вагається з меншою амплітудою атомах кристалічної решітки. Таким чином навіть при абсолютному нулі електрони провідності рухаються між атомами зі швидкістю Фермі порядку 1x106м / с.

Температура, при якій частинки речовини мають мінімальну кількість руху, що зберігається тільки завдяки квантовомеханічної руху, - це температура абсолютного нуля (Т = 0ДО).

Температури абсолютного нуля досягти неможливо. Найбільш низька температура (450 ± 80) x10-12К конденсату Бозе-Ейнштейна атомів натрію була отримана в 2003 р дослідниками з МТІ . При цьому пік теплового випромінювання знаходиться в області довжин хвиль порядку 6400 км, тобто приблизно радіуса Землі.

Температура з термодинамічної точки зору

Існує безліч різних шкал температур. Колись температура визначалася дуже довільно. Мірою температури служили мітки, нанесені на рівних відстанях на стінах трубочки, в якій при нагріванні розширювалася вода. Потім вирішили виміряти температуру ртутним термометром і виявили, що градусні відстані не однакові. У термодинаміки дається визначення температури, яке не залежить від будь-яких приватних властивостей речовини.

Введемо функцію f (T), яка не залежить від властивостей речовини. з термодинаміки випливає, що якщо якась теплова машина, поглинаючи кількість теплоти Q 1 при T 1 виділяє тепло Q s при температурі в один градус , А інша машина, поглинувши тепло Q 2 при T 2, виділяє те ж саме тепло Q s при температурі в один градус, то машина, що поглинає Q 1 при T 1 повинна при температурі T 2 виділяти тепло Q 2.

Звичайно, між теплом Q і температурою T існує залежність і тепло Q 1 має бути пропорційно Q s. Таким чином, кожному кількості тепла Q s, виділеного при температурі в один градус, відповідає кількість тепла, поглиненого машиною при температурі T, рівне Q s, помноженому на деяку зростаючу функцію f температури:

Q = Q s f (T)

Оскільки знайдена функція зростає з температурою, то можна вважати, що вона сама по собі вимірює температуру, починаючи зі стандартною температури в один градус. Це означає, що можна знайти температуру тіла, визначивши кількість тепла, яке поглинається теплової машиною, що працює в інтервалі між температурою тіла і температурою в один градус. Отримана таким чином температура називається абсолютною термодинамічною температурою і не залежить від властивостей речовини. Таким чином, для оборотної теплової машини виконується рівність:

де S - ентропія :

Для системи, в якій ентропія S може бути функцією S (E) її енергії E, термодинамічна температура визначається як:

Температура і випромінювання

При підвищенні температури зростає енергія, яку випромінює нагрітим тілом. енергія випромінювання абсолютно чорного тіла описується законом Стефана - Больцмана

шкала Реомюра

запропоновано в 1730 році Р. А. Реомюром , Який описав винайдений ним спиртової термометр.

Одиниця - градус Реомюра (° R), 1 ° R дорівнює 1/80 частини температурного інтервалу між опорними точками - температурою танення льоду (0 ° R) і кипіння води (80 ° R)

1 ° R = 1,25 ° C.

В даний час шкала вийшла з ужитку, найдовше вона зберігалася у Франції , На батьківщині автора.

Переходи з різних шкал

Перерахунок температури між основними шкалами в \ з Кельвін Цельсій Фаренгейт Кельвін (K) = K = С + 273,15 = (F + 459,67) / 1,8 Цельсій (° C) = K - 273,15 = C = (F - 32) / 1,8 Фаренгейт (° F) = K · 1,8 - 459,67 = C · 1,8 + 32 = F

Порівняння температурних шкал

¹ Нормальна середня температура людського тіла - 36.6 ° C ± 0.7 ° C, або 98.2 ° F ± 1.3 ° F. Приводиться зазвичай значення 98.6 ° F - це точне перетворення в шкалу Фаренгейта прийнятого в Німеччині в XIX столітті значення 37 ° C. Однак це значення не входить в діапазон нормальної середньої температури тіла людини, оскільки температура різних частин тіла різна [1] .

Деякі значення в цій таблиці були округлені.

Характеристика фазових переходів

Для опису точок фазових переходів різних речовин використовують такі значення температури:

Примітки

Див. також

література

  • Спаський Б. І.. Історія фізики. М., «Вища школа», 1977.
  • Том 1, частина 1-я
  • Сивухин Д. В. Термодинаміка і молекулярна фізика. - Москва: «Наука», 1990..

Wikimedia Foundation. 2010 року.

Новости

Увлекательные походы в Карпаты.

Наконец-то, пришло тепло, солнышко с каждым днем пригревает сильнее, зацвели сады и, природа манит своими красотами в поход. Что может быть лучше, чем пеший поход по родному краю? Ведь, это одновременно

Поход на вулкан Немрут Даг

Как давно вам не приходилось испытывать острых ощущений? Можно смело предположить, что очень давно. К сожалению или к счастью, но наш мир давно уже не такой, каким был раньше. Он стал намного тише

Антикварный магазин Домовой
В вашем доме есть домовой? Этакое противоречивое и непредсказуемое существо, которое разбрасывает и прячет вещи, топает по ночам и в то же время оберегает домашний очаг и всю семью. . . Кто же такой

Хуэй Чжун Дан
На просторах интернета мы нашли интересный сайт, который предлагает китайские шарики для усиления мужской силы. Ради интереса мы зашли на этот сайт Хуэй Чжун Дан. Сразу на первой странице Вы видите

Капсулы для похудения Лишоу
В наше время, наверное, каждый стремится выглядеть действительно красиво и привлекательно. И в первую очередь все мы бы хотели, что бы наша фигура была идеальной. Но нам из-за отсутствия времени очень

Регата Marmaris Race Week
5  мая 2018 года у  юго-западных берегов Турции стартует традиционная майская « Русская парусная неделя  Volvo» . В  этот раз крупнейшее российское яхтенное соревнование

Дешевая аптека в Ромнах
Добрый день, хотелось бы рассказать вам дорогие друзья про одно место, где вы можете приобрести очень качественные лекарства. Речь пойдет об аптеке, то есть, если вы любитель конкретики, то сеть аптек

Упражнения по арт терапии
Особенности арт-терапевтической сессии: • Доверие (открытость, знакомство с группой, интерес к себе и другим). • Концентрация (привлечение внимания к другим и себе, концентрация на чувствах,

Купить диван в Киеве недорого
Благодаря неустанным стараниям воровской власти нашей страны, уровень жизни населения стремительно падает. Но всем хочется позволить себе маленькие радости, в том числе и в вопросах обновления интерьера.

Домашние тараканы фото
Обычно, таракан – это нежеланный гость. С собой он приносит массу заморочек, потому что является разносчиком зараз, а избавиться от бессчетных колоний достаточно проблематично. Но если вы будет знать,