물리학에서의 온도 정의. 온도란 무엇입니까? 온도의 단위는 도입니다. 증기와 가스의 온도. 온도 측정 방법 및 기술적 수단

온도 및 측정.

실험적인 가스법.

1. 열평형. 온도.

온도신체의 가열 정도를 나타내는 물리량입니다. 온도가 다른 두 몸체가 접촉하면 경험에 따르면 더 가열된 몸체는 냉각되고 덜 가열된 몸체는 가열됩니다. ~이 일어나고있다 열교환– 일을 하지 않고 더 뜨거운 물체에서 덜 가열된 물체로 에너지를 전달합니다.

열교환 중에 전달되는 에너지를 열의 양.

신체가 접촉한 후 일정 시간이 지나면 동일한 정도의 가열을 얻습니다. 상태가 되다 열 평형.

열 평형- 이는 열 교환이 발생하지 않고 외부 조건이 변경되지 않으면 신체의 모든 매크로 매개변수가 변경되지 않고 유지되는 열 접촉 상태의 신체 시스템 상태입니다.

이 경우 두 가지 매개변수인 부피와 압력은 시스템의 서로 다른 몸체에 대해 다를 수 있으며, 세 번째, 열 평형의 경우 온도는 시스템의 모든 몸체에서 동일합니다. 온도 결정은 이에 기초합니다.

열평형 상태에 있는 시스템의 모든 몸체에 대해 동일한 물리적 매개변수를 호출합니다. 온도이 시스템.

예를 들어, 시스템은 가스가 담긴 두 개의 용기로 구성됩니다. 그들을 접촉시키자. 가스의 부피와 압력은 다를 수 있지만 열교환으로 인한 온도는 동일해집니다.

2. 온도 측정.

온도를 측정하기 위해 온도 값이 매개 변수의 변경으로 판단되는 온도계와 같은 물리적 도구가 사용됩니다.

온도계를 만들려면 다음이 필요합니다.

온도 변화에 따라 매개변수(특성)가 변하는 온도 측정 물질(예: 수은, 알코올 등)을 선택합니다.

온도 측정 값을 선택하세요. 온도에 따라 변하는 값(예: 수은 또는 알코올 기둥의 높이, 전기 저항 값 등)

온도계를 교정합니다. 온도를 측정할 눈금을 만듭니다. 이를 위해 온도 측정 몸체는 온도가 일정한 몸체와 열 접촉하게 됩니다. 예를 들어 섭씨 단위를 구성할 때 물과 얼음이 녹는 상태의 혼합물의 온도를 0℃로 하고, 수증기와 물이 섞인 물과 끓는 상태의 혼합물의 온도를 0℃로 한다. 1기압 – 100 0 C의 경우. 두 경우 모두 액체 기둥의 위치를 기록하고 결과 표시 사이의 거리를 100등분으로 나눕니다.

온도를 측정할 때 온도계를 온도가 측정되는 신체와 열 접촉시키고 열 평형이 설정된 후(온도계 판독값 변경이 중지됨) 온도계 판독값을 읽습니다.

3. 실험적인 가스 법칙.

시스템 상태를 설명하는 매개변수는 상호의존적입니다. 세 가지 매개변수의 상호 의존성을 한 번에 설정하는 것은 어려우므로 작업을 조금 단순화하겠습니다. 다음과 같은 프로세스를 고려해 보겠습니다.

a) 물질의 양(또는 질량)이 일정합니다. ν=상수(m=상수);

b) 매개변수 중 하나의 값이 고정되어 있습니다. 지속적으로 압력, 부피 또는 온도.

이러한 프로세스를 아이소프로세스.

1).등온 과정저것들. 일정한 온도에서 같은 양의 물질을 사용하여 일어나는 과정.

Boyle(1662)과 Marriott(1676)가 탐험했습니다.

단순화된 실험 계획은 다음과 같습니다. 가스 압력의 균형을 맞추기 위해 추가 설치된 이동식 피스톤으로 닫혀 있고 가스가 담긴 용기를 생각해 봅시다.

경험에 따르면 일정한 온도에서 압력과 기체 부피의 곱은 일정한 값입니다. 이는 다음을 의미합니다.

PV= const

보일-마리오트 법칙.

일정한 온도 t 0에서 주어진 양의 가스 ν의 부피 V는 압력에 반비례합니다. . .

등온 과정의 그래프.

일정한 온도에서 압력 대 부피의 그래프를 등온선이라고 합니다. 온도가 높을수록 그래프에 등온선이 더 높게 나타납니다.

2).등압 과정저것들. 일정한 압력에서 동일한 양의 물질을 사용하여 발생하는 과정입니다.

Gay-Lussac(1802)이 탐험함.

단순화된 다이어그램은 다음과 같습니다. 가스가 담긴 용기는 가스 압력의 균형을 맞추는 추가 설치된 이동식 피스톤으로 닫혀 있습니다. 가스가 담긴 용기가 가열됩니다.

경험에 따르면 가스가 일정한 압력에서 가열되면 부피가 다음 법칙에 따라 변하는 것으로 나타났습니다. 여기서 V 0은 온도 t 0 = 0 0 C에서의 가스 부피입니다. V는 온도 t 0에서의 가스 부피, α v는 부피 팽창 온도 계수,

게이뤼삭의 법칙.

일정한 압력에서 주어진 양의 기체의 부피는 온도에 선형적으로 의존합니다.

등압 과정의 그래프.

일정한 압력에서 기체의 부피 대 온도를 나타내는 그래프를 등압선이라고 합니다.

등압선을 저온 영역으로 외삽(계속)하면 온도 t 0 = - 273 0 C에 해당하는 지점에 모두 수렴됩니다.

3).등변성 과정, 즉. 일정한 부피에서 동일한 양의 물질을 사용하여 발생하는 과정입니다.

찰스(1802)가 탐험함.

단순화된 다이어그램은 다음과 같습니다. 가스가 담긴 용기는 가스 압력의 균형을 맞추기 위해 추가 설치된 이동식 피스톤으로 닫혀 있습니다. 용기가 가열됩니다.

경험에 따르면 가스가 일정한 부피로 가열되면 압력이 다음 법칙에 따라 변하는 것으로 나타났습니다. 여기서 P 0은 온도 t 0 = 0 0 C에서의 가스 부피입니다. 피 – 온도에서의 가스 부피 t 0 , α p – 온도 압력 계수,

찰스의 법칙.

일정한 부피에서 주어진 양의 가스의 압력은 온도에 선형적으로 의존합니다.

일정한 부피에서 가스 압력 대 온도의 그래프를 아이소코어(isochore)라고 합니다.

아이소코어를 저온 영역으로 외삽(계속)하면 온도 t 0 = - 273 0 C에 해당하는 지점에 모두 수렴됩니다.

4. 절대 열역학적 규모.

영국 과학자 Kelvin은 온도 눈금의 시작 부분을 왼쪽으로 273 0으로 옮기고 이 지점을 절대 영도라고 부를 것을 제안했습니다. 새로운 눈금의 눈금은 섭씨 눈금과 동일합니다. 새로운 척도는 켈빈 척도 또는 절대 열역학적 척도라고 불립니다. 측정 단위는 켈빈입니다.

섭씨 0도는 273K에 해당합니다. 켈빈 온도는 문자 T로 표시됩니다.

티 = 티 0 씨 + 273

티 0 씨 = 티 – 273

새로운 척도는 가스 법칙을 기록하는 데 더 편리한 것으로 나타났습니다.

열역학적 정의

열역학적 접근의 역사

"온도"라는 단어는 사람들이 더 많은 가열 된 몸체에 덜 가열 된 몸체보다 더 많은 양의 특수 물질, 즉 칼로리를 포함하고 있다고 믿었던 당시에 발생했습니다. 따라서 온도는 신체 물질과 칼로리의 혼합 강도로 인식되었습니다. 이러한 이유로 알코올 음료의 강도와 온도를 측정하는 단위를 동일도라고 합니다.

통계 물리학의 온도 결정

온도 측정 장비는 종종 섭씨 또는 화씨와 같은 상대 눈금으로 교정됩니다.

실제로 온도도 측정됩니다.

가장 정확하고 실용적인 온도계는 백금 저항 온도계입니다. 레이저 방사선의 매개변수 측정을 기반으로 온도를 측정하는 최신 방법이 개발되었습니다.

온도 단위 및 눈금

온도는 분자의 운동에너지이므로 에너지 단위(즉, SI 시스템에서는 줄 단위)로 측정하는 것이 가장 자연스럽습니다. 그러나 온도 측정은 분자 운동 이론이 생성되기 오래 전에 시작되었으므로 실제 규모는 온도를 기존 단위(도)로 측정합니다.

절대 온도. 켈빈 온도 눈금

절대 온도의 개념은 W. Thomson(Kelvin)에 의해 도입되었으므로 절대 온도 눈금을 켈빈 눈금 또는 열역학적 온도 눈금이라고 합니다. 절대온도의 단위는 켈빈(K)입니다.

절대 온도 척도는 온도 하한의 바닥 상태 측정이 절대 영도, 즉 원칙적으로 물질에서 열 에너지를 추출하는 것이 불가능한 가장 낮은 온도이기 때문에 그렇게 불립니다.

절대 영도는 0K로 정의되며 이는 −273.15°C와 같습니다.

켈빈 온도 눈금은 절대 0도에서 시작하는 눈금입니다.

가장 중요한 것은 열역학적 켈빈 척도를 기반으로 기준점, 즉 순수 물질의 상전이를 기반으로 한 국제 실용 척도의 개발입니다. 방법에 의해 결정됨기본 온도계. 최초의 국제 온도 눈금은 1927년 ITS-27에 의해 채택되었습니다. 1927년 이후로 척도는 여러 번 재정의되었습니다(MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90). 기준 온도와 보간 방법은 변경되었지만 원리는 동일하게 유지되었습니다. 척도의 기본은 세트입니다. 상전이열역학적 온도의 특정 값을 갖는 순수 물질과 이 지점에서 보정된 보간 장비. ITS-90 규모가 현재 유효합니다. 주요 문서(규모에 대한 규정)에서는 켈빈의 정의, 상전이 온도 값(기준점) 및 보간 방법을 설정합니다.

일상생활에서 사용하는 온도 눈금인 섭씨와 화씨(주로 미국에서 사용)는 절대적이지 않기 때문에 온도가 물의 어는점 이하로 떨어지는 조건에서 실험을 할 때 불편하기 때문에 온도를 표현해야 합니다. 음수. 이러한 경우 절대 온도 척도가 도입되었습니다.

하나는 랭킨 척도, 다른 하나는 절대 열역학적 척도(켈빈 척도)라고 합니다. 온도는 각각 랭킨(°Ra)과 켈빈(K) 단위로 측정됩니다. 두 스케일 모두 절대 영도 온도에서 시작됩니다. 켈빈 단위의 한 단위 가격은 섭씨 단위의 단위 가격과 같고 랭킨 단위의 한 단위 가격은 화씨 단위의 온도계 단위 가격과 동일하다는 점에서 다릅니다. 표준 대기압에서 물의 어는점은 273.15K, 0°C, 32°F에 해당합니다.

켈빈 척도는 물의 삼중점(273.16K)과 연결되어 있으며 볼츠만 상수는 이에 따라 달라집니다. 이로 인해 고온 측정 해석의 정확성에 문제가 발생합니다. BIPM은 이제 온도와 연결하는 대신 켈빈의 새로운 정의로 이동하고 볼츠만 상수를 고정하는 가능성을 고려하고 있습니다. 삼중점. .

섭씨

기술, 의학, 기상학 및 일상 생활에서는 섭씨 단위가 사용됩니다. 여기서 물의 삼중점 온도는 0.008°C이므로 1기압에서 물의 어는점은 0°입니다. 씨. 현재 섭씨 눈금은 켈빈 눈금을 통해 결정됩니다. 섭씨 눈금의 한 단위 가격은 켈빈 눈금의 한 눈금 가격과 같습니다. t(°C) = T(K) - 273.15입니다. 따라서 원래 섭씨가 기준점인 100°C로 선택한 물의 끓는점은 그 중요성을 잃었으며 현대 추정에서는 정상 대기압에서 물의 끓는점을 약 99.975°C로 추정합니다. 물은 지구상에 매우 널리 퍼져 있고 우리의 삶은 물에 기반을 두고 있기 때문에 매우 편리합니다. 섭씨 0도는 대기의 물이 얼어붙는 것과 관련이 있기 때문에 기상학의 특별한 지점입니다. 이 척도는 1742년 안데르스 셀시우스(Anders Chelsea)에 의해 제안되었습니다.

화씨

영국, 특히 미국에서는 화씨 단위를 사용합니다. 섭씨 0도는 화씨 32도이고, 섭씨 100도는 화씨 212도입니다.

현재 화씨 눈금의 정의는 다음과 같습니다. 1도(1°F)는 대기압에서 물의 끓는점과 얼음이 녹는 온도 사이의 차이의 1/180에 해당하는 온도 눈금입니다. 얼음의 녹는 점은 +32 °F입니다. 화씨 눈금의 온도는 t °C = 5/9(t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32 비율로 섭씨 눈금(t °C)의 온도와 관련됩니다. 제안 1724년 G. 화씨.

로뮈르 척도

다양한 규모의 전환

온도 척도 비교

설명	켈빈	섭씨	화씨	랜킨	딜라일	뉴턴	로뮈르	뢰머
절대 영도	0	−273,15	−459,67	0	559,725	−90,14	−218,52	−135,90
화씨 혼합물의 녹는점(소금과 얼음이 같은 양)	255,37	−17,78	0	459,67	176,67	−5,87	−14,22	−1,83
물의 어는점(정상 조건)	273,15	0	32	491,67	150	0	0	7,5
평온 인간의 몸 ¹	310,0	36,6	98,2	557,9	94,5	12,21	29,6	26,925
물의 끓는점(정상 조건)	373,15	100	212	671,67	0	33	80	60
녹는 티타늄	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
태양의 표면	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ 정상적인 평균 인체 온도는 36.6°C ±0.7°C, 즉 98.2°F ±1.3°F입니다. 일반적으로 인용되는 98.6°F 값은 19세기 독일 값인 37°C를 화씨로 정확하게 변환한 것입니다. 그러나 신체 부위마다 온도가 다르기 때문에 이 값은 정상적인 평균 인체 온도 범위 내에 있지 않습니다.

이 표의 일부 값은 반올림되었습니다.

상전이의 특성

다양한 물질의 상전이점을 설명하기 위해 다음 온도 값이 사용됩니다.

어닐링 온도
소결온도
합성온도
기온
토양 온도
동종온도
디바이온도(특성온도)

또한보십시오

노트

문학

스파스키 B.I.물리학의 역사 1부. - 모스크바: " 대학원", 1977.
시부킨 D.V.열역학과 분자물리학. - 모스크바: “과학”, 1990.

이야기

"온도"라는 단어는 사람들이 더 많은 가열된 몸체에 덜 가열된 몸체보다 더 많은 양의 특수 물질(칼로리)을 포함하고 있다고 믿었던 당시에 생겨났습니다. 따라서 온도는 신체 물질과 칼로리의 혼합 강도로 인식되었습니다. 이러한 이유로 알코올 음료의 강도와 온도를 측정하는 단위를 동일도라고 합니다.

온도는 분자의 운동 에너지이므로 에너지 단위(예: SI 시스템의 줄 단위)로 측정하는 것이 가장 자연스럽습니다. 그러나 온도 측정은 분자 운동 이론이 생성되기 오래 전에 시작되었으므로 실제 규모는 온도를 기존 단위(도)로 측정합니다.

켈빈 척도

열역학에서는 켈빈 척도를 사용하는데, 절대 영도(이론적으로 가능한 신체의 최소 내부 에너지에 해당하는 상태)부터 온도를 측정하며, 1켈빈은 절대 영도에서 삼중점까지의 거리의 1/273.16에 해당합니다. 물(얼음, 물, 물의 쌍이 평형을 이루고 있는 상태) 볼츠만 상수는 켈빈을 에너지 단위로 변환하는 데 사용됩니다. 킬로켈빈, 메가켈빈, 밀리켈빈 등 파생 단위도 사용됩니다.

섭씨

일상생활에서는 섭씨온도를 사용하는데, 0은 물의 어는점, 100°는 대기압에서의 물의 끓는점이다. 물의 어는점과 끓는점은 잘 정의되어 있지 않기 때문에 현재 섭씨 눈금은 켈빈 눈금을 사용하여 정의됩니다. 섭씨 1도는 1 켈빈과 같고 절대 영도는 -273.15 °C로 간주됩니다. 섭씨 눈금은 지구상에서 물이 매우 흔하고 우리의 삶이 물에 기반을 두고 있기 때문에 실제로 매우 편리합니다. 섭씨 0도는 기상학의 특별한 지점입니다. 대기의 물이 얼면 모든 것이 크게 바뀌기 때문입니다.

화씨

영국, 특히 미국에서는 화씨 단위를 사용합니다. 이 척도는 화씨가 살았던 도시에서 가장 추운 겨울의 기온부터 인체의 온도까지의 간격을 100도로 나눈 것입니다. 섭씨 0도는 화씨 32도이고, 화씨 1도는 섭씨 5/9도와 같습니다.

현재 화씨 눈금의 정의는 다음과 같습니다. 1도(1°F)는 대기압에서 물의 끓는점과 얼음이 녹는 온도 사이의 차이의 1/180에 해당하는 온도 눈금입니다. 얼음의 녹는 점은 +32 °F입니다. 화씨 온도는 t °C = 5/9(t °F - 32) 비율로 섭씨 온도(t °C)와 관련됩니다. 즉, 1 °F의 온도 변화는 5/9 °의 변화에 해당합니다. 씨. 1724년 G. Fahrenheit가 제안했습니다.

로뮈르 척도

1730년에 자신이 발명한 알코올 온도계를 기술한 R. A. Reaumur가 제안했습니다.

단위는 로뮈르(°R)이며, 1°R은 기준점 사이의 온도 간격(얼음의 녹는 온도(0°R)과 물의 끓는점(80°R))의 1/80과 같습니다.

1°R = 1.25°C.

현재는 더 이상 사용되지 않는 저울로, 작가의 조국인 프랑스에서 가장 오래 살아남았다.

주요 눈금 사이의 온도 변환
	켈빈	섭씨	화씨
켈빈(K)		C + 273.15	= (F + 459.67) / 1.8
섭씨(°C)	K - 273.15		= (F − 32) / 1.8
화씨(°F)	K 1.8 − 459.67	기음 1.8 + 32

온도 척도 비교

설명	켈빈	섭씨	화씨	뉴턴	로뮈르
절대 영도		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
화씨(소금과 얼음의 양이 같은) 혼합물의 녹는점	255.37	−17.78		−5.87	−14.22
물의 어는점(정상 조건)	273.15
평균 인체 온도 ¹	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
물의 끓는점(정상 조건)	373.15
태양 표면 온도	5800	5526	9980	1823	4421

1 정상적인 인체 온도는 36.6°C ±0.7°C, 즉 98.2°F ±1.3°F입니다. 일반적으로 인용되는 98.6°F 값은 19세기 독일 값인 37°C를 화씨로 정확하게 변환한 것입니다. 이 값은 현대 개념에 따른 상온 범위를 벗어나므로 과도한(잘못된) 정확도를 포함하고 있다고 할 수 있습니다. 이 표의 일부 값은 반올림되었습니다.

화씨와 섭씨 눈금의 비교

(의- 화씨 규모, ℃- 섭씨 눈금)

영형에프	영형씨		영형에프	영형씨		영형에프	영형씨		영형에프	영형씨
459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65	273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9		60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5	51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27.2 -26.7 -26.1 -25.6 -25.0 -24.4 -23.9 -23.3 -22.8 -22.2 -21.7 -21.1 -20.6		4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	20.0 -19.4 -18.9 -18.3 -17.8 -17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4 -13.9 -13.3 -12.8 -12.2 -11.7 -11.1 -10.6 -10.0 -9.4 -8.9 -8.3 -7.8 -7.2		20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 125 150 200	6.7 -6.1 -5.6 -5.0 -4.4 -3.9 -1.1 1.7 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 51.7 65.6 93.3

섭씨 온도를 켈빈 온도로 변환하려면 다음 공식을 사용해야 합니다. 티=티+티 0여기서 T는 켈빈 단위의 온도, t는 섭씨 온도, T 0 =273.15 켈빈입니다. 섭씨 1도의 크기는 켈빈과 같습니다.

신체의 열 상태를 특성화합니다.

우리 주변의 세계에서는 신체의 가열 및 냉각과 관련된 다양한 현상이 발생합니다. 그들 불리는 열 현상. 그래서 가열하면 차가운 물처음에는 따뜻해졌다가 나중에는 뜨거워집니다. 화염에서 제거된 금속 부분이 점차 냉각되는 등 신체의 가열 정도 또는 열 상태를 "따뜻함", "차가움", "뜨거움"이라는 단어로 표시하며 이 상태를 정량화하는 데 사용됩니다. 온도.

온도는 시스템의 거시적 매개변수 중 하나입니다. 물리학에서는 매우 많은 수의 원자나 분자로 구성된 물체를 물체라고 합니다. 거시적인. 거시적 몸체의 크기는 원자의 크기보다 몇 배 더 큽니다. 테이블이나 풍선 속 가스부터 모래알까지 주변의 모든 물체는 거시적 물체입니다.

분자 구조를 고려하지 않고 거시적 몸체의 상태를 특성화하는 양을 호출합니다. 거시적 매개변수. 여기에는 부피, 압력, 온도, 입자 농도, 질량, 밀도, 자화 등이 포함됩니다. 온도는 시스템(특히 가스)의 가장 중요한 거시적 매개변수 중 하나입니다.

온도는 시스템의 열평형의 특성입니다.

매질의 온도를 결정하려면 이 매질에 온도계를 놓고 온도계의 온도 변화가 멈출 때까지 기다렸다가 값을 측정해야 하는 것으로 알려져 있습니다. 온도와 동일 환경. 즉, 매체와 온도계 사이에 열평형이 확립되는 데 시간이 걸립니다.

테플로프, 또는 열역학적, 균형모든 거시적 매개변수가 무기한으로 변하지 않은 상태를 상태라고 합니다. 이는 시스템의 부피와 압력이 변하지 않고 상 변형이 발생하지 않으며 온도도 변하지 않음을 의미합니다.

그러나 열 평형 상태에서는 미세한 과정이 멈추지 않습니다. 즉, 분자의 속도가 변하고 움직이며 충돌합니다.

모든 거시적 몸체 또는 거시적 몸체 그룹 - 열역학적 체계- 서로 다른 열평형 상태에 있을 수 있습니다. 이러한 각 상태에서 온도는 고유한 매우 구체적인 값을 갖습니다. 다른 수량은 다른(그러나 일정한) 값을 가질 수 있습니다. 예를 들어, 실린더 내 압축 가스의 압력은 실내 압력과 이 실내 전체 시스템 시스템의 온도 평형 상태와 다릅니다.

온도는 거시적 시스템의 열 평형 상태를 특징으로 합니다. 열 평형 상태에 있는 시스템의 모든 부분에서 온도는 동일한 값을 갖습니다(이 속성을 갖는 유일한 거시적 매개변수입니다).

두 몸체의 온도가 같으면 두 몸체 사이에 열교환이 일어나지 않고, 다르면 열교환이 발생하고 온도가 완전히 동일해질 때까지 더 가열된 몸체에서 덜 가열된 몸체로 열이 전달됩니다.

온도 측정은 온도에 대한 물리량(예: 부피)의 의존성을 기반으로 합니다. 이러한 의존성은 온도를 측정하는 데 사용되는 장치인 온도계의 온도 눈금에 사용됩니다.

온도계의 동작은 다음을 기반으로 합니다. 열 팽창물질. 가열하면 온도계에 사용되는 물질(예: 수은이나 알코올)의 기둥이 증가하고 냉각되면 감소합니다. 일상생활에서 사용되는 온도계를 사용하면 물질의 온도를 섭씨(°C) 단위로 표현할 수 있습니다.

A. 섭씨(1701-1744) - 섭씨 온도 단위의 사용을 제안한 스웨덴 과학자. 섭씨 온도 눈금에서 0(18세기 중반 이후)은 얼음이 녹는 온도이고 100도는 정상 대기압에서 물이 끓는점입니다.

온도가 증가함에 따라 다양한 액체가 다르게 팽창하므로, 다양한 액체를 포함하는 온도계의 온도 척도도 다릅니다.

그래서 물리학에서는 이상적인 가스 온도 눈금, 온도에 따른 가스의 부피(일정한 압력에서) 또는 압력(일정한 부피에서)의 의존성을 기반으로 합니다.

모든 사람은 매일 온도라는 개념을 접합니다. 이 용어는 우리에게 확고히 들어갔습니다. 기와: 우리는 에서 몸을 풀고 있어요 전자 레인지식료품을 사거나 오븐에서 음식을 요리하는 것, 바깥 날씨에 대해 궁금해하는 것, 강물이 차가운지 알아내는 것 등 이 모든 것이 이 개념과 밀접한 관련이 있습니다. 온도란 무엇이며, 이 물리적 매개변수는 무엇을 의미하며, 어떻게 측정됩니까? 기사에서 이러한 질문과 기타 질문에 답할 것입니다.

물리량

열역학적 평형 상태에 있는 고립계의 관점에서 온도가 무엇인지 살펴보겠습니다. 이 용어는 다음에서 유래했습니다. 라틴어"적절한 혼합", "정상 상태", "비례"를 의미합니다. 이 양은 모든 거시적 시스템의 열역학적 평형 상태를 나타냅니다. 평형을 벗어난 경우 시간이 지남에 따라 더 가열된 물체에서 덜 가열된 물체로 에너지가 전환됩니다. 그 결과 시스템 전체의 온도가 균등화(변화)됩니다. 이것이 열역학의 첫 번째 가정(영법칙)입니다.

온도는 에너지 수준과 속도, 물질의 이온화 정도, 물체의 평형 전자기 복사 특성, 전체 체적 복사 밀도에 따라 시스템을 구성하는 입자의 분포를 결정합니다. 열역학적 평형 상태에 있는 시스템의 경우, 나열된 매개변수동일하면 일반적으로 시스템 온도라고 합니다.

혈장

평형체 외에도 상태가 서로 동일하지 않은 여러 온도 값을 특징으로 하는 시스템이 있습니다. 좋은 예는 플라즈마입니다. 전자(가벼운 하전 입자)와 이온(무거운 하전 입자)으로 구성됩니다. 충돌하면 전자에서 전자로, 이온에서 이온으로 에너지가 빠르게 전달됩니다. 그러나 이질적인 요소들 사이에는 느린 전환이 있습니다. 플라즈마는 전자와 이온이 개별적으로 평형에 가까운 상태일 수 있습니다. 이 경우 각 입자 유형에 대해 별도의 온도를 가정하는 것이 가능합니다. 그러나 이러한 매개변수는 서로 다릅니다.

자석

입자가 있는 몸체에서 자기 모멘트, 에너지 전달은 일반적으로 순간의 방향을 변경할 가능성과 관련된 병진 자유도에서 자기 자유도로 천천히 발생합니다. 신체가 운동 매개변수와 일치하지 않는 온도를 특징으로 하는 상태가 있다는 것이 밝혀졌습니다. 전진운동에 해당합니다 기본 입자. 자기 온도는 내부 에너지의 일부를 결정합니다. 긍정적일 수도 있고 부정적일 수도 있습니다. 균등화 과정에서 에너지는 온도가 높은 입자에서 온도가 낮은 입자로 전달됩니다(두 입자가 모두 양수이거나 음수인 경우). 반대 상황에서 이 과정은 반대 방향으로 진행됩니다. 즉, 음의 온도가 양의 온도보다 "더 높을" 것입니다.

이것이 왜 필요한가요?

역설적인 점은 일반 사람이 일상 생활과 산업 현장에서 측정 프로세스를 수행하기 위해 온도가 무엇인지 알 필요조차 없다는 것입니다. 특히 우리가 어린 시절부터 이러한 용어에 익숙했기 때문에 이것이 물체나 환경의 가열 정도라는 것을 이해하는 것만으로도 충분할 것입니다. 실제로 이 매개변수를 측정하도록 설계된 대부분의 실제 장비는 실제로 가열 또는 냉각 수준에 따라 변화하는 물질의 다른 특성을 측정합니다. 예를 들어 압력, 전기 저항, 부피 등이 있습니다. 또한 이러한 판독값은 필요한 값으로 수동 또는 자동으로 다시 계산됩니다.

온도를 결정하기 위해 물리학을 공부할 필요가 없다는 것이 밝혀졌습니다. 우리 행성 인구의 대부분은 이 원칙에 따라 생활합니다. TV가 작동한다면 반도체 장치의 과도 과정을 이해하거나 소켓이나 신호 수신 방법을 연구할 필요가 없습니다. 사람들은 모든 영역에 시스템을 수리하거나 디버깅할 수 있는 전문가가 있다는 사실에 익숙합니다. 평범한 사람은 시원한 맥주를 마시면서 "상자"에서 연속극이나 축구를 보는 것이 훨씬 낫기 때문에 두뇌에 부담을주고 싶지 않습니다.

그리고 나는 알고 싶다

그러나 호기심이나 필요에 따라 물리학을 공부하고 실제로 온도가 무엇인지 결정하도록 강요받는 사람들이 있으며 대부분 학생들입니다. 결과적으로 그들은 열역학의 정글에 들어가 열역학의 제0법칙, 제1법칙, 제2법칙을 연구하게 됩니다. 또한 호기심이 많은 사람은 엔트로피를 이해해야 합니다. 그리고 그의 여정이 끝날 때, 그는 작동 물질의 유형에 의존하지 않는 가역적 열 시스템의 매개변수로 온도를 정의하는 것이 이 개념의 의미를 명확하게 추가하지 못한다는 점을 인정할 것입니다. 그리고 마찬가지로 눈에 보이는 부분은 국제 단위계(SI)에서 어느 정도 인정되는 부분이 될 것입니다.

운동에너지로서의 온도

보다 "실질적인" 접근 방식을 분자 운동 이론이라고 합니다. 그것으로부터 열이 에너지의 한 형태로 간주된다는 생각이 형성되었습니다. 예를 들어, 혼란스럽게 움직이는 수많은 입자에 대해 평균을 낸 매개변수인 분자와 원자의 운동 에너지는 일반적으로 신체 온도라고 불리는 것을 측정하는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 가열된 시스템의 입자는 차가운 시스템보다 빠르게 이동합니다.

문제의 용어는 입자 그룹의 평균 운동 에너지와 밀접한 관련이 있으므로 온도 측정 단위로 줄을 사용하는 것이 매우 자연스러운 일입니다. 그러나 이것은 일어나지 않습니다. 이는 기본 입자의 열 운동 에너지가 줄에 비해 매우 작다는 사실로 설명됩니다. 따라서 사용이 불편합니다. 열 운동은 특수 변환 계수를 사용하여 줄에서 파생된 단위로 측정됩니다.

온도 단위

현재 이 매개변수를 표시하는 데 세 가지 기본 장치가 사용됩니다. 우리나라에서는 일반적으로 온도를 섭씨 온도로 결정합니다. 이 측정 단위는 물의 응고점(절대값)을 기준으로 합니다. 출발점입니다. 즉, 얼음이 형성되기 시작하는 물의 온도는 0입니다. 이 경우 물은 모범적인 척도 역할을 한다. 이 규칙은 편의를 위해 채택되었습니다. 두 번째 절대값은 증기온도, 즉 물이 액체 상태에서 기체 상태로 변하는 순간이다.

다음 단위는 켈빈도입니다. 이 시스템의 시작점은 점으로 간주됩니다. 따라서 1도 켈빈은 1과 같습니다. 유일한 차이점은 시작점입니다. 0 켈빈은 섭씨 영하 273.16도와 같습니다. 1954년 도량형 총회에서는 온도 단위에 사용되는 "켈빈"이라는 용어를 "켈빈"으로 대체하기로 결정했습니다.

일반적으로 사용되는 세 번째 측정 단위는 화씨(Fahrenheit)입니다. 1960년까지 모든 영어권 국가에서 널리 사용되었습니다. 하지만 이 단위는 여전히 미국의 일상생활에서 사용되고 있습니다. 이 시스템은 위에서 설명한 시스템과 근본적으로 다릅니다. 소금, 암모니아, 물을 1:1:1 비율로 혼합한 혼합물의 어는점을 시작점으로 삼습니다. 따라서 화씨 눈금에서 물의 어는점은 +32도이고 끓는점은 +212도입니다. 이 시스템에서 1도는 이들 온도 차이의 1/180과 같습니다. 따라서 화씨 0도에서 +100도 사이의 범위는 섭씨 -18도에서 +38도 사이의 범위에 해당합니다.

절대 영도

이 매개변수가 무엇을 의미하는지 알아봅시다. 절대 영도는 이상 기체의 압력이 고정된 부피에 대해 0이 되는 한계 온도의 값입니다. 이는 자연계에서 가장 낮은 값입니다. Mikhailo Lomonosov가 예측했듯이 "이것은 가장 크거나 마지막 정도의 추위입니다." 따라서 동일한 온도와 압력을 받는 동일한 부피의 가스에는 동일한 수의 분자가 포함됩니다. 이것으로부터 무엇이 나오나요? 압력이나 부피가 0이 되는 가스의 최소 온도가 있습니다. 이것 절대값 0 켈빈, 즉 섭씨 273도에 해당합니다.

태양계에 관한 몇 가지 흥미로운 사실

태양 표면의 온도는 5700 켈빈에 도달하고 코어 중심의 온도는 1,500만 켈빈에 이릅니다. 태양계의 행성들은 가열 수준이 서로 크게 다릅니다. 따라서 우리 지구의 핵심 온도는 태양 표면의 온도와 거의 같습니다. 목성은 가장 뜨거운 행성으로 간주됩니다. 중심핵의 온도는 태양 표면의 온도보다 5배나 높습니다. 그러나 매개 변수의 가장 낮은 값은 달 표면에 기록되었습니다. 이는 30켈빈에 불과했습니다. 이 값은 명왕성 표면보다 훨씬 낮습니다.

지구에 관한 사실

1. 인류가 기록한 최고 기온은 섭씨 40억도였습니다. 이 값은 태양 핵의 온도보다 250배 더 높습니다. 이 기록은 뉴욕의 브룩헤이븐 자연연구소(Brookhaven Natural Laboratory)가 약 4km 길이의 이온 충돌기에서 세운 것이다.

2. 우리 행성의 온도도 항상 이상적이고 편안한 것은 아닙니다. 예를 들어, 야쿠티아의 베르흐노얀스크 시의 기온은 다음과 같습니다. 겨울 기간영하 45도까지 떨어집니다. 그러나 에티오피아 도시 달롤(Dallol)에서는 상황이 정반대다. 연평균 기온은 34도입니다.

3. 가장 극한 상황사람들이 일하는 는 남아프리카의 금광에서 기록되었습니다. 광부들은 섭씨 영하 65도의 온도에서 3km 깊이에서 작업합니다.