Definirea temperaturii în fizică. Ce este temperatura? Unitățile de temperatură sunt grade. Temperatura aburului și gazului. Metode și mijloace tehnice de măsurare a temperaturii

TEMPERATURA ȘI MĂSURAREA EI.

LEGILE EXPERIMENTALE GAZELOR.

1. Echilibru termic. Temperatura.

Temperatura este o mărime fizică care caracterizează gradul de încălzire al unui corp. Dacă două corpuri de temperaturi diferite sunt aduse în contact, atunci, după cum arată experiența, corpul mai încălzit se va răci, iar cel mai puțin încălzit se va încălzi, adică. se întâmplă schimb de caldura– transfer de energie de la un corp mai încălzit la unul mai puțin încălzit fără a lucra.

Energia transferată în timpul schimbului de căldură se numește cantitatea de căldură.

La ceva timp după ce corpurile sunt aduse în contact, acestea capătă același grad de încălzire, adică. intra intr-o stare echilibru termic.

Echilibru termic- aceasta este o stare a unui sistem de corpuri în contact termic în care nu are loc schimbul de căldură și toți macroparametrii corpurilor rămân neschimbați dacă condițiile externe nu se modifică.

În acest caz, doi parametri - volumul și presiunea - pot fi diferiți pentru diferite corpuri ale sistemului, iar al treilea, temperatura, în cazul echilibrului termic este același pentru toate corpurile sistemului. Determinarea temperaturii se bazează pe aceasta.

Un parametru fizic care este același pentru toate corpurile sistemului care se află într-o stare de echilibru termic se numește temperatura acest sistem.

De exemplu, sistemul este format din două vase cu gaz. Să-i punem în contact. Volumul și presiunea gazului din ele pot fi diferite, dar temperatura ca urmare a schimbului de căldură va deveni aceeași.

2. Măsurarea temperaturii.

Pentru măsurarea temperaturii, se folosesc instrumente fizice - termometre, în care valoarea temperaturii este judecată de o modificare a oricărui parametru.

Pentru a crea un termometru aveți nevoie de:

Selectați o substanță termometrică ale cărei parametri (caracteristici) se modifică odată cu schimbările de temperatură (de exemplu, mercur, alcool etc.);

Selectați o valoare termometrică, de ex. o valoare care se modifică cu temperatura (de exemplu, înălțimea coloanei de mercur sau alcool, valoarea rezistenței electrice etc.);

Calibrați termometrul, de ex. creați o scară pe care va fi măsurată temperatura. Pentru a face acest lucru, corpul termometric este adus în contact termic cu corpuri ale căror temperaturi sunt constante. De exemplu, la construirea scalei Celsius, temperatura unui amestec de apă și gheață în stare de topire este considerată 0 0 C, iar temperatura unui amestec de vapori de apă și apă în stare de fierbere la o presiune. de 1 atm. – pentru 100 0 C. Poziția coloanei de lichid se notează în ambele cazuri, iar apoi distanța dintre marcajele rezultate se împarte în 100 de diviziuni.

La măsurarea temperaturii, termometrul este adus în contact termic cu corpul a cărui temperatură este măsurată, iar după ce se stabilește echilibrul termic (indicațiile termometrului nu se mai schimbă), se citește citirea termometrului.

3. Legile experimentale ale gazelor.

Parametrii care descriu starea sistemului sunt interdependenți. Este dificil să stabilim dependența a trei parametri unul față de celălalt simultan, așa că haideți să simplificăm puțin sarcina. Să luăm în considerare procesele în care

a) cantitatea de substanță (sau masă) este constantă, adică ν=const (m=const);

b) valoarea unuia dintre parametri este fixa, i.e. În mod constant fie presiune, fie volum, fie temperatură.

Astfel de procese sunt numite izoprocesele.

1).Proces izotermic acestea. un proces care are loc cu aceeași cantitate de substanță la o temperatură constantă.

Explorat de Boyle (1662) și Marriott (1676).

Schema experimentală simplificată este următoarea. Să luăm în considerare un vas cu gaz, închis cu un piston mobil, pe care sunt instalate greutăți pentru a echilibra presiunea gazului.

Experiența a arătat că produsul dintre presiune și volumul unui gaz la o temperatură constantă este o valoare constantă. Acest lucru înseamnă

PV= const

Legea Boyle-Mariotte.

Volumul V al unei cantități date de gaz ν la o temperatură constantă t 0 este invers proporțional cu presiunea acestuia, adică. . .

Grafice ale proceselor izoterme.

Un grafic al presiunii în funcție de volum la temperatură constantă se numește izotermă. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât izoterma apare mai mare pe grafic.

2).Procesul izobar acestea. un proces care are loc cu aceeași cantitate de substanță la presiune constantă.

Explorat de Gay-Lussac (1802).

Diagrama simplificată este următoarea. Recipientul cu gaz este închis de un piston mobil pe care este instalată o greutate care echilibrează presiunea gazului. Recipientul cu gaz se încălzește.

Experiența a arătat că atunci când un gaz este încălzit la presiune constantă, volumul acestuia se modifică conform următoarei legi: unde V 0 este volumul de gaz la temperatura t 0 = 0 0 C; V este volumul de gaz la temperatura t 0, α v este coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice,

Legea lui Gay-Lussac.

Volumul unei cantități date de gaz la presiune constantă depinde liniar de temperatură.

Grafice ale proceselor izobare.

Un grafic al volumului unui gaz în funcție de temperatură la presiune constantă se numește izobară.

Dacă extrapolăm (continuăm) izobarele în regiunea temperaturilor scăzute, atunci toate vor converge în punctul corespunzător temperaturii t 0 = - 273 0 C.

3).Procesul izocor, adică un proces care are loc cu aceeași cantitate de substanță la un volum constant.

Explorat de Charles (1802).

Diagrama simplificată este următoarea. Recipientul cu gaz este închis cu un piston mobil pe care sunt instalate greutăți pentru a echilibra presiunea gazului. Vasul se încălzește.

Experiența a arătat că atunci când un gaz este încălzit la un volum constant, presiunea acestuia se modifică conform următoarei legi: unde P 0 este volumul de gaz la temperatura t 0 = 0 0 C; P – volumul de gaz la temperatura t 0 , α p – coeficientul de temperatură al presiunii,

Legea lui Charles.

Presiunea unei cantități date de gaz la volum constant depinde liniar de temperatură.

Un grafic al presiunii gazului în funcție de temperatură la volum constant se numește izocor.

Dacă extrapolăm (continuăm) izocorele în regiunea temperaturilor scăzute, atunci toate vor converge în punctul corespunzător temperaturii t 0 = - 273 0 C.

4. Scala termodinamică absolută.

Omul de știință englez Kelvin a propus mutarea începutului scalei de temperatură la stânga la 273 0 și numirea acestui punct temperatură zero absolut. Scara noii scale este aceeași cu scara Celsius. Noua scară se numește scară Kelvin sau scară termodinamică absolută. Unitatea de măsură este kelvin.

Zero grade Celsius corespunde la 273 K. Temperatura pe scara Kelvin este desemnată prin litera T.

T = t 0 C + 273

t 0 C = T – 273

Noua scară s-a dovedit a fi mai convenabilă pentru înregistrarea legilor privind gazele.

Definiție termodinamică

Istoria abordării termodinamice

Cuvântul „temperatură” a apărut în acele zile când oamenii credeau că corpurile mai încălzite conțineau o cantitate mai mare de substanță specială - calorică, decât cele mai puțin încălzite. Prin urmare, temperatura a fost percepută ca puterea unui amestec de materie corporală și calorică. Din acest motiv, unitățile de măsură ale tăriei băuturilor alcoolice și ale temperaturii se numesc aceleași - grade.

Determinarea temperaturii în fizica statistică

Instrumentele de măsurare a temperaturii sunt adesea calibrate pe scări relative - Celsius sau Fahrenheit.

În practică, se măsoară și temperatura

Cel mai precis termometru practic este termometrul de rezistență din platină. Au fost dezvoltate cele mai recente metode de măsurare a temperaturii, bazate pe măsurarea parametrilor radiației laser.

Unități de temperatură și scară

Deoarece temperatura este energia cinetică a moleculelor, este clar că este cel mai natural să o măsuram în unități de energie (adică în sistemul SI în jouli). Cu toate acestea, măsurarea temperaturii a început cu mult înainte de crearea teoriei cinetice moleculare, astfel încât scalele practice măsoară temperatura în unități convenționale - grade.

Temperatura absolută. Scala de temperatură Kelvin

Conceptul de temperatură absolută a fost introdus de W. Thomson (Kelvin), și de aceea scala de temperatură absolută se numește scară Kelvin sau scară de temperatură termodinamică. Unitatea de măsură a temperaturii absolute este kelvin (K).

Scala de temperatură absolută se numește așa deoarece măsura stării fundamentale a limitei inferioare a temperaturii este zero absolut, adică cea mai scăzută temperatură posibilă la care este, în principiu, imposibilă extragerea energiei termice dintr-o substanță.

Zero absolut este definit ca 0 K, care este egal cu -273,15 °C.

Scala de temperatură Kelvin este o scară care începe de la zero absolut.

De mare importanță este dezvoltarea, pe baza scalei termodinamice Kelvin, a scalelor practice internaționale bazate pe puncte de referință - tranziții de fază ale substanțelor pure, determinate prin metode termometria primară. Prima scară internațională de temperatură a fost adoptată în 1927 de ITS-27. Din 1927, scara a fost redefinită de mai multe ori (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): temperaturile de referință și metodele de interpolare s-au schimbat, dar principiul a rămas același - baza scalei este un set tranziții de fază substanțe pure cu anumite valori ale temperaturilor termodinamice și instrumente de interpolare calibrate în aceste puncte. Scara ITS-90 este în prezent în vigoare. Documentul principal (Regulamente la scară) stabilește definiția Kelvin, valorile temperaturilor de tranziție de fază (puncte de referință) și metodele de interpolare.

Scalele de temperatură utilizate în viața de zi cu zi - atât Celsius, cât și Fahrenheit (folosite în principal în SUA) - nu sunt absolute și, prin urmare, incomode atunci când se efectuează experimente în condiții în care temperatura scade sub punctul de îngheț al apei, motiv pentru care temperatura trebuie exprimată. număr negativ. Pentru astfel de cazuri au fost introduse scale de temperatură absolută.

Una dintre ele se numește scara Rankine, iar cealaltă se numește scara termodinamică absolută (scala Kelvin); temperaturile lor sunt măsurate în grade Rankine (°Ra) și respectiv kelvins (K). Ambele scale încep la temperatura zero absolută. Ele diferă prin faptul că prețul unei diviziuni pe scara Kelvin este egal cu prețul unei diviziuni pe scara Celsius, iar prețul unei diviziuni pe scara Rankine este echivalent cu prețul divizării termometrelor cu scara Fahrenheit. Punctul de îngheț al apei la presiunea atmosferică standard corespunde la 273,15 K, 0 °C, 32 °F.

Scara Kelvin este legată de punctul triplu al apei (273,16 K), iar constanta Boltzmann depinde de aceasta. Acest lucru creează probleme cu acuratețea interpretării măsurătorilor de temperatură ridicată. BIPM ia în considerare acum posibilitatea de a trece la o nouă definiție a lui Kelvin și de a fixa constanta Boltzmann, în loc să o lege de temperatură. punct triplu. .

Celsius

În tehnologie, medicină, meteorologie și în viața de zi cu zi se utilizează scara Celsius, în care temperatura punctului triplu al apei este de 0,008 °C și, prin urmare, punctul de îngheț al apei la o presiune de 1 atm este de 0 °C. C. În prezent, scara Celsius este determinată prin scara Kelvin: prețul unei diviziuni pe scara Celsius este egal cu prețul unei diviziuni pe scara Kelvin, t(°C) = T(K) - 273,15. Astfel, punctul de fierbere al apei, ales inițial de Celsius ca punct de referință de 100 °C, și-a pierdut semnificația, iar estimările moderne pun punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică normală la aproximativ 99,975 °C Scala Celsius este practic foarte convenabil, deoarece apa este foarte răspândită pe planeta noastră și viața noastră se bazează pe ea. Zero Celsius este un punct special pentru meteorologie deoarece este asociat cu înghețarea apei atmosferice. Scara a fost propusă de Anders Celsius în 1742.

Fahrenheit

In Anglia si mai ales in SUA se foloseste scara Fahrenheit. Zero grade Celsius înseamnă 32 de grade Fahrenheit, iar 100 de grade Celsius înseamnă 212 de grade Fahrenheit.

Definiția actuală a scalei Fahrenheit este următoarea: este o scară de temperatură în care 1 grad (1 °F) este egal cu 1/180 din diferența dintre punctul de fierbere al apei și temperatura de topire a gheții la presiunea atmosferică și punctul de topire al gheții este de +32 °F. Temperatura de pe scara Fahrenheit este legată de temperatura de pe scara Celsius (t °C) prin raportul t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32. Propus. de G. Fahrenheit în anul 1724.

Scara Reaumur

Tranziții de la diferite scări

Compararea scalelor de temperatură

Descriere	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankin	Delisle	Newton	Reaumur	Roemer
Zero absolut	0	−273,15	−459,67	0	559,725	−90,14	−218,52	−135,90
Temperatura de topire a amestecului Fahrenheit (sare și gheață în cantități egale)	255,37	−17,78	0	459,67	176,67	−5,87	−14,22	−1,83
Punctul de îngheț al apei (condiții normale)	273,15	0	32	491,67	150	0	0	7,5
temperatura medie corpul uman ¹	310,0	36,6	98,2	557,9	94,5	12,21	29,6	26,925
Punctul de fierbere al apei (condiții normale)	373,15	100	212	671,67	0	33	80	60
Topirea titanului	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
Suprafața Soarelui	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ Temperatura medie normală a corpului uman este de 36,6 °C ±0,7 °C sau 98,2 °F ±1,3 °F. Valoarea obișnuită de 98,6 °F este o conversie exactă în Fahrenheit a valorii germane din secolul al XIX-lea de 37 °C. Cu toate acestea, această valoare nu se încadrează în intervalul temperaturii medii normale a corpului uman, deoarece temperatura diferitelor părți ale corpului este diferită.

Unele valori din acest tabel sunt rotunjite.

Caracteristicile tranzițiilor de fază

Pentru a descrie punctele de tranziție de fază ale diferitelor substanțe, se folosesc următoarele valori de temperatură:

Temperatura de recoacere
Temperatura de sinterizare
Temperatura de sinteză
Temperatura aerului
Temperatura solului
Temperatura omologa
Temperatura Debye (Temperatura caracteristică)

Vezi si

Note

Literatură

Spassky B.I. Istoria fizicii Partea I. - Moscova: " facultate", 1977.
Sivukhin D.V. Termodinamică și fizică moleculară. - Moscova: „Știință”, 1990.

Poveste

Cuvântul „temperatură” a apărut în acele zile când oamenii credeau că corpurile mai încălzite conțineau o cantitate mai mare de substanță specială - calorică - decât cele mai puțin încălzite. Prin urmare, temperatura a fost percepută ca puterea unui amestec de materie corporală și calorică. Din acest motiv, unitățile de măsură ale tăriei băuturilor alcoolice și ale temperaturii se numesc aceleași - grade.

scara Kelvin

Termodinamica folosește scara Kelvin, în care temperatura este măsurată de la zero absolut (starea corespunzătoare energiei interne minime teoretic posibile a unui corp), iar un kelvin este egal cu 1/273,16 din distanța de la zero absolut la punctul triplu al apă (starea în care perechile de gheață, apă și apă sunt în echilibru). Constanta lui Boltzmann este folosită pentru a converti kelvinii în unități de energie. Se mai folosesc unități derivate: kilokelvin, megakelvin, millikelvin etc.

Celsius

În viața de zi cu zi se folosește scara Celsius, în care 0 este punctul de îngheț al apei, iar 100° este punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică. Deoarece punctele de îngheț și de fierbere ale apei nu sunt bine definite, scala Celsius este definită în prezent folosind scala Kelvin: un grad Celsius este egal cu un kelvin, zero absolut este considerat a fi -273,15 °C. Scara Celsius este practic foarte convenabilă deoarece apa este foarte comună pe planeta noastră și viața noastră se bazează pe ea. Zero Celsius este un punct special pentru meteorologie, deoarece înghețarea apei atmosferice schimbă totul semnificativ.

Fahrenheit

In Anglia si mai ales in SUA se foloseste scara Fahrenheit. Această scară împarte intervalul de la temperatura celei mai reci ierni din orașul în care a trăit Fahrenheit la temperatura corpului uman în 100 de grade. Zero grade Celsius este 32 de grade Fahrenheit, iar un grad Fahrenheit este egal cu 5/9 grade Celsius.

Definiția actuală a scalei Fahrenheit este următoarea: este o scară de temperatură în care 1 grad (1 °F) este egal cu 1/180 din diferența dintre punctul de fierbere al apei și temperatura de topire a gheții la presiunea atmosferică și punctul de topire al gheții este de +32 °F. Temperatura Fahrenheit este legată de temperatura Celsius (t °C) prin raportul t °C = 5/9 (t °F - 32), adică o modificare a temperaturii de 1 °F corespunde unei modificări de 5/9 ° C. Propus de G. Fahrenheit în 1724.

Scara Reaumur

Propus în 1730 de R. A. Reaumur, care a descris termometrul cu alcool pe care l-a inventat.

Unitatea este gradul Reaumur (°R), 1 °R este egal cu 1/80 din intervalul de temperatură dintre punctele de referință - temperatura de topire a gheții (0 °R) și punctul de fierbere al apei (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

În prezent, cântarul a căzut din uz; a supraviețuit cel mai mult în Franța, patria autorului.

Conversia temperaturii între scalele principale
	Kelvin	Celsius	Fahrenheit
Kelvin (K)		C + 273,15	= (F + 459,67) / 1,8
Celsius (°C)	K − 273,15		= (F − 32) / 1,8
Fahrenheit (°F)	K 1,8 − 459,67	C 1,8 + 32

Compararea scalelor de temperatură

Descriere	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Newton	Reaumur
Zero absolut		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Temperatura de topire a unui amestec de Fahrenheit (sare și gheață în cantități egale)	255.37	−17.78		−5.87	−14.22
Punctul de îngheț al apei (condiții normale)	273.15
Temperatura medie a corpului uman ¹	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Punctul de fierbere al apei (condiții normale)	373.15
Temperatura suprafeței solare	5800	5526	9980	1823	4421

¹ Temperatura normală a corpului uman este de 36,6 °C ±0,7 °C sau 98,2 °F ±1,3 °F. Valoarea obișnuită de 98,6 °F este o conversie exactă în Fahrenheit a valorii germane din secolul al XIX-lea de 37 °C. Deoarece această valoare nu se află în intervalul de temperatură normală conform conceptelor moderne, putem spune că conține o acuratețe excesivă (incorectă). Unele valori din acest tabel au fost rotunjite.

Comparație între scalele Fahrenheit și Celsius

(de- scara Fahrenheit, oC- scara Celsius)

oF	oC		oF	oC		oF	oC		oF	oC
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

Pentru a converti grade Celsius în Kelvin, trebuie să utilizați formula T=t+T 0 unde T este temperatura în kelvin, t este temperatura în grade Celsius, T 0 =273,15 kelvin. Mărimea unui grad Celsius este egală cu Kelvin.

Caracterizarea stării termice a corpurilor.

În lumea din jurul nostru au loc diverse fenomene legate de încălzirea și răcirea corpurilor. Ei sunt numiti, cunoscuti fenomene termice. Deci, când este încălzit apă rece mai întâi devine cald și apoi fierbinte; o parte metalică scoasă de pe flacără se răcește treptat etc. Notăm gradul de încălzire a unui corp, sau starea sa termică, cu cuvintele „cald”, „rece”, „fierbinte”. temperatura.

Temperatura este unul dintre parametrii macroscopici ai sistemului. În fizică se numesc corpuri formate dintr-un număr foarte mare de atomi sau molecule macroscopic. Dimensiunile corpurilor macroscopice sunt de multe ori mai mari decât dimensiunile atomilor. Toate corpurile înconjurătoare - de la o masă sau un gaz într-un balon până la un grăunte de nisip - sunt corpuri macroscopice.

Se numesc cantități care caracterizează starea corpurilor macroscopice fără a ține cont de structura lor moleculară parametrii macroscopici. Acestea includ volumul, presiunea, temperatura, concentrația particulelor, masa, densitatea, magnetizarea, etc. Temperatura este unul dintre cei mai importanți parametri macroscopici ai unui sistem (gazul, în special).

Temperatura este o caracteristică a echilibrului termic al unui sistem.

Se știe că pentru a determina temperatura unui mediu, ar trebui să plasați un termometru în acest mediu și să așteptați până când temperatura termometrului încetează să se mai schimbe, luând valoarea egal cu temperatura mediu inconjurator. Cu alte cuvinte, este nevoie de ceva timp pentru ca echilibrul termic să fie stabilit între mediu și termometru.

Teplov, sau termodinamic, echilibru numită stare în care toți parametrii macroscopici rămân neschimbați pentru o perioadă nedefinită de timp. Aceasta înseamnă că volumul și presiunea din sistem nu se modifică, nu au loc transformări de fază și temperatura nu se modifică.

Cu toate acestea, procesele microscopice nu se opresc în timpul echilibrului termic: vitezele moleculelor se schimbă, se mișcă și se ciocnesc.

Orice corp macroscopic sau grup de corpuri macroscopice - termodinamic sistem- poate fi în diferite stări de echilibru termic. În fiecare dintre aceste stări, temperatura are propria sa valoare foarte specifică. Alte cantități pot avea valori diferite (dar constante). De exemplu, presiunea gazului comprimat într-un cilindru va diferi de presiunea din încăpere și la echilibrul termic al întregului sistem de corpuri din această cameră.

Temperatura caracterizează starea de echilibru termic a unui sistem macroscopic: în toate părțile sistemului care se află într-o stare de echilibru termic, temperatura are aceeași valoare (acesta este singurul parametru macroscopic care are această proprietate).

Dacă două corpuri au aceeași temperatură, nu are loc nici un schimb de căldură între ele, dacă este diferit, are loc schimbul de căldură și căldura este transferată de la un corp mai încălzit la unul mai puțin încălzit până când temperaturile sunt complet egalizate.

Măsurarea temperaturii se bazează pe dependența oricărei mărimi fizice (de exemplu, volum) de temperatură. Această dependență este utilizată în scala de temperatură a unui termometru - un dispozitiv folosit pentru a măsura temperatura.

Acțiunea termometrului se bazează pe dilatare termică substante. Când este încălzită, coloana substanței utilizate în termometru (de exemplu, mercur sau alcool) crește, iar când este răcită, scade. Termometrele folosite în viața de zi cu zi vă permit să exprimați temperatura unei substanțe în grade Celsius (°C).

A. Celsius (1701-1744) - om de știință suedez care a propus utilizarea unei scale de temperatură centigrade. Pe scara de temperatură Celsius, zero (de la mijlocul secolului al XVIII-lea) este temperatura gheții care se topește, iar 100 de grade este punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică normală.

Deoarece diferitele lichide se extind diferit odată cu creșterea temperaturii, scalele de temperatură ale termometrelor care conțin diferite lichide sunt diferite.

De aceea în fizică se folosesc scala de temperatură a gazului ideal, pe baza dependenței de temperatură a volumului (la presiune constantă) sau a presiunii (la volum constant) a gazului.

Fiecare persoană întâlnește conceptul de temperatură în fiecare zi. Termenul a intrat ferm în noi viata de zi cu zi: ne încălzim la cuptor cu microunde cumpărături sau gătirea alimentelor în cuptor, întrebându-ne despre vremea de afară sau aflarea dacă apa din râu este rece - toate acestea sunt strâns legate de acest concept. Ce este temperatura, ce înseamnă acest parametru fizic, cum se măsoară? Vom răspunde la aceste și la alte întrebări în articol.

Cantitate fizica

Să ne uităm la ce este temperatura din punctul de vedere al unui sistem izolat în echilibru termodinamic. Termenul a venit de la limba latinăși înseamnă „amestec adecvat”, „stare normală”, „proporționalitate”. Această mărime caracterizează starea de echilibru termodinamic al oricărui sistem macroscopic. În cazul în care este în dezechilibru, în timp are loc o tranziție a energiei de la obiectele mai încălzite la cele mai puțin încălzite. Rezultatul este egalizarea (modificarea) temperaturii în întregul sistem. Acesta este primul postulat (legea zero) al termodinamicii.

Temperatura determină distribuția particulelor constitutive ale sistemului după niveluri de energie și viteze, gradul de ionizare a substanțelor și proprietățile echilibrului radiatie electromagnetica corpuri, densitatea totală a radiației volumetrice. Deoarece pentru un sistem care este în echilibru termodinamic, parametrii enumerați sunt egale, atunci se numesc de obicei temperatura sistemului.

Plasma

Pe lângă corpurile de echilibru, există sisteme în care starea este caracterizată de mai multe valori de temperatură care nu sunt egale între ele. Un bun exemplu este plasma. Este format din electroni (particule încărcate uşoare) şi ioni (particule cu încărcare grea). Când se ciocnesc, are loc un transfer rapid de energie de la electron la electron și de la ion la ion. Dar între elementele eterogene există o tranziție lentă. Plasma poate fi într-o stare în care electronii și ionii individual sunt aproape de echilibru. În acest caz, este posibil să se presupună temperaturi separate pentru fiecare tip de particule. Cu toate acestea, acești parametri vor diferi unul de celălalt.

Magneți

În corpurile în care particulele au moment magnetic, transferul de energie are loc de obicei lent: de la translație la grade de libertate magnetice, care sunt asociate cu posibilitatea de a schimba direcțiile momentului. Se dovedește că există stări în care corpul este caracterizat de o temperatură care nu coincide cu parametrul cinetic. Ea corespunde mișcării înainte particule elementare. Temperatura magnetică determină o parte a energiei interne. Poate fi atât pozitiv, cât și negativ. În timpul procesului de egalizare, energia va fi transferată de la particulele cu o temperatură mai mare la particulele cu o temperatură mai scăzută dacă acestea sunt ambele pozitive sau negative. În situația opusă, acest proces se va desfășura în direcția opusă - temperatura negativă va fi „mai mare” decât cea pozitivă.

De ce este necesar acest lucru?

Paradoxul este că omul obișnuit, pentru a efectua procesul de măsurare atât în viața de zi cu zi, cât și în industrie, nici nu are nevoie să știe ce este temperatura. Îi va fi suficient să înțeleagă că acesta este gradul de încălzire al unui obiect sau al mediului, mai ales că suntem familiarizați cu acești termeni încă din copilărie. Într-adevăr, majoritatea instrumentelor practice concepute pentru măsurarea acestui parametru măsoară de fapt alte proprietăți ale substanțelor care se modifică în funcție de nivelul de încălzire sau răcire. De exemplu, presiunea, rezistența electrică, volumul etc. În plus, astfel de citiri sunt recalculate manual sau automat la valoarea necesară.

Se pare că pentru a determina temperatura, nu este nevoie să studiezi fizica. Cea mai mare parte a populației planetei noastre trăiește după acest principiu. Dacă televizorul funcționează, atunci nu este nevoie să înțelegeți procesele tranzitorii ale dispozitivelor semiconductoare, să studiați priza sau modul în care este recepționat semnalul. Oamenii sunt obișnuiți cu faptul că în fiecare domeniu există specialiști care pot repara sau depana sistemul. Omul obișnuit nu vrea să-și încordeze creierul, pentru că este mult mai bine să urmărească o telenovelă sau fotbal pe „cutie” în timp ce sorbi o bere rece.

Și vreau să știu

Dar sunt oameni, cel mai adesea aceștia sunt studenți, care, fie din curiozitate, fie din nevoie, sunt nevoiți să studieze fizica și să stabilească ce este temperatura cu adevărat. Drept urmare, în căutarea lor, ei se găsesc în jungla termodinamicii și îi studiază legea zero, prima și a doua. În plus, o minte curioasă va trebui să înțeleagă entropia. Și la sfârșitul călătoriei sale, probabil va admite că definirea temperaturii ca parametru al unui sistem termic reversibil, care nu depinde de tipul de substanță de lucru, nu va adăuga claritate în sensul acestui concept. Și totuși, partea vizibilă va fi niște grade acceptate de sistemul internațional de unități (SI).

Temperatura ca energie cinetică

O abordare mai „tangibilă” se numește teoria cinetică moleculară. Din aceasta se formează ideea că căldura este considerată o formă de energie. De exemplu, energia cinetică a moleculelor și atomilor, un parametru mediat pe un număr imens de particule care se mișcă haotic, se dovedește a fi o măsură a ceea ce se numește în mod obișnuit temperatura unui corp. Astfel, particulele dintr-un sistem încălzit se mișcă mai repede decât într-un sistem rece.

Deoarece termenul în cauză este strâns legat de energia cinetică medie a unui grup de particule, ar fi destul de natural să folosim joule ca unitate de măsură a temperaturii. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă, ceea ce se explică prin faptul că energia mișcării termice a particulelor elementare este foarte mică în raport cu joule. Prin urmare, este incomod de utilizat. Mișcarea termică este măsurată în unități derivate din jouli folosind un factor de conversie special.

Unități de temperatură

Astăzi, trei unități principale sunt folosite pentru a afișa acest parametru. La noi, temperatura este determinată de obicei în grade Celsius. Această unitate de măsură se bazează pe punctul de solidificare al apei - valoarea absolută. Este punctul de plecare. Adică, temperatura apei la care începe să se formeze gheața este zero. În acest caz, apa servește drept etalon exemplar. Această convenție a fost adoptată pentru comoditate. A doua valoare absolută este temperatura vaporilor, adică momentul în care apa trece din stare lichidă în stare gazoasă.

Următoarea unitate sunt grade Kelvin. Originea acestui sistem este considerată a fi punctul Deci, un grad Kelvin este egal cu unul. Constatăm că zero Kelvin va fi egal cu minus 273,16 grade Celsius. În 1954, Conferința Generală pentru Greutăți și Măsuri a decis înlocuirea termenului „kelvin” pentru unitatea de temperatură cu „kelvin”.

A treia unitate de măsură acceptată în mod obișnuit este grade Fahrenheit. Până în 1960, acestea au fost utilizate pe scară largă în toate țările vorbitoare de limbă engleză. Cu toate acestea, această unitate este încă folosită în viața de zi cu zi în Statele Unite. Sistemul este fundamental diferit de cele descrise mai sus. Punctul de îngheț al unui amestec de sare, amoniac și apă într-un raport de 1:1:1 este luat ca punct de plecare. Deci, pe scara Fahrenheit, punctul de îngheț al apei este de plus 32 de grade, iar punctul de fierbere este de plus 212 de grade. În acest sistem, un grad este egal cu 1/180 din diferența dintre aceste temperaturi. Astfel, intervalul de la 0 la +100 grade Fahrenheit corespunde intervalului de la -18 la +38 Celsius.

Temperatura zero absolut

Să ne dăm seama ce înseamnă acest parametru. Zero absolut este valoarea temperaturii limită la care presiunea unui gaz ideal devine zero pentru un volum fix. Aceasta este cea mai mică valoare din natură. După cum a prezis Mihailo Lomonosov, „acesta este cel mai mare sau ultimul grad de frig”. De aici rezultă că volume egale de gaze, supuse aceleiași temperaturi și presiuni, conțin același număr de molecule. Ce rezultă din asta? Există o temperatură minimă a unui gaz la care presiunea sau volumul său ajunge la zero. Acest valoare absolută corespunde cu zero Kelvin, sau 273 de grade Celsius.

Câteva fapte interesante despre sistemul solar

Temperatura de pe suprafața Soarelui ajunge la 5700 Kelvin, iar în centrul nucleului - 15 milioane Kelvin. Planetele sistemului solar diferă foarte mult între ele în ceea ce privește nivelurile de încălzire. Astfel, temperatura nucleului Pământului nostru este aproximativ aceeași cu cea de pe suprafața Soarelui. Jupiter este considerată cea mai fierbinte planetă. Temperatura din centrul miezului său este de cinci ori mai mare decât la suprafața Soarelui. Dar cea mai mică valoare a parametrului a fost înregistrată pe suprafața Lunii - a fost doar 30 Kelvin. Această valoare este chiar mai mică decât pe suprafața lui Pluto.

Fapte despre Pământ

1. Cea mai mare temperatură înregistrată de om a fost de 4 miliarde de grade Celsius. Această valoare este de 250 de ori mai mare decât temperatura nucleului Soarelui. Recordul a fost stabilit de Brookhaven Natural Laboratory din New York într-un colisionator de ioni, care are aproximativ 4 kilometri lungime.

2. De asemenea, temperatura de pe planeta noastră nu este întotdeauna ideală și confortabilă. De exemplu, în orașul Verkhnoiansk din Yakutia temperatura este perioada de iarna scade la minus 45 de grade Celsius. Dar în orașul etiopian Dallol situația este inversă. Acolo temperatura medie anuală este de plus 34 de grade.

3. Cel mai mult condiții extreme, în care lucrează oamenii, au fost înregistrate în minele de aur din Africa de Sud. Minerii lucrează la o adâncime de trei kilometri la o temperatură de plus 65 de grade Celsius.