A hőmérséklet és a hőmérsékleti skála fogalma. Hőfok

HŐMÉRSÉKLET ÉS MÉRÉSE.

KÍSÉRLETI GÁZTÖRVÉNYEK.

1. Termikus egyensúly. Hőfok.

Hőfok a test felmelegedési fokát jellemző fizikai mennyiség. Ha két különböző hőmérsékletű test érintkezik, akkor a tapasztalatok szerint a melegebb test hűl, a kevésbé felmelegedett pedig felmelegszik, t. történik hőcsere– az energia átadása egy melegebb testről egy kevésbé fűtöttre munka nélkül.

A hőcsere során átadott energiát ún hőmennyiség.

Valamivel azután, hogy a testek érintkezésbe kerülnek, ugyanolyan mértékű felmelegedést kapnak, pl. állapotba kerüljön termikus egyensúly.

Termikus egyensúly- ez a termikus érintkezésben lévő testek rendszerének olyan állapota, amelyben nem történik hőcsere, és a testek összes makroparamétere változatlan marad, ha a külső feltételek nem változnak.

Ebben az esetben két paraméter - térfogat és nyomás - eltérő lehet a rendszer különböző testeinél, a harmadik, a hőmérséklet, termikus egyensúly esetén a rendszer minden testénél azonos. A hőmérséklet meghatározása ezen alapul.

Olyan fizikai paramétert nevezünk, amely a rendszer minden termikus egyensúlyi állapotban lévő testére azonos hőfok ezt a rendszert.

Például a rendszer két gáztartályból áll. Vegyük érintkezésbe őket. A bennük lévő gáz térfogata és nyomása eltérő lehet, de a hőcsere eredményeként a hőmérséklet azonos lesz.

2.Hőmérsékletmérés.

A hőmérséklet mérésére fizikai műszereket használnak - hőmérőket, amelyekben a hőmérsékleti értéket bármely paraméter változása alapján ítélik meg.

A hőmérő elkészítéséhez szüksége lesz:

Válasszon olyan hőmérő anyagot, amelynek paraméterei (jellemzői) a hőmérséklet változásával változnak (például higany, alkohol stb.);

Válasszon egy hőmérős értéket, pl. a hőmérséklet függvényében változó érték (például a higany- vagy alkoholoszlop magassága, az elektromos ellenállás értéke stb.);

Kalibrálja a hőmérőt, pl. hozzon létre egy skálát, amelyen a hőmérsékletet mérni fogja. Ennek érdekében a hőmérő testet termikus érintkezésbe hozzák olyan testekkel, amelyek hőmérséklete állandó. Például a Celsius-skála megszerkesztésekor a víz és jég olvadáspontú keverékének hőmérsékletét 0 0 C-nak, a vízgőz és víz keverékének hőmérsékletét pedig forrásban lévő nyomáson. 1 atm. – 100 0 C-ra. Mindkét esetben feljegyezzük a folyadékoszlop helyzetét, majd a kapott jelek közötti távolságot 100 osztásra osztjuk.

Hőmérsékletméréskor a hőmérőt termikus érintkezésbe hozzuk azzal a testtel, amelynek hőmérsékletét mérjük, majd a hőegyensúly létrejötte után (a hőmérő állása nem változik) leolvasásra kerül a hőmérő állása.

3. Kísérleti gáztörvények.

A rendszer állapotát leíró paraméterek kölcsönösen függenek egymástól. Egyszerre három paraméter egymástól való függését nehéz megállapítani, ezért egyszerűsítsük egy kicsit a feladatot. Tekintsük azokat a folyamatokat, amelyekben

a) az anyag (vagy tömeg) mennyisége állandó, azaz. ν = állandó (m = állandó);

b) az egyik paraméter értéke fix, azaz. Állandóan vagy nyomás, vagy térfogat, vagy hőmérséklet.

Az ilyen folyamatokat ún izofolyamatok.

1).Izoterm folyamat azok. olyan folyamat, amely azonos mennyiségű anyaggal állandó hőmérsékleten megy végbe.

Boyle (1662) és Marriott (1676) fedezte fel.

Az egyszerűsített kísérleti séma a következő. Tekintsünk egy mozgatható dugattyúval zárt gáztartályt, amelyre súlyok vannak felszerelve a gáznyomás kiegyenlítésére.

A tapasztalat azt mutatja, hogy a nyomás és a gáz térfogatának szorzata állandó hőmérsékleten állandó érték. Ez azt jelenti, hogy

PV= const

Boyle-Mariotte törvény.

Adott mennyiségű ν gáz V térfogata t 0 állandó hőmérsékleten fordítottan arányos a nyomásával, azaz. . .

Izoterm folyamatok grafikonjai.

A nyomás és a térfogat grafikonját állandó hőmérsékleten izotermának nevezzük. Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb az izoterma a grafikonon.

2).Izobár folyamat azok. olyan folyamat, amely azonos mennyiségű anyaggal állandó nyomáson megy végbe.

Gay-Lussac felfedezte (1802).

Az egyszerűsített diagram a következő. A gáztartályt egy mozgatható dugattyú zárja le, amelyre egy súly van felszerelve, amely kiegyenlíti a gáznyomást. A gáztartály felmelegszik.

A tapasztalat azt mutatja, hogy ha egy gázt állandó nyomáson hevítenek, térfogata a következő törvény szerint változik: ahol V 0 a gáz térfogata t 0 = 0 0 C hőmérsékleten; V a gáz térfogata t 0 hőmérsékleten, α v a térfogattágulás hőmérsékleti együtthatója,

Meleg-Lussac törvénye.

Egy adott mennyiségű gáz térfogata állandó nyomáson lineárisan függ a hőmérséklettől.

Izobár folyamatok grafikonjai.

A gáz térfogatának és hőmérsékletének grafikonját állandó nyomáson izobárnak nevezzük.

Ha az izobárokat az alacsony hőmérsékletek tartományára extrapoláljuk (folytatjuk), akkor ezek mind a t 0 = - 273 0 C hőmérsékletnek megfelelő pontban konvergálnak.

3).Izokórikus folyamat, azaz olyan folyamat, amely azonos mennyiségű, állandó térfogatú anyaggal megy végbe.

Feltárta Charles (1802).

Az egyszerűsített diagram a következő. A gáztartályt egy mozgatható dugattyú zárja le, amelyre súlyok vannak felszerelve a gáznyomás kiegyenlítésére. Az edény felmelegszik.

A tapasztalat azt mutatja, hogy ha egy gázt állandó térfogatra hevítenek, nyomása a következő törvény szerint változik: ahol P 0 a gáz térfogata t 0 = 0 0 C hőmérsékleten; P – a gáz térfogata t 0 hőmérsékleten, α p – a nyomás hőmérsékleti együtthatója,

Károly törvénye.

Egy adott mennyiségű gáz állandó térfogatú nyomása lineárisan függ a hőmérséklettől.

A gáznyomás és a hőmérséklet állandó térfogatú grafikonját izokornak nevezzük.

Ha az izokorokat az alacsony hőmérsékletek tartományára extrapoláljuk (folytatjuk), akkor ezek mind a t 0 = - 273 0 C hőmérsékletnek megfelelő pontban konvergálnak.

4. Abszolút termodinamikai skála.

Az angol tudós, Kelvin azt javasolta, hogy a hőmérsékleti skála elejét mozgassák balra 273 0-ra, és ezt a pontot abszolút nulla hőmérsékletnek nevezzék. Az új skála skálája megegyezik a Celsius-skálával. Az új skálát Kelvin-skálának vagy abszolút termodinamikai skálának nevezik. A mértékegység a kelvin.

A nulla Celsius-fok 273 K-nek felel meg. A Kelvin-skálán a hőmérsékletet T betű jelöli.

T = t 0 C + 273

t 0 C = T – 273

Az új skála kényelmesebbnek bizonyult a gáztörvények rögzítésére.

Termodinamikai definíció

A termodinamikai megközelítés története

A „hőmérséklet” szó azokban a napokban keletkezett, amikor az emberek azt hitték, hogy a felmelegített test nagyobb mennyiségű speciális anyagot - kalóriatartalmat - tartalmaz, mint a kevésbé melegített test. Ezért a hőmérsékletet a testanyag és a kalória keverékének erősségeként fogták fel. Emiatt az alkoholtartalmú italok erősségének és hőmérsékletének mértékegységeit azonosnak nevezik - foknak.

A hőmérséklet meghatározása a statisztikus fizikában

A hőmérsékletmérő műszereket gyakran relatív skálákon kalibrálják - Celsius vagy Fahrenheit.

A gyakorlatban a hőmérsékletet is mérik

A legpontosabb gyakorlati hőmérő a platina ellenálláshőmérő. A hőmérséklet mérésére a legújabb módszereket fejlesztették ki, amelyek a lézersugárzás paramétereinek mérésén alapulnak.

Hőmérséklet mértékegységei és skála

Mivel a hőmérséklet a molekulák kinetikus energiája, nyilvánvaló, hogy a legtermészetesebb energiaegységekben (vagyis az SI-rendszerben joule-ban) mérni. A hőmérsékletmérés azonban jóval a molekuláris kinetikai elmélet megalkotása előtt elkezdődött, így a gyakorlati mérlegek a hőmérsékletet hagyományos mértékegységekben - fokokban - mérik.

Abszolút hőmérséklet. Kelvin hőmérsékleti skála

Az abszolút hőmérséklet fogalmát W. Thomson (Kelvin) vezette be, ezért az abszolút hőmérsékleti skálát Kelvin-skálának vagy termodinamikai hőmérsékleti skálának nevezik. Az abszolút hőmérséklet mértékegysége a kelvin (K).

Az abszolút hőmérsékleti skálát azért hívják, mert a hőmérséklet alsó határának alapállapotának mértéke abszolút nulla, vagyis az a lehető legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen elvileg lehetetlen hőenergiát nyerni egy anyagból.

Az abszolút nulla értéke 0 K, ami -273,15 °C.

A Kelvin-hőmérséklet skála egy abszolút nulláról induló skála.

Kiemelkedő jelentőségű a Kelvin termodinamikai skálán alapuló nemzetközi gyakorlati skálák kidolgozása, amelyek referenciapontokon – a tiszta anyagok primer hőmérős módszerekkel meghatározott fázisátalakulásain – alapulnak. Az első nemzetközi hőmérsékleti skálát 1927-ben fogadta el az ITS-27. 1927 óta a skálát többször újradefiniálták (MTSh-48, MPTS-68, MTSh-90): változtak a referencia-hőmérsékletek és az interpolációs módszerek, de az elv ugyanaz maradt - a skála alapja a fázisátalakulások halmaza tiszta anyagok bizonyos termodinamikai hőmérsékleti értékeivel és ezeken a pontokon kalibrált interpolációs műszerekkel. Jelenleg az ITS-90 skála van érvényben. A fő dokumentum (A skála szabályozása) meghatározza a Kelvin definícióját, a fázisátalakulási hőmérsékletek (referenciapontok) értékeit és az interpolációs módszereket.

A mindennapi életben használt hőmérsékleti skálák - mind a Celsius, mind a Fahrenheit (főleg az USA-ban használatos) - nem abszolútak, ezért kényelmetlenek olyan körülmények között végzett kísérleteknél, ahol a hőmérséklet a víz fagypontja alá esik, ezért a hőmérsékletet kell kifejezni. negatív szám. Ilyen esetekben abszolút hőmérsékleti skálákat vezettek be.

Az egyiket Rankine-skálának, a másikat abszolút termodinamikai skálának (Kelvin-skála) nevezik; hőmérsékletüket Rankine-fokban (°Ra), illetve kelvinben (K) mérik. Mindkét skála abszolút nulla hőmérsékleten kezdődik. Abban különböznek egymástól, hogy a Kelvin-skála egy osztásának ára megegyezik a Celsius-skála egy osztásának árával, a Rankine-skála egy osztásának ára pedig a Fahrenheit-skála szerinti hőmérők felosztásának árával. A víz fagyáspontja normál légköri nyomáson 273,15 K, 0 °C, 32 °F.

A Kelvin-skála a víz hármaspontjához (273,16 K) van kötve, és ettől függ a Boltzmann-állandó. Ez problémákat okoz a magas hőmérsékleti mérések értelmezésének pontosságában. A BIPM most fontolgatja annak lehetőségét, hogy áttérjen a Kelvin új definíciójára, és rögzítse a Boltzmann-állandót a hárompontos hőmérsékletre való hivatkozás helyett. .

Celsius

A technikában, az orvostudományban, a meteorológiában és a mindennapi életben a Celsius-skálát használják, amelyben a víz hármaspontjának hőmérséklete 0,008 °C, így a víz fagyáspontja 1 atm nyomáson 0 °. C. Jelenleg a Celsius-skálát a Kelvin-skála határozza meg: a Celsius-skála egyik osztásának ára megegyezik a Kelvin-skála osztásának árával, t(°C) = T(K) - 273,15. Így a víz forráspontja, amelyet eredetileg a Celsius választott 100 °C-os referenciapontnak, elvesztette jelentőségét, és a modern becslések szerint a víz forráspontja normál légköri nyomáson körülbelül 99,975 °C. A Celsius-skála gyakorlatilag nagyon kényelmes, mivel a víz nagyon elterjedt bolygónkon, és életünk is ezen alapul. A nulla Celsius a meteorológia különleges pontja, mert a légköri víz befagyásával függ össze. A skálát Anders Celsius javasolta 1742-ben.

Fahrenheit

Angliában és különösen az USA-ban a Fahrenheit-skálát használják. A nulla Celsius-fok 32 Fahrenheit-fok, a 100 Celsius-fok pedig 212 Fahrenheit-fok.

A Fahrenheit-skála jelenlegi definíciója a következő: olyan hőmérsékleti skála, amelyben 1 fok (1 °F) egyenlő a víz forráspontja és a jég légköri nyomáson mért olvadáspontja közötti különbség 1/180-ad részével, és a jég olvadáspontja +32 °F. A Fahrenheit-skála hőmérsékletét a Celsius-skála hőmérsékletével (t °C) a t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32 arányban viszonyítják. G. Fahrenheit 1724-ben.

Reaumur skála

Átmenetek különböző skálákból

A hőmérsékleti skálák összehasonlítása

Leírás	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankin	Delisle	Newton	Reaumur	Roemer
Abszolút nulla	0	−273,15	−459,67	0	559,725	−90,14	−218,52	−135,90
Fahrenheit keverék olvadási hőmérséklete (só és jég egyenlő mennyiségben)	255,37	−17,78	0	459,67	176,67	−5,87	−14,22	−1,83
A víz fagyáspontja (normál körülmények)	273,15	0	32	491,67	150	0	0	7,5
Átlagos emberi testhőmérséklet¹	310,0	36,6	98,2	557,9	94,5	12,21	29,6	26,925
A víz forráspontja (normál körülmények)	373,15	100	212	671,67	0	33	80	60
Olvadó titán	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
A Nap felszíne	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ A normál átlagos emberi testhőmérséklet 36,6 °C ±0,7 °C vagy 98,2 °F ±1,3 °F. Az általánosan jegyzett 98,6°F érték a 19. századi német 37°C érték Fahrenheitre való pontos átváltása. Ez az érték azonban nem esik a normál átlagos emberi testhőmérséklet tartományába, mivel a különböző testrészek hőmérséklete eltérő.

Ebben a táblázatban egyes értékek kerekítettek.

A fázisátalakulások jellemzői

A különböző anyagok fázisátalakulási pontjainak leírására a következő hőmérsékleti értékeket használjuk:

Izzítási hőmérséklet
Szinterezési hőmérséklet
Szintézis hőmérséklete
Levegő hőmérséklet
Talaj hőmérséklet
Homológ hőmérséklet
Debye hőmérséklet (jellegzetes hőmérséklet)

Lásd még

Megjegyzések

Irodalom

A hőmérséklet fogalmával mindenki nap mint nap találkozik. A kifejezés szilárdan beépült mindennapi életünkbe: mikrohullámú sütőben melegítünk, vagy sütőben főzünk, érdeklődünk a kinti időjárás iránt, vagy megtudjuk, hogy hideg-e a folyó vize - mindez szorosan kapcsolódik ehhez a fogalomhoz . Mi a hőmérséklet, mit jelent ez a fizikai paraméter, hogyan mérik? Ezekre és más kérdésekre válaszolunk a cikkben.

Fizikai mennyiség

Nézzük meg, mi a hőmérséklet egy termodinamikai egyensúlyban lévő izolált rendszer szempontjából. A kifejezés latinból származik, és jelentése „megfelelő keverék”, „normál állapot”, „arányosság”. Ez a mennyiség bármely makroszkopikus rendszer termodinamikai egyensúlyi állapotát jellemzi. Abban az esetben, ha nincs egyensúlyban, idővel energiaátmenet megy végbe a jobban fűtött tárgyakról a kevésbé fűtött tárgyakra. Az eredmény a hőmérséklet kiegyenlítődése (változása) az egész rendszerben. Ez a termodinamika első posztulátuma (nulla törvénye).

A hőmérséklet meghatározza a rendszert alkotó részecskék energiaszintek és sebességek szerinti megoszlását, az anyagok ionizációs fokát, a testek egyensúlyi elektromágneses sugárzásának tulajdonságait és a teljes térfogati sugárzás sűrűségét. Mivel egy termodinamikai egyensúlyban lévő rendszernél a felsorolt paraméterek egyenlőek, ezeket általában a rendszer hőmérsékletének nevezik.

Vérplazma

Az egyensúlyi testek mellett vannak olyan rendszerek, amelyekben az állapotot több hőmérsékleti érték jellemzi, amelyek nem egyenlőek egymással. Jó példa erre a plazma. Elektronokból (könnyű töltésű részecskék) és ionokból (nehéz töltésű részecskék) áll. Amikor ütköznek, gyors energiaátadás megy végbe elektronról elektronra és ionról ionra. De a heterogén elemek között lassú az átmenet. A plazma lehet olyan állapot, amelyben az elektronok és az ionok külön-külön közel állnak az egyensúlyhoz. Ebben az esetben minden részecsketípushoz külön hőmérsékletet lehet feltételezni. Ezek a paraméterek azonban eltérnek egymástól.

Mágnesek

Azokban a testekben, amelyekben a részecskék mágneses nyomatékkal rendelkeznek, az energiaátadás általában lassan megy végbe: a transzlációs szabadságfokról a mágneses szabadsági fokokra, amelyek a pillanat irányának megváltoztatásának lehetőségével járnak. Kiderült, hogy vannak olyan állapotok, amelyekben a testet olyan hőmérséklet jellemzi, amely nem esik egybe a kinetikai paraméterrel. Az elemi részecskék előrefelé irányuló mozgásának felel meg. A mágneses hőmérséklet meghatározza a belső energia egy részét. Lehet pozitív és negatív is. A kiegyenlítési folyamat során az energia a magasabb hőmérsékletű részecskékről az alacsonyabb hőmérsékletű részecskékre kerül át, ha azok pozitívak vagy negatívak. Ellenkező esetben ez a folyamat az ellenkező irányba halad - a negatív hőmérséklet „magasabb” lesz, mint a pozitív.

Miért van erre szükség?

A paradoxon az, hogy az átlagembernek ahhoz, hogy mind a mindennapi életben, mind az iparban elvégezhesse a mérési folyamatot, még azt sem kell tudnia, mi az a hőmérséklet. Elég lesz, ha megérti, hogy ez egy tárgy vagy környezet felmelegedésének mértéke, különösen mivel gyermekkorunk óta ismerjük ezeket a kifejezéseket. Valójában a legtöbb gyakorlati műszer, amelyet ennek a paraméternek a mérésére terveztek, az anyagok egyéb tulajdonságait mérik, amelyek a fűtési vagy hűtési szinttől függően változnak. Például nyomás, elektromos ellenállás, térfogat stb. Ezen túlmenően az ilyen értékeket manuálisan vagy automatikusan újraszámítják a kívánt értékre.

Kiderült, hogy a hőmérséklet meghatározásához nem kell fizikát tanulni. Bolygónk lakosságának nagy része ezen elv szerint él. Ha a TV működik, akkor nem kell megérteni a félvezető eszközök tranziens folyamatait, tanulmányozni az aljzatot vagy a jel vételét. Az emberek megszokták, hogy minden területen vannak szakemberek, akik meg tudják javítani vagy hibakeresni a rendszert. Az átlagember nem akarja megerőltetni az agyát, mert sokkal jobb egy hideg sört kortyolgatva szappanoperát vagy focit nézni a „dobozon”.

És tudni akarom

De vannak emberek, leggyakrabban ezek a diákok, akik akár kíváncsiságból, akár muszájból kénytelenek fizikát tanulni és meghatározni, hogy valójában mi a hőmérséklet. Ennek eredményeként keresésük során a termodinamika dzsungelében találják magukat, és tanulmányozzák annak nulladik, első és második törvényét. Ezenkívül a kíváncsi elmének fel kell fognia az entrópiát. Útja végén pedig valószínűleg be fogja ismerni, hogy a hőmérséklet meghatározása egy reverzibilis termikus rendszer paramétereként, amely nem függ a működő anyag típusától, nem teszi egyértelművé ennek a fogalomnak az értelmét. És mindazonáltal a látható rész a nemzetközi mértékegységrendszer (SI) által elfogadott néhány fok lesz.

A hőmérséklet mint kinetikus energia

Egy „kézzelfoghatóbb” megközelítést molekuláris kinetikai elméletnek neveznek. Ebből az az elképzelés alakul ki, hogy a hőt az energia egyik formájának tekintik. Például a molekulák és atomok kinetikus energiája, egy nagyszámú, kaotikusan mozgó részecskére átlagolt paraméter, kiderül, hogy a test hőmérsékletének nevezett mértéke. Így a részecskék a fűtött rendszerben gyorsabban mozognak, mint a hideg rendszerben.

Mivel a szóban forgó kifejezés szorosan összefügg egy részecskecsoport átlagos mozgási energiájával, teljesen természetes lenne a joule-t használni a hőmérséklet mértékegységeként. Ez azonban nem történik meg, ami azzal magyarázható, hogy az elemi részecskék hőmozgási energiája nagyon kicsi a joule-hoz képest. Ezért kényelmetlen a használata. A hőmozgást joule-ból származtatott egységekben mérik egy speciális konverziós tényező segítségével.

Hőmérséklet mértékegységei

Ma három fő egységet használnak ennek a paraméternek a megjelenítésére. Hazánkban a hőmérsékletet általában Celsius-fokban határozzák meg. Ez a mértékegység a víz megszilárdulási pontján – az abszolút értéken – alapul. Ez a kiindulópont. Ez azt jelenti, hogy a víz hőmérséklete, amelyen a jég kialakulása megkezdődik, nulla. Ebben az esetben a víz példaértékű mérceként szolgál. Ezt az egyezményt az egyszerűség kedvéért fogadták el. A második abszolút érték a gőz hőmérséklete, vagyis az a pillanat, amikor a víz folyékony halmazállapotból gáz halmazállapotúvá változik.

A következő mértékegység a Kelvin fok. Ennek a rendszernek a kiindulópontja a pont. Tehát egy Kelvin-fok egyenlő eggyel.Az egyetlen különbség a kiindulási pont. Azt találjuk, hogy a nulla Kelvin mínusz 273,16 Celsius-fokkal lesz egyenlő. 1954-ben az Általános Súly- és Mértékkonferencia úgy döntött, hogy a hőmérséklet mértékegységére vonatkozó „kelvin” kifejezést „kelvin”-re cseréli.

A harmadik általánosan elfogadott mértékegység a Fahrenheit fok. 1960-ig minden angol nyelvű országban széles körben használták őket. Ezt az egységet azonban még mindig használják a mindennapi életben az Egyesült Államokban. A rendszer alapvetően különbözik a fent leírtaktól. Só, ammónia és víz 1:1:1 arányú keverékének fagyási hőmérsékletét vesszük alapul. Tehát a Fahrenheit-skálán a víz fagyáspontja plusz 32 fok, a forráspontja pedig plusz 212 fok. Ebben a rendszerben egy fok egyenlő a hőmérsékletek közötti különbség 1/180-ával. Így a 0 és +100 Fahrenheit fok közötti tartomány a -18 és +38 Celsius közötti tartománynak felel meg.

Abszolút nulla hőmérséklet

Nézzük meg, mit jelent ez a paraméter. Az abszolút nulla annak a határhőmérsékletnek az értéke, amelynél az ideális gáz nyomása nullává válik rögzített térfogat esetén. Ez a legalacsonyabb érték a természetben. Ahogy Mihailo Lomonoszov megjósolta, „ez a hideg legnagyobb vagy utolsó foka”. Ebből az következik, hogy azonos térfogatú, azonos hőmérsékletű és nyomású gázok azonos számú molekulát tartalmaznak. Mi következik ebből? A gáznak van egy minimális hőmérséklete, amelynél a nyomása vagy térfogata nullára csökken. Ez az abszolút érték nulla Kelvinnek vagy 273 Celsius-foknak felel meg.

Néhány érdekesség a Naprendszerről

A Nap felszínén a hőmérséklet eléri az 5700 Kelvint, a mag közepén pedig a 15 millió Kelvint. A Naprendszer bolygói nagymértékben különböznek egymástól a fűtési szint tekintetében. Így Földünk magjának hőmérséklete megközelítőleg megegyezik a Nap felszínével. A Jupitert a legforróbb bolygónak tartják. A mag közepén a hőmérséklet ötször magasabb, mint a Nap felszínén. De a paraméter legalacsonyabb értékét a Hold felszínén rögzítették - csak 30 Kelvin volt. Ez az érték még alacsonyabb, mint a Plútó felszínén.

Tények a Földről

1. Az ember által feljegyzett legmagasabb hőmérséklet 4 milliárd Celsius fok volt. Ez az érték 250-szer magasabb, mint a Nap magjának hőmérséklete. A rekordot a New York-i Brookhaven Natural Laboratory állította fel egy ionütköztetőben, amely körülbelül 4 kilométer hosszú.

2. Bolygónk hőmérséklete sem mindig ideális és kényelmes. Például a jakutiai Verkhnoyansk városában a hőmérséklet télen mínusz 45 Celsius fokra csökken. De az etióp Dallol városában a helyzet fordított. Ott az éves középhőmérséklet plusz 34 fok.

3. A legszélsőségesebb munkakörülményeket a dél-afrikai aranybányákban tartják nyilván. A bányászok három kilométeres mélységben, plusz 65 Celsius fokos hőmérsékleten dolgoznak.

Terv:

1 Termodinamikai definíció
- 1.1 A termodinamikai megközelítés története
2 A hőmérséklet meghatározása a statisztikus fizikában
3 Hőmérséklet mérés
4 Hőmérséklet mértékegységei és skála
- 4.1 Kelvin hőmérsékleti skála
- 4,2 Celsius-skála
- 4.3 Fahrenheit
5 A hőmozgás energiája abszolút nullán
- 5.1 Hőmérséklet és sugárzás
- 5.2 Reaumur skála
6 Átmenetek különböző skálákból
7 A hőmérsékleti skálák összehasonlítása
8 A fázisátalakulások jellemzői
9 Érdekes tények

Bevezetés

Hőfok(a lat. hőmérséklet- megfelelő keveredés, normál állapot) egy skaláris fizikai mennyiség, amely egy makroszkopikus rendszer részecskéinek termodinamikai egyensúlyi állapotban lévő átlagos kinetikai energiáját jellemzi egy szabadságfokra vonatkoztatva.

A hőmérséklet mértéke nem maga a mozgás, hanem ennek a mozgásnak a kaotikus jellege. Egy test állapotának véletlenszerűsége határozza meg a hőmérsékleti állapotát, és ez az elképzelés (amelyet először Boltzmann dolgozott ki), hogy egy test bizonyos hőmérsékleti állapotát egyáltalán nem a mozgás energiája határozza meg, hanem ennek a mozgásnak a véletlenszerűsége. , ez az új fogalom a hőmérsékleti jelenségek leírásában, amelyet használnunk kell...

(P. L. Kapitsa)

A Nemzetközi Mértékegységrendszerben (SI) a termodinamikai hőmérséklet a hét alapegység egyike, és kelvinben fejezik ki. A származtatott SI mennyiségek, amelyeknek külön neve van, a Celsius-hőmérsékletet tartalmazzák, Celsius-fokban mérve. A gyakorlatban a Celsius-fokokat gyakran használják, mivel történelmi kapcsolatuk van a víz fontos jellemzőivel - a jég olvadáspontjával (0 °C) és forráspontjával (100 °C). Ez kényelmes, mivel a legtöbb éghajlati folyamat, a vadon élő állatok folyamata stb. ehhez a tartományhoz kapcsolódik. Egy Celsius-fok hőmérsékletváltozás egy Kelvin hőmérséklet-változásnak felel meg. Ezért a Kelvin új definíciójának 1967-es bevezetése után a víz forráspontja nem tölti be állandó referenciapont szerepét, és mint a pontos mérések mutatják, már nem 100 °C, hanem közel 99,975. °C.

Vannak Fahrenheit mérlegek és néhány más is.

1. Termodinamikai definíció

Az egyensúlyi állapot létezését a termodinamika első kezdeti helyzetének nevezzük. A termodinamika második kiinduló helyzete az az állítás, hogy az egyensúlyi állapotot egy bizonyos mennyiség jellemzi, amely két egyensúlyi rendszer termikus érintkezésekor az energiacsere következtében azonossá válik számukra. Ezt a mennyiséget hőmérsékletnek nevezzük.

1.1. A termodinamikai megközelítés története

A „hőmérséklet” szó azokban az időkben keletkezett, amikor az emberek azt hitték, hogy a felmelegített test nagyobb mennyiségben tartalmaz egy speciális anyagot - kalóriatartalmat -, mint a kevésbé melegített test. Ezért a hőmérsékletet a testanyag és a kalória keverékének erősségeként fogták fel. Emiatt az alkoholtartalmú italok erősségének és hőmérsékletének mértékegységeit azonosnak nevezik - foknak.

Egyensúlyi állapotban a hőmérséklet a rendszer összes makroszkopikus részében azonos értékű. Ha egy rendszerben két test hőmérséklete azonos, akkor közöttük nincs részecskék mozgási energiája (hő). Ha hőmérsékletkülönbség van, akkor a hő a magasabb hőmérsékletű testből az alacsonyabb hőmérsékletű testbe kerül, mert a teljes entrópia megnő.

A hőmérséklet a „meleg” és a „hideg” szubjektív érzetével is összefügg, azzal kapcsolatos, hogy az élő szövet hőt ad-e vagy fogad-e.

Egyes kvantummechanikai rendszerek olyan állapotban lehetnek, amikor az entrópia nem növekszik, hanem energia hozzáadásával csökken, ami formálisan negatív abszolút hőmérsékletnek felel meg. Az ilyen állapotok azonban nem „abszolút nulla alattiak”, hanem „végtelen felettiek”, hiszen amikor egy ilyen rendszer érintkezésbe kerül egy pozitív hőmérsékletű testtel, energia kerül át a rendszerből a testbe, és nem fordítva (pl. további részleteket lásd: Kvantumtermodinamika).

A hőmérséklet tulajdonságait a fizika ága - a termodinamika - vizsgálja. A hőmérséklet a tudomány számos területén is fontos szerepet játszik, beleértve a fizika más ágait, valamint a kémiát és a biológiát.

2. A hőmérséklet meghatározása a statisztikus fizikában

A statisztikai fizikában a hőmérsékletet a képlet határozza meg

ahol S az entrópia, E a termodinamikai rendszer energiája. Az így bevezetett T érték termodinamikai egyensúly mellett a különböző testekre azonos. Amikor két test érintkezik, a nagy T értékű test energiát ad át a másiknak.

3. Hőmérsékletmérés

A termodinamikai hőmérséklet méréséhez a hőmérő anyag egy bizonyos termodinamikai paraméterét kell kiválasztani. Ennek a paraméternek a változása egyértelműen összefügg a hőmérséklet változásával. A termodinamikus hőmérő klasszikus példája a gázhőmérő, amelyben a hőmérsékletet állandó térfogatú hengerben a gáznyomás mérésével határozzák meg. Ismeretesek az abszolút sugárzás, zaj és akusztikus hőmérők is.

A termodinamikus hőmérők nagyon összetett egységek, amelyek gyakorlati célokra nem használhatók. Ezért a legtöbb mérést gyakorlati hőmérőkkel végzik, amelyek másodlagosak, mivel nem tudják közvetlenül összefüggésbe hozni az anyag semmilyen tulajdonságát a hőmérséklettel. Az interpolációs funkció eléréséhez ezeket a nemzetközi hőmérsékleti skála referenciapontjain kell kalibrálni. A legpontosabb gyakorlati hőmérő a platina ellenálláshőmérő. A hőmérsékletmérő műszereket gyakran relatív skálákon kalibrálják - Celsius vagy Fahrenheit.

A gyakorlatban a hőmérsékletet is mérik

folyadék- és mechanikus hőmérők,
hőelem,
ellenállás hőmérő,

gáz hőmérő,
pirométer.

A hőmérséklet mérésére a legújabb módszereket fejlesztették ki, amelyek a lézersugárzás paramétereinek mérésén alapulnak.

4. A hőmérsékletmérés mértékegységei és skálája

4.1. Kelvin hőmérsékleti skála

Az abszolút nulla értéke 0 K, ami –273,15 °C (pontosan).

A Kelvin-hőmérséklet skála egy abszolút nulláról induló skála.

A mindennapi életben használt hőmérsékleti skálák - mind a Celsius, mind a Fahrenheit (főleg az USA-ban használatos) - nem abszolútak, ezért kényelmetlenek olyan körülmények között végzett kísérleteknél, ahol a hőmérséklet a víz fagypontja alá esik, ezért a hőmérsékletet negatívnak kell kifejezni. szám. Ilyen esetekben abszolút hőmérsékleti skálákat vezettek be.

Az egyiket Rankine-skálának, a másikat az abszolút termodinamikai skála (Kelvin-skála) nevezik; hőmérsékletüket Rankine-fokban (°Ra), illetve kelvinben (K) mérik. Mindkét skála abszolút nulla hőmérsékleten kezdődik. Abban különböznek egymástól, hogy a Kelvin-skála egy osztásának ára megegyezik a Celsius-skála egy osztásának árával, a Rankine-skála egy osztásának ára pedig a Fahrenheit-skála szerinti hőmérők felosztásának árával. A víz fagyáspontja normál légköri nyomáson 273,15 K, 0 °C, 32 °F.

4.2. Celsius

4.3. Fahrenheit

Angliában és különösen az USA-ban a Fahrenheit-skálát használják. A nulla Celsius-fok 32 Fahrenheit-fok, a Fahrenheit-fok pedig 9/5 Celsius-fok.

5. A hőmozgás energiája abszolút nullán

Amikor az anyag lehűl, a hőenergia számos formája és a hozzájuk kapcsolódó hatások egyidejűleg csökkennek. Az anyag egy kevésbé rendezett állapotból egy rendezettebb állapotba kerül.

... az abszolút nulla modern fogalma nem az abszolút nyugalom fogalma, ellenkezőleg, az abszolút nulla ponton lehet mozgás - és létezik, de ez a teljes rend állapota...

P. L. Kapitsa (A folyékony hélium tulajdonságai)

A gáz folyadékká alakul, majd szilárd anyaggá kristályosodik (a hélium még abszolút nulla értéken is folyékony állapotban marad légköri nyomáson). Az atomok és molekulák mozgása lelassul, mozgási energiájuk csökken. A legtöbb fém ellenállása csökken az elektronszórás csökkenése miatt a kristályrács kisebb amplitúdóval rezgő atomjain. Így a vezetési elektronok még abszolút nullánál is 1 × 10 6 m/s nagyságrendű Fermi-sebességgel mozognak az atomok között.

Az a hőmérséklet, amelyen az anyag részecskéinek minimális mozgása van, amely csak a kvantummechanikai mozgás miatt marad meg, az abszolút nulla hőmérséklete (T = 0K).

Az abszolút nulla hőmérséklet nem érhető el. A nátriumatomok Bose-Einstein kondenzátumának legalacsonyabb hőmérsékletét (450 ± 80) × 10–12 K 2003-ban az MIT kutatói érték el. Ebben az esetben a hősugárzás csúcsa a 6400 km-es nagyságrendű hullámhossz-tartományban, azaz megközelítőleg a Föld sugarában található.

5.1. Hőmérséklet és sugárzás

A test által kibocsátott energia arányos hőmérsékletének negyedik hatványával. Tehát 300 K-en akár 450 watt is kibocsátódik egy négyzetméternyi felületről. Ez magyarázza például azt, hogy a Föld felszíne éjszaka a környezeti hőmérséklet alá hűl. Az abszolút fekete test sugárzási energiáját a Stefan-Boltzmann törvény írja le

5.2. Reaumur skála

1730-ban javasolta R. A. Reaumur, aki leírta az általa feltalált alkoholhőmérőt.

A mértékegység a Reaumur fok (°R), 1 °R egyenlő a referenciapontok - a jég olvadáspontja (0 °R) és a víz forráspontja (80 °R) közötti hőmérséklet-intervallum 1/80-ával.

1 °R = 1,25 °C.

Jelenleg a mérleg kiesett, Franciaországban, a szerző hazájában maradt fenn legtovább.

6. Átmenetek különböző skálákról

7. A hőmérsékleti skálák összehasonlítása

A hőmérsékleti skálák összehasonlítása

Leírás	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankin	Delisle	Newton	Reaumur	Roemer
Abszolút nulla	0	−273.15	−459.67	0	559.725	−90.14	−218.52	−135.90
Fahrenheit keverék olvadási hőmérséklete (só és jég egyenlő mennyiségben)	255.37	−17.78	0	459.67	176.67	−5.87	−14.22	−1.83
A víz fagyáspontja (normál körülmények)	273.15	0	32	491.67	150	0	0	7.5
Átlagos emberi testhőmérséklet¹	310.0	36.6	98.2	557.9	94.5	12.21	29.6	26.925
A víz forráspontja (normál körülmények)	373.15	100	212	671.67	0	33	80	60
Olvadó titán	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
A Nap felszíne	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ A normál átlagos emberi testhőmérséklet 36,6 °C ±0,7 °C vagy 98,2 °F ±1,3 °F. Az általánosan jegyzett 98,6 °F érték a 19. századi német 37 °C érték Fahrenheitre való pontos átváltása. Ez az érték azonban nem esik a normál átlagos emberi testhőmérséklet tartományába, mivel a különböző testrészek hőmérséklete eltérő.

Ebben a táblázatban néhány értéket kerekítettek.

8. A fázisátalakulások jellemzői

A különböző anyagok fázisátalakulási pontjainak leírására a következő hőmérsékleti értékeket használjuk:

Olvadási hőmérséklet
Forráshőmérséklet
Izzítási hőmérséklet
Szinterezési hőmérséklet
Szintézis hőmérséklete
Levegő hőmérséklet
Talaj hőmérséklet
Homológ hőmérséklet
Hármas pont
Debye hőmérséklet (jellegzetes hőmérséklet)
Curie hőmérséklet

9. Érdekes tények

A legalacsonyabb hőmérséklet a Földön 1910-68-ig, Verhojanszk

Az ember által létrehozott legmagasabb hőmérséklet, ~10 billió. A K-t (amely élete első másodperceiben az Univerzum hőmérsékletéhez hasonlítható) 2010-ben érték el a fényhez közeli sebességre felgyorsult ólomionok ütközésekor. A kísérletet a Large Hadron Colliderben végezték
Az elméletileg lehetséges legmagasabb hőmérséklet a Planck-hőmérséklet. Magasabb hőmérséklet nem létezhet, mivel minden energiává alakul (az összes szubatomi részecske összeomlik). Ez a hőmérséklet körülbelül 1,41679 (11) × 10 32 K (körülbelül 142 nonillion K).
Az ember által létrehozott legalacsonyabb hőmérsékletet 1995-ben az amerikai Eric Cornell és Carl Wieman érték el rubídium atomok hűtésével. . Az abszolút nulla fölött volt a K töredékének kevesebb mint 1/170 milliárdod részével (5,9 × 10–12 K).
A Nap felszínének hőmérséklete körülbelül 6000 K.
A magasabb rendű növények magjai –269 °C-ra hűtés után is életképesek maradnak.

Megjegyzések

GOST 8.417-2002. MENNYISÉGEK EGYSÉGE - nolik.ru/systems/gost.htm
A hőmérséklet fogalma - temperatures.ru/mtsh/mtsh.php?page=1
I. P. Bazarov. Termodinamika, M., Higher School, 1976, p. 13-14.
Platina - temperatures.ru/mtsh/mtsh.php?page=81 ellenálláshőmérő - a fő eszköz MTSH-90.
Lézeres hőmérő - temperatures.ru/newmet/newmet.php?page=0
MTSH-90 referenciapontok - Temperatūras.ru/mtsh/mtsh.php?page=3
A Kelvin új definíciójának kidolgozása - temperatures.ru/kelvin/kelvin.php?page=2
D. A. Parshin, G. G. Zegrya Kritikus pont. Kritikus állapotú anyag tulajdonságai. Hármas pont. Másodrendű fázisátmenetek. Módszerek alacsony hőmérséklet elérésére. - edu.ioffe.spb.ru/edu/thermodinamics/lect11h.pdf. Statisztikai termodinamika. 11. előadás. Szentpétervári Akadémiai Egyetem.
A különböző testhőmérséklet-mérésekről - hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml (angol)
BBC News - A Large Hadron Collider (LHC) "mini-Big Bang"-et generál - www.bbc.co.uk/news/science-environment-11711228
Mindent mindenről. Hőmérsékletrekordok - tem-6.narod.ru/weather_record.html
A tudomány csodái - www.seti.ee/ff/34gin.swf

Irodalom

B. I. Szpasszkij A fizika története I. rész – osnovanija.narod.ru/History/Spas/T1_1.djvu. - Moszkva: „Felsőiskola”, 1977.
Sivukhin D.V. Termodinamika és molekuláris fizika. - Moszkva: „Tudomány”, 1990.

Letöltés
Ez az absztrakt az orosz Wikipédia egyik cikkén alapul. A szinkronizálás befejeződött: 07/09/11 16:20:43
Hasonló absztraktok:

Az iskolai és egyetemi tankönyvekben sokféle magyarázatot találhatunk a hőmérsékletre. A hőmérséklet a meleget a hidegtől megkülönböztető érték, a test felmelegedésének mértéke, a termikus egyensúlyi állapot jellemzője, a részecske szabadsági fokára eső energiával arányos érték stb. stb. Az anyag hőmérsékletét leggyakrabban az anyag részecskéi hőmozgási energiájának mértékeként vagy a részecskék hőmozgásának intenzitásának mértékeként határozzák meg. A fizika égi lénye, a teoretikus meg fog lepődni: „Mi itt a felfoghatatlan? A hőmérséklet az dQ/ dS, Ahol K- melegség, és S- entrópia! A definíciók ilyen bősége minden kritikusan gondolkodó emberben felveti azt a gyanút, hogy a hőmérséklet általánosan elfogadott tudományos definíciója jelenleg nem létezik a fizikában.

Próbáljuk meg ennek a fogalomnak egyszerű és konkrét értelmezését találni olyan szinten, ami egy érettségizett számára is elérhető. Képzeljük el ezt a képet. Leesett az első hó, és két testvér az iskolai szünetben „hógolyók” néven szórakoztató játékba kezdett. Lássuk, milyen energia száll át a játékosokra ezen a versenyen. Az egyszerűség kedvéért feltételezzük, hogy minden lövedék eltalálja a célt. A játék egyértelműen az idősebb testvér előnyével zajlik. Vannak nagyobb hógolyói is, és nagyobb sebességgel dobja őket. Az összes általa dobott hógolyó energiája, hol N Val vel– dobások száma, ill - egy golyó átlagos mozgási energiája. Az átlagos energia kiszámítása a szokásos képlettel történik:

Itt m- hógolyók tömege, és v- sebességük.

Az idősebb testvér által elköltött energia azonban nem kerül át a fiatalabb partnerre. Valójában a hógolyók különböző szögekben találkoznak a célponttal, így némelyikük, amikor egy személyről visszaverődik, elviszi az eredeti energia egy részét. Igaz, vannak „sikeresen” eldobott labdák is, amelyek fekete szemet eredményezhetnek. Ez utóbbi esetben a lövedék teljes mozgási energiája átadódik a rálőtt alanynak. Így arra a következtetésre jutunk, hogy az öccsnek átadott hógolyók energiája egyenlő lesz E Val vel, A
, Ahol Θ Val vel– a kinetikus energia átlagos értéke, amely átadódik a fiatalabb partnernek, amikor egy hógolyó eltalálja. Nyilvánvaló, hogy minél nagyobb az egy dobott labdára jutó átlagos energia, annál nagyobb lesz az átlagos energia Θ Val vel, amelyet egy lövedék továbbít a célpontra. A legegyszerűbb esetben a köztük lévő kapcsolat egyenesen arányos lehet: Θ Val vel =a. Ennek megfelelően a kisdiák az egész verseny alatt energiát költött
, de az idősebb testvérnek átadott energia kevesebb lesz: egyenlő
, Ahol N m– dobások száma, ill Θ m– egy hógolyó átlagos energiája, amelyet a bátyja elnyelt.

Valami hasonló történik a testek termikus kölcsönhatása során. Ha két testet érintkeztet, az első test molekulái rövid időn belül hő formájában energiát adnak át a második testnek.
, Ahol Δ S 1 az első test molekuláinak a második testtel való ütközésének száma, és Θ 1 az az átlagos energia, amelyet az első test molekulája egy ütközés során átad a második testnek. Ugyanezen idő alatt a második test molekulái energiát veszítenek
. Itt Δ S 2 a második test molekulái és az első test elemi kölcsönhatásainak száma (becsapódások száma), és Θ 2 - az átlagos energia, amelyet a második test egy molekulája egy ütéssel átad az első testnek. Nagyságrend Θ a fizikában hőmérsékletnek nevezik. Amint azt a tapasztalat mutatja, a testek molekuláinak átlagos kinetikus energiájához a következő arányban kapcsolódik:

(2)

És most összefoglalhatjuk a fenti érveket. Milyen következtetést vonjunk le a mennyiség fizikai tartalmára vonatkozóan? Θ ? Véleményünk szerint ez teljesen nyilvánvaló.

test egy másik makroszkopikus objektumra kerül át az egyikben

ütközés ezzel a tárggyal.

A (2) képletből következően a hőmérséklet energiaparaméter, ami azt jelenti, hogy az SI rendszerben a hőmérséklet mértékegysége a joule. Tehát szigorúan véve valami ilyesmit kell panaszkodni: "Úgy tűnik, tegnap megfázottam, fáj a fejem, és a hőmérsékletem 4,294·10 -21 J!" Nem szokatlan mértékegység a hőmérséklet mérésére, és az érték valahogy túl kicsi? De ne felejtsük el, hogy olyan energiáról beszélünk, amely csak egy molekula átlagos kinetikus energiájának a töredéke!

A gyakorlatban a hőmérsékletet tetszőlegesen választott mértékegységekben mérik: florent, kelvin, Celsius-fok, Rankine-fok, Fahrenheit-fok stb. (A hosszt nem méterben tudom meghatározni, hanem kábelben, ölben, lépcsőben, vershokban, lábban stb. Emlékszem, az egyik rajzfilmben még papagájoknál is kiszámolták a boa hosszát!)

A hőmérséklet méréséhez valamilyen érzékelőt kell használni, amelyet érintkezésbe kell hozni a vizsgált tárggyal, ezt nevezzük érzékelőnek. hőmérős test . A hőmérős testnek két tulajdonsággal kell rendelkeznie. Először is, lényegesen kisebbnek kell lennie, mint a vizsgált objektum (helyesebben, a hőmérő test hőkapacitása sokkal kisebb legyen, mint a vizsgált tárgy hőkapacitása). Próbáltad már megmérni mondjuk egy szúnyog hőmérsékletét hagyományos orvosi hőmérővel? Próbáld ki! Mi van, semmi sem megy? A helyzet az, hogy a hőcsere folyamata során a rovar nem tudja megváltoztatni a hőmérő energiaállapotát, mivel a szúnyogmolekulák összenergiája elhanyagolható a hőmérő molekuláinak energiájához képest.

Nos, oké, veszek egy kis tárgyat, például egy ceruzát, és a segítségével megpróbálom megmérni a hőmérsékletemet. Megint nem megy valami jól... A meghibásodás oka pedig az, hogy a hőmérő testnek még egy kötelező tulajdonsággal kell rendelkeznie: a vizsgált tárggyal való érintkezéskor a hőmérő testben vizuálisan vagy segítségével rögzíthető változásoknak kell bekövetkezniük. hangszerek.

Nézze meg közelebbről a hagyományos háztartási hőmérő működését. Hőmérős teste egy vékony csőhöz (kapillárishoz) kapcsolódó kis gömb alakú edény. Az edény meg van töltve folyadékkal (leggyakrabban higannyal vagy színes alkohollal). Forró vagy hideg tárggyal érintkezve a folyadék térfogata megváltozik, és ennek megfelelően változik a kapillárisban lévő oszlop magassága. De ahhoz, hogy a folyadékoszlop magasságának változásait regisztráljuk, egy skálát is kell rögzíteni a hőmérő testhez. A hőmérő testet és egy bizonyos módon kiválasztott skálát tartalmazó eszközt ún hőmérő . A jelenleg legszélesebb körben használt hőmérők a Celsius-skála és a Kelvin-skála.

A Celsius-skálát két referencia (referencia) pont határozza meg. Az első referenciapont a víz hármaspontja - azok a fizikai feltételek, amelyek között a víz három fázisa (folyékony, gáz, szilárd) egyensúlyban van. Ez azt jelenti, hogy a folyadék tömege, a vízkristályok tömege és a vízgőz tömege változatlan marad ilyen körülmények között. Egy ilyen rendszerben természetesen fellépnek a párolgási és kondenzációs, kristályosodási és olvadási folyamatok, de ezek kiegyenlítik egymást. Ha nincs szükség nagyon nagy pontosságú hőmérsékletmérésre (például háztartási hőmérők gyártása során), az első referenciapontot úgy kapjuk meg, hogy a hőmérő testet hóba vagy jégbe helyezzük, amely légköri nyomáson olvad. A második referenciapont azok a körülmények, amelyek között a folyékony víz egyensúlyban van gőzével (más szóval a víz forráspontja) normál légköri nyomáson. A referenciapontoknak megfelelő jelölések a hőmérő skáláján történnek; a köztük lévő intervallum száz részre oszlik. Az így kiválasztott skála egyik felosztását Celsius-foknak (˚C) nevezzük. A víz hármaspontját 0 Celsius-foknak tekintjük.

A Celsius-skála a világon a legnagyobb gyakorlati felhasználást kapta; sajnos számos jelentős hátránya van. Ezen a skálán a hőmérséklet negatív értéket vehet fel, míg a kinetikus energia és ennek megfelelően a hőmérséklet csak pozitív lehet. Ezenkívül a Celsius-skálájú hőmérők leolvasása (a referenciapontok kivételével) a hőmérő test megválasztásától függ.

A Kelvin-skála nem rendelkezik a Celsius-skála hátrányaival. A Kelvin-skálájú hőmérőkben munkaanyagként ideális gázt kell használni. A Kelvin-skálát szintén két referenciapont határozza meg. Az első referenciapont azok a fizikai feltételek, amelyek között az ideális gázmolekulák hőmozgása leáll. Ezt a pontot 0-nak veszi a Kelvin-skála, a második referenciapont a víz hármaspontja. A referenciapontok közötti intervallum 273,15 részre oszlik. Az így kiválasztott skála egyik felosztását kelvinnek (K) nevezzük. Az osztások számát 273,15-re úgy választottuk meg, hogy a Kelvin-skála osztási ára egybeessen a Celsius-skála osztási árával, majd a Kelvin-skála hőmérsékletváltozása egybeessen a Celsius-skála hőmérséklet-változásával; Ez megkönnyíti az egyik skáláról a másikra való átállást. A Kelvin-skála szerinti hőmérsékletet általában betű jelzi T. A hőmérsékletek közötti kapcsolat t Celsius skálán és hőmérsékleten T, kelvinben mérve a relációk állapítják meg

És
.

Változás a hőmérsékletről T, K-ban mérve, a hőmérsékletre Θ A Boltzmann-állandót joule-ban használják k=1,38·10 -23 J/K, megmutatja, hány joule per 1 K:

Θ = kT.

Néhány okos ember megpróbál valami titkos jelentést találni a Boltzmann-állandóban; közben k- a hőmérséklet Kelvinről Joule-ra való átváltásának legáltalánosabb együtthatója.

Felhívjuk az olvasó figyelmét a hőmérséklet három sajátos jellemzőjére. Először is, ez egy részecskék együttesének átlagolt (statisztikai) paramétere. Képzelje el, hogy úgy döntött, hogy megkeresi a Földön élő emberek átlagéletkorát. Ehhez elmegyünk az óvodába, összesítjük az összes gyermek életkorát, és ezt az összeget elosztjuk a gyerekek számával. Kiderült, hogy a Földön élő emberek átlagéletkora 3,5 év! Úgy tűnt, helyesnek tartották, de az eredmény nevetséges volt. De a lényeg az, hogy a statisztikákban rengeteg objektummal vagy eseménnyel kell operálni. Minél nagyobb számuk (ideális esetben végtelenül nagynak kell lennie), annál pontosabb lesz az átlagos statisztikai paraméter értéke. Ezért a hőmérséklet fogalma csak a nagyszámú részecskét tartalmazó testekre alkalmazható. Amikor egy újságíró szenzációra hajszolva beszámol arról, hogy az űrhajóra hulló részecskék hőmérséklete több millió fokos, az űrhajósok hozzátartozóinak nem kell elájulniuk: semmi szörnyű nem történik a hajóval: csak egy írástudatlan író hagyja el az űrhajót. kis számú kozmikus részecske energiája hőmérsékletként. De ha a Mars felé tartó hajó elveszítené az irányt, és megközelítené a Napot, akkor baj lenne: óriási a hajót bombázó részecskék száma, a napkorona hőmérséklete pedig 1,5 millió fok.

Másodszor, a hőmérséklet jellemzi a termikus, azaz. a részecskék rendezetlen mozgása. Az elektronikus oszcilloszkópban a képernyőn megjelenő képet keskeny elektronfolyam rajzolja meg, amely egy pontra fókuszál. Ezek az elektronok egy bizonyos azonos potenciálkülönbségen haladnak át, és megközelítőleg azonos sebességet érnek el. Egy ilyen részecske-együttesnél egy hozzáértő szakember jelzi kinetikus energiájukat (például 1500 elektronvolt), ami természetesen nem e részecskék hőmérséklete.

Végül, harmadszor, megjegyezzük, hogy a hő átadása egyik testről a másikra nemcsak ezeknek a testeknek a részecskéinek közvetlen ütközése miatt, hanem az energia elektromágneses sugárzás kvantumai formájában történő elnyelése miatt is végrehajtható. ez a folyamat akkor következik be, amikor a tengerparton napozol). Ezért a hőmérséklet általánosabb és pontosabb meghatározását a következőképpen kell megfogalmazni:

Egy test (anyag, rendszer) hőmérséklete olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő azzal az átlagos energiával, amelyet egy molekula

test egy másik makroszkopikus objektumra kerül át az egyikben

az ezzel a tárggyal való interakció elemi aktusa.

Befejezésül térjünk vissza a cikk elején tárgyalt definíciókhoz. A (2) képletből az következik, hogy ha az anyag hőmérséklete ismert, akkor az anyag részecskéinek átlagos energiája egyértelműen meghatározható. Így a hőmérséklet valójában a molekulák vagy atomok hőmozgásának átlagos energiájának mértéke (egyébként vegye figyelembe, hogy a részecskék átlagos energiája nem határozható meg közvetlenül a kísérletben). Másrészt a mozgási energia arányos a sebesség négyzetével; Ez azt jelenti, hogy minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a molekulák sebessége, annál intenzívebb a mozgásuk. Ezért a hőmérséklet a részecskék hőmozgásának intenzitásának mértéke. Ezek a meghatározások természetesen elfogadhatók, de túl általánosak és pusztán minőségi jellegűek.

A tér, mint előérzet Arról a repülőegységről beszélünk, ahol szolgált, és ahol emlékműként őrizték azt a gépet, amelyen German Titov repült.

Ki és hogyan ellenőrzi az egységes matematika államvizsgát?