Temperatūros reikšmės. Temperatūros aptikimas

Istorija

Žodis „temperatūra“ atsirado tais laikais, kai žmonės tikėjo, kad įkaitintuose kūnuose yra didesnis kiekis specialios medžiagos – kalorijų nei mažiau įkaitintuose. Todėl temperatūra buvo suvokiama kaip kūno medžiagos ir kalorijų mišinio stiprumas. Dėl šios priežasties alkoholinių gėrimų stiprumo ir temperatūros matavimo vienetai vadinami vienodai – laipsniais.

Kadangi temperatūra yra molekulių kinetinė energija, aišku, kad natūraliausia ją matuoti energijos vienetais (t.y. SI sistemoje džauliais). Tačiau temperatūros matavimas pradėtas dar gerokai anksčiau nei buvo sukurta molekulinė kinetinė teorija, todėl praktinės svarstyklės temperatūrą matuoja įprastiniais vienetais – laipsniais.

Kelvino skalė

Termodinamika naudoja Kelvino skalę, kurioje temperatūra matuojama nuo absoliutaus nulio (būsenos, atitinkančios mažiausią teoriškai įmanomą kūno vidinę energiją), o vienas kelvinas yra lygus 1/273,16 atstumo nuo absoliutaus nulio iki trigubo taško. vanduo (būsena, kurioje ledo, vandens ir vandens poros yra pusiausvyroje). Boltzmanno konstanta naudojama kelvinams paversti energijos vienetais. Taip pat naudojami išvestiniai vienetai: kilokelvinas, megakelvinas, milikelvinas ir kt.

Celsijaus

Kasdieniame gyvenime naudojama Celsijaus skalė, kurioje 0 – vandens užšalimo temperatūra, o 100° – vandens virimo temperatūra esant atmosferos slėgiui. Kadangi vandens užšalimo ir virimo taškai nėra tiksliai apibrėžti, Celsijaus skalė šiuo metu apibrėžiama naudojant Kelvino skalę: Celsijaus laipsnis yra lygus kelvinui, absoliutus nulis laikomas –273,15 °C. Celsijaus skalė yra praktiškai labai patogi, nes vanduo mūsų planetoje yra labai paplitęs ir juo grindžiama mūsų gyvybė. Nulis Celsijaus yra ypatingas meteorologijos taškas, nes atmosferos vandens užšalimas viską labai pakeičia.

Farenheito

Anglijoje ir ypač JAV naudojama Farenheito skalė. Ši skalė padalija intervalą nuo šalčiausios žiemos mieste, kuriame gyveno Farenheito laipsniai, iki žmogaus kūno temperatūros į 100 laipsnių. Nulis laipsnių Celsijaus yra 32 laipsniai pagal Farenheitą, o Farenheito laipsnis yra lygus 5/9 laipsnių Celsijaus.

Dabartinė Farenheito skalės apibrėžtis yra tokia: tai temperatūros skalė, kurioje 1 laipsnis (1 °F) yra lygus 1/180 skirtumo tarp vandens virimo temperatūros ir ledo lydymosi temperatūros esant atmosferos slėgiui, ir ledo lydymosi temperatūra yra +32 °F. Farenheito temperatūra yra susijusi su Celsijaus temperatūra (t °C) santykiu t °C = 5/9 (t °F - 32), tai yra, temperatūros pokytis 1 °F atitinka 5/9 ° pokytį C. G. Farenheito pasiūlytas 1724 m.

Reaumur skalė

1730 m. pasiūlė R. A. Reaumuras, aprašęs jo išrastą alkoholio termometrą.

Matavimo vienetas yra Reaumur laipsnis (°R), 1°R yra lygus 1/80 temperatūros intervalo tarp atskaitos taškų – ledo lydymosi temperatūros (0°R) ir vandens virimo temperatūros (80°R).

1 °R = 1,25 °C.

Šiuo metu svarstyklės nebenaudojamos, ilgiausiai išsilaikė Prancūzijoje, autoriaus tėvynėje.

Temperatūros perskaičiavimas tarp pagrindinių svarstyklių
	Kelvinas	Celsijaus	Farenheito
Kelvinas (K)		C + 273,15	= (F + 459,67) / 1,8
Celsijaus (°C)	K − 273,15		= (F – 32) / 1,8
Farenheito (°F)	K 1,8 − 459,67	C 1,8 + 32

Temperatūros skalių palyginimas

apibūdinimas	Kelvinas	Celsijaus	Farenheito	Niutonas	Reaumur
Absoliutus nulis		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Farenheito mišinio (druskos ir ledo vienodais kiekiais) lydymosi temperatūra	255.37	−17.78		−5.87	−14.22
Vandens užšalimo temperatūra (įprastos sąlygos)	273.15
Vidutinė žmogaus kūno temperatūra ¹	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Vandens virimo temperatūra (įprastos sąlygos)	373.15
Saulės paviršiaus temperatūra	5800	5526	9980	1823	4421

¹ Normali žmogaus kūno temperatūra yra 36,6 °C ±0,7 °C arba 98,2 °F ±1,3 °F. Dažniausiai nurodoma 98,6 °F vertė yra tiksli XIX amžiaus Vokietijos vertės 37 °C perskaičiavimas į Farenheitą. Kadangi pagal šiuolaikines koncepcijas ši vertė nepatenka į normalios temperatūros diapazoną, galime teigti, kad joje yra per didelis (neteisingas) tikslumas. Kai kurios vertės šioje lentelėje buvo suapvalintos.

Farenheito ir Celsijaus skalių palyginimas

(apie- Farenheito skalė, oC- Celsijaus skalė)

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

Norėdami konvertuoti Celsijaus laipsnius į Kelviną, turite naudoti formulę T=t+T 0 kur T – temperatūra kelvinais, t – temperatūra Celsijaus laipsniais, T 0 =273,15 kelvinų. Celsijaus laipsnio dydis lygus kelvinams.

Temperatūra yra fizikinis dydis, apibūdinantis makroskopinės sistemos termodinaminės pusiausvyros būseną. Temperatūra yra vienoda visoms izoliuotos sistemos dalims, kurios yra termodinaminėje pusiausvyroje. Jei izoliuotoje termodinaminėje sistemoje nėra pusiausvyros, tai laikui bėgant energijos perėjimas (šilumos perdavimas) iš labiau šildomų sistemos dalių į mažiau šildomas lemia temperatūros išlyginimą visoje sistemoje (nulinis termodinamikos dėsnis). Pusiausvyros sąlygomis temperatūra yra proporcinga vidutinei kūno dalelių kinetinei energijai.

Negalima tiesiogiai išmatuoti temperatūros. Apie temperatūros pokytį sprendžiama pagal kitų fizinių kūnų savybių (tūrio, slėgio, elektrinės varžos, emf, spinduliavimo intensyvumo ir kt.) pokyčius, kurie yra vienareikšmiškai susiję su juo (vadinamosios termodinaminės savybės). Bet koks temperatūros matavimo metodas apima temperatūros skalės nustatymą.

Temperatūros matavimo metodai skirtingiems matavimo temperatūrų diapazonams yra skirtingi, priklauso nuo matavimo sąlygų ir reikiamo tikslumo. Juos galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes: kontaktinius ir nekontaktinius. Kontaktiniai metodai pasižymi tuo, kad terpės temperatūrą matuojantis prietaisas turi būti su ja šiluminėje pusiausvyroje, t.y. turi tokią pačią temperatūrą kaip ir ji. Pagrindiniai visų temperatūros matavimo prietaisų komponentai yra jautrus elementas, kuriame realizuojama termometrinė savybė, ir su elementu susietas matavimo prietaisas.

Pagal idealių dujų molekulinę kinetinę teoriją temperatūra yra dydis, apibūdinantis vidutinę idealių dujų molekulių judėjimo kinetinę energiją. Atsižvelgdami į termodinaminę temperatūros reikšmę, bet kurio kūno temperatūros matavimą galime sumažinti iki idealių dujų molekulių vidutinės kinetinės energijos matavimo.

Tačiau praktikoje pagal jų greitį matuojama ne molekulių energija, o dujų slėgis, kuris yra tiesiogiai proporcingas energijai.

Pagal idealių dujų molekulinę kinetinę teoriją, temperatūra T yra molekulių transliacinio judėjimo vidutinės kinetinės energijos matas:

Kur
J/C– Boltzmanno konstanta;

T– absoliuti temperatūra Kelvinais.

Pagrindinė idealių dujų molekulinės kinetinės teorijos lygtis, nustatanti slėgio priklausomybę iš dujų molekulių transliacinio judėjimo kinetinės energijos turi tokią formą:

, (2)

Kur – molekulių skaičius tūrio vienete, t.y. koncentracija.

Naudodami (1) ir (2) lygtis, gauname priklausomybę

(3)

tarp slėgio ir temperatūros, o tai leidžia nustatyti, kad idealių dujų slėgis yra proporcingas jų absoliučiai temperatūrai ir molekulių koncentracijai.

(4)

Temperatūros matavimas pagrįstas šiais dviem eksperimentiniais faktais:

a) jei yra du kūnai, kurių kiekvienas yra šiluminėje pusiausvyroje su tuo pačiu trečiuoju kūnu, tai visų trijų kūnų temperatūra yra vienoda;

b) temperatūros pokytį visada lydi nuolatinis bent vieno iš parametrų pokytis, neskaitant pačios temperatūros, kuri apibūdina kūno būklę, pvz.: tūris, slėgis, elektrinis laidumas ir kt. Šios nuostatos leidžia palyginti skirtingų kūnų temperatūras pačiam su jais nesusiliečiant.

Antroji padėtis leidžia pasirinkti vieną iš parametrų kaip termometrinį.

Apskritai temperatūra apibrėžiama kaip visos energijos išvestinė dalis, atsižvelgiant į jos entropiją. Taip apibrėžta temperatūra visada yra teigiama (kadangi kinetinė energija visada yra teigiama), ji vadinama temperatūra arba temperatūra termodinaminėje temperatūros skalėje ir žymima T. SI (Tarptautinė vienetų sistema) absoliučios temperatūros vienetas yra kelvinas ( KAM). Žr. „Įvadas“. Temperatūra dažnai matuojama pagal Celsijaus skalę (
), jis yra susijęs su T (KAM) lygybė

;
(5)

Kur
– dujų šiluminis tūrinio plėtimosi koeficientas.

• Temperatūra (iš lot. temperatura – tinkamas maišymasis, normali būsena) – fizikinis dydis, apibūdinantis termodinaminę sistemą ir kiekybiškai išreiškiantis intuityvią skirtingų kūnų įkaitimo laipsnių sampratą.

  Gyvos būtybės gali tiesiogiai per savo pojūčius suvokti šilumos ir šalčio pojūčius. Tačiau norint tiksliai nustatyti temperatūrą, temperatūra turi būti matuojama objektyviai, naudojant prietaisus. Tokie prietaisai vadinami termometrais ir matuoja vadinamąją empirinę temperatūrą. Empirinėje temperatūros skalėje nustatomi du atskaitos taškai ir padalų tarp jų skaičius – taip buvo pristatytos šiuo metu naudojamos Celsijaus, Farenheito ir kitos skalės. Kelvinais išmatuota absoliuti temperatūra įvedama po vieną atskaitos tašką, atsižvelgiant į tai, kad gamtoje yra minimali temperatūros riba – absoliutus nulis. Viršutinę temperatūros reikšmę riboja Planck temperatūra.

  Jei sistema yra šiluminėje pusiausvyroje, tai visų jos dalių temperatūra yra vienoda. Priešingu atveju energija sistemoje perduodama iš labiau šildomų sistemos dalių į mažiau šildomas, todėl sistemoje išlyginamas temperatūrų lygis, o mes kalbame apie temperatūros pasiskirstymą sistemoje arba skaliarinį temperatūros lauką. Termodinamikoje temperatūra yra intensyvus termodinaminis dydis.

  Kartu su termodinamine, kitose fizikos šakose galima įvesti kitus temperatūros apibrėžimus. Molekulinė kinetinė teorija rodo, kad temperatūra yra proporcinga vidutinei sistemos dalelių kinetinei energijai. Temperatūra lemia sistemos dalelių pasiskirstymą pagal energijos lygius (žr. Maxwell – Boltzmann statistiką), dalelių pasiskirstymą pagal greičius (žr. Maksvelo pasiskirstymą), medžiagos jonizacijos laipsnį (žr. Saha lygtį), spektrinį spinduliuotės tankį ( žr. Plancko formulę), bendras tūrinis spinduliuotės tankis (žr. Stefano-Boltzmanno dėsnį) ir tt Temperatūra, įtraukta kaip parametras į Boltzmanno skirstinį, dažnai vadinama sužadinimo temperatūra, Maksvelo skirstinyje – kinetine temperatūra, Saha formulėje – jonizacija. temperatūra, Stefano-Boltzmanno dėsnyje – radiacijos temperatūra. Sistemai, kurioje yra termodinaminė pusiausvyra, visi šie parametrai yra lygūs vienas kitam ir jie tiesiog vadinami sistemos temperatūra.

  Tarptautinėje kiekių sistemoje (ISQ) termodinaminė temperatūra pasirenkama kaip vienas iš septynių pagrindinių fizinių sistemos dydžių. Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI), kuri yra pagrįsta Tarptautine vienetų sistema, šios temperatūros vienetas kelvinas yra vienas iš septynių bazinių SI vienetų. SI sistemoje ir praktikoje taip pat naudojama Celsijaus temperatūra, jos vienetas yra Celsijaus laipsnis (°C), dydžiu lygus kelvinui. Tai patogu, nes dauguma klimato procesų Žemėje ir procesų gyvojoje gamtoje yra susiję su diapazonu nuo -50 iki +50 °C.

Kiekvienas žmogus kasdien susiduria su temperatūros sąvoka. Terminas tvirtai įsitvirtino mūsų kasdienybėje: šildome maistą mikrobangų krosnelėje arba ruošiame maistą orkaitėje, domimės oru lauke ar sužinome, ar upės vanduo šaltas – visa tai glaudžiai susiję su šia sąvoka . Kas yra temperatūra, ką reiškia šis fizinis parametras, kaip jis matuojamas? Į šiuos ir kitus klausimus atsakysime straipsnyje.

Fizinis kiekis

Pažiūrėkime, kokia temperatūra yra izoliuotos sistemos termodinaminėje pusiausvyroje požiūriu. Terminas kilęs iš lotynų kalbos ir reiškia „tinkamas mišinys“, „normali būsena“, „proporcingumas“. Šis dydis apibūdina bet kurios makroskopinės sistemos termodinaminės pusiausvyros būseną. Tuo atveju, kai izoliuota sistema yra išbalansuota, laikui bėgant energija pereina iš labiau šildomų objektų į mažiau šildomus. Rezultatas yra temperatūros išlyginimas (pakeitimas) visoje sistemoje. Tai pirmasis termodinamikos postulatas (nulinis dėsnis).

Temperatūra lemia sistemos sudedamųjų dalelių pasiskirstymą pagal energijos lygius ir greičius, medžiagų jonizacijos laipsnį, kūnų pusiausvyrinės elektromagnetinės spinduliuotės savybes ir bendrą tūrinį spinduliuotės tankį. Kadangi sistemos, kuri yra termodinaminėje pusiausvyroje, išvardyti parametrai yra lygūs, jie dažniausiai vadinami sistemos temperatūra.

Plazma

Be pusiausvyros kūnų, yra sistemų, kuriose būsenai būdingos kelios temperatūros vertės, kurios nėra lygios viena kitai. Puikus pavyzdys yra plazma. Jį sudaro elektronai (lengvai įkrautos dalelės) ir jonai (sunkiai įkrautos dalelės). Kai jie susiduria, įvyksta greitas energijos perdavimas iš elektrono į elektroną ir iš jono į joną. Tačiau tarp nevienalyčių elementų vyksta lėtas perėjimas. Plazma gali būti tokioje būsenoje, kurioje elektronai ir jonai atskirai yra artimi pusiausvyrai. Šiuo atveju galima daryti prielaidą, kad kiekvieno tipo dalelių temperatūra yra atskira. Tačiau šie parametrai skirsis vienas nuo kito.

Magnetai

Kūnuose, kuriuose dalelės turi magnetinį momentą, energijos perdavimas dažniausiai vyksta lėtai: nuo transliacijos iki magnetinių laisvės laipsnių, kurie yra susiję su galimybe keisti momento kryptis. Pasirodo, yra būsenų, kai organizmui būdinga temperatūra, nesutampanti su kinetiniu parametru. Tai atitinka elementariųjų dalelių judėjimą į priekį. Magnetinė temperatūra lemia dalį vidinės energijos. Tai gali būti ir teigiama, ir neigiama. Išlyginimo proceso metu energija bus perkelta iš aukštesnės temperatūros dalelių į žemesnės temperatūros daleles, jei jos yra teigiamos arba neigiamos. Priešingoje situacijoje šis procesas vyks priešinga kryptimi - neigiama temperatūra bus „aukštesnė“ nei teigiama.

Kodėl tai būtina?

Paradoksas yra tas, kad paprastas žmogus, norėdamas atlikti matavimo procesą tiek kasdieniame gyvenime, tiek pramonėje, net neturi žinoti, kas yra temperatūra. Jam pakaks suprasti, kad tai daikto ar aplinkos įkaitimo laipsnis, juolab kad su šiais terminais esame pažįstami nuo vaikystės. Iš tiesų, dauguma praktinių prietaisų, skirtų šiam parametrui matuoti, iš tikrųjų matuoja kitas medžiagų savybes, kurios keičiasi priklausomai nuo šildymo ar vėsinimo lygio. Pavyzdžiui, slėgis, elektrinė varža, tūris ir tt Be to, tokie rodmenys rankiniu būdu arba automatiškai perskaičiuojami iki reikiamos vertės.

Pasirodo, norint nustatyti temperatūrą, nereikia studijuoti fizikos. Dauguma mūsų planetos gyventojų gyvena pagal šį principą. Jei televizorius veikia, tada nereikia suprasti puslaidininkinių įtaisų pereinamųjų procesų, tirti, iš kur į lizdą ateina elektra ar kaip signalas patenka į palydovinę anteną. Žmonės yra įpratę, kad kiekvienoje srityje yra specialistai, galintys taisyti ar derinti sistemą. Paprastam žmogui nesinori įtempti smegenų, nes kur kas geriau gurkšnodamas šaltą alų ant „dėžutės“ žiūrėti muilo operą ar futbolą.

Ir aš noriu žinoti

Tačiau yra žmonių, dažniausiai tai yra studentai, kurie arba iš smalsumo, arba iš reikalo yra priversti studijuoti fiziką ir nustatyti, kokia iš tikrųjų yra temperatūra. Dėl to ieškodami jie atsiduria termodinamikos džiunglėse ir tyrinėja jos nulinį, pirmąjį ir antrąjį dėsnius. Be to, smalsus protas turės suprasti Carnot ciklus ir entropiją. O kelionės pabaigoje jis tikriausiai pripažins, kad temperatūros apibrėžimas kaip grįžtamosios šiluminės sistemos parametras, kuris nepriklauso nuo darbinės medžiagos rūšies, šios sąvokos prasmės aiškumo nepridės. Ir vis tiek matoma dalis bus tam tikri laipsniai, priimti tarptautinės vienetų sistemos (SI).

Temperatūra kaip kinetinė energija

„Apčiuopiamesnis“ metodas vadinamas molekuline kinetine teorija. Iš jo susidaro mintis, kad šiluma yra laikoma energijos forma. Pavyzdžiui, molekulių ir atomų kinetinė energija, parametras, apskaičiuojamas pagal didžiulį chaotiškai judančių dalelių skaičių, yra matas to, kas paprastai vadinama kūno temperatūra. Taigi dalelės šildomoje sistemoje juda greičiau nei šaltoje sistemoje.

Kadangi aptariamas terminas yra glaudžiai susijęs su vidutine dalelių grupės kinetine energija, būtų visiškai natūralu naudoti džaulį kaip temperatūros matavimo vienetą. Tačiau tai neįvyksta, o tai paaiškinama tuo, kad elementariųjų dalelių šiluminio judėjimo energija yra labai maža džaulio atžvilgiu. Todėl nepatogu jį naudoti. Šiluminis judėjimas matuojamas vienetais, gautais iš džaulių, naudojant specialų perskaičiavimo koeficientą.

Temperatūros vienetai

Šiandien šiam parametrui rodyti naudojami trys pagrindiniai vienetai. Pas mus temperatūra dažniausiai nustatoma Celsijaus laipsniais. Šis matavimo vienetas pagrįstas vandens kietėjimo tašku – absoliučia verte. Tai išeities taškas. Tai yra, vandens temperatūra, kurioje pradeda formuotis ledas, yra lygi nuliui. Šiuo atveju vanduo tarnauja kaip pavyzdinis kriterijus. Ši konvencija priimta dėl patogumo. Antroji absoliuti reikšmė yra garų temperatūra, tai yra momentas, kai vanduo iš skystos būsenos pereina į dujinę.

Kitas vienetas yra Kelvino laipsniai. Šios sistemos pradžia laikoma absoliučiu nuliniu tašku. Taigi, vienas Kelvino laipsnis yra lygus vienam Celsijaus laipsniui. Vienintelis skirtumas yra pradinis taškas. Mes nustatome, kad nulis kelvinų bus lygus minus 273,16 laipsnių Celsijaus. 1954 m. Generalinė svorių ir matų konferencija nusprendė terminą „kelvinas“, reiškiantį temperatūros vienetą, pakeisti „kelvinais“.

Trečiasis visuotinai priimtas matavimo vienetas yra Farenheito laipsniai. Iki 1960 metų jie buvo plačiai naudojami visose angliškai kalbančiose šalyse. Tačiau šis įrenginys vis dar naudojamas kasdieniame JAV gyvenime. Sistema iš esmės skiriasi nuo aukščiau aprašytų. Pradiniu tašku imama druskos, amoniako ir vandens mišinio 1:1:1 užšalimo temperatūra. Taigi pagal Farenheito skalę vandens užšalimo temperatūra yra plius 32 laipsniai, o virimo temperatūra – plius 212 laipsnių. Šioje sistemoje vienas laipsnis yra lygus 1/180 skirtumo tarp šių temperatūrų. Taigi diapazonas nuo 0 iki +100 laipsnių pagal Farenheitą atitinka diapazoną nuo -18 iki +38 Celsijaus.

Absoliuti nulinė temperatūra

Išsiaiškinkime, ką reiškia šis parametras. Absoliutus nulis yra ribinės temperatūros vertė, kuriai esant idealių dujų slėgis fiksuotam tūriui tampa lygus nuliui. Tai mažiausia vertė gamtoje. Kaip prognozavo Michailas Lomonosovas, „tai didžiausias arba paskutinis šalčio laipsnis“. Iš to išplaukia Avogadro cheminis dėsnis: vienoduose dujų tūriuose, veikiant tokiai pačiai temperatūrai ir slėgiui, yra toks pat molekulių skaičius. Kas iš to seka? Yra minimali dujų temperatūra, kuriai esant jų slėgis arba tūris nukrenta iki nulio. Ši absoliuti vertė atitinka nulį kelvinų arba 273 laipsnių Celsijaus.

Keletas įdomių faktų apie saulės sistemą

Saulės paviršiaus temperatūra siekia 5700 kelvinų, o šerdies centre – 15 milijonų kelvinų. Saulės sistemos planetos viena nuo kitos labai skiriasi šildymo lygiu. Taigi, mūsų Žemės šerdies temperatūra yra maždaug tokia pati kaip ir Saulės paviršiuje. Jupiteris laikomas karščiausia planeta. Temperatūra jo šerdies centre yra penkis kartus aukštesnė nei Saulės paviršiaus. Bet Mėnulio paviršiuje užfiksuota mažiausia parametro reikšmė – ji tesiekė 30 kelvinų. Ši vertė yra net mažesnė nei Plutono paviršiuje.

Faktai apie Žemę

1. Aukščiausia žmogaus užfiksuota temperatūra buvo 4 milijardai laipsnių Celsijaus. Ši vertė yra 250 kartų didesnė už Saulės šerdies temperatūrą. Rekordą pasiekė Niujorko „Brookhaven Natural Laboratory“ jonų greitintuve, kurio ilgis yra apie 4 kilometrai.

2. Temperatūra mūsų planetoje taip pat ne visada ideali ir patogi. Pavyzdžiui, Jakutijos Verchnojansko mieste temperatūra žiemą nukrenta iki minus 45 laipsnių Celsijaus. Tačiau Etiopijos mieste Dallol situacija yra priešinga. Ten vidutinė metinė temperatūra plius 34 laipsniai.

3. Ekstremaliausios sąlygos, kuriomis žmonės dirba, užfiksuotos aukso kasyklose Pietų Afrikoje. Kalnakasiai dirba trijų kilometrų gylyje plius 65 laipsnių Celsijaus temperatūroje.

Termodinaminė temperatūra

Termodinaminė temperatūra(Anglų) termodinaminė temperatūra, vokiškai termodinamis Temperatūra), arba absoliuti temperatūra(Anglų) absoliuti temperatūra, vokiškai absoliuti temperatūra) yra vienintelė termodinaminės sistemos būsenos funkcija, apibūdinanti savaiminio šilumos mainų tarp kūnų (sistemų) kryptį.

Termodinaminė temperatūra žymima raide T (\displaystyle T), matuojama kelvinais (žymima K) ir matuojama pagal absoliučią termodinaminę skalę (Kelvino skalė). Absoliuti termodinaminė skalė yra pagrindinė fizikos ir termodinamikos lygčių skalė.

Molekulinė kinetinė teorija savo ruožtu susieja absoliučią temperatūrą su idealių dujų molekulių judėjimo vidutine kinetine energija termodinaminės pusiausvyros sąlygomis:

1 2 m v ¯ 2 = 3 2 k T , (\displaystyle (\frac (1)(2))m(\bar (v))^(2)=(\frac (3)(2))kT,)

kur m (\displaystyle m) ─ molekulinė masė, v ¯ (\displaystyle (\bar (v))) ─ vidutinis kvadratinis molekulių transliacinio judėjimo greitis, T (\displaystyle T) ─ absoliuti temperatūra, k (\displaystyle k ) ─ pastovus Boltzmannas.

Istorija

Temperatūros matavimas nuėjo ilgą ir sunkų savo vystymosi kelią. Kadangi temperatūros tiesiogiai išmatuoti negalima, jai matuoti buvo naudojamos termometrinių kūnų savybės, kurios funkciškai priklausė nuo temperatūros. Tuo remiantis buvo sukurtos įvairios temperatūros skalės, kurios buvo vadinamos empirinis, o jų pagalba išmatuota temperatūra vadinama empirine. Reikšmingi empirinių svarstyklių trūkumai yra jų tęstinumo trūkumas ir skirtingų termometrinių kūnų temperatūros verčių neatitikimas: tiek tarp atskaitos taškų, tiek už jų. Empirinių svarstyklių tęstinumo trūkumas yra dėl to, kad gamtoje nėra medžiagos, galinčios išlaikyti savo savybes visame galimų temperatūrų diapazone. 1848 m. Thomsonas (lordas Kelvinas) pasiūlė pasirinkti tokį temperatūros skalės laipsnį, kad jo ribose idealaus šiluminio variklio efektyvumas būtų toks pat. Vėliau, 1854 m., jis pasiūlė naudoti atvirkštinę Carnot funkciją, kad sukurtų termodinaminę skalę, nepriklausomą nuo termometrinių kūnų savybių. Tačiau praktiškai įgyvendinti šią idėją pasirodė neįmanoma. XIX amžiaus pradžioje, ieškodami „absoliutaus“ prietaiso temperatūrai matuoti, jie vėl grįžo prie idealaus dujų termometro, pagrįsto Gay-Lussac ir Charleso idealių dujų dėsniais, idėjos. Dujų termometras ilgą laiką buvo vienintelis būdas atkurti absoliučią temperatūrą. Naujos absoliučios temperatūros skalės atkūrimo kryptys pagrįstos Stefano-Boltzmanno lygties naudojimu nekontaktinėje termometrijoje ir Harry (Harry) Nyquist lygtimi kontaktinėje termometrijoje.

Fizikinis termodinaminės temperatūros skalės konstravimo pagrindas

1. Termodinaminė temperatūros skalė iš esmės gali būti sudaryta remiantis Carnot teorema, kuri teigia, kad idealaus šiluminio variklio efektyvumas nepriklauso nuo darbinio skysčio pobūdžio ir variklio konstrukcijos, o priklauso tik nuo šildytuvo ir šaldytuvo temperatūros.

η = Q 1 − Q 2 Q 1 = T 1 − T 2 T 1 , (\displaystyle \eta =(\frac (Q_(1)-Q_(2))(Q_(1)))=(\frac ( T_(1)-T_(2))(T_(1))),)

čia Q 1 (\displaystyle Q_(1)) yra šilumos kiekis, kurį darbinis skystis (idealios dujos) gauna iš šildytuvo, Q 2 (\displaystyle Q_(2)) yra šilumos kiekis, kurį darbinis skystis perduoda šaldytuvas, T 1 , T 2 ( \displaystyle T_(1),T_(2)) - atitinkamai šildytuvo ir šaldytuvo temperatūros.

Iš aukščiau pateiktos lygties išplaukia toks ryšys:

Q 1 Q 2 = T 1 T 2 . (\displaystyle (\frac (Q_(1))(Q_(2)))=(\frac (T_(1))(T_(2))).)

Šį ryšį galima panaudoti kuriant absoliuti termodinaminė temperatūra. Jei vienas iš Carnot ciklo Q 3 izoterminių procesų (\displaystyle Q_(3)) atliekamas trigubo vandens taško (atskaitos taško) temperatūroje, savavališkai nustatykite ─ T 3 = 273, 16 K, (\ Displaystyle T_(3)=273(, )16\,K,) tada bet kuri kita temperatūra bus nustatyta pagal formulę T = 273, 16 Q Q 3 (\displaystyle T=273(,)16(\frac (Q)( Q_(3)))) . Tokiu būdu nustatyta temperatūros skalė vadinama termodinaminė Kelvino skalė. Deja, šilumos kiekio matavimo tikslumas yra mažas, o tai neleidžia aukščiau aprašyto metodo įgyvendinti praktiškai.

2. Absoliučios temperatūros skalė gali būti sudaryta, jei idealios dujos naudojamos kaip termometrinis kūnas. Tiesą sakant, Clapeyron lygtis reiškia ryšį

T = p V R . (\displaystyle T=(\frac (pV)(R)).)

Jei matuojate dujų, esančių sandariame pastovaus tūrio inde, savo savybėmis artimą slėgį, tada tokiu būdu galite nustatyti temperatūros skalę, kuri vadinama idealus-dujos.Šios skalės pranašumas yra tas, kad idealių dujų slėgis esant V = c o n s t (\displaystyle V=const) kinta tiesiškai priklausomai nuo temperatūros. Kadangi net labai išretintos dujos savo savybėmis šiek tiek skiriasi nuo idealių dujų, idealių dujų skalės įgyvendinimas yra susijęs su tam tikrais sunkumais.

3. Įvairūs termodinamikos vadovėliai įrodo, kad temperatūra, išmatuota idealiųjų dujų skalėje, sutampa su termodinamine temperatūra. Tačiau reikia padaryti išlygą: nepaisant to, kad termodinaminės ir idealiųjų dujų skalės skaitmeniniu požiūriu yra visiškai identiškos, kokybiniu požiūriu tarp jų yra esminis skirtumas. Tik termodinaminė skalė visiškai nepriklauso nuo termometrinės medžiagos savybių.

4. Kaip jau minėta, tikslus termodinaminės skalės, taip pat idealios dujų skalės atkūrimas yra kupinas rimtų sunkumų. Pirmuoju atveju būtina atidžiai išmatuoti šilumos kiekį, kuris tiekiamas ir pašalinamas idealaus šilumos variklio izoterminiuose procesuose. Toks matavimas yra netikslus. Termodinaminės (idealios dujų) temperatūros skalės atkūrimas diapazone nuo 10 iki 1337 K galimas naudojant dujų termometrą. Esant aukštesnei temperatūrai, pastebima tikrų dujų difuzija per rezervuaro sieneles, o kelių tūkstančių laipsnių temperatūroje poliatominės dujos suyra į atomus. Dar aukštesnėje temperatūroje tikros dujos jonizuojasi ir virsta plazma, kuri nepaklūsta Clapeyron lygčiai. Žemiausia temperatūra, kurią galima išmatuoti dujų termometru, užpildytu heliu esant žemam slėgiui, yra 1 K. Temperatūroms, viršijančioms dujų termometrų galimybes, matuoti naudojami specialūs matavimo metodai. Žr. daugiau informacijos. Termometrija.

Stingimo taško nustatymas

Pagrindiniai degalų tiekimo sistemos sutrikimai esant žemai temperatūrai yra susiję su kuro drumstumo ir stingimo taškais. Skirtingai nuo benzino, dyzeliniame kure gali būti gana daug angliavandenilių, kurių lydymosi temperatūra yra aukšta, visų pirma parafininių (alkanų) ir aromatinių angliavandenilių.

Temperatūrai nukritus, iš kuro įvairių formų kristalų pavidalu iškrenta daugiausiai tirpstančių angliavandenilių, o kuras tampa drumstas. Aukščiausia temperatūra, kuriai esant degalai praranda skaidrumą, vadinama debesų taškas. Tuo pačiu metu kuras nepraranda savo sklandumo savybių. Kylant temperatūrai klampumo reikšmė šiek tiek didėja, tačiau kristalai, prasiskverbę per šiurkštų filtrą, ant smulkaus filtro sudaro degalams nepralaidžią plėvelę, dėl kurios sustoja degalų tiekimas. Drumstumo taškas, kaip taisyklė, turi būti 3–5 °C žemesnis už aplinkos temperatūrą. Toliau aušinant dyzelinui, atskiri kristalai susilieja į rėmą, kuris prasiskverbia per visą kurą, surišdamas jį. Kuras praranda savo sklandumą.

Toliau aušinant kurui, pradeda jungtis aukštai tirpstančių angliavandenilių kristalai, sudarydami erdvinę gardelę, kurios ląstelėse lieka skysti angliavandeniliai. Tada susidariusi struktūra taip sutvirtėja, kad kuras praranda sklandumą – sukietėja. Aukščiausia temperatūra, kuriai esant degalai praranda skystumą, vadinama stingimo tašku. Ji turėtų būti 8–12 °C žemesnė už aplinkos temperatūrą. Stingimo temperatūra Atsižvelgiama į temperatūrą, kurioje dyzelinis kuras pilamas į mėgintuvėlį, kai tam tikromis sąlygomis atšaldomas, per 1 minutę nepasikeičia menisko padėtis, kai mėgintuvėlis pakreipiamas 45° kampu nuo vertikalės (GOST 20287- 91). Dyzelinio kuro stingimo temperatūra yra sąlyginė vertė ir naudojama tik kaip orientyras nustatant degalų naudojimo sąlygas.

Įranga: prietaisas kuro drumstumui nustatyti; laboratorinis trikojis; mišinių aušinimo reagentai (druska-ledas temperatūrai iki minus 20 °C; alkoholis ir anglies dioksidas - sausas ledas - žemesnei nei minus 20 °C temperatūrai); mėgintuvėlis; kuro mėginys; sieros rūgšties.

Ryžiai. 2.3. Prietaisas kuro drumstumo ir stingimo temperatūrai nustatyti: 1 - išorinis mėgintuvėlis; 2 - vidinis mėgintuvėlis; 3 - kištukas; 4 - termometras; 5 - maišyklė

Darbo tvarka:

Kuro drumstumo taško nustatymo esmė – giliai jį atvėsinti ir vizualiai stebėti jo būklės pokyčius. Stingimo taško nustatymo esmė yra giliai atvėsinti kurą iki mobilumo praradimo.

1. Kruopščiai sumaišykite tiriamus degalus ir supilkite į vidinį mėgintuvėlį iki žymės (40 mm nuo apačios yra žymė). Mėgintuvėlį uždarykite kamštiniu kamščiu ir termometru. Įstatykite termometrą taip, kad jo gyvsidabrio rutulys būtų mėgintuvėlyje 15 mm atstumu nuo dugno ir vienodu atstumu nuo sienelių.

2. Supilkite bandomuosius degalus į kitą mėgintuvėlį, kuris naudojamas kaip skaidrumo standartas.

3. Pripildykite prietaiso indą aušinimo mišinio, kurio lygis turi būti palaikomas 30-40 mm virš kuro lygio mėgintuvėlyje. Aušinimo skysčio mišinio temperatūra bandymo metu visada turi būti 15±2 °C žemesnė už bandomųjų degalų temperatūrą.

4. Užfiksuokite vidinį vamzdelį degalais ir termometru išoriniame vamzdyje. Siekiant išvengti vidinių sienelių rasojimo, tarp mėgintuvėlių pilama 0,5-1,0 ml sieros rūgšties.

5. Sumontuotą įrenginį įdėkite į aušinimo mišinį. Visą laiką maišykite degalus aušinant.

6. 5 °C iki numatomo drumstumo taško, mėgintuvėlį išimkite iš aušinimo mišinio, greitai nuvalykite spirite suvilgyta vata ir palyginkite su standartu. Lyginimo nustatymo trukmė ne ilgesnė kaip 12 s.

7. Jei degalai, lyginant su skaidriu etalonu, nepasikeitė, mėgintuvėlis vėl nuleidžiamas į instrumentinį indą ir kas laipsnį atliekamas tolesnis stebėjimas, mažinant kuro temperatūrą. Šie lyginamieji stebėjimai su skaidriu etalonu atliekami tol, kol kuras pradeda skirtis nuo standartinio, t.y. kai jame atsiranda drumstumas. Nustatydami nežinomo kuro mėginio drumstumo tašką, pirmiausia apytiksliai nustatykite šių temperatūrų reikšmes, stebėdami kuro būklę kas 5 °C.

8. Norėdami nustatyti degalų stingimo temperatūrą pagal 1 ir 2 punktus, paruoškite prietaisą su bandomuoju dehidratuotu (naudojant šviežiai degintą kalcio chloridą) kurą. Paruoštą prietaisą įdėkite į indą su aušinimo skysčiu. Aušinimo skysčio mišinio temperatūra turi būti 5 °C žemesnė už numatomą degalų stingimo temperatūrą.

9. Neišimdami jo iš aušinimo mišinio, pakreipkite prietaisą 45° kampu ir laikykite tokioje padėtyje vieną minutę, kol bandomieji degalai mėgintuvėlyje pasieks temperatūrą, atitinkančią jo stingimo temperatūrą.

10. Išimkite mėgintuvėlį iš aušinimo mišinio, nuvalykite sieneles spirite suvilgyta vata ir stebėkite, ar nepasislinko kuro meniskas. Jei meniskas nepasislinko, degalai lieka užšalę ir atvirkščiai. Jei kuro temperatūra net apytiksliai nežinoma, menisko poslinkio bandymas atliekamas kas 5 °C kuro temperatūrai mažėjant. Šiuo atveju mišinio temperatūra palaikoma 4-5° žemesnė už kuro temperatūrą. Po bandymo grąžinkite įrenginį ir darbo vietą į pradinę padėtį. Palyginkite gautą temperatūrą su GOST indikatoriais.

Dyzelinio kuro cetaninio skaičiaus nustatymas skaičiavimo metodu

Dyzelinio kuro gebėjimas savaime užsidegti vertinamas pagal cetaninį skaičių (CN). Greitaeigių dyzelinių variklių degalų savaiminio užsidegimo įvertinimo metodas yra panašus į benzino atsparumo detonacijai vertinimo metodą. Savaiminiam užsidegimui nustatyti kaip etaloniniai degalai pasirenkami du angliavandeniliai: cetanas C16H34 ir alfametilnaftalenas C10H7CH3. Pirmojo angliavandenilio savaiminis užsidegimas paprastai laikomas 100, antrojo - 0. Sumaišius juos, galite gauti mišinį su savaiminiu užsidegimu nuo 0 iki 100. Taigi, cetaninis skaičius vadinamas sąlyginiu rodikliu, skaitine prasme lygus cetano procentinei daliai jo mišinyje su alfametilnaftalenu, kuris savaiminio užsidegimo požiūriu atitinka tiriamąjį mėginį.

Dyzelinio kuro cetaninis skaičius nustatomas blyksnio sutapimo metodu (2.4 pav.).

Kad šiuolaikiniai varikliai veiktų be problemų, vasarą reikalingi degalai, kurių cetaninis skaičius yra ne mažesnis kaip 45, o žiemą – 50. Kai cetaninis skaičius mažesnis nei 45, dyzeliniai varikliai dirba atšiauriai, ypač žiemą, o virš 45 – švelniai. Tačiau naudoti kurą, kurio cetaninis skaičius didesnis nei 60, yra nepelninga, nes eksploatavimo sunkumas keičiasi nežymiai, o specifinės degalų sąnaudos didėja. Pastarasis paaiškinamas tuo, kad centriniam dažniui padidėjus virš 55, uždegimo uždelsimo laikotarpis (laikas nuo degalų tiekimo į variklio cilindrą momento iki degimo pradžios) yra toks mažas, kad degalai užsidega prie purkštuko. , o toliau nuo injekcijos vietos esantis oras beveik nedalyvauja degimo procese. Dėl to degalai nesudega iki galo ir sumažėja variklio efektyvumas.

Dyzelinis kuras ne visada užtikrina reikiamą savaiminį užsidegimą, todėl reikia didinti cetaninį skaičių. Yra du pagrindiniai būdai: cheminės sudėties keitimas ir specialių priedų įvedimas.

Kalbant apie šalto variklio užvedimo patikimumą esant skirtingoms aplinkos temperatūroms, tai labiau priklauso nuo variklio konstrukcijos ir užvedimo režimo nei nuo degalų CN. Esant žemesnei nei 350–400 °C temperatūrai degimo kameroje, degus mišinys nebegalės užsidegti. Mažiausias dyzelinio alkūninio veleno paleidimo greitis turi būti 100-120 min-1. Ir kuo didesnis užvedimo dažnis, tuo aukštesnė suspausto oro temperatūra, taigi ir variklio užvedimo sąlygos.

Cetaninis skaičius priklauso nuo angliavandenilių, sudarančių dyzelinį kurą, kiekio ir struktūros. Alkanų cetaninis skaičius yra didžiausias, o aromatinių angliavandenilių skaičius yra mažiausias. Į dyzelinį kurą įtraukti angliavandeniliai yra išdėstyti pagal centrinį skaičių: 1 - alkanai, 2 - cikloalkanai, 3 - izoalkanai, 4 - aromatiniai angliavandeniliai. Padidėjus anglies atomų skaičiui angliavandenilių molekulėse, padidėja cetaninis skaičius. Taigi, padidėjus n-alkanų kiekiui, padidėja KN. Tačiau n-alkanai turi aukštą kristalizacijos temperatūrą, todėl pablogėja dyzelinio kuro savybės žemoje temperatūroje.

Specialių deguonies turinčių priedų įdėjimas į dyzelinį kurą palengvina aktyvaus deguonies išsiskyrimą. Prie tokių priedų priskiriami organiniai peroksidai, azoto rūgšties esteriai, kurie, patekę į degimo kamerą, pagreitina peroksidų susidarymą, kurių skilimas pagreitina savaiminio užsidegimo procesą. Taigi, įpylus 1% izopropilo nitrato, centrinis skaičius padidėja 10-12 vienetų ir pagerėja dyzelinių variklių užvedimo savybės žiemą. Yra empirinis ryšys tarp kuro cetaninio skaičiaus ir jo oktaninio skaičiaus.

CN = 60 – OC / 2, (2.4)

kur CN yra cetaninis skaičius; OC - ​​oktaninis skaičius.

Kuo didesnis oktaninis skaičius, tuo mažesnis jo cetaninis skaičius ir atvirkščiai. Todėl į dyzelinį kurą įpylus benzino frakcijų, jo cetaninis skaičius visada sumažėja.

Cetaninį skaičių galima apytiksliai apskaičiuoti pagal formulę (gautas rezultatas skiriasi nuo tikrojo 2-3 vienetais):

Ts.Ch. = 1,5879 · (ν 20 + 17,8) / ρ 20, (2,5)

čia ν 20 yra kuro klampumas, išreikštas cSt 20°C temperatūroje; ρ 20 - kuro tankis 20°C temperatūroje, g/cm3.

Kas yra temperatūra?

Tokie atsakymai kaip „kūno šilumos matavimas“ nepriimami))))))

Vitalikas Obukhovas

Temperatūra (iš lot. temperatura - tinkamas maišymas, normali būsena) yra fizinis dydis, apytiksliai apibūdinantis makroskopinės sistemos dalelių vidutinę kinetinę energiją vienam laisvės laipsniui, kuris yra termodinaminės pusiausvyros būsenoje.
SI sistemoje temperatūra matuojama kelvinais. Tačiau praktikoje Celsijaus laipsniai dažnai naudojami dėl jų ryšio su svarbiomis vandens savybėmis - ledo lydymosi temperatūra (0 ° C) ir virimo temperatūra (100 ° C). Tai patogu, nes dauguma klimato procesų, laukinės gamtos procesų ir kt. yra susiję su šiuo diapazonu.
Taip pat yra Farenheito svarstyklės ir kai kurios kitos.
Temperatūra molekulinės kinetikos požiūriu yra fizikinis dydis, apibūdinantis viso sistemos dalelių rinkinio chaotiško, šiluminio judėjimo intensyvumą ir proporcingas vienos dalelės transliacinio judėjimo vidutinei kinetinei energijai.
Ryšys tarp kinetinės energijos, masės ir greičio išreiškiamas tokia formule:
Ek = 1/2 m prieš 2
Taigi tos pačios masės ir vienodo greičio dalelės taip pat turi tą pačią temperatūrą.
Vidutinė dalelės kinetinė energija yra susijusi su Boltzmanno konstantos termodinamine temperatūra:
Eav = i/2kBT
Kur:
i – laisvės laipsnių skaičius
kB = 1,380 6505(24) × 10-23 J/K – Boltzmanno konstanta
T - temperatūra;
Temperatūra yra sistemos entropijos (netvarkingumo laipsnio) pokyčio, kai į sistemą pridedamas vienetinis šilumos kiekis: 1/T = ΔS/ΔQ.
[taisyti] Termodinaminio požiūrio istorija
Žodis „temperatūra“ atsirado tais laikais, kai žmonės tikėjo, kad įkaitintuose kūnuose yra didesnis kiekis specialios medžiagos – kalorijų nei mažiau įkaitintuose. Todėl temperatūra buvo suvokiama kaip kūno medžiagos ir kalorijų mišinio stiprumas. Dėl šios priežasties alkoholinių gėrimų stiprumo ir temperatūros matavimo vienetai vadinami vienodai – laipsniais.
Pusiausvyros būsenoje temperatūra turi vienodą reikšmę visoms makroskopinėms sistemos dalims. Jei sistemoje du kūnai turi vienodą temperatūrą, tai dalelių kinetinės energijos (šilumos) perdavimas tarp jų nevyksta. Jei yra temperatūrų skirtumas, tada šiluma juda iš aukštesnės temperatūros kūno į žemesnę, nes padidėja bendra entropija.
Temperatūra taip pat siejama su subjektyviais „šilumos“ ir „šalčio“ pojūčiais, susijusiais su tuo, ar gyvi audiniai išskiria, ar gauna šilumą.
Kai kurios kvantinės mechaninės sistemos gali būti tokioje būsenoje, kai entropija nedidėja, o mažėja pridedant energijos, kuri formaliai atitinka neigiamą absoliučią temperatūrą. Tačiau tokios būsenos yra ne „žemiau absoliutaus nulio“, o „virš begalybės“, nes kai tokia sistema liečiasi su teigiamos temperatūros kūnu, energija iš sistemos perduodama kūnui, o ne atvirkščiai. Daugiau informacijos žr. Kvantinė termodinamika).
Temperatūros savybes tiria fizikos šaka – termodinamika. Temperatūra taip pat vaidina svarbų vaidmenį daugelyje mokslo sričių, įskaitant kitas fizikos šakas, taip pat chemiją ir biologiją.

Bebras

Jei „ant pirštų“, tai yra medžiagos dalelių vidutinės energijos matas. Jei kalbame apie dujas ar skystį – kinetinę energiją, jei apie kietą medžiagą, tai dalelių virpesių energiją gardelėje.
Čia svarbu, kad tai būtų vidutinės energijos matas, t.y., jei dalelių yra per mažai, tada temperatūros sąvoka praranda prasmę. Pavyzdžiui, erdvėje: ten plaukioja visokios dalelės, bet jų per mažai, kad būtų prasminga apskaičiuoti energijos vidurkį.

Dmitrijus D.

Bebras iš principo parašė teisingai, tik dalelių virpesiai grotelėje taip pat yra kinetinė energija. , taigi trumpiausias apibrėžimas yra:
temperatūra yra medžiagos struktūrinių dalelių vidutinės kinetinės energijos matas.

Planas:

Įvadas

• 1 Termodinaminis apibrėžimas
  • 1.1 Termodinaminio požiūrio istorija
• 2 Temperatūros nustatymas statistinėje fizikoje
• 3 Temperatūros matavimas
• 4 Temperatūros vienetai ir skalė
  • 4.1 Kelvino temperatūros skalė
  • 4,2 Celsijaus skalė
  • 4.3 Farenheito
• 5 Šiluminio judėjimo energija esant absoliučiam nuliui
  • 5.1 Temperatūra ir radiacija
  • 5.2 Reaumur skalė
• 6 Perėjimai iš skirtingų mastelių
• 7 Temperatūros skalių palyginimas
• 8 Fazių perėjimų charakteristikos
• 9 Įdomūs faktai
Pastabos
Literatūra

Įvadas

Temperatūra(iš lat. temperatūra- tinkamas maišymas, normali būsena) yra skaliarinis fizikinis dydis, apibūdinantis makroskopinės sistemos dalelių vidutinę kinetinę energiją termodinaminės pusiausvyros būsenoje vienam laisvės laipsniui.

Temperatūros matas yra ne pats judėjimas, o šio judėjimo chaotiškumas. Kūno būsenos atsitiktinumas lemia jo temperatūros būseną, ir ši mintis (kurią pirmasis sukūrė Boltzmannas), kad tam tikrą kūno temperatūros būseną lemia ne judėjimo energija, o šio judėjimo atsitiktinumas. , yra nauja temperatūros reiškinių aprašymo sąvoka, kurią turime naudoti...

(P. L. Kapitsa)

Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) termodinaminė temperatūra yra vienas iš septynių pagrindinių vienetų ir išreiškiamas kelvinais. Išvestiniai SI kiekiai, turintys specialų pavadinimą, apima Celsijaus temperatūrą, matuojamą Celsijaus laipsniais. Praktikoje Celsijaus laipsniai dažnai naudojami dėl jų istorinio ryšio su svarbiomis vandens savybėmis – ledo lydymosi temperatūra (0 °C) ir virimo temperatūra (100 °C). Tai patogu, nes dauguma klimato procesų, laukinės gamtos procesų ir kt. yra susiję su šiuo diapazonu. Vieno laipsnio Celsijaus temperatūros pokytis prilygsta vieno kelvino temperatūros pokyčiui. Todėl 1967 m. įvedus naują Kelvino apibrėžimą, vandens virimo temperatūra nustojo atlikti pastovaus atskaitos taško vaidmenį ir, kaip rodo tikslūs matavimai, ji nebe lygi 100 °C, o artima 99,975 °C.

Taip pat yra Farenheito svarstyklės ir kai kurios kitos.

1. Termodinaminis apibrėžimas

Pusiausvyros būsenos buvimas vadinamas pirmąja pradine termodinamikos padėtimi. Antroji pradinė termodinamikos padėtis yra teiginys, kad pusiausvyros būseną apibūdina tam tikras dydis, kuris, termiškai kontaktuojant dviem pusiausvyros sistemoms, dėl energijos mainų joms tampa vienodas. Šis dydis vadinamas temperatūra.

1.1. Termodinaminio požiūrio istorija

Žodis „temperatūra“ atsirado tais laikais, kai žmonės tikėjo, kad įkaitintuose kūnuose yra didesnis kiekis specialios medžiagos – kalorijų nei mažiau įkaitintuose. Todėl temperatūra buvo suvokiama kaip kūno medžiagos ir kalorijų mišinio stiprumas. Dėl šios priežasties alkoholinių gėrimų stiprumo ir temperatūros matavimo vienetai vadinami vienodai – laipsniais.

Pusiausvyros būsenoje temperatūra turi vienodą reikšmę visoms makroskopinėms sistemos dalims. Jei sistemoje du kūnai turi vienodą temperatūrą, tai dalelių kinetinės energijos (šilumos) perdavimas tarp jų nevyksta. Jei yra temperatūrų skirtumas, tada šiluma juda iš aukštesnės temperatūros kūno į žemesnę, nes padidėja bendra entropija.

Temperatūra taip pat siejama su subjektyviais „šilumos“ ir „šalčio“ pojūčiais, susijusiais su tuo, ar gyvi audiniai išskiria, ar gauna šilumą.

Kai kurios kvantinės mechaninės sistemos gali būti tokioje būsenoje, kai entropija nedidėja, o mažėja pridedant energijos, kuri formaliai atitinka neigiamą absoliučią temperatūrą. Tačiau tokios būsenos yra ne „žemiau absoliutaus nulio“, o „virš begalybės“, nes kai tokia sistema liečiasi su teigiamos temperatūros kūnu, energija iš sistemos perduodama kūnui, o ne atvirkščiai. Daugiau informacijos žr. Kvantinė termodinamika).

Temperatūros savybes tiria fizikos šaka – termodinamika. Temperatūra taip pat vaidina svarbų vaidmenį daugelyje mokslo sričių, įskaitant kitas fizikos šakas, taip pat chemiją ir biologiją.

2. Temperatūros nustatymas statistinėje fizikoje

Statistinėje fizikoje temperatūra nustatoma pagal formulę

,

kur S yra entropija, E yra termodinaminės sistemos energija. Tokiu būdu įvesta vertė T yra vienoda skirtingiems kūnams esant termodinaminei pusiausvyrai. Kai susiliečia du kūnai, kūnas, turintis didelę T reikšmę, perduos energiją kitam.

3. Temperatūros matavimas

Termodinaminei temperatūrai matuoti pasirenkamas tam tikras termometrinės medžiagos termodinaminis parametras. Šio parametro pasikeitimas yra aiškiai susijęs su temperatūros pokyčiu. Klasikinis termodinaminio termometro pavyzdys yra dujų termometras, kuriame temperatūra nustatoma matuojant dujų slėgį pastovaus tūrio cilindre. Taip pat žinomi absoliučios spinduliuotės, triukšmo ir akustiniai termometrai.

Termodinaminiai termometrai yra labai sudėtingi įrenginiai, kurių negalima naudoti praktiniais tikslais. Todėl dauguma matavimų atliekami naudojant praktinius termometrus, kurie yra antriniai, nes jie negali tiesiogiai susieti jokios medžiagos savybės su temperatūra. Norint gauti interpoliacijos funkciją, jie turi būti sukalibruoti atskaitos taškuose tarptautinėje temperatūros skalėje. Tiksliausias praktinis termometras yra platinos varžos termometras. Temperatūros matavimo prietaisai dažnai kalibruojami pagal santykines skales – Celsijaus arba Farenheito.

Praktikoje taip pat matuojama temperatūra

• skysčių ir mechaniniai termometrai,
• termopora,
• atsparumo termometras,

• dujų termometras,
• pirometras.

Sukurti naujausi temperatūros matavimo metodai, pagrįsti lazerio spinduliuotės parametrų matavimu.

4. Temperatūros matavimo vienetai ir skalė

Kadangi temperatūra yra molekulių kinetinė energija, aišku, kad natūraliausia ją matuoti energijos vienetais (tai yra SI sistemoje džauliais). Tačiau temperatūros matavimas pradėtas dar gerokai anksčiau nei buvo sukurta molekulinė kinetinė teorija, todėl praktinės svarstyklės temperatūrą matuoja įprastiniais vienetais – laipsniais.

4.1. Kelvino temperatūros skalė

Absoliučios temperatūros sąvoką įvedė W. Thomson (Kelvinas), todėl absoliučios temperatūros skalė vadinama Kelvino skale arba termodinamine temperatūros skale. Absoliučios temperatūros vienetas yra kelvinas (K).

Absoliuti temperatūros skalė taip vadinama, nes apatinės temperatūros ribos pagrindinės būsenos matas yra absoliutus nulis, tai yra žemiausia įmanoma temperatūra, kuriai esant iš esmės neįmanoma išgauti šiluminės energijos iš medžiagos.

Absoliutus nulis apibrėžiamas kaip 0 K, tai yra lygi –273,15 °C (tiksliai).

Kelvino temperatūros skalė yra skalė, kuri prasideda nuo absoliutaus nulio.

Didelę reikšmę turi Kelvino termodinamine skalės pagrindu sukurtų tarptautinių praktinių skalių, pagrįstų atskaitos taškais – grynų medžiagų faziniais virsmais, nustatytais pirminiais termometriniais metodais, sukūrimas. Pirmoji tarptautinė temperatūros skalė buvo priimta 1927 m. ITS-27. Nuo 1927 m. skalė buvo keletą kartų iš naujo apibrėžta (MTSh-48, MPTS-68, MTSh-90): etaloninės temperatūros ir interpoliacijos metodai pasikeitė, tačiau principas išlieka tas pats - skalės pagrindas yra fazių perėjimų rinkinys. grynų medžiagų su tam tikromis termodinaminių temperatūrų reikšmėmis ir šiuose taškuose kalibruotus interpoliacijos prietaisus. Šiuo metu galioja ITS-90 skalė. Pagrindinis dokumentas (Skalės taisyklės) nustato Kelvino apibrėžimą, fazių perėjimo temperatūrų (atskaitos taškų) reikšmes ir interpoliacijos metodus.

Kasdieniame gyvenime naudojamos temperatūros skalės – tiek Celsijaus, tiek Farenheito (daugiausia naudojamos JAV) – nėra absoliučios, todėl nepatogios atliekant eksperimentus sąlygomis, kai temperatūra nukrenta žemiau vandens užšalimo taško, todėl temperatūra turi būti išreikšta neigiama. numerį. Tokiais atvejais buvo įvestos absoliučios temperatūros skalės.

Viena iš jų vadinama Rankine skale, o kita – absoliučia termodinamine skale (Kelvino skalė); jų temperatūra matuojama atitinkamai Rankine (°Ra) ir kelvinais (K). Abi svarstyklės prasideda nuo absoliutaus nulio temperatūros. Jie skiriasi tuo, kad vieno padalos kaina pagal Kelvino skalę yra lygi padalos kainai pagal Celsijaus skalę, o vienos padalos kaina pagal Rankine skalę prilygsta termometrų padalijimo kainai pagal Farenheito skalę. Vandens užšalimo temperatūra esant standartiniam atmosferos slėgiui atitinka 273,15 K, 0 °C, 32 °F.

Kelvino skalė susieta su trigubu vandens tašku (273,16 K), nuo jo priklauso Boltzmanno konstanta. Dėl to kyla problemų dėl aukštos temperatūros matavimų interpretacijos tikslumo. BIPM dabar svarsto galimybę pereiti prie naujo Kelvino apibrėžimo ir nustatyti Boltzmanno konstantą, o ne nuorodą į trigubo taško temperatūrą. .

4.2. Celsijaus

Technologijoje, medicinoje, meteorologijoje ir kasdieniame gyvenime naudojama Celsijaus skalė, kurioje vandens trigubo taško temperatūra yra 0,008 °C, todėl vandens užšalimo temperatūra, esant 1 atm slėgiui, yra 0 °. C. Šiuo metu Celsijaus skalė nustatoma per Kelvino skalę: vieno padalos kaina pagal Celsijaus skalę lygi Kelvino skalės padalijimo kainai, t(°C) = T(K) - 273,15. Taigi vandens virimo temperatūra, Celsijaus pasirinkta kaip atskaitos taškas 100 ° C, prarado savo reikšmę, o šiuolaikiniais skaičiavimais vandens virimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui yra apie 99,975 ° C. Celsijaus skalė praktiškai yra labai patogu, nes vanduo mūsų planetoje yra labai paplitęs ir juo grindžiama mūsų gyvybė. Nulis Celsijaus yra ypatingas meteorologijos taškas, nes jis siejamas su atmosferos vandens užšalimu. Mastelį 1742 m. pasiūlė Andersas Celsius.

4.3. Farenheito

Anglijoje ir ypač JAV naudojama Farenheito skalė. Nulis laipsnių Celsijaus yra 32 laipsniai pagal Farenheitą, o Farenheito laipsnis yra 9/5 laipsnių Celsijaus.

Dabartinė Farenheito skalės apibrėžtis yra tokia: tai temperatūros skalė, kurioje 1 laipsnis (1 °F) yra lygus 1/180 skirtumo tarp vandens virimo temperatūros ir ledo lydymosi temperatūros esant atmosferos slėgiui, ir ledo lydymosi temperatūra yra +32 °F. Temperatūra pagal Farenheito skalę yra susieta su temperatūra Celsijaus skalėje (t °C) santykiu t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32. Siūloma G. Farenheito 1724 m.

5. Šiluminio judėjimo energija esant absoliučiam nuliui

Kai medžiaga vėsta, daugelio šiluminės energijos formų ir su jais susijusių poveikių dydis vienu metu mažėja. Materija pereina iš mažiau sutvarkytos būsenos į labiau sutvarkytą.

... šiuolaikinė absoliutaus nulio samprata nėra absoliutaus poilsio samprata; priešingai, esant absoliučiam nuliui, gali būti judėjimas - ir jis egzistuoja, bet tai yra visiškos tvarkos būsena ...

P. L. Kapitsa (Skysto helio savybės)

Dujos virsta skysčiu, o vėliau kristalizuojasi į kietą medžiagą (helis, net esant absoliučiam nuliui, esant atmosferos slėgiui išlieka skystoje būsenoje). Sulėtėja atomų ir molekulių judėjimas, mažėja jų kinetinė energija. Daugumos metalų varža mažėja dėl mažesne amplitude vibruojančių kristalinės gardelės atomų elektronų sklaidos sumažėjimo. Taigi, net esant absoliučiam nuliui, laidumo elektronai tarp atomų juda 1 × 10 6 m/s Fermio greičiu.

Temperatūra, kurioje medžiagos dalelės turi minimalų judėjimą, išsaugomą tik dėl kvantinio mechaninio judėjimo, yra absoliutaus nulio temperatūra (T = 0K).

Negalima pasiekti absoliutaus nulio temperatūros. Žemiausia Bose-Einstein natrio atomų kondensato temperatūra (450 ± 80) × 10–12 K buvo gauta MIT tyrėjų 2003 m. Šiuo atveju šiluminės spinduliuotės smailė yra maždaug 6400 km bangos ilgio srityje, tai yra, maždaug Žemės spinduliu.

5.1. Temperatūra ir radiacija

Kūno skleidžiama energija yra proporcinga jo temperatūros ketvirtajai galiai. Taigi, esant 300 K, iš kvadratinio metro paviršiaus išsiskiria iki 450 vatų. Tai paaiškina, pavyzdžiui, žemės paviršiaus atšalimą naktį žemiau aplinkos temperatūros. Absoliučiai juodo kūno spinduliavimo energija apibūdinama Stefano-Boltzmanno dėsniu

5.2. Reaumur skalė

1730 m. pasiūlė R. A. Reaumuras, aprašęs jo išrastą alkoholio termometrą.

Matavimo vienetas yra Reaumur laipsnis (°R), 1°R yra lygus 1/80 temperatūros intervalo tarp atskaitos taškų – ledo lydymosi temperatūros (0°R) ir vandens virimo temperatūros (80°R).

1 °R = 1,25 °C.

Šiuo metu svarstyklės nebenaudojamos, ilgiausiai išsilaikė Prancūzijoje, autoriaus tėvynėje.

6. Perėjimai iš skirtingų mastelių

7. Temperatūros skalių palyginimas

Temperatūros skalių palyginimas

apibūdinimas	Kelvinas	Celsijaus	Farenheito	Rankin	Delisle	Niutonas	Reaumur	Roemeris
Absoliutus nulis	0	−273.15	−459.67	0	559.725	−90.14	−218.52	−135.90
Farenheito mišinio lydymosi temperatūra (druska ir ledas vienodais kiekiais)	255.37	−17.78	0	459.67	176.67	−5.87	−14.22	−1.83
Vandens užšalimo temperatūra (normalios sąlygos)	273.15	0	32	491.67	150	0	0	7.5
Vidutinė žmogaus kūno temperatūra¹	310.0	36.6	98.2	557.9	94.5	12.21	29.6	26.925
Vandens virimo temperatūra (įprastos sąlygos)	373.15	100	212	671.67	0	33	80	60
Tirpstantis titanas	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
Saulės paviršius	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ Įprasta vidutinė žmogaus kūno temperatūra yra 36,6 °C ±0,7 °C arba 98,2 °F ±1,3 °F. Dažniausiai nurodoma 98,6 °F vertė yra tiksli XIX amžiaus Vokietijos vertės 37 °C perskaičiavimas į Farenheitą. Tačiau ši vertė nepatenka į normalią vidutinę žmogaus kūno temperatūrą, nes skirtingų kūno dalių temperatūra skiriasi.

Kai kurios vertės šioje lentelėje buvo suapvalintos.

8. Fazinių perėjimų charakteristikos

Norėdami apibūdinti įvairių medžiagų fazių perėjimo taškus, naudojamos šios temperatūros vertės:

• Lydymosi temperatūra
• Virimo temperatūra
• Atkaitinimo temperatūra
• Sukepinimo temperatūra
• Sintezės temperatūra
• Oro temperatūra
• Dirvožemio temperatūra
• Homologinė temperatūra
• Trigubas taškas
• Debye temperatūra (būdinga temperatūra)
• Curie temperatūra

9. Įdomūs faktai

Žemiausia temperatūra žemėje iki 1910 –68 m., Verchojanskas

• Aukščiausia žmogaus sukurta temperatūra, ~10 trln. K (kuri prilygsta Visatos temperatūrai per pirmąsias jos gyvavimo sekundes) buvo pasiekta 2010 m., susidūrus švino jonams, pagreitintam iki beveik šviesos greičio. Eksperimentas buvo atliktas dideliame hadronų greitintuve
• Aukščiausia teoriškai įmanoma temperatūra yra Plancko temperatūra. Aukštesnė temperatūra negali egzistuoti, nes viskas virsta energija (visos subatominės dalelės subyrės). Ši temperatūra yra maždaug 1,41679 (11) × 10 32 K (maždaug 142 nemilijonai K).
• Žemiausią žmogaus sukurtą temperatūrą 1995 metais pasiekė Ericas Cornellas ir Carlas Wiemanas iš JAV, aušindami rubidžio atomus. . Jis buvo didesnis nei absoliutus nulis mažiau nei 1/170 milijardo K dalies (5,9 × 10–12 K).
• Saulės paviršiaus temperatūra yra apie 6000 K.
• Aukštesnių augalų sėklos išlieka gyvybingos atvėsusios iki –269 °C.

Pastabos

1. GOST 8.417-2002. KIEKIO VIENETAI - nolik.ru/systems/gost.htm
2. Temperatūros samprata – temperatures.ru/mtsh/mtsh.php?page=1
3. I. P. Bazarovas. Termodinamika, M., Aukštoji mokykla, 1976, p. 13-14.
4. Platinum – temperatures.ru/mtsh/mtsh.php?page=81 varžos termometras – pagrindinis prietaisas MTSH-90.
5. Lazerinė termometrija – temperatures.ru/newmet/newmet.php?page=0
6. MTSH-90 atskaitos taškai – temperatures.ru/mtsh/mtsh.php?page=3
7. Naujo kelvino apibrėžimo kūrimas – temperatures.ru/kelvin/kelvin.php?page=2
8. D. A. Paršinas, G. G. Zegrya Kritinis taškas. Kritinės būsenos medžiagos savybės. Trigubas taškas. Antrosios rūšies fazių perėjimai. Žemos temperatūros gavimo būdai. - edu.ioffe.spb.ru/edu/thermodinamics/lect11h.pdf. Statistinė termodinamika. 11 paskaita. Sankt Peterburgo akademinis universitetas.
9. Apie įvairius kūno temperatūros matavimus – hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml (anglų k.)
10. BBC naujienos – Didysis hadronų greitintuvas (LHC) sukuria „mini didįjį sprogimą“ – www.bbc.co.uk/news/science-environment-11711228
11. Viskas apie viską. Temperatūros įrašai – tem-6.narod.ru/weather_record.html
12. Mokslo stebuklai – www.seti.ee/ff/34gin.swf

Literatūra

• B. I. Spasskis Fizikos istorija I dalis - osnovanija.narod.ru/History/Spas/T1_1.djvu. - Maskva: „Aukštoji mokykla“, 1977 m.
• Sivukhin D.V. Termodinamika ir molekulinė fizika. - Maskva: „Mokslas“, 1990 m.

parsisiųsti
Ši santrauka parengta remiantis straipsniu iš rusiškos Vikipedijos. Sinchronizavimas baigtas 07/09/11 16:20:43
Panašios santraukos: