Conceptul de temperatură

Paradoxul este că, pentru a măsura temperatura în casă, industrie și chiar și în știința aplicată nu trebuie să știe ce „temperatura“. Este suficient idee destul de vag ceea ce „temperatura -. Este gradul de caldura corpului“ Într-adevăr, instrumentul cel mai practic pentru măsurarea temperaturii de fapt măsoară alte proprietăți ale substanțelor de diferite grade de căldură, cum ar fi presiunea, volumul, rezistența electrică, etc. Apoi, citirile lor convertite automat sau manual la unități de temperatură.

curiosii și studenții care fie doresc sau trebuie să dau seama ce este temperatura, de obicei, se încadrează în elementele termodinamicii și, prima și a doua lege, ciclul său de la zero Carnot și entropie. Trebuie admis că determinarea temperaturii ca un ideal motor termic reversibil parametru care este independent de mediul de lucru, de obicei, nu se adaugă claritate simțul conceptului de „temperatură“.

Mai multe abordări „palpabile“ pare a fi numit teoria moleculară cinetică care se formează opinia că căldura poate fi privită ca o simplă formă de energie - și anume, energia cinetică a atomilor și moleculelor. Această valoare este în medie un număr foarte mare de particule care se deplasează în mod aleatoriu, și este o măsură a ceea ce se numește temperatura corpului. Particulele de corp încălzite se miște mai repede decât la rece.

Deoarece conceptul de temperatură este strâns legată de energia cinetică medie a particulelor, ar fi natural și ca unități de măsură utilizate joule. Cu toate acestea, energia mișcării termice a particulelor este foarte mică în comparație cu joule, astfel încât utilizarea acestei valori poate fi ciudat. Moțiunea termică se măsoară în alte unități, care derivă din transferul jouli prin «k» coeficient.

Dacă temperatura T este măsurată în grade Kelvin (K), atunci conexiunea cu energia cinetică medie a mișcării de translație a unei atomi de gaz ideal are forma

unde k - factor de conversie care determină care parte a Joule găsit în grade Kelvin. Valoarea k este constanta Boltzmann.

Dat fiind faptul că presiunea poate fi exprimată în termeni de energie medie de mișcare a moleculelor

în care n = N / V, V - volumul ocupat de gaze, N - numărul total de molecule în acest volum

Ecuația de stare a unui gaz ideal ar fi:

În cazul în care numărul total de molecule prezente în forma N = μNA. unde μ - numărul de moli de gaz, NA - numărul Avagadro, adică numărul de particule per mol, pot fi ușor preparate prin cunoscute Clapeyron - Mendeleev:

Astfel, temperatura - este introdusă în mod artificial în ecuația parametru de stare. Folosind ecuația de stare poate fi determinată T temperatură termodinamică, dacă toți ceilalți parametri sunt constante și cunoscuți. Dintr-o astfel de detectare a temperaturii este evident că valorile T vor depinde de constanta Boltzmann. Putem opta pentru acest raport de aspect o valoare arbitrară și apoi să se bazeze pe ea? Nu. La urma urmei, putem obține astfel o valoare arbitrară pentru punctul triplu al apei, în timp ce avem nevoie pentru a obține valoarea de 273,16 K! Se pune întrebarea - de ce anume 273,16 K?

Motivele sunt pur istorice, mai degrabă decât fizic. Faptul că primele scale de temperatură au fost luate imediat valorile exacte pentru cele două stări de apă - punctul de congelare (0 ° C) și punctul de fierbere (100 ° C). A fost alese valori condiționate pentru comoditate. Având în vedere că este de grade grade Celsius Kelvin și efectuarea de temperatură termodinamică măsurare termometru cu gaz, gradat în aceste puncte, obținute pentru zero absolut (0 ° C) Valoarea extrapolat - 273,15 ° C. Desigur, această valoare poate fi considerată corectă numai dacă termometrul cu gaz de măsurare au fost absolut corectă. Acest lucru nu este așa. Prin urmare, stabilirea valorii 273,16 K pentru punctul triplu al apei și măsurarea punctului de fierbere al termometru cu gaz mai perfectă, pot fi obținute dintr-o valoare ușor diferită de 100 ° C timp de fierbere. De exemplu, acum valoarea cea mai realistă este 99975 ° C. Și aceasta este doar pentru că lucrarea timpurie cu termometru cu gaz a dat o valoare eronată pentru zero absolut. Astfel, vom fixa fie zero absolut, sau intervalul cuprins între 100 ° C și punctul de solidificare al apei de fierbere. Dacă intervalul de captură și se repetă măsurătorile pentru a extrapola la zero absolut, obținem -273,22 ° C.

In 1954 CIPM a adoptat o rezoluție privind trecerea la o nouă definiție a kelvinul, fără legătură cu intervalul 0 -100 ° C Este de fapt, a fost rezervat pentru valoarea punctului triplu al apei 273,16 K (0,01 ° C) și „în float“ la aproximativ 100 ° C, punctul de fierbere al apei. In loc de „grad Kelvin“ pur și simplu „kelvin“ a fost introdus pentru unitatea de temperatură.

Din formula (3) implică faptul că atribuirea T la o astfel de stare stabilă și reproductibilă a sistemului ca punctul triplu al apei este fixat la 273,16 K, valoarea constantei k poate fi determinată experimental. Până de curând, cele mai exacte valori experimentale constanta Boltzmann k obținute cu gaz extrem de rarefiat.

Există și alte metode de obținere a constantei Boltzmann, bazată pe utilizarea legilor care includ parametrul kT.

Aceasta este legea Stefan-Boltzmann, potrivit căruia energia totală a radiației E termice (T) este o funcție de gradul al patrulea de kT.
Ecuația privind pătratul vitezei sunetului într-un ideal c0 gaz 2 dependență liniară cu kT.
Ecuația pentru pătrat de tensiune medie de zgomot pe rezistență electrică V 2. liniar dependente kT.

Instalarea pentru punerea în aplicare a metodelor de mai sus pentru determinarea kT sunt numite dispozitive Termometrie absolute sau termometriei primare.

Astfel, în determinarea valorilor temperaturii în grade Kelvin, și nu în joule multe convenții. Practic ceea ce factor de proporționalitate k între unitățile termice și electrice nu este constantă. Aceasta depinde de acuratețea măsurătorilor termodinamice realizabile în prezent. Această abordare nu este foarte convenabil pentru termometre primare, în special cele care lucrează în domeniul de temperatură la distanță de punctul triplu. Mărturia lor va fi afectată de schimbările în valoarea constantei Boltzmann.

Dar poți să faci, și vice-versa. Fix valoarea constantă k. Atunci vom obține depinde de valoarea lui k pentru punctul triplu T de apă. Această abordare este acum considerată de Comitetul consultativ pentru termometriei. . A se vedea Dezvoltarea la scară internațională.