Hver person står over for begrebet temperatur hver dag. Udtrykket er kommet solidt ind i vores daglige liv: vi varmer mad i mikrobølgeovnen eller laver mad i ovnen, vi er interesserede i vejret udenfor eller finder ud af, om vandet i floden er koldt - alt dette er tæt forbundet med dette koncept. Og hvad er temperatur, hvad betyder denne fysiske parameter, på hvilken måde måles den? Vi vil besvare disse og andre spørgsmål i artiklen.
Fysisk mængde
Lad os overveje, hvad temperatur er set fra et isoleret system i termodynamisk ligevægt. Udtrykket kommer fra det latinske sprog og betyder "korrekt blanding", "normal tilstand", "proportionalitet". Denne værdi karakteriserer tilstanden af termodynamisk ligevægt i ethvert makroskopisk system. I det tilfælde, hvor et isoleret system er ude af ligevægt, sker der over tid en overgang af energi fra mere opvarmede genstande til mindre opvarmede. Resultatet er en udligning (ændring) af temperaturen i hele systemet. Dette er termodynamikkens første postulat (nulprincippet).
Temperaturen bestemmerfordeling af systemets bestanddele efter energiniveauer og hastigheder, graden af ionisering af stoffer, egenskaberne ved den elektromagnetiske ligevægtsstråling af kroppe, den totale volumetriske tæthed af stråling. Da de anførte parametre er ens for et system, der er i termodynamisk ligevægt, kaldes de norm alt for systemets temperatur.
Plasma
Udover ligevægtslegemer er der systemer, hvor tilstanden er karakteriseret ved flere temperaturværdier, der ikke er ens med hinanden. Plasma er et godt eksempel. Den består af elektroner (lette ladede partikler) og ioner (tungt ladede partikler). Når de kolliderer, overføres energi hurtigt fra elektron til elektron og fra ion til ion. Men mellem heterogene elementer er der en langsom overgang. Plasmaet kan være i en tilstand, hvor elektronerne og ionerne individuelt er tæt på ligevægt. I dette tilfælde kan der tages separate temperaturer for hver slags partikler. Disse parametre vil dog adskille sig fra hinanden.
magneter
I legemer, hvor partikler har et magnetisk moment, sker energioverførslen som regel langsomt: fra translationelle til magnetiske frihedsgrader, som er forbundet med muligheden for at ændre øjeblikkets retninger. Det viser sig, at der er tilstande, hvor kroppen er karakteriseret ved en temperatur, der ikke falder sammen med den kinetiske parameter. Det svarer til den translationelle bevægelse af elementarpartikler. Magnetisk temperatur bestemmer en del af den indre energi. Det kan enten være positivt ellernegativ. Under justeringsprocessen vil energi blive overført fra partikler med en højere værdi til partikler med en lavere temperaturværdi, hvis de er både positive eller negative. Ellers vil denne proces fortsætte i den modsatte retning - den negative temperatur vil være "højere" end den positive.
Hvorfor er dette nødvendigt?
Det paradoksale ligger i, at den gennemsnitlige person, for at udføre måleprocessen både i hverdagen og i industrien, ikke engang behøver at vide, hvad temperatur er. Det vil være tilstrækkeligt for ham at forstå, at dette er graden af opvarmning af en genstand eller et miljø, især da vi har været bekendt med disse udtryk siden barndommen. Faktisk måler de fleste af de praktiske enheder designet til at måle denne parameter faktisk andre egenskaber af stoffer, der ændrer sig med niveauet af opvarmning eller afkøling. For eksempel tryk, elektrisk modstand, volumen osv. Yderligere konverteres sådanne aflæsninger manuelt eller automatisk til den ønskede værdi.
Det viser sig, at det ikke er nødvendigt at studere fysik for at bestemme temperaturen. Det meste af vores planets befolkning lever efter dette princip. Hvis tv'et er tændt, er der ingen grund til at forstå de forbigående processer af halvlederenheder, for at studere, hvor elektriciteten kommer fra i stikkontakten, eller hvordan signalet ankommer til parabolen. Folk er vant til, at der på alle områder er specialister, der kan rette eller fejlrette systemet. Lægmanden ønsker ikke at anstrenge sin hjerne, for hvor er det bedre at se en sæbeopera eller fodbold på "boksen", mens han nipperkolde øl.
Jeg vil gerne vide
Men der er mennesker, oftest studerende, som enten i deres nysgerrighed eller af nødvendighed er tvunget til at studere fysik og bestemme, hvad temperatur egentlig er. Som et resultat falder de i deres søgen ind i termodynamikkens vildmark og studerer dens nul, første og anden lov. Derudover vil et nysgerrigt sind være nødt til at forstå Carnot-cyklusser og entropi. Og i slutningen af sin rejse vil han helt sikkert indrømme, at definitionen af temperatur som en parameter for et reversibelt termisk system, som ikke afhænger af typen af arbejdsstof, ikke vil tilføje klarhed til følelsen af dette koncept. Og alligevel vil den synlige del være nogle grader accepteret af det internationale system af enheder (SI).
Temperatur som kinetisk energi
Mere "håndgribelig" er den tilgang, der kaldes molekylær-kinetisk teori. Det danner ideen om, at varme betragtes som en af energiformerne. For eksempel viser den kinetiske energi af molekyler og atomer, en parameter beregnet i gennemsnit over et stort antal tilfældigt bevægende partikler, sig at være et mål for det, der almindeligvis kaldes temperaturen af et legeme. Således bevæger partiklerne i et opvarmet system sig hurtigere end et koldt.
Da det betragtede udtryk er tæt forbundet med den gennemsnitlige kinetiske energi for en gruppe partikler, ville det være helt naturligt at bruge joule som en temperaturenhed. Dette sker dog ikke, hvilket forklares af det faktum, at energien af termisk bevægelse af elementærepartikler er meget små i forhold til joule. Derfor er det ubelejligt at bruge det. Termisk bevægelse måles i enheder afledt af joule ved hjælp af en særlig omregningsfaktor.
Temperaturenheder
I dag bruges tre grundlæggende enheder til at vise denne parameter. I vores land måles temperaturen norm alt i grader Celsius. Denne måleenhed er baseret på vands frysepunkt - en absolut værdi. Hun er udgangspunktet. Det vil sige, at temperaturen på vandet, hvor isen begynder at dannes, er nul. I dette tilfælde tjener vand som en eksemplarisk foranst altning. Denne konvention er vedtaget for nemheds skyld. Den anden absolutte værdi er damptemperaturen, det vil sige det øjeblik, hvor vandet skifter fra flydende til gasform.
Den næste enhed er Kelvin. Referencepunktet for dette system anses for at være det absolutte nulpunkt. Så en grad Kelvin er lig med en grad Celsius. Forskellen er kun begyndelsen af nedtællingen. Vi får, at nul i Kelvin vil være lig med minus 273,16 grader Celsius. I 1954 blev det ved generalkonferencen om vægte og mål besluttet at erstatte udtrykket "grad Kelvin" for temperaturenheden med "kelvin".
Den tredje almindelige måleenhed er Fahrenheit. Indtil 1960 var de meget brugt i alle engelsktalende lande. Men i dag i hverdagen i USA bruger denne enhed. Systemet er fundament alt anderledes end dem, der er beskrevet ovenfor. Taget som udgangspunktfrysepunkt for en blanding af s alt, ammoniak og vand i forholdet 1:1:1. Så på Fahrenheit-skalaen er vandets frysepunkt plus 32 grader, og kogepunktet er plus 212 grader. I dette system er en grad lig med 1/180 af forskellen mellem disse temperaturer. Så området fra 0 til +100 grader Fahrenheit svarer til området fra -18 til +38 Celsius.
Absolut nultemperatur
Lad os forstå, hvad denne parameter betyder. Absolut nul er den begrænsende temperatur, ved hvilken trykket af en ideel gas forsvinder ved et fast volumen. Dette er den laveste værdi i naturen. Som Mikhailo Lomonosov forudsagde, "dette er den største eller sidste grad af kulde." Avogadros kemiske lov følger heraf: lige store mængder gasser ved samme temperatur og tryk indeholder det samme antal molekyler. Hvad følger deraf? Der er en minimumstemperatur for en gas, hvorved dens tryk eller volumen forsvinder. Denne absolutte værdi svarer til nul Kelvin eller 273 grader Celsius.
Nogle interessante fakta om solsystemet
Temperaturen på Solens overflade når 5700 Kelvin, og i midten af kernen - 15 millioner Kelvin. Solsystemets planeter er meget forskellige fra hinanden med hensyn til niveauet af opvarmning. Så temperaturen på vores Jords kerne er omtrent den samme som på Solens overflade. Jupiter anses for at være den varmeste planet. Temperaturen i centrum af dens kerne er fem gange højere end ved Solens overflade. Og her er den laveste værdi af parameterenoptaget på månens overflade - det var kun 30 kelvin. Denne værdi er endnu lavere end på overfladen af Pluto.
Jordfakta
1. Den højeste temperatur registreret af en person var 4 milliarder grader Celsius. Denne værdi er 250 gange højere end temperaturen i Solens kerne. Rekorden blev sat af New York Brookhaven Natural Laboratory i ionkollideren, som er omkring 4 kilometer lang.
2. Temperaturen på vores planet er heller ikke altid ideel og behagelig. For eksempel i byen Verkhnoyansk i Yakutia falder temperaturen om vinteren til minus 45 grader Celsius. Men i den etiopiske by Dallol er situationen vendt. Der er den gennemsnitlige årlige temperatur plus 34 grader.
3. De mest ekstreme forhold, som folk arbejder under, er registreret i guldminer i Sydafrika. Minearbejdere arbejder i tre kilometers dybde ved en temperatur på plus 65 grader Celsius.
