Varje person ställs inför begreppet temperatur varje dag. Termen har kommit in i vårt dagliga liv: vi värmer mat i mikrovågsugnen eller lagar mat i ugnen, vi är intresserade av vädret utanför eller ta reda på om vattnet i floden är kallt - allt detta är nära relaterat till detta koncept. Och vad är temperatur, vad betyder denna fysiska parameter, på vilket sätt mäts den? Vi kommer att svara på dessa och andra frågor i artikeln.
Fysisk kvantitet
Låt oss överväga vad temperaturen är ur ett isolerat system i termodynamisk jämvikts synvinkel. Termen kommer från det latinska språket och betyder "korrekt blandning", "norm altillstånd", "proportionalitet". Detta värde kännetecknar tillståndet för termodynamisk jämvikt i vilket makroskopiskt system som helst. I fallet när ett isolerat system är ur jämvikt sker över tid en övergång av energi från mer uppvärmda föremål till mindre uppvärmda. Resultatet är en utjämning (förändring) av temperaturen i hela systemet. Detta är termodynamikens första postulat (nollprincipen).
Temperaturen avgörfördelning av systemets ingående partiklar efter energinivåer och hastigheter, graden av jonisering av ämnen, egenskaperna hos kroppars elektromagnetiska jämviktsstrålning, strålningens totala volymetriska täthet. Eftersom de listade parametrarna är lika för ett system som är i termodynamisk jämvikt, kallas de vanligtvis för systemets temperatur.
Plasma
Förutom jämviktskroppar finns det system där tillståndet kännetecknas av flera temperaturvärden som inte är lika med varandra. Plasma är ett bra exempel. Den består av elektroner (lätt laddade partiklar) och joner (tunga laddade partiklar). När de kolliderar överförs energi snabbt från elektron till elektron och från jon till jon. Men mellan heterogena element sker en långsam övergång. Plasman kan vara i ett tillstånd där elektronerna och jonerna individuellt är nära jämvikt. I detta fall kan separata temperaturer för varje sorts partiklar tas. Dessa parametrar kommer dock att skilja sig från varandra.
Magnet
I kroppar där partiklar har ett magnetiskt moment sker energiöverföringen vanligtvis långsamt: från translationella till magnetiska frihetsgrader, som är förknippade med möjligheten att ändra ögonblickets riktningar. Det visar sig att det finns tillstånd där kroppen kännetecknas av en temperatur som inte sammanfaller med den kinetiska parametern. Det motsvarar elementarpartiklarnas translationella rörelse. Magnetisk temperatur bestämmer en del av den inre energin. Det kan vara antingen positivt ellernegativ. Under inriktningsprocessen kommer energi att överföras från partiklar med ett högre värde till partiklar med ett lägre temperaturvärde om de är både positiva eller negativa. Annars kommer denna process att fortsätta i motsatt riktning - den negativa temperaturen kommer att vara "högre" än den positiva.
Varför är detta nödvändigt?
Det paradoxala ligger i att den genomsnittliga människan, för att kunna utföra mätprocessen både i vardagen och i industrin, inte ens behöver veta vad temperatur är. Det kommer att vara tillräckligt för honom att förstå att detta är graden av uppvärmning av ett föremål eller miljö, särskilt eftersom vi har varit bekanta med dessa termer sedan barndomen. Faktum är att de flesta av de praktiska enheterna som är utformade för att mäta denna parameter faktiskt mäter andra egenskaper hos ämnen som förändras med nivån av uppvärmning eller kylning. Till exempel tryck, elektriskt motstånd, volym, etc. Vidare konverteras sådana avläsningar manuellt eller automatiskt till önskat värde.
Det visar sig att det inte finns något behov av att studera fysik för att bestämma temperaturen. De flesta av befolkningen på vår planet lever efter denna princip. Om TV:n är på, så finns det inget behov av att förstå de transienta processerna för halvledarenheter, att studera var elektriciteten kommer ifrån i uttaget eller hur signalen kommer till parabolantennen. Folk är vana vid att det inom alla områden finns specialister som kan fixa eller felsöka systemet. Lekmannen vill inte anstränga sin hjärna, för var är det bättre att titta på en såpopera eller fotboll på "lådan" medan han smuttarkall öl.
Jag vill veta
Men det finns människor, oftast studenter, som, antingen av sin nyfikenhet eller av nödvändighet, tvingas studera fysik och avgöra vad temperatur verkligen är. Som ett resultat faller de i termodynamikens vildmark i sitt sökande och studerar dess noll, första och andra lag. Dessutom måste ett nyfiket sinne förstå Carnot-cykler och entropi. Och i slutet av sin resa kommer han säkert att erkänna att definitionen av temperatur som en parameter för ett reversibelt termiskt system, som inte beror på typen av arbetssubstans, inte kommer att ge klarhet till känslan av detta koncept. Och ändå, den synliga delen kommer att vara vissa grader som accepteras av det internationella enhetssystemet (SI).
Temperatur som kinetisk energi
Mer "påtaglig" är det tillvägagångssätt som kallas molekylär-kinetisk teori. Det bildar idén att värme betraktas som en av energiformerna. Till exempel visar sig den kinetiska energin hos molekyler och atomer, en parameter som snittas över ett stort antal slumpmässigt rörliga partiklar, vara ett mått på vad som vanligtvis kallas en kropps temperatur. Således rör sig partiklarna i ett uppvärmt system snabbare än ett kallt.
Eftersom termen i fråga är nära relaterad till den genomsnittliga kinetiska energin för en grupp partiklar, skulle det vara ganska naturligt att använda joule som en enhet för temperatur. Men detta händer inte, vilket förklaras av det faktum att energin av termisk rörelse av elementärapartiklar är mycket små i förhållande till joule. Därför är användningen obekväm. Termisk rörelse mäts i enheter härledda från joule med hjälp av en speciell omvandlingsfaktor.
Temperature units
Idag används tre grundläggande enheter för att visa denna parameter. I vårt land mäts temperaturen vanligtvis i grader Celsius. Denna måttenhet är baserad på vattnets fryspunkt - ett absolut värde. Hon är utgångspunkten. Det vill säga temperaturen på vattnet där is börjar bildas är noll. I detta fall tjänar vatten som en exemplarisk åtgärd. Denna konvention har antagits för enkelhetens skull. Det andra absoluta värdet är ångtemperaturen, det vill säga det ögonblick då vattnet övergår från flytande till gasformigt tillstånd.
Nästa enhet är Kelvin. Referenspunkten för detta system anses vara den absoluta nollpunkten. Så en grad Kelvin är lika med en grad Celsius. Skillnaden är bara början på nedräkningen. Vi får att noll i Kelvin blir lika med minus 273,16 grader Celsius. År 1954, vid generalkonferensen om vikter och mått, beslutades det att ersätta termen "grad Kelvin" för enheten för temperatur med "kelvin".
Den tredje vanliga måttenheten är Fahrenheit. Fram till 1960 användes de flitigt i alla engelsktalande länder. Men idag i vardagen i USA använder denna enhet. Systemet skiljer sig i grunden från de som beskrivits ovan. Tas som utgångspunktfryspunkten för en blandning av s alt, ammoniak och vatten i förhållandet 1:1:1. Så på Fahrenheit-skalan är vattnets fryspunkt plus 32 grader, och kokpunkten är plus 212 grader. I detta system är en grad lika med 1/180 av skillnaden mellan dessa temperaturer. Så intervallet från 0 till +100 grader Fahrenheit motsvarar intervallet från -18 till +38 Celsius.
Absolut nolltemperatur
Låt oss förstå vad den här parametern betyder. Absolut noll är den begränsningstemperatur vid vilken trycket hos en idealgas försvinner vid en fast volym. Detta är det lägsta värdet i naturen. Som Mikhailo Lomonosov förutspådde, "det här är den största eller sista graden av kyla." Avogadros kemiska lag följer av detta: lika volymer gaser vid samma temperatur och tryck innehåller samma antal molekyler. Vad följer av detta? Det finns en lägsta temperatur för en gas vid vilken dess tryck eller volym försvinner. Detta absoluta värde motsvarar noll Kelvin, eller 273 grader Celsius.
Några intressanta fakta om solsystemet
Temperaturen på solens yta når 5700 Kelvin, och i mitten av kärnan - 15 miljoner Kelvin. Solsystemets planeter skiljer sig mycket från varandra när det gäller uppvärmningsnivån. Så temperaturen på vår jords kärna är ungefär densamma som på solens yta. Jupiter anses vara den hetaste planeten. Temperaturen i centrum av dess kärna är fem gånger högre än vid solens yta. Och här är det lägsta värdet på parameternregistrerades på månens yta - det var bara 30 kelvin. Detta värde är ännu lägre än på Plutos yta.
Jordfakta
1. Den högsta temperaturen som registrerats av en person var 4 miljarder grader Celsius. Detta värde är 250 gånger högre än temperaturen i solens kärna. Rekordet sattes av New York Brookhaven Natural Laboratory i jonkollideren, som är cirka 4 kilometer lång.
2. Temperaturen på vår planet är inte heller alltid idealisk och behaglig. Till exempel, i staden Verkhnoyansk i Yakutia, sjunker temperaturen på vintern till minus 45 grader Celsius. Men i den etiopiska staden Dallol är situationen den omvända. Där är den genomsnittliga årstemperaturen plus 34 grader.
3. De mest extrema förhållanden som människor arbetar under finns registrerade i guldgruvor i Sydafrika. Gruvarbetare arbetar på tre kilometers djup vid en temperatur på plus 65 grader Celsius.
