Hver person står overfor begrepet temperatur hver dag. Begrepet har kommet godt inn i vårt daglige liv: vi varmer mat i mikrobølgeovnen eller lager mat i ovnen, vi er interessert i været ute eller finner ut om vannet i elven er kaldt - alt dette er nært knyttet til dette konseptet. Og hva er temperatur, hva betyr denne fysiske parameteren, på hvilken måte måles den? Vi vil svare på disse og andre spørsmål i artikkelen.
Fysisk mengde
La oss vurdere hva temperatur er fra synspunktet til et isolert system i termodynamisk likevekt. Begrepet kommer fra det latinske språket og betyr "riktig blanding", "normal tilstand", "proporsjonalitet". Denne verdien karakteriserer tilstanden til termodynamisk likevekt til ethvert makroskopisk system. I tilfellet når et isolert system er ute av likevekt, skjer det over tid en overgang av energi fra mer oppvarmede gjenstander til mindre oppvarmede. Resultatet er en utjevning (endring) av temperaturen i hele systemet. Dette er termodynamikkens første postulat (nullprinsippet).
Temperaturen bestemmerfordeling av systemets bestanddeler etter energinivåer og hastigheter, graden av ionisering av stoffer, egenskapene til likevekts elektromagnetisk stråling av legemer, den totale volumetriske tettheten av stråling. Siden for et system som er i termodynamisk likevekt er de listede parameterne like, kalles de vanligvis systemets temperatur.
Plasma
Foruten likevektslegemer, er det systemer der tilstanden er preget av flere temperaturverdier som ikke er like med hverandre. Plasma er et godt eksempel. Den består av elektroner (lette ladede partikler) og ioner (tungladede partikler). Når de kolliderer, overføres energi raskt fra elektron til elektron og fra ion til ion. Men mellom heterogene elementer er det en langsom overgang. Plasmaet kan være i en tilstand der elektronene og ionene individuelt er nær likevekt. I dette tilfellet kan separate temperaturer for hver type partikler tas. Disse parameterne vil imidlertid avvike fra hverandre.
Magnet
I legemer der partikler har et magnetisk moment, skjer energioverføringen vanligvis sakte: fra translasjons- til magnetiske frihetsgrader, som er assosiert med muligheten for å endre øyeblikkets retninger. Det viser seg at det er tilstander der kroppen er preget av en temperatur som ikke sammenfaller med den kinetiske parameteren. Det tilsvarer translasjonsbevegelsen til elementærpartikler. Magnetisk temperatur bestemmer en del av den indre energien. Det kan enten være positivt ellernegativ. Under opprettingsprosessen vil energi overføres fra partikler med høyere verdi til partikler med lavere temperaturverdi dersom de er både positive eller negative. Ellers vil denne prosessen fortsette i motsatt retning - den negative temperaturen vil være "høyere" enn den positive.
Hvorfor er dette nødvendig?
Det paradoksale ligger i at gjennomsnittsmennesket, for å gjennomføre måleprosessen både i hverdagen og i industrien, ikke en gang trenger å vite hva temperatur er. Det vil være tilstrekkelig for ham å forstå at dette er graden av oppvarming av et objekt eller miljø, spesielt siden vi har vært kjent med disse begrepene siden barndommen. Faktisk, de fleste av de praktiske enhetene designet for å måle denne parameteren måler faktisk andre egenskaper til stoffer som endres med nivået av oppvarming eller avkjøling. For eksempel trykk, elektrisk motstand, volum osv. Videre blir slike avlesninger manuelt eller automatisk konvertert til ønsket verdi.
Det viser seg at for å bestemme temperaturen, er det ikke nødvendig å studere fysikk. De fleste av befolkningen på planeten vår lever etter dette prinsippet. Hvis TV-en er på, er det ikke nødvendig å forstå de forbigående prosessene til halvlederenheter, for å studere hvor strømmen kommer fra i stikkontakten eller hvordan signalet kommer til parabolantennen. Folk er vant til at på alle felt er det spesialister som kan fikse eller feilsøke systemet. Lekmannen vil ikke anstrenge hjernen sin, for hvor er det bedre å se en såpeopera eller fotball på "boksen" mens du nipperkald øl.
Jeg vil vite
Men det er mennesker, som oftest studenter, som enten av nysgjerrighet eller av nødvendighet blir tvunget til å studere fysikk og finne ut hva temperatur egentlig er. Som et resultat faller de inn i termodynamikkens villmark i søket og studerer dens null, første og andre lov. I tillegg vil et nysgjerrig sinn måtte forstå Carnot-sykluser og entropi. Og på slutten av reisen vil han sikkert innrømme at definisjonen av temperatur som en parameter for et reversibelt termisk system, som ikke er avhengig av typen arbeidsstoff, ikke vil gi klarhet til følelsen av dette konseptet. Og likevel, den synlige delen vil være noen grader akseptert av det internasjonale enhetssystemet (SI).
Temperatur som kinetisk energi
Mer "håndgripelig" er tilnærmingen som kalles molekylær-kinetisk teori. Det danner ideen om at varme regnes som en av energiformene. For eksempel viser den kinetiske energien til molekyler og atomer, en parameter gjennomsnittlig over et stort antall tilfeldig bevegelige partikler, seg å være et mål på det som vanligvis kalles temperaturen til en kropp. Dermed beveger partiklene i et oppvarmet system seg raskere enn et kaldt.
Siden begrepet under vurdering er nært knyttet til den gjennomsnittlige kinetiske energien til en gruppe partikler, vil det være ganske naturlig å bruke joule som en enhet for temperatur. Dette skjer imidlertid ikke, noe som forklares av det faktum at energien til termisk bevegelse av elementærpartikler er veldig små i forhold til joule. Derfor er bruken upraktisk. Termisk bevegelse måles i enheter utledet fra joule ved hjelp av en spesiell omregningsfaktor.
Temperature units
I dag brukes tre grunnleggende enheter for å vise denne parameteren. I vårt land måles temperaturen vanligvis i grader Celsius. Denne måleenheten er basert på frysepunktet til vann - en absolutt verdi. Hun er utgangspunktet. Det vil si at temperaturen på vannet der is begynner å dannes er null. I dette tilfellet tjener vann som et eksemplarisk tiltak. Denne konvensjonen er vedtatt for enkelhets skyld. Den andre absolutte verdien er damptemperaturen, det vil si øyeblikket når vannet endrer seg fra flytende til gassform.
Neste enhet er Kelvin. Referansepunktet til dette systemet anses å være det absolutte nullpunktet. Så én grad Kelvin er lik én grad Celsius. Forskjellen er bare begynnelsen på nedtellingen. Vi får at null i Kelvin vil være lik minus 273,16 grader Celsius. I 1954, på generalkonferansen om vekter og mål, ble det besluttet å erstatte begrepet "grad Kelvin" for temperaturenheten med "kelvin".
Den tredje vanlige måleenheten er Fahrenheit. Fram til 1960 var de mye brukt i alle engelsktalende land. Men i dag i hverdagen i USA bruker denne enheten. Systemet er fundament alt forskjellig fra de som er beskrevet ovenfor. Tatt som utgangspunktfrysepunktet for en blanding av s alt, ammoniakk og vann i forholdet 1:1:1. Så, på Fahrenheit-skalaen, er frysepunktet for vann pluss 32 grader, og kokepunktet er pluss 212 grader. I dette systemet er en grad lik 1/180 av forskjellen mellom disse temperaturene. Så området fra 0 til +100 grader Fahrenheit tilsvarer området fra -18 til +38 Celsius.
Absolutt nulltemperatur
La oss forstå hva denne parameteren betyr. Absolutt null er den begrensende temperaturen der trykket til en ideell gass forsvinner ved et fast volum. Dette er den laveste verdien i naturen. Som Mikhailo Lomonosov spådde, "dette er den største eller siste kuldegraden." Avogadros kjemiske lov følger av dette: like store mengder gasser ved samme temperatur og trykk inneholder samme antall molekyler. Hva følger av dette? Det er en minimumstemperatur for en gass der trykket eller volumet forsvinner. Denne absolutte verdien tilsvarer null Kelvin, eller 273 grader Celsius.
Noen interessante fakta om solsystemet
Temperaturen på overflaten av solen når 5700 Kelvin, og i sentrum av kjernen - 15 millioner Kelvin. Planetene i solsystemet er svært forskjellige fra hverandre når det gjelder oppvarmingsnivået. Så temperaturen på jordens kjerne er omtrent den samme som på overflaten av solen. Jupiter regnes som den varmeste planeten. Temperaturen i sentrum av kjernen er fem ganger høyere enn på overflaten av solen. Og her er den laveste verdien av parameterenregistrert på overflaten av månen - det var bare 30 kelvin. Denne verdien er enda lavere enn på overflaten av Pluto.
Jordfakta
1. Den høyeste temperaturen registrert av en person var 4 milliarder grader Celsius. Denne verdien er 250 ganger høyere enn temperaturen til solens kjerne. Rekorden ble satt av New York Brookhaven Natural Laboratory i ionekollideren, som er omtrent 4 kilometer lang.
2. Temperaturen på planeten vår er heller ikke alltid ideell og behagelig. For eksempel, i byen Verkhnoyansk i Yakutia, synker temperaturen om vinteren til minus 45 grader Celsius. Men i den etiopiske byen Dallol er situasjonen snudd. Der er gjennomsnittlig årstemperatur pluss 34 grader.
3. De mest ekstreme forholdene folk jobber under er registrert i gullgruver i Sør-Afrika. Gruvearbeidere jobber på tre kilometers dyp ved en temperatur på pluss 65 grader Celsius.
