Што такое тэмпература? Адзінкі вымярэння тэмпературы - градусы. Тэмпература пару і газу

Кожны чалавек штодня сутыкаецца з паняццем тэмпературы. Тэрмін трывала ўвайшоў у наша паўсядзённае жыццё: мы разаграваем ў мікрахвалевай печы прадукты ці рыхтуем еду ў духавай шафе, цікавімся надвор'ем на вуліцы ці даведаемся, халодная вада ў рацэ - усё гэта цесна звязана з дадзеным паняццем. А што такое тэмпература, што азначае гэты фізічны параметр, у чым ён вымяраецца? На гэтыя і іншыя пытанні адкажам ў артыкуле.

фізічная велічыня

Давайце разгледзім, што такое тэмпература з пункту гледжання ізаляванай сістэмы, якая знаходзіцца ў тэрмадынамічнай раўнавазе. Тэрмін прыйшоў з лацінскай мовы і азначае "належны змешванне", "нармальны стан", "суразмернасць". Гэтая велічыня характарызуе стан тэрмадынамічнай раўнавагі якой-небудзь макраскапічнай сістэмы. У тым выпадку, калі ізаляваная сістэма знаходзіцца па-за раўнавагі, з цягам часу адбываецца пераход энергіі ад больш нагрэтых аб'ектаў да менш нагрэтым. У выніку атрымліваецца выраўноўванне (змяненне) тэмпературы ва ўсёй сістэме. Гэта з'яўляецца першым пастулатам (нулявым пачаткам) тэрмадынамікі.

Тэмпература вызначае размеркаванне складовых часціц сістэмы па ўзроўнях энергіі і па хуткасцях, ступень іянізацыі рэчываў, ўласцівасці раўнаважкага электрамагнітнага выпраменьвання тэл, поўную аб'ёмную шчыльнасць выпраменьвання. Так як для сістэмы, якая знаходзіцца ў тэрмадынамічнай раўнавазе, пералічаныя параметры роўныя, то іх прынята называць тэмпературай сістэмы.

плазма

Акрамя раўнаважкіх тэл, існуюць сістэмы, у якіх стан характарызуецца некалькімі значэннямі тэмпературы, ня роўнымі паміж сабой. Добрым прыкладам з'яўляецца плазма. Яна складаецца з электронаў (лёгкіх зараджаных часціц) і іёнаў (цяжкіх зараджаных часціц). Пры іх сутыкненнях адбываецца хуткая перадача энергіі ад электрона да электронных і ад іёна да іёну. А вось паміж неаднародным элементамі адбываецца павольны пераход. Плазма можа знаходзіцца ў стане, пры якім электроны і іёны паасобку блізкія да раўнавагі. У такім выпадку можна прыняць асобныя тэмпературы кожнага віду часціц. Аднак паміж сабой гэтыя параметры будуць адрознівацца.

магніты

У целах, у якіх часціцы валодаюць магнітным момантам, перадача энергіі звычайна адбываецца павольна: ад паступальных да магнітным ступеням свабоды, якія звязаны з магчымасцю змены напрамкаў моманту. Атрымліваецца, што існуюць стану, пры якіх цела характарызуецца тэмпературай, ня супадальнай з кінэтычным параметрам. Яна адпавядае паступальнаму руху элементарных часціц. Магнітная тэмпература вызначае частка ўнутранай энергіі. Яна можа быць як станоўчай, так і адмоўнай. У працэсе выраўноўвання энергія будзе перадавацца ад часціц з вялікім значэннем да часціцам з меншым значэннем тэмпературы ў тым выпадку, калі яны з'яўляюцца адначасова станоўчымі альбо адмоўнымі. У процілеглага сітуацыі гэты працэс будзе працякаць у зваротным напрамку - адмоўная тэмпература будзе "вышэй" станоўчай.

А навошта гэта трэба?

Парадокс заключаецца ў тым, што абывацелю, каб правесці працэс вымярэння як у побыце, так і ў прамысловасці, нават няма неабходнасці ведаць, што такое тэмпература. Для яго будзе дастатковым разумець, што гэта ступень нагрэць аб'екта або асяроддзя, тым больш што з гэтымі тэрмінамі мы знаёмыя з дзяцінства. Сапраўды, вялікая частка практычных прыбораў, прызначаных для вымярэння гэтага параметру, фактычна вымярае іншыя ўласцівасці рэчываў, якія змяняюцца ад узроўню нагрэву або ахладжэння. Напрыклад, ціск, электрычны супраціў, аб'ём т. Д. Далей такія паказанні ўручную або аўтаматычна пералічваюцца ў патрэбную велічыню.

Атрымліваецца, каб вызначыць тэмпературу, няма неабходнасці вывучаць фізіку. Па такім прынцыпе жыве большая частка насельніцтва нашай планеты. Калі працуе тэлевізар, то няма неабходнасці разбірацца ў пераходных працэсах паўправадніковых прыбораў, вывучаць, адкуль бярэцца электрычнасць у разетцы ці як паступае на спадарожнікавую талерку сігнал. Людзі прывыклі, што ў кожнай вобласці ёсць спецыялісты, якія змогуць паправіць або наладзіць сістэму. Абывацель не жадае напружваць свой мозг, бо куды лепш глядзець мыльную оперу або футбол па «скрыні», пацягваючы халоднае піва.

А я хачу ведаць

Але ёсць людзі, часцей за ўсё гэта студэнты, якія альбо ў меру сваёй дапытлівасці, альбо па неабходнасці вымушаныя вывучаць фізіку і вызначаць, што такое тэмпература на самай справе. У выніку ў сваім пошуку яны трапляюць у нетры тэрмадынамікі і вывучаюць яе нулявы, першы і другі законы. Акрамя таго, дапытлівых розуму прыйдзецца спасцігнуць цыклы Карно і энтрапію. І ў канцы свайго шляху ён напэўна прызнае, што вызначэнне тэмпературы ў якасці параметру зварачальным цеплавой сістэмы, якая не залежыць ад тыпу працоўнага рэчывы, не дадасць яснасці ў адчуванне гэтага паняцця. І ўсё роўна бачнай часткай будуць прынятыя міжнароднай сістэмай адзінак (СІ) нейкія градусы.

Тэмпература як кінэтычная энергія

Больш "адчуваюцца" з'яўляецца падыход, які называюць малекулярна-кінетычнай тэорыяй. З яго фармуецца ўяўленне таго, што цеплыня разглядаецца ў якасці адной з формаў энергіі. Напрыклад, кінэтычная энергія малекул і атамаў, параметр, асераднёны па велізарнаму ліку хаатычна рухаюцца часціц, аказваецца меркай таго, што прынята называць тэмпературай цела. Так, часціцы нагрэтай сістэмы рухаюцца хутчэй, чым халоднай.

Паколькі разгляданы тэрмін цесна звязаны з усярэдненай кінэтычнай энергіяй групы часціц, было б цалкам натуральным у якасці адзінкі вымярэння тэмпературы выкарыстоўваць джоўль. Тым не менш гэтага не адбываецца, што тлумачыцца тым, што энергія цеплавога руху элементарных часціц вельмі малая ў адносінах да джоўль. Таму выкарыстанне яго няёмка. Цеплавы рух вымераюць у адзінках, атрыманых з джоулей пасродкам адмысловага пераводнага каэфіцыента.

Адзінкі вымярэння тэмпературы

На сённяшні дзень выкарыстоўваецца тры асноўных адзінкі для адлюстравання гэтага параметру. У нашай краіне тэмпературу прынята вызначаць у градусах па Цэльсіі. У аснове гэтай адзінкі вымярэння ляжыць кропка зацвярдзення вады - абсалютнае значэнне. Яна з'яўляецца пачаткам адліку. Гэта значыць тэмпература вады, пры якой пачынае ўтварацца лёд, з'яўляецца банкрутам. У дадзеным выпадку вада служыць ўзорным меркай. Гэта ўмоўнае значэнне было прынята для выгоды. Другім абсалютным значэннем з'яўляецца тэмпература пару, то ёсць момант, калі вада з вадкага стану пераходзіць у газападобнае.

Наступнай адзінкай з'яўляюцца градусы па Кельвіне. Пачаткам адліку гэтай сістэмы прынята лічыць кропку абсалютнага нуля. Так, адзін градус Кельвіна роўны аднаму градусу Цэльсія. Адрозненнем з'яўляецца толькі пачатак адліку. Атрымліваем, што нуль па Кельвіне будзе роўны мінус 273,16 градусаў па Цэльсіі. У 1954 годзе на Генеральнай канферэнцыі па мерах і вагам было вырашана замяніць тэрмін «градус Кельвіна» для адзінкі тэмпературы на «кельвін».

Трэцяй агульнапрынятай адзінкай вымярэння з'яўляюцца градусы Фарэнгейта. Да 1960 года яны шырока выкарыстоўваліся ва ўсіх англамоўных краінах. Аднак і сёння ў побыце ў ЗША выкарыстоўваюць гэтую адзінку. Сістэма ў корані адрозніваецца ад апісаных вышэй. За пачатак адліку прынятая тэмпература замярзання сумесі солі, нашатыру і вады ў прапорцыі 1: 1: 1. Так, на шкале Фарэнгейта кропка замярзання вады роўная плюс 32 градуса, а кіпення - плюс 212 градусаў. У гэтай сістэме адзін градус роўны 1/180 рознасці гэтых тэмператур. Так, дыяпазон ад 0 да +100 градусаў па Фарэнгейце адпавядае дыяпазону ад -18 да +38 па Цэльсію.

Абсалютны нуль тэмпературы

Давайце разбярэмся, што азначае гэты параметр. Абсалютным нулём называюць значэнне лімітавай тэмпературы, пры якой ціск ідэальнага газу звернецца ў нуль пры фіксаваным аб'ёме. Гэта самае нізкае значэнне ў прыродзе. Як прадказваў Міхайла Ламаносаў, «гэта найбольшая або апошняя ступень холаду». З гэтага вынікае хімічны закон Авагадра: у роўных аб'ёмах газаў пры ўмове аднолькавай тэмпературы і ціску ўтрымліваецца аднолькавая колькасць малекул. Што з гэтага вынікае? Існуе мінімальная тэмпература газу, пры якой яго ціск альбо аб'ём звернуцца ў нуль. Гэтая абсалютная велічыня адпавядае нуля па Кельвіне, або 273 градусам па Цэльсіі.

Некалькі цікавых фактаў пра Сонечнай сістэме

Тэмпература на паверхні Сонца дасягае 5700 кельвінаў, а ў цэнтры ядра - 15 мільёнаў кельвінаў. Планеты Сонечнай сістэмы моцна адрозніваюцца адзін ад аднаго па ўзроўні нагрэву. Так, тэмпература ядра нашай Зямлі складае прыкладна столькі ж, колькі на паверхні Сонца. Самай гарачай планетай лічыцца Юпітэр. Тэмпература ў цэнтры яго ядра ў пяць разоў вышэй, чым на паверхні Сонца. А вось самае нізкае значэнне параметру зафіксавалі на паверхні Месяца - яно склала ўсяго 30 кельвінаў. Гэта значэнне нават ніжэй, чым на паверхні Плутона.

Факты аб Зямлі

1. Самае высокае значэнне тэмпературы, якое зафіксаваў чалавек, склала 4 мільярды градусаў па Цэльсіі. Гэтая велічыня ў 250 разоў перавышае тэмпературу ядра Сонца. Рэкорд пастаўлены Нью-Йоркскай натуральнай лабараторыяй Брукхэвен ў іённым коллайдере, даўжыня якога складае каля 4 кіламетраў.

2. Тэмпература на нашай планеце таксама не заўсёды ідэальная і камфортная. Напрыклад, у горадзе Верхноянске ў Якуціі тэмпература ў зімовы перыяд апускаецца да мінус 45 градусаў па Цэльсіі. А вось у эфіёпскім горадзе Даллол зваротная сітуацыя. Там сярэднегадавая тэмпература складае плюс 34 градуса.

3. Самыя экстрэмальныя ўмовы, пры якіх працуюць людзі, зафіксаваныя ў залатых шахтах у Паўднёвай Афрыцы. Шахцёры працуюць на глыбіні трох кіламетраў пры тэмпературы плюс 65 градусаў па Цэльсіі.