Temperatūra ir jos savybės. Temperatūros skalių palyginimas

Istorija

Žodis „temperatūra“ atsirado tais laikais, kai žmonės tikėjo, kad įkaitintuose kūnuose yra didesnis kiekis specialios medžiagos – kalorijų nei mažiau įkaitintuose. Todėl temperatūra buvo suvokiama kaip kūno medžiagos ir kalorijų mišinio stiprumas. Dėl šios priežasties alkoholinių gėrimų stiprumo ir temperatūros matavimo vienetai vadinami vienodai – laipsniais.

Kadangi temperatūra yra molekulių kinetinė energija, aišku, kad natūraliausia ją matuoti energijos vienetais (t.y. SI sistemoje džauliais). Tačiau temperatūros matavimas pradėtas dar gerokai anksčiau nei buvo sukurta molekulinė kinetinė teorija, todėl praktinės svarstyklės temperatūrą matuoja įprastiniais vienetais – laipsniais.

Kelvino skalė

Termodinamika naudoja Kelvino skalę, kurioje temperatūra matuojama nuo absoliutaus nulio (būsenos, atitinkančios mažiausią teoriškai galimą kūno vidinę energiją), o vienas kelvinas yra lygus 1/273,16 atstumo nuo absoliutaus nulio iki trigubo taško. vanduo (būsena, kurioje ledo, vandens ir vandens poros yra pusiausvyroje). Boltzmanno konstanta naudojama kelvinams paversti energijos vienetais. Taip pat naudojami išvestiniai vienetai: kilokelvinas, megakelvinas, milikelvinas ir kt.

Celsijaus

Kasdieniame gyvenime naudojama Celsijaus skalė, kurioje 0 – vandens užšalimo temperatūra, o 100° – vandens virimo temperatūra esant atmosferos slėgiui. Kadangi vandens užšalimo ir virimo taškai nėra tiksliai apibrėžti, Celsijaus skalė šiuo metu apibrėžiama naudojant Kelvino skalę: Celsijaus laipsnis yra lygus kelvinui, absoliutus nulis laikomas –273,15 °C. Celsijaus skalė yra praktiškai labai patogi, nes vanduo mūsų planetoje yra labai paplitęs ir juo remiasi mūsų gyvybė. Nulis Celsijaus yra ypatingas meteorologijos taškas, nes atmosferos vandens užšalimas viską labai pakeičia.

Farenheito

Anglijoje ir ypač JAV naudojama Farenheito skalė. Ši skalė padalija intervalą nuo šalčiausios žiemos mieste, kuriame gyveno Farenheito laipsniai, iki žmogaus kūno temperatūros į 100 laipsnių. Nulis laipsnių Celsijaus yra 32 laipsniai pagal Farenheitą, o Farenheito laipsnis yra 5/9 laipsnių Celsijaus.

Dabartinė Farenheito skalės apibrėžtis yra tokia: tai temperatūros skalė, kurioje 1 laipsnis (1 °F) yra lygus 1/180 skirtumo tarp vandens virimo temperatūros ir ledo lydymosi temperatūros esant atmosferos slėgiui, ir ledo lydymosi temperatūra yra +32 °F. Farenheito temperatūra yra susijusi su Celsijaus temperatūra (t °C) santykiu t °C = 5/9 (t °F - 32), tai yra, temperatūros pokytis 1 °F atitinka 5/9 ° pokytį. C. G. Farenheito pasiūlytas 1724 m.

Reaumur skalė

1730 m. pasiūlė R. A. Reaumuras, aprašęs jo išrastą alkoholio termometrą.

Matavimo vienetas yra Reaumur laipsnis (°R), 1°R yra lygus 1/80 temperatūros intervalo tarp atskaitos taškų – ledo lydymosi temperatūros (0°R) ir vandens virimo temperatūros (80°R).

1 °R = 1,25 °C.

Šiuo metu skalė nebenaudojama, ji ilgiausiai išliko Prancūzijoje, autoriaus tėvynėje.

Temperatūros skalių palyginimas

¹ Normali žmogaus kūno temperatūra yra 36,6 °C ±0,7 °C arba 98,2 °F ±1,3 °F. Dažniausiai nurodoma 98,6 °F vertė yra tiksli XIX amžiaus Vokietijos vertės 37 °C perskaičiavimas į Farenheitą. Kadangi pagal šiuolaikines koncepcijas ši vertė nepatenka į normalios temperatūros diapazoną, galime teigti, kad joje yra per didelis (neteisingas) tikslumas. Kai kurios vertės šioje lentelėje buvo suapvalintos.

Farenheito ir Celsijaus skalių palyginimas

(o F- Farenheito skalė, oC- Celsijaus skalė)

Norėdami konvertuoti Celsijaus laipsnius į Kelviną, turite naudoti formulę T=t+T 0 kur T – temperatūra kelvinais, t – temperatūra Celsijaus laipsniais, T 0 =273,15 kelvinų. Celsijaus laipsnio dydis lygus kelvinams.

Yra keli skirtingi temperatūros matavimo vienetai.

Garsiausios yra šios:

Celsijaus laipsnis - naudojamas Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) kartu su kelvinu.

Celsijaus laipsnis pavadintas švedų mokslininko Anderso Celsijaus vardu, kuris 1742 m. pasiūlė naują temperatūros matavimo skalę.

Pradinis Celsijaus laipsnių apibrėžimas priklausė nuo standartinio atmosferos slėgio apibrėžimo, nes nuo slėgio priklauso ir vandens virimo, ir ledo lydymosi temperatūra. Tai nėra labai patogu standartizuoti matavimo vienetą. Todėl priėmus Kelviną K kaip pagrindinį temperatūros vienetą, Celsijaus laipsnio apibrėžimas buvo peržiūrėtas.

Pagal šiuolaikinį apibrėžimą Celsijaus laipsnis yra lygus vienam kelvinui K, o Celsijaus skalės nulis nustatomas taip, kad vandens trigubo taško temperatūra būtų 0,01 °C. Dėl to Celsijaus ir Kelvino skalės pasislenka 273,15:

1665 m. olandų fizikas Christianas Huygensas kartu su anglų fiziku Robertu Hooke'u pirmą kartą pasiūlė naudoti ledo ir verdančio vandens lydymosi taškus kaip atskaitos taškus temperatūros skalėje.

1742 m. švedų astronomas, geologas ir meteorologas Andersas Celsius (1701-1744), remdamasis šia idėja, sukūrė naują temperatūros skalę. Iš pradžių 0° (nulis) buvo vandens virimo temperatūra, o 100° – vandens užšalimo temperatūra (ledo lydymosi temperatūra). Vėliau, po Celsijaus mirties, jo amžininkai ir tautiečiai botanikas Carlas Linnaeusas ir astronomas Mortenas Stremeris šią skalę naudojo apverstą (ledo tirpimo temperatūrą pradėjo vertinti kaip 0°, o vandens virimo – 100°). Tokia skalė naudojama iki šiol.

Kai kurių šaltinių teigimu, pats Celsius apvertė savo svarstykles aukštyn kojomis Stremerio patarimu. Remiantis kitais šaltiniais, svarstykles apvertė Carlas Linnaeusas 1745 m. O pagal trečiąjį skalę aukštyn kojomis apvertė Celsijaus įpėdinis Mortenas Stremeris, o XVIII amžiuje toks termometras buvo plačiai išplatintas pavadinimu „Švediškas termometras“, o pačioje Švedijoje – Stremerio vardu, tačiau garsus švedų chemikas Jonsas Jacobas Berzelius savo darbe „Chemijos vadovas“ pavadino svarstykles „Celsijaus“, o nuo tada Celsijaus skalė pradėjo vadintis Anderso Celsijaus vardu.

Farenheito laipsnis.

Pavadintas vokiečių mokslininko Gabrielio Farenheito vardu, kuris 1724 m. pasiūlė temperatūros matavimo skalę.

Pagal Farenheito skalę ledo lydymosi temperatūra yra +32 °F, o vandens virimo temperatūra +212 °F (esant normaliam atmosferos slėgiui). Be to, vienas laipsnis pagal Farenheitą yra lygus 1/180 skirtumo tarp šių temperatūrų. 0...+100 °F Farenheito diapazonas apytiksliai atitinka -18...+38 °C Celsijaus diapazoną. Nulis šioje skalėje nustatomas pagal vandens, druskos ir amoniako mišinio (1:1:1) užšalimo temperatūrą, o 96 °F yra normali žmogaus kūno temperatūra.

Kelvinas (iki 1968 Kelvino laipsnio) yra termodinaminės temperatūros vienetas Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI), vienas iš septynių bazinių SI vienetų. Siūlė 1848 m. 1 kelvinas yra lygus 1/273,16 vandens trigubo taško termodinaminės temperatūros. Skalės pradžia (0 K) sutampa su absoliučiu nuliu.

Perskaičiavimas į Celsijaus laipsnius: °C = K−273,15 (trigubo vandens taško temperatūra – 0,01 °C).

Įrenginys pavadintas anglų fiziko Williamo Thomsono, kuriam buvo suteiktas Eršyro Largo lordo Kelvino titulas, vardu. Savo ruožtu šis titulas kilęs iš Kelvino upės, kuri teka per universiteto teritoriją Glazge.

Reaumur laipsnis - temperatūros vienetas, kuriame vandens užšalimo ir virimo temperatūra yra atitinkamai 0 ir 80 laipsnių. 1730 m. pasiūlė R. A. Reaumur. Reaumur svarstyklės praktiškai nebenaudojamos.

Roemerio laipsnis - šiuo metu nenaudojamas temperatūros vienetas.

Römerio temperatūros skalę 1701 m. sukūrė danų astronomas Ole Christensenas Römeris. Tai tapo Farenheito skalės prototipu, aplankiusiu Roemerį 1708 m.

Nulis laipsnių yra sūraus vandens užšalimo temperatūra. Antrasis atskaitos taškas yra žmogaus kūno temperatūra (30 laipsnių pagal Roemerio matavimus, tai yra 42 °C). Tada gėlo vandens užšalimo temperatūra yra 7,5 laipsnio (1/8 skalės), o vandens virimo temperatūra – 60 laipsnių. Taigi, Roemerio skalė yra 60 laipsnių. Atrodo, kad toks pasirinkimas paaiškinamas tuo, kad Roemeris visų pirma yra astronomas, o skaičius 60 buvo kertinis astronomijos akmuo nuo Babilono laikų.

Rankino laipsnis - temperatūros vienetas absoliučioje temperatūros skalėje, pavadintas škotų fiziko Williamo Rankino (1820-1872) vardu. Naudojamas angliškai kalbančiose šalyse inžineriniams termodinaminiams skaičiavimams.

Rankine skalė prasideda nuo absoliutaus nulio, vandens užšalimo temperatūra yra 491,67 ° Ra, vandens virimo temperatūra yra 671,67 ° Ra. Laipsnių skaičius tarp vandens užšalimo ir virimo taškų pagal Farenheito ir Rankine skales yra toks pat ir lygus 180.

Ryšys tarp Kelvino ir Rankine yra 1 K = 1,8 °Ra, Farenheitas paverčiamas Rankine naudojant formulę °Ra = °F + 459,67.

Delisle laipsnis - šiuo metu nenaudojamas temperatūros matavimo vienetas. Jį išrado prancūzų astronomas Josephas Nicolas Delisle'as (1688-1768). Delisle skalė yra panaši į Reaumur temperatūros skalę. Rusijoje naudotas iki XVIII a.

Petras Didysis pakvietė prancūzų astronomą Josephą Nicolasą Delisle'ą į Rusiją, įkurdamas Mokslų akademiją. 1732 m. Delisle sukūrė termometrą, naudodamas gyvsidabrį kaip darbinį skystį. Vandens virimo temperatūra buvo pasirinkta kaip nulis. Temperatūros pokytis buvo laikomas vienu laipsniu, dėl kurio gyvsidabrio tūris sumažėjo šimtu tūkstantosiomis dalimis.

Taigi ledo lydymosi temperatūra buvo 2400 laipsnių. Tačiau vėliau tokia trupmeninė skalė atrodė perteklinė, ir jau 1738 m. žiemą Delisle'o kolega Sankt Peterburgo akademijoje gydytojas Josias Weitbrechtas (1702-1747) sumažino žingsnių skaičių nuo vandens virimo iki užšalimo taško. iki 150.

Šios skalės (taip pat ir originalios Celsijaus skalės versijos) „apvertimas“, palyginti su šiuo metu priimtomis, paprastai paaiškinamas grynai techniniais sunkumais, susijusiais su termometrų kalibravimu.

Delisle'o svarstyklės gana plačiai paplito Rusijoje, o jo termometrai buvo naudojami apie 100 metų. Šią skalę naudojo daugelis Rusijos akademikų, tarp jų ir Michailas Lomonosovas, kuris ją „apvertė“, užšalimo taške pastatydamas nulį, o vandens virimo taške – 150 laipsnių.

Huko laipsnis - istorinis temperatūros vienetas. Huko skalė laikoma pačia pirmąja temperatūros skale su fiksuotu nuliu.

Huko sukurtų svarstyklių prototipas buvo termometras iš Florencijos, kuris pas jį atkeliavo 1661 m. Hooke'o mikrografijoje, išleistoje po metų, yra jo sukurtos skalės aprašymas. Hukas vieną laipsnį apibrėžė kaip alkoholio tūrio pokytį 1/500, t.y. vienas Huko laipsnis yra lygus maždaug 2,4 °C.

1663 metais Karališkosios draugijos nariai sutiko naudoti Huko termometrą kaip standartą ir palyginti su juo kitų termometrų rodmenis. Olandų fizikas Christianas Huygensas 1665 m. kartu su Hooke pasiūlė naudoti ledo ir verdančio vandens lydymosi temperatūrą, kad sukurtų temperatūros skalę. Tai buvo pirmoji skalė su fiksuotu nuliu ir neigiamomis reikšmėmis.

Daltono laipsnis – istorinis temperatūros vienetas. Ji neturi konkrečios reikšmės (tradicinių temperatūros skalių, pvz., Kelvino, Celsijaus ar Farenheito, vienetais), nes Daltono skalė yra logaritminė.

Daltono skalę sukūrė John Dalton, kad būtų galima atlikti matavimus aukštoje temperatūroje, nes įprasti termometrai su vienoda skale suklydo dėl netolygaus termometrinio skysčio plėtimosi.

Nulis pagal Daltono skalę atitinka nulį Celsijaus. Skiriamasis Daltono skalės bruožas yra tas, kad jos absoliutus nulis yra −∞°Da, ty tai yra nepasiekiama reikšmė (tai iš tikrųjų yra pagal Nernsto teoremą).

Niutono laipsnis - šiuo metu nenaudojamas temperatūros vienetas.

Niutono temperatūros skalę 1701 m. sukūrė Izaokas Niutonas, siekdamas atlikti termofizinius tyrimus ir tikriausiai buvo Celsijaus skalės prototipas.

Niutonas naudojo sėmenų aliejų kaip termometrinį skystį. Niutonas nustatė, kad gėlo vandens užšalimo temperatūra yra nulis laipsnių, o žmogaus kūno temperatūrą jis nurodė 12 laipsnių. Taigi vandens virimo temperatūra tapo 33 laipsniai.

Leideno laipsnis yra istorinis temperatūros vienetas, naudojamas XX amžiaus pradžioje kriogeninei temperatūrai, žemesnei nei –183 °C, matuoti.

Šios skalės kilusios iš Leideno, kur Kamerlingh Onnes laboratorija veikia nuo 1897 m. 1957 metais H. van Dijkas ir M. Durau pristatė L55 skalę.

Standartinio skysto vandenilio (–253 °C), susidedančio iš 75% ortovandenilio ir 25% paravandenilio, virimo temperatūra buvo laikoma nuliu laipsnių. Antrasis atskaitos taškas yra skysto deguonies virimo temperatūra (–193 °C).

Planko temperatūra , pavadintas vokiečių fiziko Maxo Plancko vardu, yra temperatūros vienetas, žymimas T P , Plancko vienetų sistemoje. Tai yra vienas iš Plancko vienetų, kuris yra pagrindinė kvantinės mechanikos riba. Šiuolaikinė fizinė teorija negali apibūdinti nieko karštesnio, nes nėra išvystytos kvantinės gravitacijos teorijos. Virš Planko temperatūros dalelių energija tampa tokia didelė, kad gravitacinės jėgos tarp jų tampa panašios į kitas esmines sąveikas. Tai yra Visatos temperatūra pirmuoju Didžiojo sprogimo momentu (Planko laiku), atsižvelgiant į dabartines kosmologijos koncepcijas.

Termodinaminis apibrėžimas

Termodinaminio požiūrio istorija

Žodis „temperatūra“ atsirado tais laikais, kai žmonės tikėjo, kad įkaitintuose kūnuose yra didesnis kiekis specialios medžiagos - kalorijų, nei mažiau šildomuose. Todėl temperatūra buvo suvokiama kaip kūno medžiagos ir kalorijų mišinio stiprumas. Dėl šios priežasties alkoholinių gėrimų stiprumo ir temperatūros matavimo vienetai vadinami vienodai – laipsniais.

Temperatūros nustatymas statistinėje fizikoje

Temperatūros matavimo prietaisai dažnai kalibruojami pagal santykines skales – Celsijaus arba Farenheito.

Praktikoje taip pat matuojama temperatūra

Tiksliausias praktinis termometras yra platinos varžos termometras. Sukurti naujausi temperatūros matavimo metodai, pagrįsti lazerio spinduliuotės parametrų matavimu.

Temperatūros vienetai ir skalė

Kadangi temperatūra yra molekulių kinetinė energija, aišku, kad natūraliausia ją matuoti energijos vienetais (tai yra SI sistemoje džauliais). Tačiau temperatūros matavimas pradėtas dar gerokai anksčiau nei buvo sukurta molekulinė kinetinė teorija, todėl praktinės svarstyklės temperatūrą matuoja įprastiniais vienetais – laipsniais.

Absoliuti temperatūra. Kelvino temperatūros skalė

Absoliučios temperatūros sąvoką įvedė W. Thomson (Kelvinas), todėl absoliučios temperatūros skalė vadinama Kelvino skale arba termodinamine temperatūros skale. Absoliučios temperatūros vienetas yra kelvinas (K).

Absoliuti temperatūros skalė taip vadinama, nes apatinės temperatūros ribos pagrindinės būsenos matas yra absoliutus nulis, tai yra žemiausia įmanoma temperatūra, kuriai esant iš esmės neįmanoma išgauti šiluminės energijos iš medžiagos.

Absoliutus nulis apibrėžiamas kaip 0 K, kuris yra lygus –273,15 °C.

Kelvino temperatūros skalė yra skalė, kuri prasideda nuo absoliutaus nulio.

Didelę reikšmę turi Kelvino termodinamine skalės pagrindu sukurtų tarptautinių praktinių skalių, pagrįstų atskaitos taškais – grynų medžiagų faziniais virsmais, nustatytais pirminiais termometriniais metodais, sukūrimas. Pirmoji tarptautinė temperatūros skalė buvo priimta 1927 m. ITS-27. Nuo 1927 m. skalė buvo keletą kartų iš naujo apibrėžta (MTSh-48, MPTS-68, MTSh-90): etaloninės temperatūros ir interpoliacijos metodai pasikeitė, tačiau principas išlieka tas pats - skalės pagrindas yra fazių perėjimų rinkinys. grynų medžiagų su tam tikromis termodinaminių temperatūrų reikšmėmis ir šiuose taškuose kalibruotus interpoliacijos prietaisus. Šiuo metu galioja ITS-90 skalė. Pagrindinis dokumentas (Skalės taisyklės) nustato Kelvino apibrėžimą, fazių perėjimo temperatūrų (atskaitos taškų) reikšmes ir interpoliacijos metodus.

Kasdieniame gyvenime naudojamos temperatūros skalės – tiek Celsijaus, tiek Farenheito (daugiausia naudojamos JAV) – nėra absoliučios, todėl nepatogios atliekant eksperimentus sąlygomis, kai temperatūra nukrenta žemiau vandens užšalimo taško, todėl temperatūra turi būti išreikšta. neigiamas skaičius. Tokiais atvejais buvo įvestos absoliučios temperatūros skalės.

Viena iš jų vadinama Rankine skale, o kita – absoliučia termodinamine skale (Kelvino skalė); jų temperatūra matuojama atitinkamai Rankine (°Ra) ir kelvinais (K). Abi svarstyklės prasideda nuo absoliutaus nulio temperatūros. Jie skiriasi tuo, kad vieno padalos kaina pagal Kelvino skalę yra lygi padalos kainai pagal Celsijaus skalę, o vienos padalos kaina pagal Rankine skalę prilygsta termometrų su Farenheito skale padalijimo kainai. Vandens užšalimo temperatūra esant standartiniam atmosferos slėgiui atitinka 273,15 K, 0 °C, 32 °F.

Kelvino skalė susieta su trigubu vandens tašku (273,16 K), nuo jo priklauso Boltzmanno konstanta. Dėl to kyla problemų dėl aukštos temperatūros matavimų interpretavimo tikslumo. BIPM dabar svarsto galimybę pereiti prie naujo Kelvino apibrėžimo ir nustatyti Boltzmanno konstantą, o ne nuorodą į trigubo taško temperatūrą. .

Celsijaus

Technologijoje, medicinoje, meteorologijoje ir kasdieniame gyvenime naudojama Celsijaus skalė, kurioje vandens trigubo taško temperatūra yra 0,008 °C, todėl vandens užšalimo temperatūra, esant 1 atm slėgiui, yra 0 °. C. Šiuo metu Celsijaus skalė nustatoma per Kelvino skalę: vieno padalos kaina pagal Celsijaus skalę lygi Kelvino skalės padalijimo kainai, t(°C) = T(K) - 273,15. Taigi vandens virimo temperatūra, kurią iš pradžių Celsijaus pasirinko kaip 100 °C atskaitos tašką, prarado savo reikšmę, o šiuolaikiniais vertinimais vandens virimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui yra maždaug 99,975 °C Celsijaus skalė labai patogu, nes vanduo mūsų planetoje yra labai paplitęs ir juo grindžiama mūsų gyvybė. Nulis Celsijaus yra ypatingas meteorologijos taškas, nes jis siejamas su atmosferos vandens užšalimu. Mastelį 1742 m. pasiūlė Andersas Celsius.

Farenheito

Anglijoje ir ypač JAV naudojama Farenheito skalė. Nulis laipsnių Celsijaus yra 32 laipsniai pagal Farenheitą, o 100 laipsnių Celsijaus yra 212 laipsnių pagal Farenheitą.

Dabartinė Farenheito skalės apibrėžtis yra tokia: tai temperatūros skalė, kurioje 1 laipsnis (1 °F) yra lygus 1/180 skirtumo tarp vandens virimo temperatūros ir ledo lydymosi temperatūros esant atmosferos slėgiui, ir ledo lydymosi temperatūra yra +32 °F. Temperatūra pagal Farenheito skalę yra susieta su temperatūra Celsijaus skalėje (t °C) santykiu t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32. Siūloma G. Farenheito 1724 m.

Reaumur skalė

Perėjimai iš skirtingų mastelių

Temperatūros skalių palyginimas

¹ Įprasta vidutinė žmogaus kūno temperatūra yra 36,6 °C ±0,7 °C arba 98,2 °F ±1,3 °F. Dažniausiai nurodoma 98,6 °F vertė yra tiksli XIX amžiaus Vokietijos vertės 37 °C perskaičiavimas į Farenheitą. Tačiau ši vertė nepatenka į normalią vidutinę žmogaus kūno temperatūrą, nes skirtingų kūno dalių temperatūra skiriasi.

Kai kurios vertės šioje lentelėje yra suapvalintos.

Fazių perėjimų charakteristikos

Norėdami apibūdinti įvairių medžiagų fazių perėjimo taškus, naudojamos šios temperatūros vertės:

• Atkaitinimo temperatūra
• Sukepinimo temperatūra
• Sintezės temperatūra
• Oro temperatūra
• Dirvožemio temperatūra
• Homologinė temperatūra
• Debye temperatūra (būdinga temperatūra)

Taip pat žr

Pastabos

Literatūra

Paradoksas yra tas, kad norint matuoti temperatūrą kasdieniame gyvenime, pramonėje ir net taikomajame moksle, nereikia žinoti, kas yra „temperatūra“. Gana miglota mintis, kad „temperatūra yra laipsnis šildymas kūnai“. Iš tiesų, dauguma praktinių temperatūros matavimo prietaisų iš tikrųjų matuoja kitas medžiagų savybes, kurios skiriasi priklausomai nuo tokio šildymo laipsnio, pavyzdžiui, slėgį, tūrį, elektrinę varžą ir kt. Tada jų rodmenys automatiškai arba rankiniu būdu konvertuojami į temperatūros vienetus.

Smalsuoliai ir studentai, kurie nori arba yra priversti išsiaiškinti, kokia yra temperatūra, dažniausiai patenka į termodinamikos elementą su jos nuliu, pirmuoju ir antruoju dėsniais, Carnot ciklu ir entropija. Reikia pripažinti, kad temperatūros apibrėžimas kaip idealaus grįžtamojo šiluminio variklio parametras, nepriklausomas nuo darbinės medžiagos, paprastai nepadeda aiškumo mūsų „temperatūros“ sąvokos suvokimui.

Labiau „apčiuopiamas“ atrodo požiūris, vadinamas molekuline kinetine teorija, iš kurios susidaro mintis, kad šilumą galima laikyti tiesiog viena iš energijos formų, būtent atomų ir molekulių kinetinės energijos. Ši vertė, apskaičiuota pagal daugybę atsitiktinai judančių dalelių, yra vadinamosios kūno temperatūros matas. Įkaitinto kūno dalelės juda greičiau nei šalto kūno dalelės.

Kadangi temperatūros sąvoka yra glaudžiai susijusi su vidutine dalelių kinetine energija, natūralu būtų naudoti džaulį kaip matavimo vienetą. Tačiau dalelių šiluminio judėjimo energija, lyginant su džauliu, yra labai maža, todėl naudoti šį kiekį yra nepatogu. Šiluminis judėjimas matuojamas kitais vienetais, kurie yra išvedami iš džaulių per konversijos koeficientą "k".

Jei temperatūra T matuojama kelvinais (K), tai jos santykis su vidutine idealių dujų atomų transliacinio judėjimo kinetine energija turi tokią formą

Ek = (3/2) kT, (1)

Kur k- perskaičiavimo koeficientas, nustatantis, kokia džaulio dalis yra kelvine. Didumas k vadinama Boltzmanno konstanta.

Atsižvelgiant į tai, kad slėgis taip pat gali būti išreikštas vidutine molekulinio judėjimo energija

p=(2/3)n E k (2)

Kur n = N/V, V- dujų užimamas tūris, N- bendras šio tūrio molekulių skaičius

Idealiųjų dujų būsenos lygtis bus tokia:

p = n kT

Jei bendras molekulių skaičius pavaizduotas kaip N = µN A, Kur µ - dujų molių skaičius, N A- Avagadro skaičių, ty dalelių skaičių viename molyje, galite lengvai gauti gerai žinomą Clapeyrono-Mendelejevo lygtį:

pV = µ RT, kur R - molinė dujų konstanta R= N A .k

arba vienam kurmiui pV = N A . kT(3)

Taigi temperatūra yra parametras, dirbtinai įtrauktas į būsenos lygtį. Naudojant būsenos lygtį, termodinaminę temperatūrą T galima nustatyti, jei žinomi visi kiti parametrai ir konstantos. Iš šio temperatūros apibrėžimo akivaizdu, kad T reikšmės priklausys nuo Boltzmanno konstantos. Ar galime pasirinkti savavališką šio proporcingumo koeficiento vertę ir tada ja pasikliauti? Nr. Galų gale, mes galime gauti savavališką trigubo vandens taško vertę, o turėtume gauti 273,16 K vertę! Kyla klausimas – kodėl būtent 273,16 K?

To priežastys yra grynai istorinės, o ne fizinės. Faktas yra tas, kad pirmosiose temperatūros skalėse buvo nustatytos tikslios vertės dviem vandens būsenoms vienu metu - kietėjimo temperatūrai (0 ° C) ir virimo temperatūrai (100 ° C). Tai buvo savavališkos vertės, pasirinktos dėl patogumo. Atsižvelgiant į tai, kad Celsijaus laipsnis yra lygus Kelvino laipsniui, ir matuojant termodinaminę temperatūrą šiuose taškuose sukalibruotu dujų termometru, ekstrapoliacijos būdu gavome absoliutaus nulio (0 °K) vertę - 273,15 °C. Žinoma, ši vertė gali būti laikoma tiksli tik tuo atveju, jei matavimai su dujų termometru buvo visiškai tikslūs. Tai neteisinga. Todėl nustatę trigubo vandens taško vertę 273,16 K ir išmatuodami vandens virimo temperatūrą pažangesniu dujų termometru, galite gauti šiek tiek kitokią virimo nuo 100 ° C vertę. Pavyzdžiui, dabar realiausia vertė yra 99,975 °C. Ir taip yra tik todėl, kad ankstyvas darbas su dujų termometru davė klaidingą absoliutaus nulio reikšmę. Taigi, mes nustatome absoliutų nulį arba 100 ° C intervalą tarp vandens kietėjimo ir virimo taškų. Jei nustatome intervalą ir kartojame matavimus, kad ekstrapoliuotų iki absoliutaus nulio, gautume -273,22 °C.

1954 m. CIPM priėmė rezoliuciją dėl perėjimo prie naujo Kelvino apibrėžimo, kuris neturėjo nieko bendra su intervalu 0–100 °C. Jis iš tikrųjų priskyrė 273,16 K (0,01 °C) vertę trigubui vandens taškui ir „leido vandens virimo temperatūrai laisvai plūduriuoti“ maždaug 100 °C temperatūroje. Vietoj "kelvino laipsnio" temperatūros vienetui buvo įvestas tiesiog "kelvinas".

Iš (3) formulės išplaukia, kad priskyrus fiksuotą 273,16 K reikšmę T tokioje stabilioje ir gerai atkuriamoje sistemos būsenoje kaip vandens trigubas taškas, konstantos k reikšmę galima nustatyti eksperimentiniu būdu. Iki šiol tiksliausios eksperimentinės Boltzmanno konstantos k vertės buvo gautos taikant itin išretintų dujų metodą.

Yra ir kitų Boltzmanno konstantos gavimo būdų, pagrįstų dėsnių, apimančių parametrą, naudojimu kT.

Tai yra Stefano-Boltzmanno dėsnis, pagal kurį bendra šiluminės spinduliuotės energija E(T) yra ketvirtoji galios funkcija KT.
Lygtis, siejanti garso greičio idealiose dujose kvadratą su 0 2 tiesinė priklausomybė su KT.
Elektrinės varžos V 2 vidutinės kvadratinės triukšmo įtampos lygtis, taip pat tiesiškai priklausoma nuo KT.

Įrenginiai aukščiau nurodytiems nustatymo metodams įgyvendinti KT vadinami absoliučios termometrijos arba pirminės termometrijos prietaisais.

Taigi, yra daug konvencijų nustatant temperatūros vertes kelvinais, o ne džauliais. Svarbiausia, kad pats proporcingumo koeficientas k tarp temperatūros ir energijos vienetų nėra pastovus. Tai priklauso nuo šiuo metu pasiekiamų termodinaminių matavimų tikslumo. Šis metodas nėra labai patogus pirminiams termometrams, ypač tiems, kurie veikia temperatūros diapazone, esančiame toli nuo trigubo taško. Jų rodmenys priklausys nuo Boltzmanno konstantos vertės pokyčių.

Kiekvienas praktinės tarptautinės temperatūros skalės pokytis yra viso pasaulio metrologijos centrų mokslinių tyrimų rezultatas. Naujos temperatūros skalės leidimo įvedimas turi įtakos visų temperatūros matavimo prietaisų kalibravimui.

Iš (2.4) lygties

iš to seka, kad idealių dujų slėgis yra proporcingas jų tankiui (dujų tankis nustatomas pagal molekulių skaičių tūrio vienete) ir vidutinei molekulių transliacinio judėjimo kinetinei energijai. Esant pastoviam, taigi ir pastoviam dujų tūriui V (kur yra molekulių skaičius inde), dujų slėgis priklauso tik nuo vidutinės molekulių kinetinės energijos.

Tuo tarpu iš patirties žinoma, kad esant pastoviam tūriui dujų slėgį galima keisti tik vienu būdu: jas kaitinant arba vėsinant; Kai dujos šildomos, jų slėgis didėja, o kai vėsta – mažėja. Šildomos ir aušinamos dujos, kaip ir bet kuris kūnas, pasižymi savo temperatūra – ypatinga vertybe, kuri nuo seno naudojama moksle, technikoje ir kasdieniame gyvenime. Todėl turi būti ryšys tarp temperatūros ir vidutinės molekulių kinetinės energijos.

Prieš išsiaiškindami šį ryšį, pažiūrėkime, kokia temperatūra yra fizinis dydis.

Kasdieniame gyvenime temperatūra mums yra ta vertė, kuri skiria „karštą“ nuo „šalto“. O pirmosios idėjos apie temperatūrą kilo iš karščio ir šalčio pojūčių. Mes galime panaudoti šiuos pažįstamus pojūčius, kad išsiaiškintume pagrindinę temperatūros, kaip fizinio dydžio, savybę.

Paimkime tris laivus. Į vieną jų pilkite karštą vandenį, į kitą – šaltą, o į trečią – karšto ir šalto vandens mišinį. Vieną ranką, pavyzdžiui, dešinę, įkiškime į indą su karštu vandeniu, o kairę – į indą su šaltu vandeniu. Kurį laiką laikydami rankas šiuose induose, perkelsime juos į trečią indą. Ką mūsų pojūčiai pasakys apie vandenį šiame laive? Dešinė ranka jausis kaip vanduo

šalta, o kairysis sako, kad šilta. Tačiau šis „neatitikimas“ išnyks, jei ilgiau laikysite abi rankas trečiame inde. Po kurio laiko abi rankos pradės jausti lygiai tokius pačius pojūčius, atitinkančius vandens temperatūrą trečiajame inde.

Esmė ta, kad rankos, kurios buvo pirmosios induose su karštu ir šaltu vandeniu, turėjo skirtingą temperatūrą, skyrėsi viena nuo kitos ir nuo temperatūros trečiajame inde. Ir reikia šiek tiek laiko, kol kiekvienos rankos temperatūra prilygsta vandens, į kurį jos panardintos, temperatūrai. Tada rankų temperatūra taps vienoda. Pojūčiai bus tokie patys. Būtina, kaip sakoma, kad šiluminė pusiausvyra būtų nustatyta kūnų sistemoje „dešinė ranka - kairė ranka - vanduo“.

Šis paprastas eksperimentas parodo, kad temperatūra yra šiluminės pusiausvyros būseną apibūdinantis dydis: šiluminės pusiausvyros būsenoje esantys kūnai turi tokią pačią temperatūrą. Ir atvirkščiai, tos pačios temperatūros kūnai yra vienas su kitu šiluminėje pusiausvyroje. Ir jei du kūnai yra šiluminėje pusiausvyroje su kokiu nors trečiuoju kūnu, tai abu kūnai yra šiluminėje pusiausvyroje vienas su kitu. Šis svarbus teiginys yra vienas pagrindinių gamtos dėsnių. Ir tuo pagrįsta pati temperatūros matavimo galimybė. Pavyzdžiui, aprašytame eksperimente mes kalbėjome apie abiejų rankų šiluminę pusiausvyrą, kai kiekviena iš jų buvo šiluminėje pusiausvyroje su vandeniu.

Jei kūnas ar kūnų sistema nėra šiluminės pusiausvyros būsenoje ir jei sistema yra izoliuota (nesąveikauja su kitais kūnais), tai po kurio laiko šiluminės pusiausvyros būsena nusistovi savaime. Šiluminės pusiausvyros būsena yra būsena, į kurią pereina bet kuri izoliuota sistema. Pasiekus šią būseną, ji nebesikeičia ir sistemoje nevyksta jokių makroskopinių pokyčių. Vienas iš šiluminės pusiausvyros būsenos požymių yra visų kūno dalių arba visų sistemos kūnų temperatūrų lygybė. Yra žinoma, kad šiluminės pusiausvyros nustatymo procese, t. y. susilyginus dviejų kūnų temperatūrai, šiluma perduodama iš vieno kūno į kitą. Vadinasi, eksperimentiniu požiūriu kūno temperatūra yra dydis, lemiantis, ar jis perduos šilumą kitam skirtingos temperatūros kūnui, ar iš jo gaus šilumą.

Temperatūra užima šiek tiek ypatingą vietą tarp fizikinių dydžių. Tai nenuostabu, jei atsižvelgsime į tai, kad epochoje, kai šis kiekis pasirodė moksle, nebuvo tiksliai žinoma, kokie vidiniai materijos procesai sukelia karščio ir šalčio pojūtį.

Temperatūros, kaip fizinio dydžio, unikalumas pirmiausia slypi tame, kad, skirtingai nuo daugelio kitų dydžių,

ne priedas. Tai reiškia, kad jei mintyse padalinate kūną į dalis, tada viso kūno temperatūra nėra lygi jo dalių temperatūrų sumai. Tokiu būdu temperatūra skiriasi, pavyzdžiui, nuo tokių dydžių kaip ilgis, tūris, masė, kurių vertės visam kūnui susideda iš atitinkamų jo dalių dydžių verčių.

Dėl to kūno temperatūros negalima išmatuoti tiesiogiai, nes matuojamas ilgis arba masė, t.y. lyginant su standartu. Jei apie vieną strypą galima sakyti, kad jo ilgis yra tiek kartų didesnis už kito strypo ilgį, tai klausimas, kiek kartų viena temperatūra yra kitoje, nėra prasmės.

Temperatūrai matuoti nuo seno buvo naudojama, kad keičiantis kūno temperatūrai keičiasi ir jo savybės. Vadinasi, kinta šias savybes apibūdinantys dydžiai. Todėl norint sukurti prietaisą, kuris matuoja temperatūrą, ty termometrą, parenkama medžiaga (termometrinė medžiaga) ir tam tikras kiekis, apibūdinantis medžiagos savybę (termometrinis kiekis). Abiejų pasirinkimas yra visiškai savavališkas. Pavyzdžiui, buitiniuose termometruose termometrinė medžiaga yra gyvsidabris, o termometrinis dydis yra gyvsidabrio stulpelio ilgis.

Tam, kad temperatūros reikšmė būtų susieta su tam tikromis skaitinėmis reikšmėmis, taip pat būtina nurodyti vienokią ar kitokią termometrinės reikšmės priklausomybę nuo temperatūros. Šios priklausomybės pasirinkimas taip pat yra savavališkas: juk kol nėra termometro, šios priklausomybės eksperimentiniu būdu nustatyti neįmanoma! Pavyzdžiui, gyvsidabrio termometro atveju pasirenkama tiesinė gyvsidabrio stulpelio ilgio (gyvsidabrio tūrio) priklausomybė nuo temperatūros.

Belieka nustatyti temperatūros vienetą – laipsnį (nors iš esmės jis galėtų būti išreikštas tais pačiais vienetais, kuriais matuojamas termometrinis dydis, pavyzdžiui, naudojant gyvsidabrio termometrą – centimetrais!). Laipsnio reikšmė taip pat pasirenkama savavališkai (kaip ir termometrinė medžiaga, termometrinė vertė bei funkcijos, jungiančios termometrinę reikšmę su temperatūra, tipas). Laipsnio dydis nustatomas taip. Jie vėlgi savavališkai pasirenka dvi temperatūras (jie vadinami atskaitos taškais) – dažniausiai tai yra tirpstančio ledo ir verdančio vandens temperatūros esant atmosferos slėgiui – ir padalija šį temperatūros intervalą į tam tikrą (taip pat savavališką) lygių dalių skaičių – laipsnių, ir vienai iš šių dviejų temperatūrų priskiriama konkreti skaitinė reikšmė. Tai nustato antrosios ir bet kokios tarpinės temperatūros reikšmę. Tokiu būdu gaunama temperatūros skalė. Akivaizdu, kad naudojant aprašytą procedūrą galima gauti daugybę skirtingų termometrų ir temperatūros skalių,

Šiuolaikinė termometrija pagrįsta idealiu dujų skale, nustatyta naudojant dujų termometrą. Iš esmės dujų termometras yra uždaras indas, užpildytas idealiomis dujomis ir turintis manometrą dujų slėgiui matuoti. Tai reiškia, kad termometrinė medžiaga tokiame termometre yra idealios dujos, o termometrinis dydis yra pastovaus tūrio dujų slėgis. Manoma, kad slėgio priklausomybė nuo temperatūros (tiksliai priimta!) yra tiesinė. Ši prielaida veda prie to, kad verdančio vandens ir ledo tirpimo temperatūrų slėgių santykis yra lygus pačių šių temperatūrų santykiui:

Požiūrį lengva nustatyti iš patirties. Daugybė matavimų tai parodė

Taigi tai yra temperatūros santykio reikšmė:

Laipsnio dydis parenkamas padalijus skirtumą į šimtą dalių:

Iš paskutinių dviejų lygčių seka, kad ledo lydymosi temperatūra mūsų pasirinktoje skalėje yra lygi 273,15 laipsnių, o vandens virimo temperatūra Tk lygi 373,15 laipsnių. Norint išmatuoti kūno temperatūrą dujų termometru, reikia priartinti kūną prie dujų termometro ir, laukus pusiausvyros, išmatuoti dujų slėgį termometre. Tada kūno temperatūra nustatoma pagal formulę

kur yra dujų slėgis termometre, įdėtame į tirpstantį ledą.

Praktiškai dujų termometras naudojamas itin retai. Jai skiriamas atsakingesnis vaidmuo – pagal jį kalibruojami visi naudojami termometrai.

Temperatūra, lygi nuliui pagal mūsų skalę, akivaizdžiai yra temperatūra, kuriai esant idealių dujų slėgis būtų lygus nuliui. (Tai nereiškia, kad idealias dujas iš tikrųjų galima atvėsti tiek, kad jų slėgis taptų nuliu.) Jei temperatūros skalės nuliui termometrinis dydis tampa lygus nuliui, tada tokia skalė vadinama absoliučia skale, o temperatūra matuojama tokia skalė vadinama absoliučia temperatūra. Čia aprašyta dujų termometro skalė yra absoliuti. Ji dažnai dar vadinama Kelvino skale,

o temperatūros vienetas šioje skalėje yra kelvino laipsnis arba tiesiog kelvinas (simbolis: K).

Technologijoje ir kasdieniame gyvenime dažnai naudojama temperatūros skalė, kuri skiriasi nuo aprašytosios tuo, kad ledo tirpimo temperatūrai priskiriama nulinė reikšmė (esant tokiam pačiam laipsnio dydžiui). Ši skalė vadinama Celsijaus skale. Šioje skalėje išmatuota temperatūra yra susijusi su absoliučia temperatūra akivaizdžiu ryšiu:

Toliau naudosime Kelvino skalę.

Iš to, kas čia pasakyta, darytina išvada, kad temperatūra apibūdina kūnų šiluminę pusiausvyrą: pereinant į pusiausvyros būseną, kūnų temperatūros išsilygina, o esant pusiausvyrai – visų kūno dalių arba kūno dalių temperatūra. kūnų sistema yra ta pati pati temperatūros matavimo procedūra yra susijusi su tuo. Iš tiesų, norint išmatuoti termometrinio dydžio vertę tirpstančio ledo ir verdančio vandens temperatūroje, termometras turi būti subalansuotas su tirpstančiu ledu ir verdančiu vandeniu, o norint išmatuoti bet kurio kūno temperatūrą, būtina užtikrinti galimybę nustatyti šiluminę pusiausvyrą tarp termometro ir kūno. Ir tik pasiekus tokią pusiausvyrą galime manyti, kad kūno temperatūra yra lygi termometro matuojamai temperatūrai.

Taigi, temperatūra yra tai, kas išlygina pusiausvyros nustatymo procese sistemoje. Tačiau pati derinimo sąvoka reiškia, kad kažkas perkeliama iš vienos sistemos dalies į kitą. Lygtis (2.4), kurią gavome idealių dujų slėgiui, leis mums suprasti, kas tai yra „kažkas“.

Įsivaizduokime izoliuotą balioną su idealiomis dujomis, kuriose jau yra susidariusi šiluminė pusiausvyra, kad temperatūra visose dujų tūrio dalyse būtų vienoda. Tarkime, kad, nepažeidžiant pusiausvyros, į cilindrą įdedamas judantis stūmoklis, padalijantis dujų tūrį į dvi dalis (3 pav., a). Pusiausvyros sąlygomis stūmoklis bus ramybės būsenoje. Tai reiškia, kad esant pusiausvyrai, ne tik temperatūros, bet ir slėgiai abiejose stūmoklio pusėse yra vienodi. Pagal (2.4) lygtį dydžiai taip pat yra vienodi

Dabar laikinai sulaužykime savo dujų baliono izoliaciją ir pašildykime vieną iš jo dalių, pavyzdžiui, kairėje stūmoklio pusėje, po to vėl atstatysime izoliaciją. Dabar dujos balione nėra pusiausvyros – kairiajame skyriuje temperatūra aukštesnė nei dešiniajame (3 pav., b). Bet dujos yra izoliuotos, ir perėjimas į pusiausvyros būseną prasidės savaime. Tuo pačiu metu pamatysime, kad stūmoklis pradės judėti iš kairės į dešinę. Tai reiškia, kad darbas yra atliktas, todėl energija per stūmoklį perduodama iš kairiajame skyriuje esančių dujų į dešinėje esančias dujas. Tai reiškia, kad šiluminės pusiausvyros nustatymo procese perduodama energija. Po kurio laiko stūmoklio judėjimas sustos. Tačiau po virpesių stūmoklis sustos. Ir jis sustos toje pačioje vietoje, kur buvo prieš šildant kairiojo cilindro skyrių. Dujų balione vėl buvo nustatyta pusiausvyros būsena. Tačiau dabar dujų temperatūra ir jų slėgis, žinoma, yra aukštesni nei prieš kaitinant.

Kadangi stūmoklis sustojo toje pačioje vietoje, molekulių koncentracija (t.y. molekulių skaičius tūrio vienete) išliko ta pati. Tai reiškia, kad kaitinant dujas pakito tik vidutinė jų molekulių kinetinė energija. Taigi temperatūros išlyginimas reiškia molekulių, esančių abiejose stūmoklio pusėse, vidutinės kinetinės energijos išlyginimą. Pereinant į pusiausvyrą, energija perduodama iš vienos dujų dalies į kitą, tačiau išlyginama ne visų dujų visumos energija, o vidutinė vienos molekulės kinetinė energija. Tai vidutinė kinetinė molekulės energija, kuri elgiasi kaip temperatūra.

Šie du dydžiai yra panašūs ir tuo, kad vidutinė kinetinė energija, kaip ir temperatūra, nėra adityvus dydis, ji yra vienoda visoms dujoms ir bet kuriai jų daliai (turinti pakankamai daug molekulių). Visų dujų energija, žinoma, yra adityvus dydis – ji susideda iš jos dalių energijų.

Neturėtume manyti, kad mūsų samprotavimai galioja tik tuo atveju, kai balione esančios dujos stūmokliu padalijamos į dvi dalis. O be stūmoklio molekulės, susidūrusios viena su kita, keistųsi energija ir ji būtų perkelta iš labiau įkaitusios dalies į mažiau įkaitusią, ko pasekoje molekulių vidutinės kinetinės energijos išsilygintų. Stūmoklis tik leidžia matyti energijos perdavimą, nes jo judėjimas yra susijęs su darbo atlikimu.

Aukščiau pateiktas paprastas, nors ir nelabai griežtas samprotavimas rodo, kad dydis, ilgai žinomas kaip temperatūra, iš tikrųjų reiškia vidutinę molekulių transliacinio judėjimo kinetinę energiją. Tai, kad gavome šį rezultatą idealių dujų atveju, nesikeičia

Taikant idealias dujas, patogiau manyti, kad temperatūra yra lygi dviem trečdaliams vidutinės molekulių kinetinės energijos, nes tai supaprastins (2.4) formulės formą dujų slėgiui. Laišku pažymėję tokiu būdu nustatytą temperatūrą, galime parašyti:

Tada (2.4) lygtis bus tokia paprasta:

Taikant šį temperatūros apibrėžimą, akivaizdu, kad ji turi būti matuojama energijos vienetais (SI sistemoje - džauliais, CGS vienetų sistemoje - ergais). Tačiau praktiškai tokį temperatūros vienetą naudoti nepatogu. Net toks mažas energijos vienetas yra per didelis, kad būtų naudojamas kaip temperatūros vienetas. Jį naudojant, dažniausiai pasitaikančios temperatūros būtų išreikštos nežymiai mažais skaičiais. Pavyzdžiui, ledo lydymosi temperatūra būtų . Be to, išmatuoti temperatūrą, išreikštą ergais, būtų labai sunku.

Dėl šios priežasties, o taip pat ir dėl to, kad temperatūros reikšmė buvo naudojama dar gerokai anksčiau nei buvo sukurtos molekulinės kinetinės sąvokos, kurios paaiškino tikrąją temperatūros reikšmę, ji vis dar matuojama senais vienetais – laipsniais, nepaisant šio vieneto susitarimo.

Bet jei matuojate temperatūrą laipsniais, tuomet reikia įvesti atitinkamą koeficientą, kuris konvertuoja energijos vienetus ir laipsnius. Paprastai jis žymimas raide Tada santykis tarp temperatūros, matuojamos laipsniais, ir vidutinės kinetinės energijos išreiškiamas lygybe:

Prisiminkime, kad formulė (3.1) reiškia molekulę, kurią sutarėme laikyti panašia į tašką. Jo kinetinė energija yra transliacinio judėjimo kinetinė energija, kurios greitį galima padalyti į tris komponentus. Dėl molekulinių judesių chaotiškumo galima daryti prielaidą, kad energija

molekulės yra tolygiai paskirstytos visuose trijuose greičio komponentuose, todėl kiekviena iš jų sudaro energiją

Veiksnys, išreiškiantis ryšį tarp energijos vieneto ir temperatūros vieneto – kelvino – vadinamas Boltzmanno konstanta. Akivaizdu, kad jo skaitinė reikšmė turi būti nustatyta eksperimentiškai. Dėl ypatingos šios konstantos svarbos ji buvo nustatyta daugeliu metodų. Pateikiame tiksliausią šios konstantos reikšmę iki šiol. SI vienetais

GHS vienetų sistemoje

Iš (3.1) formulės išplaukia, kad nulinė temperatūra yra ta temperatūra, kurioje vidutinė atsitiktinių molekulių judėjimo kinetinė energija yra lygi nuliui, tai yra temperatūra, kurioje sustoja chaotiški molekulių judėjimai. Tai yra absoliutus nulis, absoliučios temperatūros pradžia, kuri buvo minėta aukščiau.

Iš (3.1) formulės taip pat matyti, kad neigiamų temperatūrų negali būti, nes kinetinė energija iš esmės yra teigiamas dydis. Tačiau žemiau, skyriuje. VI, bus parodyta, kad tam tikroms sistemoms galima formaliai įvesti neigiamų temperatūrų sąvoką. Tačiau apie juos negalima teigti, kad tai žemesnė už absoliutų nulį temperatūra ir kad jos yra susijusios su sistemos pusiausvyros būsena.

Kadangi temperatūrą lemia vidutinė molekulių judėjimo energija, ji, kaip ir slėgis, yra statistinis dydis. Negalima kalbėti apie vienos ar kelių molekulių „temperatūrą“, „karštas“ ar „šaltas“ molekules. Nėra prasmės, pavyzdžiui, kalbėti apie dujų temperatūrą kosmose, kur molekulių skaičius tūrio vienete yra toks mažas, kad jos nesudaro dujų įprastine to žodžio prasme, ir tai neįmanoma. kalbėti apie vidutinę molekulių judėjimo energiją.

Energijos, susijusios su chaotiškais dujų dalelių judėjimais, yra labai mažos. Iš (3.1) formulės ir pateiktos Boltzmanno konstantos reikšmės aišku, kad 1 K temperatūra atitinka energiją, lygią Žemiausiai iki šiol pasiektai temperatūrai (apie 10 6 K) vidutinė molekulių energija yra maždaug 109 džauliai. Netgi aukščiausia dirbtinai gauta temperatūra – apie 100 milijonų laipsnių, susiformuojanti sprogstant branduolinei bombai – atitinka nereikšmingą dalelių energijos džaulį.

Dėl to, kad temperatūra vaidina labai svarbų vaidmenį fizikoje ir technologijoje, ji kartu su ilgiu, mase ir laiku yra įtraukta į SI vienetų sistemos pagrindinius dydžius, o temperatūros vienetas kelvinas yra vienas iš pagrindiniai šios sistemos vienetai (temperatūros matmuo žymimas raide ).

SI temperatūros vienetas (kelvinas) nustatomas ne pagal temperatūrų intervalą „ledo tirpimo temperatūra – verdančio vandens temperatūra“, o pagal intervalą „absoliutus nulis – vandens trigubo taško temperatūra“. “. Trigubas vandens taškas yra temperatūra, kurioje vanduo, vandens garai ir ledas yra pusiausvyroje (žr. § 130). Trijų taškų vandens temperatūrai priskiriama 273,16 K reikšmė (tiksli).

Taigi, 1 kelvinas yra lygus temperatūros intervalo nuo absoliutaus nulio temperatūros iki vandens trigubo taško temperatūros daliai.

Kadangi vandens trigubo taško temperatūra yra 0,01 °C, laipsniai Celsijaus ir Kelvino skalėse yra vienodi ir bet kokia temperatūra gali būti išreikšta Celsijaus laipsniais arba kelvinais