Cilës shkollë i përkasin shkallët e temperaturës? Shkalla e temperaturës absolute

Materiali në këtë artikull jep një ide të një koncepti kaq të rëndësishëm si temperatura. Le të japim një përkufizim, të shqyrtojmë parimin e ndryshimit të temperaturës dhe skemën për ndërtimin e shkallëve të temperaturës.

Çfarë është temperatura

Përkufizimi 1

Temperaturaështë një sasi fizike skalare që përshkruan gjendjen e ekuilibrit termodinamik të një sistemi makroskopik trupash.

Koncepti i temperaturës përdoret gjithashtu si një sasi fizike që përcakton shkallën e ngrohjes së një trupi, por vetëm një interpretim i tillë nuk mjafton për të kuptuar kuptimin e termit. Të gjitha konceptet fizike janë të lidhura me disa ligje themelore dhe u jepet kuptim vetëm në përputhje me këto ligje. Në këtë rast, termi temperaturë lidhet me konceptin e ekuilibrit termik dhe me ligjin e pakthyeshmërisë makroskopike.

Dukuria e ekuilibrit termodinamik të trupave që përbëjnë sistemin tregon praninë e të njëjtës temperaturë të këtyre trupave. Temperatura mund të matet vetëm në mënyrë indirekte, duke marrë si bazë varësinë nga temperatura e vetive të tilla fizike të trupave që mund të maten drejtpërdrejt.

Përkufizimi 2

Substancat ose trupat që përdoren për të marrë një vlerë të temperaturës quhen termometrike.

Le të themi se dy trupa të izoluar termikisht sillen në kontakt termik. Një trup do të transferojë një rrjedhë energjie në një tjetër: procesi i transferimit të nxehtësisë do të fillojë. Në këtë rast, trupi që lëshon nxehtësi ka një temperaturë përkatësisht më të lartë se trupi që "merr" rrjedhën e nxehtësisë. Është e qartë se pas njëfarë kohe procesi i transferimit të nxehtësisë do të ndalet dhe do të ndodhë ekuilibri termik: supozohet se temperaturat e trupave janë të barabarta në raport me njëra-tjetrën, vlerat e tyre do të jenë diku në intervalin midis vlerave fillestare të temperaturës. . Kështu, temperatura shërben si një shënues i ekuilibrit termik. Rezulton se çdo vlerë t që plotëson kërkesat:

t 1 > t 2 , kur ndodh transferimi i nxehtësisë nga trupi i parë në të dytin;
t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2 , kur vendoset ekuilibri termik, mund të merret si temperaturë.

Vëmë re gjithashtu se ekuilibri termik i trupave i nënshtrohet ligjit të transititetit.

Përkufizimi 3

Ligji i kalimit: kur dy trupa janë në ekuilibër me një të tretë, atëherë ata janë në ekuilibër termik me njëri-tjetrin.

Një tipar i rëndësishëm i këtij përkufizimi të temperaturës është paqartësia e tij. Duke zgjedhur sasi të ndryshme për të përmbushur kërkesat e vendosura (që do të ndikojnë në mënyrën e matjes së temperaturës), është e mundur të përftohen shkallë divergjente të temperaturës.

Përkufizimi 4

Shkalla e temperaturësështë një metodë e ndarjes së një intervali të temperaturës në pjesë.

Le të shohim një shembull.

Shembulli 1

Një pajisje e njohur për matjen e temperaturës është një termometër. Për shqyrtim, le të marrim termometra të pajisjeve të ndryshme. E para përfaqësohet nga një kolonë merkuri në kapilarin e termometrit, dhe vlera e temperaturës këtu përcaktohet nga gjatësia e kësaj kolone, e cila plotëson kushtet 1 dhe 2 të treguara më sipër.

Dhe një mënyrë tjetër për të matur temperaturën: duke përdorur një termoelement - një qark elektrik me një galvanometër dhe dy kryqëzime metalesh të ndryshme (Figura 1 ).

Foto 1

Një kryqëzim është në një mjedis me një temperaturë fikse (në shembullin tonë, kjo është shkrirja e akullit), tjetra është në një mjedis, temperatura e të cilit duhet të përcaktohet. Këtu, një shenjë e temperaturës është emf i termoelementit.

Këto metoda të matjes së temperaturës nuk do të japin të njëjtat rezultate. Dhe për kalimin nga një temperaturë në tjetrën, duhet të ndërtohet një kurbë kalibrimi që do të vendosë varësinë e emf të termoelementit nga gjatësia e kolonës së merkurit. Në këtë rast, shkalla uniforme e një termometri merkuri shndërrohet në një shkallë të pabarabartë të një termoçifti (ose anasjelltas). Shkallët uniforme të matjes së temperaturës të një termometri merkuri dhe një termoçifti krijojnë dy shkallë të temperaturës krejtësisht të ndryshme në të cilat një trup në të njëjtën gjendje do të ketë temperatura të ndryshme. Është gjithashtu e mundur të merren parasysh termometra që janë identikë në dizajn, por kanë "trupa termikë" të ndryshëm (për shembull, merkur dhe alkool): ne nuk do të vëzhgojmë të njëjtat shkallë të temperaturës në këtë rast. Grafiku i gjatësisë së kolonës së merkurit kundrejt gjatësisë së kolonës së alkoolit nuk do të jetë linear.

Nga sa më sipër mund të konkludojmë se koncepti i temperaturës, bazuar në ligjet e ekuilibrit termik, është i paqartë. Kjo temperaturë është empirike dhe varet nga metoda e matjes. Një pikë arbitrare merret si "zero" e shkallës empirike të temperaturës. Sipas përkufizimit të temperaturës empirike, vetëm ndryshimi i temperaturës ose ndryshimi i tij ka kuptim fizik. Çdo shkallë empirike e temperaturës konvertohet në një shkallë termodinamike të temperaturës duke përdorur korrigjime që marrin parasysh natyrën e marrëdhënies midis vetive termometrike dhe temperaturës termodinamike.

Për të ndërtuar një shkallë të temperaturës për matje, dy pika referimi fikse u caktohen dy vlerave numerike të temperaturës. Pas kësaj, ndryshimi në vlerat numerike të caktuara në pikat e referencës ndahet në numrin e kërkuar të pjesëve të zgjedhura në mënyrë të rastësishme, duke rezultuar në një njësi të matjes së temperaturës.

Vlerat fillestare të përdorura si pikënisje dhe njësi matëse janë temperaturat e kalimit të substancave kimikisht të pastra nga një gjendje grumbullimi në një tjetër, për shembull, temperatura e shkrirjes së akullit t 0 dhe pika e vlimit të ujit t k në normale. presioni atmosferik (Pa ≈ 10 5 Pa ) . Madhësitë t 0 dhe t k kanë kuptime të ndryshme në lloje të ndryshme të shkallëve të matjes së temperaturës:

Sipas shkallës së Celsiusit (shkalla celsius): pika e vlimit të ujit tk = 100 ° C, pika e shkrirjes së akullit t0 = 0 ° C. Në shkallën Celsius, temperatura e pikës së trefishtë të ujit është 0,01 ° C në një presion prej 0.06 atm.

Përkufizimi 5

Pika e trefishtë e ujit- një temperaturë dhe presion i tillë në të cilin të tre gjendjet agregate të ujit mund të ekzistojnë në ekuilibër njëkohësisht: lëngu, i ngurtë (akulli) dhe avulli.

Sipas shkallës Fahrenheit: pika e vlimit të ujit tk = 212 °F; temperatura e shkrirjes së akullit t 0 = 32 ° C.

Diferenca në temperatura e shprehur në gradë Celsius dhe Fahrenheit është e niveluar sipas shprehjes së mëposhtme:

t°C 100 = t°F - 32,180 ose t°F = 1,8°C + 32.

Zero në këtë shkallë përcaktohet si pika e ngrirjes së një përzierjeje uji, amoniaku dhe kripe, e marrë në një raport 1: 1: 1.

Sipas shkallës Kelvin: pika e vlimit të ujit t k = 373 K; temperatura e shkrirjes së akullit t 0 = 273 K. Këtu temperatura matet nga zero absolute (t = 273,15 ° C) dhe quhet temperaturë termodinamike ose absolute. T = 0 K - kjo vlerë e temperaturës korrespondon me mungesën absolute të luhatjeve termike.

Vlerat e temperaturës në shkallën Celsius dhe në shkallën Kelvin lidhen me njëra-tjetrën sipas shprehjes së mëposhtme:

T(K) = t°C + 273,15°C.

Sipas shkallës Reaumur: pika e vlimit të ujit tk = 80 ° R; temperatura e shkrirjes së akullit t 0 = 0 ° R. Termometri i Reaumur përdorte alkool; për momentin peshore pothuajse nuk përdoret.

Temperaturat e shprehura në gradë Celsius dhe gradë Réaumur lidhen si më poshtë:

1°C = 0,8°R.

Sipas shkallës Rankine: pika e vlimit të ujit t k = 671,67 ° R a ; temperatura e shkrirjes së akullit t0 = 491,67 ° R a. Fillimi i shkallës korrespondon me zero absolute. Numri i gradëve ndërmjet pikave të referencës së ngrirjes dhe ujit të vluar në shkallën Rankine është identik me shkallën Fahrenheit dhe është i barabartë me 180.

Temperaturat Kelvin dhe Rankine lidhen nga:

°R a = °F + 459,67.

Shkallët Fahrenheit mund të konvertohen në gradë Rankine sipas formulës:

°R a = °F + 459,67.

Shkalla e Celsiusit është më e zbatueshme në jetën e përditshme dhe në pajisjet teknike (njësia e shkallës është gradë Celsius, e shënuar si °C).

Në fizikë, ata përdorin temperaturën termodinamike, e cila nuk është vetëm e përshtatshme, por gjithashtu mbart një kuptim të thellë fizik, pasi përkufizohet si energjia mesatare kinetike e një molekule. Njësia e temperaturës termodinamike është shkalla Kelvin (deri në vitin 1968) ose tani thjesht Kelvin (K), e cila është një nga njësitë bazë në CI. Temperatura T = 0 K quhet temperatura zero absolute, siç u përmend më lart.

Në përgjithësi, termometria moderne bazohet në shkallën ideale të gazit: presioni merret si vlerë termometrike. Shkalla e termometrit të gazit është absolute (T = 0, p = 0). Gjatë zgjidhjes së problemeve praktike, më së shpeshti është e nevojshme të përdoret kjo shkallë e temperaturës.

Shembulli 2

Pranohet që një temperaturë dhome e rehatshme për një person është në rangun nga + 18 ° C në + 22 ° C. Është e nevojshme të llogariten kufijtë e intervalit të temperaturës së rehatisë sipas shkallës termodinamike.

Zgjidhje

Le të marrim si bazë raportin T (K) = t ° C + 273,15 ° C.

Le të llogarisim kufijtë e poshtëm dhe të sipërm të temperaturës së rehatisë në një shkallë termodinamike:

T = 18 + 273 ≈ 291 (K); T = 22 + 273 ≈ 295 (K) .

Përgjigje: Kufijtë e intervalit të temperaturës së rehatisë në shkallën termodinamike janë në intervalin nga 291 K deri në 295 K.

Shembulli 3

Është e nevojshme të përcaktohet se në cilën temperaturë leximet e termometrit në shkallën Celsius dhe në shkallën Fahrenheit do të jenë të njëjta.

Zgjidhje

Figura 2

Le të marrim si bazë raportin t ° F = 1,8 t ° C + 32.

Sipas kushteve të problemit, temperaturat janë të barabarta, atëherë është e mundur të formulohet shprehja e mëposhtme:

x = 1,8 x + 32.

Le të përcaktojmë variablin x nga rekordi që rezulton:

x = - 32 0, 8 = - 40 ° C.

Përgjigje: në një temperaturë prej - 40 ° C (ose - 40 ° F), leximet e termometrit në shkallët Celsius dhe Fahrenheit do të jenë të njëjta.

Nëse vëreni një gabim në tekst, ju lutemi theksoni atë dhe shtypni Ctrl+Enter

Temperatura quhet edhe një sasi fizike që karakterizon shkallën e ngrohjes së një trupi, por kjo nuk mjafton për të kuptuar kuptimin dhe rëndësinë e konceptit të temperaturës. Në këtë frazë ka vetëm një zëvendësim të një termi me një tjetër dhe jo më të kuptueshëm. Zakonisht konceptet fizike lidhen me disa ligje themelore dhe marrin kuptim vetëm në lidhje me këto ligje. Koncepti i temperaturës lidhet me konceptin e ekuilibrit termik dhe, për rrjedhojë, me ligjin e pakthyeshmërisë makroskopike.

Ndryshimi i temperaturës

Në një gjendje ekuilibri termodinamik, të gjithë trupat që formojnë sistemin kanë të njëjtën temperaturë. Temperatura mund të matet vetëm në mënyrë indirekte, bazuar në varësinë nga temperatura e vetive të tilla fizike të trupave që mund të maten drejtpërdrejt. Substancat (trupat) që përdoren për këtë quhen termometrikë.

Lërini dy trupa të izoluar termikisht të vihen në kontakt termik. Një rrjedhë energjie do të nxitojë nga një trup në tjetrin dhe do të ndodhë procesi i transferimit të nxehtësisë. Në këtë rast, besohet se trupi që lëshon nxehtësi ka një temperaturë më të lartë se trupi në të cilin rrjedh rrjedha e nxehtësisë. Natyrisht, pas njëfarë kohe rrjedha e energjisë ndalet dhe ndodh ekuilibri termik. Supozohet se temperaturat e trupit barazohen dhe vendosen diku në intervalin midis vlerave fillestare të temperaturës. Pra, rezulton se temperatura është një shënues i caktuar i ekuilibrit termik. Rezulton se çdo vlerë t që plotëson kërkesat:

$t_1>t_2$, nëse rrjedha e nxehtësisë shkon nga trupi i parë tek i dyti;
$t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, mund të merret si temperaturë kur vendoset ekuilibri termik.

Supozohet se ekuilibri termik i trupave i bindet ligjit të kalueshmërisë: nëse dy trupa janë në ekuilibër me një të tretë, atëherë ata janë në ekuilibër termik me njëri-tjetrin.

Karakteristika më e rëndësishme e përkufizimit të mësipërm të temperaturës është paqartësia e saj. Ne mund të zgjedhim sasitë që plotësojnë kërkesat në mënyra të ndryshme (të cilat do të reflektohen në mënyrat se si matim temperaturën) dhe të përfundojmë me shkallë divergjente të temperaturës. Shkallët e temperaturës janë mënyra për të ndarë intervalet e temperaturës në pjesë.

Le të japim shembuj. Siç e dini, një pajisje për matjen e temperaturës është një termometër. Le të shqyrtojmë dy lloje termometrash të pajisjeve të ndryshme. Në njërën, rolin e temperaturës së trupit e luan gjatësia e kolonës së merkurit në kapilarin e termometrit, në rastin kur termometri është në ekuilibër termik me trupin, temperaturën e të cilit po matim. Gjatësia e kolonës së merkurit plotëson kushtet 1 dhe 2, të cilat janë dhënë më sipër dhe zbatohen për temperaturën.

Ekziston një mënyrë tjetër për të matur temperaturën: duke përdorur një termoelement. Një termoelement është një qark elektrik me një galvanometër dhe dy kryqëzime të metaleve të ndryshme (Fig. 1). Njëra bashkim vendoset në një mjedis me një temperaturë fikse, për shembull në shkrirjen e akullit, tjetri në një mjedis, temperatura e të cilit duhet të përcaktohet. Në këtë rast, treguesi i temperaturës konsiderohet të jetë emf i termoelementit. Këto dy metoda të matjes së temperaturës nuk do të japin të njëjtat rezultate. Dhe për të lëvizur nga një temperaturë në tjetrën, është e nevojshme të ndërtohet një kurbë kalibrimi që përcakton varësinë e emf të termoelementit nga gjatësia e kolonës së merkurit. Pastaj shkalla uniforme e termometrit të merkurit shndërrohet në një shkallë të pabarabartë të termoçiftit (ose anasjelltas). Shkallët uniforme të një termometri merkuri dhe një termoelementi formojnë dy shkallë krejtësisht të ndryshme të temperaturës, në të cilat një trup në të njëjtën gjendje do të ketë temperatura të ndryshme. Ju mund të merrni termometra të të njëjtit dizajn, por me "trupa termikë" të ndryshëm (për shembull, merkur dhe alkool). Shkallët e tyre të temperaturës gjithashtu nuk do të përputhen. Grafiku i gjatësisë së kolonës së merkurit kundrejt gjatësisë së kolonës së alkoolit nuk do të jetë linear.

Nga kjo rrjedh se koncepti i temperaturës, i bazuar në ligjet e ekuilibrit termik, nuk është unik. Kjo temperaturë quhet empirike, varet nga mënyra e matjes së temperaturës. Zero e shkallës empirike të temperaturës vendoset gjithmonë në mënyrë arbitrare. Sipas përkufizimit të temperaturës empirike, vetëm ndryshimi i temperaturës, domethënë ndryshimi i tij, ka kuptim fizik. Çdo shkallë empirike e temperaturës reduktohet në një shkallë të temperaturës termodinamike duke futur korrigjime që marrin parasysh natyrën e marrëdhënies midis vetive termometrike dhe temperaturës termodinamike.

Shkallët e temperaturës

Për të ndërtuar një shkallë të temperaturës, vlerat numerike të temperaturës caktohen në dy pika referimi fikse. Pastaj, ndani ndryshimin e temperaturës midis pikave të referencës në një numër pjesësh të zgjedhura rastësisht, duke marrë një njësi të matjes së temperaturës. Si vlera fillestare që shërbejnë kur ndërtohet një shkallë e temperaturës për të përcaktuar origjinën dhe njësinë e saj - gradë, përdoren temperaturat e kalimit të substancave kimikisht të pastra nga një gjendje grumbullimi në një tjetër, për shembull, temperatura e shkrirjes së akullit $t_0 $ dhe pika e vlimit të ujit $t_k$ në presion normal atmosferik ($\afërsisht 10^5Pa).$ Sasitë $t_0\ dhe\ t_k$ kanë kuptime të ndryshme:

në shkallën Celsius (shkalla celsius): pika e vlimit të ujit $t_k=100^0C$, pika e shkrirjes së akullit $t_0=0^0C$. Shkalla e Celsiusit është një shkallë në të cilën temperatura e pikës së trefishtë të ujit është 0,010C në një presion prej 0,06 atm. (Pika e trefishtë e ujit është një temperaturë dhe presion i caktuar në të cilin uji, avulli dhe akulli i tij mund të ekzistojnë njëkohësisht në ekuilibër.);
në shkallën Fahrenheit, pika e vlimit të ujit $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- pika e shkrirjes së akullit;

Marrëdhënia midis temperaturave të shprehura në gradë Celsius dhe Fahrenheit është:

\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ or\ t^0F=1.8t^0C+32\ \majtas(1\djathtas);\ ]

Zero në këtë shkallë përcaktohet nga pika e ngrirjes së një përzierjeje uji, kripe dhe amoniaku në një raport 1:1:1.

në shkallën Kelvin: temperatura matet nga zero absolute (t=-273.50C) dhe quhet temperaturë termodinamike ose absolute. T=0K është një gjendje që i përgjigjet mungesës së plotë të luhatjeve termike. Pika e vlimit të ujit në këtë shkallë është $t_k=373K$, pika e shkrirjes së akullit është $t_0=273K$. Marrëdhënia midis temperaturës Kelvin dhe temperaturës Celsius:
sipas shkallës Reaumur, pika e vlimit të ujit është $t_k=80^0R$, pika e shkrirjes së akullit është $t_0=0^0R.$ Peshorja praktikisht është jashtë përdorimit. Marrëdhënia midis temperaturave të shprehura në gradë Celsius dhe gradë Réaumur:

Termometri i Reaumur përdorte alkool.

sipas shkallës Rankine, pika e vlimit të ujit është $t_k=671.67^(0\ )Ra$, pika e shkrirjes së akullit është $t_0=(491.67)^0Ra.$ Shkalla fillon nga zero absolute. Numri i gradëve ndërmjet pikave të ngrirjes dhe vlimit të ujit në shkallët Fahrenheit dhe Rankine është i njëjtë dhe i barabartë me 180.

Marrëdhënia midis kelvinit dhe shkallës Rankine: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, gradë Fahrenheit konvertohen në gradë Rankine duke përdorur formulën:

\[^0Ra=^0F+459.67\majtas(4\djathtas);\]

Në teknologji dhe në jetën e përditshme, temperaturat përdoren në shkallën Celsius. Njësia e kësaj shkalle quhet shkalla celsius ($^0C).\ $ Në fizikë, ata përdorin temperaturën termodinamike, e cila jo vetëm është më e përshtatshme, por ka edhe një kuptim të thellë fizik, pasi përcaktohet nga energjia mesatare kinetike. të molekulës. Njësia e temperaturës termodinamike, shkalla e kelvinit (deri në 1968), ose tani thjesht kelvin (K), është një nga njësitë bazë në SI. Temperatura T=0K quhet temperaturë zero absolute. Termometria moderne bazohet në shkallën ideale të gazit, ku presioni përdoret si një sasi termometrike. Shkalla e termometrit të gazit është absolute (T=0, p=0). Kur zgjidhni probleme, më së shpeshti do t'ju duhet të përdorni këtë shkallë të temperaturës.

Temperatura dhe shkallët e temperaturës

Temperatura - shkalla e ngrohjes së substancës. Ky koncept bazohet në aftësinë e trupave (substancave) të ndryshme për të transferuar nxehtësinë tek njëri-tjetri në shkallë të ndryshme nxehjeje dhe për të qenë në një gjendje ekuilibri termik në temperatura të barabarta. Për më tepër, nxehtësia gjithmonë transferohet nga një trup me temperaturë më të lartë në një trup me temperaturë më të ulët. Temperatura mund të përkufizohet gjithashtu si një parametër i gjendjes termike të një substance, e përcaktuar nga energjia mesatare kinetike e lëvizjes së molekulave të saj. Nga këtu është e qartë se koncepti i "temperaturës" është i pazbatueshëm për një molekulë, sepse në çdo temperaturë të caktuar, energjia e një molekule nuk mund të karakterizohet me një vlerë mesatare. Nga kjo dispozitë rezulton se koncepti i "temperaturës" është statistikor.

Temperatura matet nga pajisjet e quajtura termometra, baza e të cilave mund të bazohet në parime të ndryshme fizike. Aftësia për të matur temperaturën me pajisje të tilla bazohet në fenomenin e shkëmbimit termik midis trupave me shkallë të ndryshme të ngrohjes dhe ndryshimeve në vetitë e tyre fizike (termometrike) kur nxehen (ftohen).

Për të përcaktuar në mënyrë sasiore temperaturën, është e nevojshme të zgjidhni një ose një tjetër shkalla e temperaturës. Shkallët e temperaturës ndërtohen në bazë të disa vetive fizike të një substance, të cilat nuk duhet të varen nga faktorë të jashtëm dhe duhet të maten saktë dhe me lehtësi. Në fakt, nuk ka asnjë veti të vetme termometrike për trupat ose substancat termometrike që do të plotësonte plotësisht kushtet e specifikuara në të gjithë gamën e temperaturave të matura. Prandaj, shkallët e temperaturës përcaktohen për intervale të ndryshme të temperaturës, bazuar në supozimin arbitrar të një marrëdhënieje lineare

ndërmjet vetive të trupit termometrik dhe temperaturës. Shkallët e tilla quhen kushtëzuar dhe temperatura e matur prej tyre - e kushtëzuar.

4 Shkalla konvencionale e temperaturës përfshin një nga shkallët më të zakonshme - shkallën Celsius. Sipas kësaj shkalle, pikat e shkrirjes së akullit dhe pika e vlimit të ujit në presion normal atmosferik merren si kufij të diapazonit të matjes së kushtëzuar, dhe një e qindta e kësaj shkalle zakonisht quhet një gradë Celsius. (\ ME),

| Megjithatë, ndërtimi i një shkalle të tillë të temperaturës pa përdorur termometra të lëngshëm mund të çojë në një sërë vështirësish që lidhen me vetitë e lëngjeve termometrike të përdorura. Për shembull, leximet e termometrave të merkurit dhe alkoolit që funksionojnë në parimin e zgjerimit të lëngut do të jenë të ndryshme kur maten të njëjtën temperaturë për shkak të koeficientëve të ndryshëm të zgjerimit të tyre vëllimor.

| Prandaj, për të përmirësuar shkallën konvencionale të temperaturës, u propozua përdorimi i një termometër gazi duke përdorur gazra, vetitë e të cilave do të ndryshonin pak nga vetitë e një gazi ideal (hidrogjen, helium, azot, etj.).

Duke përdorur një termometër gazi, matja e temperaturës mund të bazohet në ndryshimet në vëllimin ose presionin e gazit në një sistem termik të mbyllur.

Në praktikë, një metodë e bazuar në matjen e presionit në një vëllim konstant është bërë më e përhapur, sepse është më i saktë dhe më i lehtë për t'u zbatuar.

Për të krijuar një shkallë të unifikuar të temperaturës që nuk lidhet me vetitë termometrike të substancave të ndryshme për një gamë të gjerë temperaturash, Kelvin propozoi një shkallë të temperaturës bazuar në ligjin e dytë të termodinamikës. Kjo shkallë quhet shkalla termodinamike e temperaturës.

Ai bazohet në dispozitat e mëposhtme:

Nëse, gjatë një cikli të kthyeshëm Carnot, një trup thith nxehtësinë 0, në temperaturën T dhe lëshon nxehtësi C? 3 në temperaturën T 2, atëherë duhet të respektohet barazia e mëposhtme:

QE,

P<Г (21)

Sipas parimeve të termodinamikës, ky raport nuk varet nga vetitë e lëngut punues.

I Shkalla e temperaturës termodinamike Kelvin filloi të përdoret si shkallë fillestare për shkallët e tjera të temperaturës që nuk varen nga vetitë termometrike të substancës punuese. Për të përcaktuar një shkallë në këtë shkallë, intervali midis pikave të shkrirjes së akullit dhe pikës së vlimit të ujit ndahet, si në shkallën Celsius, në njëqind pjesë të barabarta. Kështu, I П С rezulton të jetë i barabartë me ] °К

* Sipas kësaj shkalle, zakonisht quhet absolute Pika zero merret si një temperaturë 273.15° nën pikën e shkrirjes së akullit, e quajtur zero absolute. Teorikisht është vërtetuar se në këtë temperaturë pushon e gjithë lëvizja termike e molekulave të çdo substance, prandaj kjo shkallë është në një farë mase natyrë teorike.

Marrëdhënia e mëposhtme zbatohet midis temperaturës T, e shprehur në Kelvin, dhe temperaturës *, e shprehur në gradë Celsius:

1=T-T 0 , (2.2)

ku T 0 = 273,15 K.

Nga termometrat ekzistues, termometrat e gazit zbatojnë më saktë shkallën e temperaturës absolute në intervalin jo më të lartë se 1200 °C. Përdorimi i këtyre termometrave në temperatura më të larta përballet me vështirësi të mëdha, përveç kësaj, termometrat me gaz janë pajisje mjaft komplekse dhe të mëdha, gjë që është e papërshtatshme për qëllime praktike. Prandaj, për riprodhimin praktik dhe të përshtatshëm të shkallës termodinamike në diapazon të gjerë të ndryshimeve të temperaturës, praktike ndërkombëtare

kabinete të temperaturës (MPTS). Aktualisht, është në fuqi shkalla e temperaturës MPTS-68, e miratuar në vitin 1968, ndërtimi i së cilës bazohet në pika referimi të përcaktuara nga gjendja fazore e substancave. Këto pika referimi përdoren për të standardizuar temperaturat në intervale të ndryshme, të cilat janë dhënë në tabelë. 2.1.

Shkallët më të njohura të temperaturës për momentin janë shkallët Fahrenheit, Celsius dhe Kelvin.

Shkalla e temperaturës Fahrenheit më popullor në SHBA. Temperatura matet në gradë, për shembull 48,2°F (dyzet e tetë pikë dy gradë Fahrenheit), simboli F tregon se është përdorur shkalla Fahrenheit.

Evropianët janë mësuar me Shkalla e temperaturës Celsius, e cila mat gjithashtu temperaturën në gradë, për shembull 48.2°C (dyzet e tetë pikë dy gradë Celsius), simboli C tregon se është përdorur shkalla e Celsiusit.

Shkencëtarët janë mësuar më shumë të operojnë me Shkalla e temperaturës Kelvin. Deri në vitin 1968, kelvin u quajt zyrtarisht shkalla e Kelvinit, atëherë u vendos që të emërohej vlera e temperaturës e matur në shkallën Kelvin thjesht në kelvins (pa gradë), për shembull, 48.2 K (dyzet e tetë dhe dy kelvin).

Daniel Gabriel Fahrenheit shpiku peshoren e tij në shekullin e 18-të ndërsa bënte termometra në Amsterdam. Fahrenheit mori temperaturën e një tretësire kripe të ngrirë, e cila në atë kohë përdorej për të marrë temperatura të ulëta në kushte laboratorike, si pikën e temperaturës zero. Fizikani gjerman vendosi vlerën 32°F për pikën e shkrirjes së akullit dhe pikën e ngrirjes së ujit (përkatësisht me rritje dhe ulje të temperaturave). Sipas shkallës që rezulton, pika e vlimit të ujit është 212°F.

Në të njëjtin shekull të 18-të, një shkencëtar suedez Anders Celsius shpiku shkallën e tij të temperaturës, e cila bazohet në pikën e ngrirjes (0°C) dhe pikën e vlimit (100°C) të ujit të pastër në presion normal atmosferik.

Shkalla Kelvin u shpik në shekullin e 19-të nga një shkencëtar britanik William Thomson, i cili më pas mori titullin e nderit të Baron Kelvin. Thomson e bazoi shkallën e tij të temperaturës në konceptin e zeros absolute. Më vonë, shkalla Kelvin u bë ajo kryesore në fizikë, dhe tani sistemet Fahrenheit dhe Celsius përcaktohen përmes saj.

Në thelbin e tij, temperatura e çdo objekti karakterizon masën e lëvizjes së molekulave të tij - sa më shpejt të lëvizin molekulat, aq më e lartë është temperatura e objektit dhe anasjelltas. Sa më e ulët të jetë temperatura, aq më ngadalë lëvizin molekulat. Në zero absolute (0 K), molekulat ndalojnë (gjë që nuk mund të ndodhë në natyrë). Për këtë arsye është e pamundur të arrihen temperaturat zero absolute apo edhe më të ulëta.

Duhet thënë se gradimet e shkallës Kelvin dhe Celsius janë të njëjta (një gradë Celsius është e barabartë me një kelvin), dhe 0 K = -273,15°C.

Kështu, lidhja e shkallëve të temperaturës Kelvin dhe Celsius është shumë e thjeshtë:

K = C+273,15 C = K-273,15

Le të përpiqemi të lidhim shkallët Celsius dhe Fahrenheit.

Siç e dini, uji ngrin në 32°F dhe 0°C: 32°F=0°C. Uji vlon në 212°F dhe 100°C: 212°F=100°C.

Kështu, për 180 gradë Fahrenheit ka 100 gradë Celsius (raporti 9/5): 212°F-32°F=100°C-0°C.

Duhet të theksohet gjithashtu se pika zero e shkallës Celsius korrespondon me pikën 32-gradë të shkallës Fahrenheit.

Duke marrë parasysh korrespondencën e mësipërme midis dy shkallëve, ne nxjerrim formulën për konvertimin e temperaturës nga një shkallë në tjetrën:

C = (5/9) (F-32) F = (9/5) C+32

Nëse zgjidhni këtë sistem ekuacionesh, mund ta zbuloni atë -40°C = -40°F- kjo është temperatura e vetme në të cilën vlerat e të dy shkallëve përkojnë.

Duke vazhduar në mënyrë të ngjashme, ne lidhim shkallët Kelvin dhe Fahrenheit:

F = (9/5)·(K-273,15)+32 = (9/5)K-459,67 K = (5/9)·(F+459,67)

Njerëzimi mësoi të masë temperaturën rreth 400 vjet më parë. Por instrumentet e para që ngjajnë me termometrat e sotëm u shfaqën vetëm në shekullin e 15-të. Shpikësi i termometrit të parë ishte shkencëtari Gabriel Fahrenheit. Në total, në botë u shpikën disa shkallë të ndryshme të temperaturës, disa prej tyre ishin më të njohura dhe përdoren ende sot, të tjerët gradualisht ranë jashtë përdorimit.

Shkallët e temperaturës janë sisteme të vlerave të temperaturës që mund të krahasohen me njëra-tjetrën. Meqenëse temperatura nuk është një sasi që mund të matet drejtpërdrejt, vlera e saj shoqërohet me një ndryshim në gjendjen e temperaturës së një substance (për shembull, uji). Në të gjitha shkallët e temperaturës, si rregull, regjistrohen dy pika, që korrespondojnë me temperaturat e kalimit të substancës termometrike të zgjedhur në faza të ndryshme. Këto janë të ashtuquajturat pika referimi. Shembujt përfshijnë pikën e vlimit të ujit, pikën e ngurtësimit të arit, etj. Një nga pikat merret si origjinë. Intervali ndërmjet tyre ndahet në një numër të caktuar segmentesh të barabarta, të cilat janë të vetme. Një shkallë pranohet botërisht si njësi.

Shkallët e temperaturës më të njohura dhe më të përdorura në botë janë shkallët Celsius dhe Fahrenheit. Sidoqoftë, le të shohim shkallët e disponueshme me radhë dhe të përpiqemi t'i krahasojmë ato nga pikëpamja e lehtësisë së përdorimit dhe dobisë praktike. Janë pesë shkallët më të famshme:

1. Shkalla Fahrenheit u shpik nga Fahrenheit, një shkencëtar gjerman. Në një nga ditët e ftohta të dimrit të vitit 1709, merkuri në termometrin e shkencëtarit ra në një temperaturë shumë të ulët, të cilën ai propozoi ta merrte si zero në shkallën e re. Një tjetër pikë referimi ishte temperatura e trupit të njeriut. Pika e ngrirjes së ujit në shkallën e tij ishte +32°, dhe pika e vlimit +212°. Shkalla Fahrenheit nuk është veçanërisht e menduar apo e përshtatshme. Më parë, ajo ishte përdorur gjerësisht aktualisht - pothuajse vetëm në SHBA.

2. Sipas shkallës Reaumur, e shpikur nga shkencëtari francez René de Reaumur në 1731, pika më e ulët e referencës është pika e ngrirjes së ujit. Shkalla bazohet në përdorimin e alkoolit, i cili zgjerohet kur nxehet, një shkallë është marrë të jetë një e mijëta e vëllimit të alkoolit në rezervuar dhe tub në zero. Kjo shkallë tani është jashtë përdorimit.

3. Në shkallën Celsius (propozuar nga një suedez në 1742), temperatura e përzierjes së akullit dhe ujit (temperatura në të cilën shkrihet akulli) merret si zero, pika tjetër kryesore është temperatura në të cilën vlon uji. U vendos që intervali midis tyre të ndahej në 100 pjesë, dhe një pjesë u mor si njësi matëse - një gradë Celsius. më racionale se shkalla Fahrenheit dhe shkalla Reaumur, dhe tani përdoret kudo.

4. Shkalla Kelvin u shpik në 1848 nga Lord Kelvin (shkencëtari anglez W. Thomson). Pika zero në të korrespondonte me temperaturën më të ulët të mundshme në të cilën lëvizja e molekulave të një substance ndalon. Kjo vlerë është llogaritur teorikisht kur studiohen vetitë e gazeve. Në shkallën Celsius, kjo vlerë korrespondon me afërsisht - 273 ° C, d.m.th. zero Celsius është e barabartë me 273 K. Njësia e matjes së shkallës së re ishte një kelvin (fillimisht i quajtur "gradë Kelvin").

5. (emërtuar sipas fizikanit skocez W. Rankin) ka të njëjtin parim si shkalla Kelvin, dhe dimensioni është i njëjtë me shkallën Fahrenheit. Ky sistem praktikisht nuk ishte i përhapur.

Vlerat e temperaturës që na japin shkallët Fahrenheit dhe Celsius mund të konvertohen lehtësisht me njëra-tjetrën. Kur konvertoni "në kokën tuaj" (d.m.th. shpejt, pa përdorur tabela të veçanta) vlerat Fahrenheit në gradë Celsius, duhet të zvogëloni shifrën origjinale me 32 njësi dhe të shumëzoni me 5/9. Anasjelltas (nga shkalla Celsius në Fahrenheit) - shumëzojeni vlerën origjinale me 9/5 dhe shtoni 32. Për krahasim: temperatura në Celsius është 273,15 °, në Fahrenheit - 459,67 °.