Sıcaklık ölçekleri hangi okula aittir? Mutlak sıcaklık ölçeği

Bu makaledeki materyal sıcaklık gibi önemli bir kavram hakkında fikir vermektedir. Bir tanım verelim, sıcaklık değişimi ilkesini ve sıcaklık ölçekleri oluşturma şemasını ele alalım.

Sıcaklık nedir

Tanım 1

Sıcaklık makroskopik bir cisimler sisteminin termodinamik denge durumunu tanımlayan skaler bir fiziksel niceliktir.

Sıcaklık kavramı aynı zamanda bir cismin ısınma derecesini belirleyen fiziksel bir nicelik olarak da kullanılmaktadır ancak yalnızca böyle bir yorum, terimin anlamını anlamak için yeterli değildir. Tüm fiziksel kavramlar belirli temel yasalarla ilişkilidir ve ancak bu yasalara uygun olarak anlamlandırılır. Bu durumda sıcaklık terimi, termal denge kavramıyla ve makroskobik tersinmezlik yasasıyla ilişkilendirilir.

Sistemi oluşturan cisimlerin termodinamik denge olgusu, bu cisimlerin aynı sıcaklıktaki varlığını gösterir. Sıcaklık, doğrudan ölçülebilen cisimlerin bu tür fiziksel özelliklerinin sıcaklığa bağımlılığı temel alınarak yalnızca dolaylı olarak ölçülebilir.

Tanım 2

Sıcaklık değerini elde etmek için kullanılan madde veya cisimlere denir. termometrik.

Diyelim ki termal olarak yalıtılmış iki gövde termal temasa getirildi. Bir vücut diğerine enerji akışını aktaracak: ısı transferi süreci başlayacak. Bu durumda, ısı veren cisim, ısı akışını "alan" cisimden buna uygun olarak daha yüksek bir sıcaklığa sahiptir. Bir süre sonra ısı transfer sürecinin duracağı ve termal dengenin oluşacağı açıktır: cisimlerin sıcaklıklarının birbirine göre eşitlendiği, değerlerinin başlangıç ​​sıcaklık değerleri arasında bir yerde olacağı varsayılmaktadır. . Bu nedenle sıcaklık, termal dengenin bir göstergesi olarak hizmet eder. Gereksinimleri karşılayan herhangi bir t değerinin:

  1. t 1 > t 2 , birinci gövdeden ikinciye ısı transferi gerçekleştiğinde;
  2. t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2 , ısıl denge kurulduğunda sıcaklık olarak alınabilir.

Ayrıca cisimlerin termal dengesinin geçişlilik yasasına tabi olduğunu da not ediyoruz.

Tanım 3

Geçişlilik yasası: İki cisim üçüncüsü ile dengede olduğunda, birbirleriyle termal dengede olurlar.

Bu sıcaklık tanımının önemli bir özelliği belirsizliğidir. Belirlenen gereksinimleri karşılamak için farklı miktarlar seçerek (sıcaklığın ölçülme şeklini etkileyecektir), farklı sıcaklık ölçekleri elde etmek mümkündür.

Tanım 4

Sıcaklık ölçeği sıcaklık aralığını parçalara bölme yöntemidir.

Bir örneğe bakalım.

örnek 1

Sıcaklığı ölçmek için iyi bilinen bir cihaz bir termometredir. Dikkate almak için çeşitli cihazların termometrelerini alalım. Birincisi, termometrenin kılcal kısmındaki bir cıva sütunu ile temsil edilir ve buradaki sıcaklık değeri, yukarıda belirtilen 1 ve 2 koşullarını karşılayan bu sütunun uzunluğuna göre belirlenir.

Ve sıcaklığı ölçmenin bir yolu daha: bir termokupl kullanmak - galvanometreli bir elektrik devresi ve farklı metallerden oluşan iki bağlantı noktası (Şekil 1 ).

Resim 1

Bir kavşak sıcaklığı sabit olan bir ortamda (örneğimizde bu eriyen buzdur), diğeri ise sıcaklığının belirlenmesi gereken bir ortamdadır. Burada sıcaklığın bir işareti termokuplun emk'sidir.

Bu sıcaklık ölçme yöntemleri aynı sonuçları vermeyecektir. Ve bir sıcaklıktan diğerine geçiş için, termokuplun emk'sinin cıva kolonunun uzunluğuna bağımlılığını belirleyecek bir kalibrasyon eğrisi oluşturulmalıdır. Bu durumda, bir cıva termometresinin tek biçimli ölçeği, bir termokuplun eşit olmayan ölçeğine dönüştürülür (veya tam tersi). Bir cıva termometresinin ve bir termokuplun tekdüze sıcaklık ölçüm ölçekleri, aynı durumdaki bir cismin farklı sıcaklıklara sahip olacağı tamamen farklı iki sıcaklık ölçeği oluşturur. Tasarım açısından aynı olan ancak farklı "termal gövdelere" (örneğin cıva ve alkol) sahip termometreleri de dikkate almak mümkündür: bu durumda aynı sıcaklık ölçeklerini gözlemlemeyeceğiz. Cıva sütununun uzunluğunun alkol sütununun uzunluğuna karşı grafiği doğrusal olmayacaktır.

Yukarıdakilerden, termal denge yasalarına dayanan sıcaklık kavramının belirsiz olduğu sonucuna varabiliriz. Bu sıcaklık ampiriktir ve ölçüm yöntemine bağlıdır. Ampirik sıcaklık ölçeğinin “sıfır”ı olarak keyfi bir nokta alınır. Ampirik sıcaklığın tanımına göre yalnızca sıcaklık farkı veya değişiminin fiziksel anlamı vardır. Herhangi bir ampirik sıcaklık ölçeği, termometrik özellik ile termodinamik sıcaklık arasındaki ilişkinin doğasını dikkate alan düzeltmeler kullanılarak termodinamik sıcaklık ölçeğine dönüştürülür.

Ölçüm için bir sıcaklık ölçeği oluşturmak amacıyla, iki sayısal sıcaklık değerine iki sabit referans noktası atanır. Bundan sonra referans noktalarına atanan sayısal değerler arasındaki fark, rastgele seçilen gerekli sayıda parçaya bölünerek bir sıcaklık ölçüm birimi elde edilir.

Başlangıç ​​​​noktası ve ölçüm birimi olarak kullanılan başlangıç ​​​​değerleri, kimyasal olarak saf maddelerin bir toplanma durumundan diğerine geçiş sıcaklıklarıdır, örneğin buzun erime sıcaklığı t 0 ve suyun kaynama noktası t k normal olarak atmosferik basınç (Pa ≈ 10 5 Pa ) . t 0 ve t k miktarları, farklı sıcaklık ölçüm ölçeklerinde farklı anlamlara sahiptir:

  • Celsius ölçeğine (santigrat ölçeği) göre: suyun kaynama noktası tk = 100°C, buzun erime noktası t0 = 0°C. Celsius ölçeğinde suyun üçlü noktasının sıcaklığı 0,01°C’dir. 0,06 atm'lik bir basınç.
Tanım 5

Suyun üçlü noktası- Suyun üç toplam durumunun aynı anda dengede bulunabileceği bir sıcaklık ve basınç: sıvı, katı (buz) ve buhar.

  • Fahrenheit ölçeğine göre: suyun kaynama noktası tk = 212 °F; buzun erime sıcaklığı t 0 = 32 ° C.

Celsius ve Fahrenheit derece cinsinden ifade edilen sıcaklıklar arasındaki fark aşağıdaki ifadeye göre dengelenir:

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

Bu ölçekte sıfır, 1: 1: 1 oranında alınan su, amonyak ve tuz karışımının donma noktası olarak tanımlanır.

  • Kelvin ölçeğine göre: suyun kaynama noktası t k = 373 K; buzun erime sıcaklığı t 0 = 273 K. Burada sıcaklık mutlak sıfırdan (t = 273,15 ° C) ölçülür ve termodinamik veya mutlak sıcaklık olarak adlandırılır. T = 0 K – bu sıcaklık değeri, termal dalgalanmaların mutlak yokluğuna karşılık gelir.

Celsius ölçeğindeki ve Kelvin ölçeğindeki sıcaklık değerleri aşağıdaki ifadeye göre birbiriyle ilişkilidir:

T(K) = t°C + 273,15°C.

  • Reaumur ölçeğine göre: suyun kaynama noktası tk = 80 ° R; buzun erime sıcaklığı t 0 = 0 ° R. Reaumur'un termometresinde alkol kullanılıyordu; şu anda ölçek neredeyse kullanılmıyor.

Santigrat derece ve Réaumur derece cinsinden ifade edilen sıcaklıklar aşağıdaki şekilde ilişkilidir:

1°C = 0,8°R.

  • Rankine ölçeğine göre: suyun kaynama noktası t k = 671,67 ° Ra; buzun erime sıcaklığı t0 = 491,67 ° Ra. Ölçeğin başlangıcı mutlak sıfıra karşılık gelir. Rankine ölçeğinde suyun donma ve kaynama noktaları arasındaki referans noktaları arasındaki derece sayısı Fahrenheit ölçeğiyle aynıdır ve 180'e eşittir.

Kelvin ve Rankine sıcaklıkları şu şekilde ilişkilidir:

°R a = °F + 459,67.

Fahrenheit derecesi aşağıdaki formüle göre Rankine derecesine dönüştürülebilir:

°R a = °F + 459,67.

Santigrat ölçeği en çok günlük yaşamda ve teknik cihazlarda uygulanabilir (ölçek birimi Celsius derecedir ve °C olarak gösterilir).

Fizikte, bir molekülün ortalama kinetik enerjisi olarak tanımlandığı için hem uygun hem de derin bir fiziksel anlam taşıyan termodinamik sıcaklığı kullanırlar. Termodinamik sıcaklığın birimi Kelvin derecesidir (1968'e kadar) veya şimdi basitçe Kelvin'dir (K), bu da CI'deki temel birimlerden biridir. Yukarıda bahsedildiği gibi T = 0 K sıcaklığına mutlak sıfır sıcaklığı denir.

Genel olarak modern termometre ideal gaz ölçeğini temel alır: Termometrik değer olarak basınç alınır. Gaz termometresinin ölçeği mutlaktır (T = 0, p = 0). Pratik problemleri çözerken çoğunlukla bu sıcaklık ölçeğini kullanmak gerekir.

Örnek 2

Bir kişi için konforlu oda sıcaklığının +18 ° C ile + 22 ° C aralığında olduğu kabul edilmektedir. Konfor sıcaklık aralığının sınırlarını termodinamik ölçeğe göre hesaplamak gerekir.

Çözüm

T (K) = t ° C + 273,15 ° C oranını temel alalım.

Konfor sıcaklığının alt ve üst limitlerini termodinamik ölçekte hesaplayalım:

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

Cevap: Termodinamik ölçekte konfor sıcaklık aralığının sınırları 291 K ile 295 K arasındadır.

Örnek 3

Celsius ölçeğinde ve Fahrenheit ölçeğinde termometre okumalarının hangi sıcaklıkta aynı olacağını belirlemek gerekir.

Çözüm

şekil 2

T ° F = 1,8 t ° C + 32 oranını temel alalım.

Problemin koşullarına göre sıcaklıklar eşitse aşağıdaki ifadeyi formüle etmek mümkündür:

x = 1,8x + 32.

Ortaya çıkan kayıttan x değişkenini tanımlayalım:

x = - 32 0, 8 = - 40°C.

Cevap:- 40 ° C (veya - 40 ° F) sıcaklıkta, Celsius ve Fahrenheit ölçeklerindeki termometre okumaları aynı olacaktır.

Metinde bir hata fark ederseniz, lütfen onu vurgulayın ve Ctrl+Enter tuşlarına basın.

Sıcaklık aynı zamanda bir cismin ısınma derecesini karakterize eden fiziksel bir miktar olarak da adlandırılır ancak bu, sıcaklık kavramının anlamını ve önemini anlamak için yeterli değildir. Bu ifadede yalnızca bir terimin bir başkasıyla değiştirilmesi vardır ve daha anlaşılır bir terim yoktur. Genellikle fiziksel kavramlar bazı temel kanunlarla ilişkilendirilir ve ancak bu kanunlarla bağlantılı olarak anlam kazanır. Sıcaklık kavramı, termal denge kavramıyla ve dolayısıyla makroskobik tersinmezlik yasasıyla ilişkilidir.

Sıcaklık değişimi

Termodinamik denge durumunda sistemi oluşturan tüm cisimler aynı sıcaklığa sahiptir. Sıcaklık, doğrudan ölçülebilen cisimlerin bu tür fiziksel özelliklerinin sıcaklığa bağımlılığı temel alınarak yalnızca dolaylı olarak ölçülebilir. Bunun için kullanılan maddelere (cisimlere) termometrik denir.

İki termal olarak yalıtılmış gövdenin termal temasa getirilmesine izin verin. Bir vücuttan diğerine bir enerji akışı akacak ve ısı transferi süreci gerçekleşecek. Bu durumda ısı veren cismin, ısı akışının aktığı cisimden daha yüksek bir sıcaklığa sahip olduğuna inanılmaktadır. Doğal olarak bir süre sonra enerji akışı durur ve termal denge oluşur. Vücut sıcaklıklarının başlangıç ​​sıcaklık değerleri arasındaki aralıkta bir yerde eşitlendiği ve yerleştiği varsayılmaktadır. Böylece sıcaklığın termal dengenin belirli bir göstergesi olduğu ortaya çıktı. Gereksinimleri karşılayan herhangi bir t değerinin:

  1. $t_1>t_2$, eğer ısı akışı birinci gövdeden ikinciye giderse;
  2. $t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, termal denge kurulduğunda sıcaklık olarak alınabilir.

Cisimlerin termal dengesinin geçişlilik yasasına uyduğu varsayılmaktadır: eğer iki cisim üçüncüsü ile dengede ise, o zaman birbirleriyle termal dengededirler.

Yukarıdaki sıcaklık tanımının en önemli özelliği belirsizliğidir. Gereksinimleri farklı şekillerde karşılayan miktarları seçebiliriz (bu, sıcaklığı ölçme yöntemlerimize yansıyacaktır) ve sonuçta farklı sıcaklık ölçekleri elde edebiliriz. Sıcaklık ölçekleri sıcaklık aralıklarını parçalara bölmenin yoludur.

Örnekler verelim. Bildiğiniz gibi sıcaklığı ölçmek için kullanılan cihaz bir termometredir. Farklı cihazların iki tip termometresini ele alalım. Birincisinde, termometrenin sıcaklığını ölçtüğümüz vücutla termal dengede olması durumunda vücut sıcaklığının rolü, termometrenin kılcal damarındaki cıva sütununun uzunluğu tarafından oynanır. Cıva kolonunun uzunluğu yukarıda verilen ve sıcaklığa uygulanan 1 ve 2 numaralı koşulları karşılar.

Sıcaklığı ölçmenin başka bir yolu daha var: bir termokupl kullanmak. Termokupl, galvanometre ve farklı metallerden oluşan iki bağlantı noktasına sahip bir elektrik devresidir (Şekil 1). Bir bağlantı noktası sabit bir sıcaklığa sahip bir ortama, örneğin eriyen buzun içine, diğeri ise sıcaklığının belirlenmesi gereken bir ortama yerleştirilir. Bu durumda sıcaklık göstergesinin termokuplun emk'si olduğu kabul edilir. Bu iki sıcaklık ölçme yöntemi aynı sonuçları vermeyecektir. Ve bir sıcaklıktan diğerine geçmek için, termokuplun emk'sinin cıva sütununun uzunluğuna bağımlılığını belirleyen bir kalibrasyon eğrisi oluşturmak gerekir. Daha sonra cıva termometresinin tek biçimli ölçeği, termokuplun eşit olmayan ölçeğine dönüştürülür (veya tam tersi). Cıva termometresinin ve termokuplun tekdüze ölçekleri, aynı durumdaki bir cismin farklı sıcaklıklara sahip olacağı tamamen farklı iki sıcaklık ölçeği oluşturur. Aynı tasarıma sahip ancak farklı “termal gövdelere” (örneğin cıva ve alkol) sahip termometreler alabilirsiniz. Sıcaklık ölçekleri de eşleşmeyecek. Cıva sütununun uzunluğunun alkol sütununun uzunluğuna karşı grafiği doğrusal olmayacaktır.

Buradan termal denge yasalarına dayanan sıcaklık kavramının benzersiz olmadığı sonucu çıkar. Bu sıcaklığa ampirik denir, sıcaklığı ölçme yöntemine bağlıdır. Ampirik sıcaklık ölçeğinin sıfırı her zaman keyfi olarak ayarlanır. Ampirik sıcaklığın tanımına göre yalnızca sıcaklık farkının yani değişiminin fiziksel bir anlamı vardır. Herhangi bir ampirik sıcaklık ölçeği, termometrik özellik ile termodinamik sıcaklık arasındaki ilişkinin doğasını dikkate alan düzeltmeler getirilerek termodinamik sıcaklık ölçeğine indirgenir.

Sıcaklık ölçekleri

Bir sıcaklık ölçeği oluşturmak için sayısal sıcaklık değerleri iki sabit referans noktasına atanır. Daha sonra referans noktaları arasındaki sıcaklık farkını rastgele seçilen sayıda parçaya bölerek bir sıcaklık ölçüm birimi elde edin. Kökeni ve birim derecelerini belirlemek için bir sıcaklık ölçeği oluştururken hizmet eden başlangıç ​​değerleri olarak, kimyasal olarak saf maddelerin bir toplanma durumundan diğerine geçiş sıcaklıkları, örneğin buzun erime sıcaklığı $t_0 kullanılır. $ ve normal atmosferik basınçta ($\yaklaşık 10^5Pa) suyun $t_k$ kaynama noktası.$ $t_0\ ve\ t_k$ miktarlarının farklı anlamları vardır:

  • Santigrat ölçeğinde (santigrat ölçeği): suyun kaynama noktası $t_k=100^0C$, buzun erime noktası $t_0=0^0C$. Celsius ölçeği, suyun üçlü noktasının sıcaklığının 0,06 atm basınçta 0,010C olduğu bir ölçektir. (Suyun üçlü noktası, suyun, buharının ve buzunun aynı anda dengede bulunabileceği belirli bir sıcaklık ve basınçtır.);
  • Fahrenheit ölçeğinde suyun kaynama noktası $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- buzun erime noktası;
  • Santigrat derece ile Fahrenheit cinsinden ifade edilen sıcaklıklar arasındaki ilişki şöyledir:

    \[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ veya\ t^0F=1.8t^0C+32\ \left(1\right);\ ]

    Bu ölçekte sıfır, 1:1:1 oranında su, tuz ve amonyak karışımının donma noktasıyla belirlenir.

  • Kelvin ölçeğinde: sıcaklık mutlak sıfırdan (t=-273.50C) ölçülür ve termodinamik veya mutlak sıcaklık olarak adlandırılır. T=0K, termal dalgalanmaların tamamen yokluğuna karşılık gelen bir durumdur. Bu ölçekte suyun kaynama noktası $t_k=373K$, buzun erime noktası ise $t_0=273K$'dır. Kelvin sıcaklığı ile Santigrat sıcaklığı arasındaki ilişki:
  • \
  • Reaumur ölçeğine göre suyun kaynama noktası $t_k=80^0R$, buzun erime noktası ise $t_0=0^0R$'dır. Terazi neredeyse kullanım dışıdır. Santigrat derece ile Réaumur derece cinsinden ifade edilen sıcaklıklar arasındaki ilişki:
  • \

    Reaumur'un termometresinde alkol kullanıldı.

  • Rankine ölçeğine göre suyun kaynama noktası $t_k=671.67^(0\ )Ra$, buzun erime noktası ise $t_0=(491.67)^0Ra$'dır. Ölçek mutlak sıfırdan başlar. Fahrenheit ve Rankine ölçeğinde suyun donma ve kaynama noktaları arasındaki derece sayısı aynı ve 180'e eşittir.
  • Kelvin ile Rankine derecesi arasındaki ilişki: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, Fahrenheit dereceleri aşağıdaki formül kullanılarak Rankine derecesine dönüştürülür:

    \[^0Ra=^0F+459.67\left(4\right);\]

Teknolojide ve günlük yaşamda sıcaklıklar Celsius ölçeğinde kullanılır. Bu ölçeğin birimine Santigrat derecesi ($^0C) adı verilir.\ $ Fizikte termodinamik sıcaklığı kullanırlar; bu hem daha uygun hem de ortalama kinetik enerjiyle belirlendiğinden derin bir fiziksel anlam taşır. molekülün. Termodinamik sıcaklık birimi, kelvin derecesi (1968'e kadar) veya şimdi basitçe kelvin (K), SI'daki temel birimlerden biridir. T=0K sıcaklığına mutlak sıfır sıcaklığı denir. Modern termometre, basıncın termometrik miktar olarak kullanıldığı ideal gaz ölçeğine dayanmaktadır. Gaz termometresi ölçeği mutlaktır (T=0, p=0). Sorunları çözerken çoğunlukla bu sıcaklık ölçeğini kullanmak zorunda kalacaksınız.

Sıcaklık ve sıcaklık terazileri

Sıcaklık - maddenin ısınma derecesi. Bu kavram, farklı cisimlerin (maddelerin) farklı ısınma derecelerinde birbirlerine ısı aktarabilmeleri ve eşit sıcaklıklarda termal denge halinde olabilme yeteneklerine dayanmaktadır. Ayrıca ısı her zaman sıcaklığı yüksek olan bir cisimden sıcaklığı daha düşük olan bir cisme aktarılır. Sıcaklık aynı zamanda bir maddenin moleküllerinin ortalama hareket kinetik enerjisiyle belirlenen termal durumunun bir parametresi olarak da tanımlanabilir. Buradan “sıcaklık” kavramının tek bir molekül için uygulanamayacağı açıktır, çünkü herhangi bir sıcaklıkta bir molekülün enerjisi ortalama bir değerle karakterize edilemez. Bu hükümden “sıcaklık” kavramının istatistiksel olduğu sonucu çıkmaktadır.

Sıcaklık adı verilen aletlerle ölçülür. termometreler, temeli çeşitli fiziksel prensiplere dayanabilir. Bu tür cihazlarla sıcaklığı ölçebilme yeteneği, farklı ısınma derecelerine sahip gövdeler arasındaki termal değişim olgusuna ve ısıtıldığında (soğutulduğunda fiziksel (termometrik) özelliklerinde meydana gelen değişikliklere dayanmaktadır.)

Sıcaklığı ölçmek için birini veya diğerini seçmek gerekir sıcaklık ölçeği. Sıcaklık ölçekleri, bir maddenin dış faktörlere bağlı olmaması ve doğru ve uygun bir şekilde ölçülmesi gereken belirli fiziksel özellikleri temel alınarak oluşturulmuştur. Aslında, termometrik cisimler veya maddeler için, ölçülen sıcaklıkların tamamı boyunca belirtilen koşulları tamamen karşılayacak tek bir termometrik özellik yoktur. Bu nedenle sıcaklık ölçekleri, doğrusal bir ilişkinin keyfi varsayımına dayalı olarak farklı sıcaklık aralıkları için tanımlanır.

Termometrik bir cismin özelliği ile sıcaklık arasında. Bu tür ölçeklere denir koşullu ve onlar tarafından ölçülen sıcaklık -şartlı.

4 Geleneksel sıcaklık ölçeği en yaygın ölçeklerden biri olan Santigrat ölçeğini içerir. Bu ölçeğe göre normal atmosfer basıncında buzun erime noktaları ve suyun kaynama noktası koşullu ölçüm aralığının sınırları olarak alınır ve bu ölçeğin yüzde birine genellikle bir santigrat derece denir. (\ İLE),

| Bununla birlikte, sıvı termometreler kullanılmadan böyle bir sıcaklık ölçeğinin oluşturulması, kullanılan termometrik sıvıların özelliklerine ilişkin bir takım zorluklara yol açabilmektedir. Örneğin, sıvı genleşme prensibine göre çalışan cıva ve alkol termometrelerinin okumaları, hacimsel genleşmelerinin farklı katsayıları nedeniyle aynı sıcaklığı ölçerken farklı olacaktır.

| Bu nedenle, geleneksel sıcaklık ölçeğini geliştirmek için, özellikleri ideal bir gazın (hidrojen, helyum, nitrojen vb.) özelliklerinden biraz farklı olan gazları kullanan bir gaz termometresinin kullanılması önerildi.

Bir gaz termometresi kullanılarak sıcaklık ölçümü, kapalı bir termal sistemdeki gazın hacmindeki veya basıncındaki değişikliklere dayandırılabilir.

Uygulamada, sabit hacimde basıncın ölçülmesine dayalı bir yöntem daha yaygın hale gelmiştir, çünkü daha doğru ve uygulanması daha kolaydır.

Geniş bir sıcaklık aralığı için çeşitli maddelerin termometrik özellikleriyle ilgili olmayan birleşik bir sıcaklık ölçeği oluşturmak için Kelvin, termodinamiğin ikinci yasasına dayanan bir sıcaklık ölçeği önerdi. Bu ölçeğe denir termodinamik sıcaklık ölçeği.

Aşağıdaki hükümlere dayanmaktadır:

Tersinir bir Carnot çevrimi sırasında, bir cisim T sıcaklığındaki 0 ​​ısısını emer ve C ısısını serbest bırakırsa? 3 T2 sıcaklığında, bu durumda aşağıdaki eşitliğe uyulmalıdır:

O,

P<Г (21)

Termodinamiğin ilkelerine göre bu oran, çalışma akışkanının özelliklerine bağlı değildir.

BEN Kelvin termodinamik sıcaklık ölçeği, çalışma maddesinin termometrik özelliklerine bağlı olmayan diğer sıcaklık ölçekleri için başlangıç ​​ölçeği olarak kullanılmaya başlandı. Bu ölçekte bir dereceyi belirlemek için buzun erime noktası ile suyun kaynama noktası arasındaki aralık santigrat derece ölçeğinde olduğu gibi yüz eşit parçaya bölünür. Böylece, I П С'nin ] °К'ye eşit olduğu ortaya çıkıyor

* Yaygın olarak adlandırılan bu ölçeğe göre mutlak Sıfır noktası, mutlak sıfır adı verilen buzun erime noktasının 273,15° altındaki bir sıcaklık olarak alınır. Bu sıcaklıkta herhangi bir maddenin moleküllerinin tüm termal hareketinin durduğu teorik olarak kanıtlanmıştır, bu nedenle bu ölçek bir dereceye kadar teorik niteliktedir.

Kelvin cinsinden ifade edilen T sıcaklığı ile Santigrat derece cinsinden ifade edilen sıcaklık * arasında aşağıdaki ilişki geçerlidir:

1=T-T 0 , (2.2)

burada T 0 = 273,15 K.

Mevcut termometreler arasında, 1200 °C'yi aşmayan mutlak sıcaklık ölçeğini en doğru şekilde uygulayan gaz termometreleridir. Bu termometrelerin daha yüksek sıcaklıklarda kullanımı büyük zorluklarla karşı karşıyadır; ayrıca gaz termometreleri oldukça karmaşık ve hacimli cihazlardır ve bu da pratik amaçlar için elverişsizdir. Bu nedenle, termodinamik ölçeğin geniş sıcaklık değişim aralıklarında pratik ve rahat bir şekilde yeniden üretilmesi için, Uluslararası pratik

sıcaklık dolapları (MPTS). Şu anda, 1968 yılında kabul edilen MPTS-68 sıcaklık ölçeği yürürlükte olup, yapısı maddelerin faz durumu tarafından belirlenen referans noktalarına dayanmaktadır. Bu referans noktaları, tabloda verilen çeşitli aralıklardaki sıcaklıkları standartlaştırmak için kullanılır. 2.1.


Şu anda en bilinen sıcaklık ölçekleri Fahrenheit, Celsius ve Kelvin ölçekleridir.

Fahrenheit sıcaklık ölçeği ABD'de en popüler. Sıcaklık derece cinsinden ölçülür, örneğin 48,2°F (kırk sekiz virgül iki Fahrenheit), F sembolü Fahrenheit ölçeğinin kullanıldığını gösterir.

Avrupalılar alıştı Santigrat sıcaklık ölçeği sıcaklığı da derece cinsinden ölçer, örneğin 48,2°C (kırk sekiz virgül iki santigrat derece), C sembolü Santigrat ölçeğinin kullanıldığını belirtir.

Bilim insanları bunlarla çalışmaya daha alışkın Kelvin sıcaklık ölçeği. 1968 yılına kadar kelvin resmi olarak Kelvin derecesi olarak adlandırılıyordu, daha sonra Kelvin ölçeğinde ölçülen sıcaklık değerinin basitçe kelvin (derecesiz), örneğin 48,2 K (kırk sekiz ve iki kelvin) olarak adlandırılmasına karar verildi.

Daniel Gabriel Fahrenheit Terazisini 18. yüzyılda Amsterdam'da termometre yaparken icat etti. Fahrenheit, o zamanlar laboratuvar koşullarında düşük sıcaklıklar elde etmek için kullanılan donmuş tuz çözeltisinin sıcaklığını sıfır sıcaklık noktası olarak aldı. Alman fizikçi, buzun erime noktası ve suyun donma noktası (sırasıyla sıcaklıkların artması ve azalmasıyla birlikte) için 32°F değerini belirledi. Ortaya çıkan ölçeğe göre suyun kaynama noktası 212°F'dir.

Aynı 18. yüzyılda İsveçli bir bilim adamı Anders Celsius normal atmosfer basıncında saf suyun donma noktası (0°C) ve kaynama noktasına (100°C) dayanan kendi sıcaklık ölçeğini icat etti.

Kelvin ölçeği 19. yüzyılda İngiliz bir bilim adamı tarafından icat edildi. William Thomson Daha sonra Baron Kelvin'in fahri unvanını aldı. Thomson sıcaklık ölçeğini mutlak sıfır kavramına dayandırdı. Daha sonra Kelvin ölçeği fizikte ana ölçek haline geldi ve şimdi Fahrenheit ve Celsius sistemleri bunun aracılığıyla belirleniyor.

Özünde, herhangi bir nesnenin sıcaklığı, moleküllerinin hareketinin ölçüsünü karakterize eder; moleküller ne kadar hızlı hareket ederse, nesnenin sıcaklığı da o kadar yüksek olur ve bunun tersi de geçerlidir. Sıcaklık ne kadar düşük olursa moleküller o kadar yavaş hareket eder. Mutlak sıfırda (0 K), moleküller durur (bu doğada gerçekleşemez). Bu nedenle mutlak sıfır ve hatta daha düşük sıcaklıklara ulaşmak imkansızdır.

Kelvin ve Celsius ölçeklerinin derecelerinin aynı olduğunu (bir derece Celsius bir kelvin'e eşittir) ve 0 K = -273,15°C olduğunu söylemek gerekir.

Böylece Kelvin ve Santigrat sıcaklık ölçeklerini birbirine bağlamak çok basittir:

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

Celsius ve Fahrenheit ölçeklerini birbirine bağlamaya çalışalım.

Bildiğiniz gibi su 32°F ve 0°C sıcaklıkta donar: 32°F=0°C. Su 212°F ve 100°C'de kaynar: 212°F=100°C.

Böylece, 180 Fahrenheit derecesi için 100 santigrat derece vardır (9/5 oranı): 212°F-32°F=100°C-0°C.

Ayrıca Celsius ölçeğinin sıfır noktasının Fahrenheit ölçeğinin 32 derecelik noktasına karşılık geldiğini de belirtmek gerekir.

İki ölçek arasındaki yukarıdaki benzerlikleri dikkate alarak, sıcaklığı bir ölçekten diğerine dönüştürmek için formülü türetiyoruz:

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

Bu denklem sistemini çözerseniz şunu öğrenebilirsiniz: -40°C = -40°F- her iki ölçeğin değerlerinin çakıştığı tek sıcaklık budur.

Benzer şekilde ilerleyerek Kelvin ve Fahrenheit ölçeklerini birleştiriyoruz:

F = (9/5)·(K-273.15)+32 = (9/5)K-459.67 K = (5/9)·(F+459.67)

İnsanlık sıcaklığı ölçmeyi yaklaşık 400 yıl önce öğrendi. Ancak günümüz termometrelerine benzeyen ilk aletler ancak 15. yüzyılda ortaya çıktı. İlk termometrenin mucidi bilim adamı Gabriel Fahrenheit'ti. Toplamda dünyada birkaç farklı sıcaklık ölçeği icat edildi, bunlardan bazıları daha popülerdi ve bugün hala kullanılıyor, diğerleri ise yavaş yavaş kullanım dışı kaldı.

Sıcaklık ölçekleri birbiriyle karşılaştırılabilen sıcaklık değerleri sistemleridir. Sıcaklık doğrudan ölçülebilen bir nicelik olmadığı için değeri bir maddenin (örneğin suyun) sıcaklık durumundaki değişiklikle ilişkilendirilir. Tüm sıcaklık ölçeklerinde, kural olarak, seçilen termometrik maddenin farklı fazlara geçiş sıcaklıklarına karşılık gelen iki nokta kaydedilir. Bunlar sözde referans noktalarıdır. Örnekler arasında suyun kaynama noktası, altının katılaşma noktası vb. yer alır. Noktalardan biri orijin olarak alınır. Aralarındaki aralık, tek olan belirli sayıda eşit parçaya bölünmüştür. Bir derece evrensel olarak bir birim olarak kabul edilir.

Dünyada en popüler ve yaygın olarak kullanılan sıcaklık ölçekleri Celsius ve Fahrenheit ölçekleridir. Ancak mevcut ölçeklere sırasıyla bakalım ve bunları kullanım kolaylığı ve pratik kullanışlılık açısından karşılaştırmaya çalışalım. En ünlü beş ölçek vardır:

1. Fahrenheit ölçeği, Alman bilim adamı Fahrenheit tarafından icat edildi. 1709'un soğuk kış günlerinden birinde, bilim adamının termometresindeki cıva çok düşük bir sıcaklığa düştü ve yeni ölçekte bu sıcaklığı sıfır olarak almayı önerdi. Bir diğer referans noktası ise insan vücudunun sıcaklığıydı. Onun ölçeğine göre suyun donma noktası +32°, kaynama noktası ise +212° idi. Fahrenheit ölçeği özellikle düşünülmüş veya kullanışlı değildir. Daha önce şu anda yaygın olarak kullanılıyordu - neredeyse yalnızca ABD'de.

2. Fransız bilim adamı René de Reaumur'un 1731 yılında icat ettiği Reaumur ölçeğine göre alt referans noktası suyun donma noktasıdır. Ölçek, ısıtıldığında genleşen alkolün kullanımına dayanmaktadır; sıfırda hazne ve tüpteki alkol hacminin binde biri kadar bir derece alınmıştır. Bu terazi artık kullanım dışıdır.

3. Celsius ölçeğinde (1742'de bir İsveçli tarafından öne sürülen), buz ve su karışımının sıcaklığı (buzun eridiği sıcaklık) sıfır olarak alınır; diğer temel nokta ise suyun kaynadığı sıcaklıktır. Aralarındaki aralığın 100 parçaya bölünmesine karar verildi ve bir parça ölçü birimi olarak - bir santigrat derece - alındı. Fahrenheit ölçeği ve Reaumur ölçeğinden daha rasyoneldir ve artık her yerde kullanılmaktadır.

4. Kelvin ölçeği 1848'de Lord Kelvin (İngiliz bilim adamı W. Thomson) tarafından icat edildi. Üzerindeki sıfır noktası, bir maddenin moleküllerinin hareketinin durduğu mümkün olan en düşük sıcaklığa karşılık geliyordu. Bu değer teorik olarak gazların özellikleri incelenirken hesaplandı. Santigrat ölçeğinde bu değer yaklaşık -273 ° C'ye karşılık gelir, yani sıfır Santigrat 273 K'ye eşittir. Yeni ölçeğin ölçüm birimi bir kelvindi (başlangıçta "derece Kelvin" olarak adlandırılıyordu).

5. (İskoç fizikçi W. Rankin'in adını almıştır) Kelvin ölçeğiyle aynı prensibe sahiptir ve boyutu Fahrenheit ölçeğiyle aynıdır. Bu sistem pratikte yaygın değildi.

Fahrenheit ve Celsius ölçeklerinin bize verdiği sıcaklık değerleri kolaylıkla birbirine çevrilebilmektedir. Fahrenheit değerlerini "kafanızda" (yani özel tablolar kullanmadan hızlı bir şekilde) Celsius derecesine dönüştürürken, orijinal rakamı 32 birim azaltıp 5/9 ile çarpmanız gerekir. Tam tersi (Santigrat'tan Fahrenheit ölçeğine) - orijinal değeri 9/5 ile çarpın ve 32 ekleyin. Karşılaştırma için: Celsius'ta sıcaklık 273,15 °, Fahrenheit'te - 459,67 °.



Makaleyi beğendin mi? Arkadaşlarınla ​​paylaş!