Denklemden (2.4)

bundan ideal bir gazın basıncının yoğunluğuyla (bir gazın yoğunluğu birim hacim başına molekül sayısıyla belirlenir) ve moleküllerin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisiyle orantılı olduğu sonucu çıkar. Sabit ve dolayısıyla sabit bir gaz hacminde V (burada kaptaki molekül sayısıdır), gaz basıncı yalnızca moleküllerin ortalama kinetik enerjisine bağlıdır.

Bu arada, sabit bir hacimde bir gazın basıncının yalnızca tek bir şekilde değiştirilebileceği deneyimlerden bilinmektedir: ısıtılarak veya soğutularak; Bir gaz ısıtıldığında basıncı artar, soğuduğunda ise azalır. Isıtılan ve soğutulan gaz, herhangi bir cisim gibi, bilimde, teknolojide ve günlük yaşamda uzun süredir kullanılan özel bir değer olan sıcaklığıyla karakterize edilir. Bu nedenle sıcaklık ile moleküllerin ortalama kinetik enerjisi arasında bir ilişki olması gerekir.

Bu bağlantıyı çözmeden önce, sıcaklığın fiziksel bir nicelik olarak ne olduğuna bakalım.

Günlük hayatta sıcaklık bizim için "sıcak"ı "soğuk"tan ayıran değerdir. Ve sıcaklıkla ilgili ilk fikirler, sıcak ve soğuk hissinden doğdu. Bu tanıdık duyumları, sıcaklığın fiziksel bir nicelik olarak temel özelliğini bulmak için kullanabiliriz.

Üç gemi alalım. Bunlardan birine sıcak su, diğerine soğuk su, üçüncüsüne ise sıcak-soğuk su karışımı dökün. Bir elimizi, örneğin sağ elimizi sıcak su dolu bir kaba, sol elimizi de soğuk su dolu bir kaba koyalım. Bu gemilerde bir süre elimizi tuttuktan sonra üçüncü gemiye aktaracağız. Bu kaptaki su hakkında duyularımız bize ne söyleyecek? Sağ el su gibi hissedilecek

hava soğuk ve soldaki sıcak olduğunu söylüyor. Ancak her iki elinizi üçüncü kapta daha uzun süre tutarsanız bu "tutarsızlık" ortadan kalkacaktır. Bir süre sonra her iki el de üçüncü kaptaki suyun sıcaklığına karşılık gelen tamamen aynı hisleri deneyimlemeye başlayacak.

Bütün mesele şu ki, ilk önce sıcak ve soğuk su dolu kaplarda bulunan eller, birbirinden ve üçüncü kaptaki sıcaklıktan farklı, farklı sıcaklıklara sahipti. Ve her elin sıcaklığının, içine daldırıldığı suyun sıcaklığına eşitlenmesi biraz zaman alır. Daha sonra ellerin sıcaklıkları aynı olacaktır. Duygular aynı olacak. Dedikleri gibi “sağ el - sol el - su” cisimleri sisteminde termal dengenin kurulması gerekir.

Bu basit deney, sıcaklığın termal denge durumunu karakterize eden bir miktar olduğunu gösterir: termal denge durumundaki cisimler aynı sıcaklıklara sahiptir. Tersine, aynı sıcaklığa sahip cisimler birbirleriyle termal dengededir. Ve eğer iki cisim üçüncü bir cisimle termal dengedeyse, o zaman her iki cisim de birbiriyle termal dengededir. Bu önemli ifade doğanın temel yasalarından biridir. Ve sıcaklığı ölçme olasılığı buna dayanmaktadır. Örneğin anlatılan deneyde, her iki elin suyla termal dengeye gelmesinden sonra her iki elin termal dengesinden bahsediyorduk.

Bir cisim veya cisimler sistemi termal denge durumunda değilse ve sistem izole edilmişse (diğer cisimlerle etkileşime girmiyorsa), bir süre sonra termal denge durumu kendiliğinden kurulur. Termal denge durumu, herhangi bir izole sistemin geçtiği durumdur. Bu duruma ulaşıldığında artık değişmez ve sistemde makroskobik değişiklikler meydana gelmez. Termal denge durumunun işaretlerinden biri, vücudun tüm bölümlerinin veya sistemin tüm gövdelerinin sıcaklıklarının eşitliğidir. Termal dengenin kurulması sürecinde, yani iki cismin sıcaklığı eşitlendiğinde, ısının bir vücuttan diğerine aktarıldığı bilinmektedir. Sonuç olarak deneysel açıdan bakıldığında bir cismin sıcaklığı, onun farklı sıcaklıktaki başka bir cisme ısı aktarıp aktarmayacağını veya ondan ısı alıp almayacağını belirleyen bir niceliktir.

Sıcaklık, fiziksel büyüklükler arasında biraz özel bir yere sahiptir. Bu miktarın bilimde ortaya çıktığı dönemde, maddedeki hangi iç süreçlerin sıcak ve soğuk hissine neden olduğunun tam olarak bilinmediğini düşünürsek bu şaşırtıcı değildir.

Sıcaklığın fiziksel bir nicelik olarak benzersizliği, esas olarak, diğer niceliklerin aksine,

katkı maddesi değil. Bu, eğer bir bedeni zihinsel olarak parçalara ayırırsanız, tüm vücudun sıcaklığının, parçalarının sıcaklıklarının toplamına eşit olmayacağı anlamına gelir. Bu şekilde sıcaklık, örneğin tüm vücut için değerleri, parçalarına karşılık gelen miktarların değerlerinden oluşan uzunluk, hacim, kütle gibi miktarlardan farklıdır.

Sonuç olarak vücut sıcaklığı, uzunluk veya kütlenin ölçüldüğü gibi doğrudan, yani bir standartla karşılaştırılarak ölçülemez. Eğer bir çubuğun uzunluğunun diğer çubuğun uzunluğundan kat kat daha fazla olduğu söylenebiliyorsa, o zaman bir sıcaklığın diğerinde kaç kez kapsandığı sorusu mantıklı değildir.

Sıcaklığı ölçmek için, bir cismin sıcaklığı değiştiğinde özelliklerinin de değiştiği uzun zamandır kullanılmaktadır. Sonuç olarak, bu özellikleri karakterize eden nicelikler değişir. Bu nedenle, sıcaklığı ölçen bir cihaz, yani bir termometre, bir madde (termometrik madde) ve maddenin özelliğini karakterize eden belirli bir miktar (termometrik miktar) seçilir. Her ikisinin de seçimi tamamen keyfidir. Örneğin ev tipi termometrelerde termometrik madde cıvadır ve termometrik miktar da cıva sütununun uzunluğudur.

Sıcaklık değerinin belirli sayısal değerlerle ilişkilendirilebilmesi için, termometrik değerin sıcaklığa bir veya daha fazla bağımlılığının da belirtilmesi gerekir. Bu bağımlılığın seçimi de keyfidir: Sonuçta termometre olmasa da bu bağımlılığı deneysel olarak kurmak imkansızdır! Örneğin bir cıva termometresi durumunda, cıva sütununun uzunluğunun (cıva hacmi) sıcaklığa doğrusal bir bağımlılığı seçilir.

Geriye sıcaklık birimini - bir derece - oluşturmak kalıyor (prensipte termometrik bir miktarın ölçüldüğü aynı birimlerle, örneğin bir cıva termometresi kullanılarak - santimetre cinsinden ifade edilebilmesine rağmen!). Derece değeri de keyfi olarak seçilir (termometrik madde, termometrik değer ve termometrik değeri sıcaklığa bağlayan fonksiyon türü gibi). Derece boyutu aşağıdaki gibi ayarlanır. Yine keyfi olarak iki sıcaklık seçerler (bunlara referans noktaları denir) - bunlar genellikle atmosferik basınçta buzun erimesi ve kaynayan suyun sıcaklıklarıdır - ve bu sıcaklık aralığını belirli (aynı zamanda keyfi) sayıda eşit parçaya - dereceye - bölerler, ve bu iki sıcaklıktan birine belirli bir sayısal değer atanır. Bu, ikinci sıcaklığın ve herhangi bir ara sıcaklığın değerini belirler. Bu şekilde bir sıcaklık ölçeği elde edilir. Açıklanan prosedürü kullanarak sayısız farklı termometre ve sıcaklık ölçeği elde etmenin mümkün olduğu açıktır.

Modern termometre, bir gaz termometresi kullanılarak oluşturulan ideal gaz ölçeğine dayanmaktadır. Temel olarak gaz termometresi, ideal bir gazla doldurulmuş ve gazın basıncını ölçmek için bir basınç göstergesiyle donatılmış kapalı bir kaptır. Bu, böyle bir termometredeki termometrik maddenin ideal bir gaz olduğu ve termometrik miktarın sabit hacimdeki gaz basıncı olduğu anlamına gelir. Basıncın sıcaklığa bağımlılığının doğrusal olduğu varsayılır (tam olarak kabul edilir!). Bu varsayım, kaynar su ve eriyen buz sıcaklıklarındaki basınç oranının, bu sıcaklıkların kendi oranına eşit olduğu gerçeğine yol açmaktadır:

Tutumu deneyimlerden belirlemek kolaydır. Çok sayıda ölçüm şunu gösterdi:

Dolayısıyla bu, sıcaklık oranının değeridir:

Derece boyutu, farkın yüz parçaya bölünmesiyle seçilir:

Son iki eşitlikten, seçtiğimiz ölçekte buzun erime sıcaklığının 273,15 dereceye, suyun Tk kaynama noktasının ise 373,15 dereceye eşit olduğu anlaşılmaktadır. Gaz termometresi kullanarak bir cismin sıcaklığını ölçmek için cismi gaz termometresine temas ettirmeniz ve dengeyi bekledikten sonra termometredeki gaz basıncını ölçmeniz gerekir. Daha sonra vücut sıcaklığı formülle belirlenir.

Eriyen buzun içine yerleştirilen termometredeki gaz basıncı nerede?

Pratikte gaz termometresi çok nadiren kullanılır. Daha sorumlu bir rol verilmiştir - kullanılan tüm termometreler buna göre kalibre edilmiştir.

Ölçeğimizde sıfıra eşit olan sıcaklık, elbette ideal bir gazın basıncının sıfır olacağı sıcaklıktır. (Bu, ideal bir gazın aslında basıncı sıfır olacak kadar soğutulabileceği anlamına gelmez.) Sıcaklık ölçeğinin sıfır noktasında termometrik miktar sıfır olursa, bu tür bir ölçeğe mutlak ölçek adı verilir ve sıcaklık bu ölçekte ölçülür. böyle bir ölçeğe mutlak sıcaklık denir. Burada açıklanan gaz termometresi ölçeği mutlaktır. Genellikle Kelvin ölçeği olarak da adlandırılır.

ve bu ölçekte sıcaklık birimi Kelvin derecesi veya kısaca kelvindir (sembol: K).

Teknolojide ve günlük yaşamda, buzun erime sıcaklığına sıfır değeri (aynı derece boyutunda) atanması nedeniyle açıklanandan farklı olan bir sıcaklık ölçeği sıklıkla kullanılır. Bu ölçeğe Celsius ölçeği denir. Bu ölçekte ölçülen sıcaklık, bariz bir ilişkiyle mutlak sıcaklıkla ilişkilidir:

Aşağıda Kelvin ölçeğini kullanacağız.

Burada söylenenlerden sıcaklığın cisimlerin termal dengesini karakterize ettiği sonucu çıkar: denge durumuna geçişte cisimlerin sıcaklıkları dengelenir ve denge durumunda vücudun tüm bölümlerinin sıcaklığı veya Vücut sistemi aynıdır. Sıcaklığı ölçme prosedürü de bununla bağlantılıdır. Gerçekten de, bir termometrik niceliğin eriyen buz ve kaynayan su sıcaklıklarındaki değerini ölçmek için, termometrenin eriyen buz ve kaynayan su ile denge durumuna getirilmesi gerekir ve herhangi bir cismin sıcaklığını ölçmek için, termometre ile gövde arasında termal dengenin kurulabilmesi ihtimalinin sağlanması gerekir. Ve ancak böyle bir denge sağlandığında vücut sıcaklığının termometreyle ölçülen sıcaklığa eşit olduğunu düşünebiliriz.

Yani sıcaklık, sistemde dengenin kurulması sürecinde eşitlenen şeydir. Ancak hizalama kavramının kendisi, sistemin bir kısmından diğerine bir şeyin aktarılması anlamına gelir. İdeal bir gazın basıncı için elde ettiğimiz denklem (2.4), bu “bir şeyin” ne olduğunu anlamamızı sağlayacaktır.

Gaz hacminin tüm kısımlarındaki sıcaklığın aynı olacağı şekilde, içinde termal dengenin zaten kurulduğu ideal bir gaza sahip yalıtımlı bir silindir hayal edelim. Dengeyi bozmadan silindirin içine gaz hacmini iki parçaya bölen hareketli bir piston yerleştirildiğini varsayalım (Şekil 3, a). Denge koşullarında piston hareketsiz olacaktır. Bu, denge durumunda sadece sıcaklıkların değil aynı zamanda pistonun her iki tarafındaki basınçların da aynı olduğu anlamına gelir. Denklem (2.4)'e göre miktarlar da aynıdır

Şimdi gaz silindirimizin yalıtımını geçici olarak kıralım ve bir parçasını, örneğin pistonun sol tarafındaki parçayı ısıtalım, ardından yalıtımı tekrar eski haline getirelim. Artık silindirdeki gaz dengede değil - sol bölmedeki sıcaklık sağdakinden daha yüksek (Şekil 3, b). Ancak gaz izole edilmiştir ve denge durumuna geçiş kendiliğinden başlayacaktır. Aynı zamanda pistonun soldan sağa doğru hareket etmeye başlayacağını göreceğiz. Bu, iş yapıldığı ve dolayısıyla enerjinin sol bölmedeki gazdan sağdaki gaza piston aracılığıyla aktarıldığı anlamına gelir. Bu, termal dengenin kurulması sürecinde aktarılan şeyin enerji olduğu anlamına gelir. Bir süre sonra pistonun hareketi duracaktır. Ancak piston bir dizi titreşimden sonra duracaktır. Ve sol silindir bölmesi ısıtılmadan önceki yerde duracaktır. Gaz silindirinde yeniden bir denge durumu kuruldu. Ancak şimdi gazın sıcaklığı ve basıncı elbette ısıtma öncesine göre daha yüksek.

Piston aynı yerde durduğundan moleküllerin konsantrasyonu (yani birim hacimdeki molekül sayısı) aynı kaldı. Bu, gazın ısıtılması sonucunda yalnızca moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin değiştiği anlamına gelir. Dolayısıyla sıcaklık dengeleme, pistonun her iki tarafındaki moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin eşitlenmesi anlamına gelir. Dengeye geçiş sırasında, enerji gazın bir kısmından diğerine aktarılır, ancak eşitlenen bir bütün olarak gazın tamamının enerjisi değil, molekül başına ortalama kinetik enerjidir. Sıcaklık gibi davranan bir molekülün ortalama kinetik enerjisidir.

Bu iki miktar aynı zamanda sıcaklık gibi ortalama kinetik enerjinin de toplamsal bir miktar olmaması bakımından benzerdir; gazın tamamı ve (yeterince fazla sayıda molekül içeren) herhangi bir kısmı için aynıdır. Gazın tamamının enerjisi elbette ilave bir miktardır - parçalarının enerjisinden oluşur.

Akıl yürütmemizin yalnızca silindir içindeki gazın bir piston tarafından iki parçaya bölündüğü durum için geçerli olduğunu düşünmemeliyiz. Ve piston olmadan moleküller birbirleriyle çarpışma sırasında enerji alışverişinde bulunacak ve bu enerji daha fazla ısınan taraftan daha az ısınan tarafa aktarılacak ve bunun sonucunda moleküllerin ortalama kinetik enerjileri eşitlenecektir. Piston, hareketi işin performansıyla ilişkili olduğundan yalnızca enerji aktarımının görünür görünmesini sağlar.

Yukarıdaki basit, ancak çok kesin olmayan akıl yürütme, uzun süre sıcaklık olarak bilinen miktarın aslında moleküllerin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisini temsil ettiğini göstermektedir. İdeal gaz durumunda bu sonucu elde ettiğimiz gerçeği değişmez

İdeal bir gaza uygulandığında, sıcaklığın moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin üçte ikisine eşit olduğunu varsaymak daha uygundur çünkü bu, gaz basıncı için formül (2.4)'ün formunu basitleştirecektir. Bu şekilde belirlenen sıcaklığı bir harfle belirterek şunu yazabiliriz:

O zaman denklem (2.4) basit formu alacaktır:

Sıcaklığın bu tanımıyla, açıkça enerji birimleriyle (SI sisteminde - joule cinsinden, CGS birim sisteminde - ergs cinsinden) ölçülmesi gerekir. Ancak pratikte böyle bir sıcaklık biriminin kullanılması sakıncalıdır. Bu kadar küçük bir enerji birimi bile sıcaklık birimi olarak kullanılamayacak kadar büyüktür. Bunu kullanırken, yaygın olarak karşılaşılan sıcaklıklar ihmal edilebilecek kadar küçük sayılarla ifade edilir. Örneğin buzun erime sıcaklığı şu şekilde olabilir: Ayrıca ergs cinsinden ifade edilen sıcaklığın ölçülmesi çok zor olacaktır.

Bu nedenle ve ayrıca sıcaklığın gerçek anlamını açıklayan moleküler kinetik kavramlar geliştirilmeden çok önce sıcaklık değeri kullanıldığından, bu birimin geleneğine rağmen hala eski birimlerle, yani derecelerle ölçülüyor.

Ancak sıcaklığı derece cinsinden ölçerseniz, enerji birimlerini ve dereceleri dönüştüren uygun bir katsayı girmeniz gerekir. Genellikle harfle gösterilir. Daha sonra derece cinsinden ölçülen sıcaklık ile ortalama kinetik enerji arasındaki ilişki eşitlikle ifade edilir:

Formül (3.1)'in bir noktaya benzer olduğunu kabul ettiğimiz bir molekülü ifade ettiğini hatırlayalım. Kinetik enerjisi, hızı üç bileşene ayrılabilen öteleme hareketinin kinetik enerjisidir. Moleküler hareketlerin kaotik doğasından dolayı enerjinin olduğu varsayılabilir.

Moleküller hızın her üç bileşenine de eşit olarak dağılmıştır, böylece her biri enerjiye karşılık gelir.

Enerji birimi ile sıcaklık birimi kelvin arasındaki ilişkiyi ifade eden faktöre Boltzmann sabiti denir. Sayısal değerinin deneysel olarak belirlenmesi gerektiği açıktır. Bu sabitin özel önemi nedeniyle birçok yöntemle belirlenmiştir. Bu sabitin bugüne kadarki en doğru değerini sunuyoruz. SI birimlerinde

GHS birim sisteminde

Formül (3.1)'den sıfır sıcaklığın, moleküllerin rastgele hareketlerinin ortalama kinetik enerjisinin sıfır olduğu sıcaklık, yani moleküllerin kaotik hareketlerinin durduğu sıcaklık olduğu sonucu çıkar. Bu, yukarıda bahsettiğimiz mutlak sıfır, mutlak sıcaklığın başlangıcıdır.

Ayrıca formül (3.1)'den, kinetik enerji esas olarak pozitif bir miktar olduğundan negatif sıcaklıkların olamayacağı sonucu çıkar. Ancak aşağıda Bölüm. VI'da, belirli sistemler için negatif sıcaklık kavramının resmi olarak tanıtılmasının mümkün olduğu gösterilecektir. Ancak bunların mutlak sıfırın altındaki sıcaklıklar olduğu ve sistemin denge durumuyla ilgili olduğu söylenemez.

Sıcaklık, moleküllerin ortalama hareket enerjisi tarafından belirlendiğinden, basınç gibi istatistiksel bir miktardır. Bir ya da birkaç molekülün “sıcaklığından” ya da “sıcak” ya da “soğuk” moleküllerden söz edemezsiniz. Örneğin, birim hacim başına düşen molekül sayısının, kelimenin alışılmış anlamıyla gaz oluşturmayacak kadar küçük olduğu uzaydaki bir gazın sıcaklığından bahsetmek anlamsızdır ve imkansızdır. Moleküllerin ortalama hareket enerjisinden bahsetmek.

Gaz parçacıklarının kaotik hareketleriyle ilişkili enerjiler çok küçüktür. Formül (3.1)'den ve Boltzmann sabitinin verilen değerinden, 1 K'lık bir sıcaklığın şuna eşit bir enerjiye karşılık geldiği açıktır: Bugüne kadar elde edilen en düşük sıcaklıkta (yaklaşık 10 6 K), moleküllerin ortalama enerjisi şu şekildedir: yaklaşık 109 joule. Yapay olarak elde edilen en yüksek sıcaklık bile (bir nükleer bombanın patlaması sırasında gelişen yaklaşık 100 milyon derece) önemsiz bir joule parçacık enerjisine karşılık gelir.

Sıcaklık fizik ve teknolojide çok önemli bir rol oynadığından dolayı uzunluk, kütle ve zamanla birlikte SI birim sisteminin temel büyüklükleri arasında yer alır ve sıcaklık birimi kelvin de bu birimlerden biridir. Bu sistemin temel birimleri (sıcaklık boyutu harfiyle gösterilir).

SI'da sıcaklık birimi (kelvin), “buzun erime sıcaklığı - kaynar suyun sıcaklığı” sıcaklık aralığına göre değil, “mutlak sıfır - suyun üçlü noktasının sıcaklığı” aralığına göre belirlenir. ”. Suyun üçlü noktası su, su buharı ve buzun dengede olduğu sıcaklıktır (bkz. § 130). Suyun üçlü nokta sıcaklığına 273,16 K (kesin) değeri atanır.

Böylece 1 kelvin, mutlak sıfır sıcaklığından suyun üçlü noktasının sıcaklığına kadar olan sıcaklık aralığının bir kısmına eşittir.

Suyun üçlü noktasının sıcaklığı 0,01 °C olduğundan Santigrat ve Kelvin ölçeğindeki dereceler aynıdır ve herhangi bir sıcaklık Celsius veya Kelvin cinsinden ifade edilebilir.

Uzunluk ve mesafe dönüştürücü Kütle dönüştürücü Toplu ürünlerin ve gıda ürünlerinin hacim ölçüleri dönüştürücüsü Alan dönüştürücü Mutfak tariflerinde hacim ve ölçü birimleri dönüştürücüsü Sıcaklık dönüştürücü Basınç, mekanik stres, Young modülü dönüştürücüsü Enerji ve iş dönüştürücüsü Güç dönüştürücüsü Kuvvet dönüştürücüsü Zaman dönüştürücü Doğrusal hız dönüştürücü Düz açı dönüştürücü Isıl verim ve yakıt verimliliği Çeşitli sayı sistemlerindeki sayıların dönüştürücüsü Bilgi miktarı ölçüm birimlerinin dönüştürücüsü Döviz kurları Kadın giyim ve ayakkabı bedenleri Erkek giyim ve ayakkabı bedenleri Açısal hız ve dönme frekans dönüştürücü İvme dönüştürücü Açısal ivme dönüştürücü Yoğunluk dönüştürücü Özgül hacim dönüştürücü Atalet momenti dönüştürücü Kuvvet momenti dönüştürücü Tork dönüştürücü Yanma dönüştürücünün özgül ısısı (kütlece) Enerji yoğunluğu ve yanmanın özgül ısısı dönüştürücü (hacimce) Sıcaklık farkı dönüştürücü Isıl genleşme dönüştürücünün katsayısı Isıl direnç dönüştürücü Termal iletkenlik dönüştürücü Spesifik ısı kapasitesi dönüştürücü Enerjiye maruz kalma ve termal radyasyon güç dönüştürücü Isı akısı yoğunluğu dönüştürücü Isı transfer katsayısı dönüştürücü Hacim akış hızı dönüştürücü Kütle akış hızı dönüştürücü Molar akış hızı dönüştürücü Kütle akış yoğunluğu dönüştürücü Molar konsantrasyon dönüştürücü Çözelti dönüştürücüdeki kütle konsantrasyonu Dinamik (mutlak) viskozite dönüştürücü Kinematik viskozite dönüştürücü Yüzey gerilimi dönüştürücü Buhar geçirgenliği dönüştürücü Buhar geçirgenliği ve buhar aktarım hızı dönüştürücü Ses seviyesi dönüştürücü Mikrofon hassasiyeti dönüştürücü Ses Basıncı Düzeyi (SPL) Dönüştürücü Seçilebilir Referans Basıncına sahip Ses Basıncı Seviyesi Dönüştürücü Parlaklık Dönüştürücü Işık Yoğunluğu Dönüştürücü Aydınlık Dönüştürücü Bilgisayar Grafikleri Çözünürlük Dönüştürücü Frekans ve Dalgaboyu Dönüştürücü Diyoptri Gücü ve Odak Uzaklığı Diyoptri Gücü ve Mercek Büyütme (×) Elektrik yükü dönüştürücü Doğrusal yük yoğunluğu dönüştürücü Yüzey yük yoğunluğu dönüştürücü Hacim yük yoğunluğu dönüştürücü Elektrik akımı dönüştürücü Doğrusal akım yoğunluğu dönüştürücü Yüzey akım yoğunluğu dönüştürücü Elektrik alan kuvveti dönüştürücü Elektrostatik potansiyel ve voltaj dönüştürücü Elektrik direnç dönüştürücü Elektrik direnç dönüştürücü Elektrik iletkenlik dönüştürücü Elektrik iletkenlik dönüştürücü Elektriksel kapasitans Endüktans dönüştürücü Amerikan tel ölçüm dönüştürücüsü Seviyeler dBm (dBm veya dBm), dBV (dBV), watt, vb. cinsindendir. birimler Manyetomotor kuvvet dönüştürücü Manyetik alan kuvveti dönüştürücü Manyetik akı dönüştürücü Manyetik indüksiyon dönüştürücü Radyasyon. İyonlaştırıcı radyasyon emilen doz hızı dönüştürücü Radyoaktivite. Radyoaktif bozunum dönüştürücü Radyasyon. Maruz kalma dozu dönüştürücü Radyasyon. Emilen doz dönüştürücü Ondalık önek dönüştürücü Veri aktarımı Tipografi ve görüntü işleme birimi dönüştürücü Kereste hacmi birim dönüştürücü Molar kütlenin hesaplanması D. I. Mendeleev'in kimyasal elementlerin periyodik tablosu

Başlangıç ​​değeri

Dönüştürülen değer

kelvin derece Celsius derece Fahrenheit derece Rankine derece Reaumur Planck sıcaklığı

Sıcaklık hakkında daha fazla bilgi

Genel bilgi

Ölçü birimlerini bir dilden diğerine çevirmeyi zor mu buluyorsunuz? Meslektaşlarınız size yardım etmeye hazır. TCTerms'e bir soru gönderin ve birkaç dakika içinde bir cevap alacaksınız.

Buradaki paradoks, günlük yaşamda, endüstride ve hatta uygulamalı bilimde sıcaklığı ölçmek için "sıcaklığın" ne olduğunu bilmenize gerek olmamasıdır. "Sıcaklık derecedir" şeklindeki oldukça belirsiz fikir ısıtma bedenler." Aslında, sıcaklığı ölçmek için kullanılan çoğu pratik alet aslında maddelerin bu ısınma derecesine göre değişen basınç, hacim, elektrik direnci vb. diğer özelliklerini ölçer. Daha sonra okumaları otomatik veya manuel olarak sıcaklık birimlerine dönüştürülür.

Sıcaklığın ne olduğunu öğrenmek isteyen ya da bulmak zorunda kalan meraklı insanlar ve öğrenciler genellikle termodinamiğin sıfırıncı, birinci ve ikinci yasaları, Carnot döngüsü ve entropi unsuruna girerler. İdeal bir tersinir ısı makinesinin parametresi olarak sıcaklığın, çalışma maddesinden bağımsız olarak tanımlanmasının, genellikle "sıcaklık" kavramına ilişkin anlayışımıza açıklık getirmediğini kabul etmek gerekir.

Moleküler kinetik teori olarak adlandırılan yaklaşım daha "somut" görünüyor; bu yaklaşımdan, ısının basitçe enerji biçimlerinden biri, yani atomların ve moleküllerin kinetik enerjisi olarak kabul edilebileceği fikri ortaya çıkıyor. Rastgele hareket eden çok sayıda parçacık üzerinden ortalaması alınan bu değerin, vücut sıcaklığı denilen şeyin bir ölçüsü olduğu ortaya çıkıyor. Isıtılmış bir cismin parçacıkları soğuk bir cismin parçacıklarından daha hızlı hareket eder.

Sıcaklık kavramı parçacıkların ortalama kinetik enerjisiyle yakından ilişkili olduğundan ölçüm birimi olarak joule'ün kullanılması doğal olacaktır. Ancak parçacıkların termal hareket enerjisi joule ile karşılaştırıldığında çok küçük olduğundan bu miktarın kullanılması sakıncalıdır. Termal hareket, "k" dönüşüm faktörü kullanılarak joule'den türetilen diğer birimlerle ölçülür.

T sıcaklığı kelvin (K) cinsinden ölçülürse, ideal bir gazın atomlarının öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisi ile ilişkisi şu şekildedir:

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

Nerede k- bir kelvin içinde joule'ün hangi kısmının bulunduğunu belirleyen bir dönüşüm faktörü. Büyüklük k Boltzmann sabiti denir.

Basıncın moleküler hareketin ortalama enerjisi cinsinden de ifade edilebileceği göz önüne alındığında

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

Nerede n = N/V, V- gazın kapladığı hacim, N- bu hacimdeki toplam molekül sayısı

İdeal bir gazın hal denklemi şöyle olacaktır:

p = nkT

Toplam molekül sayısı şu şekilde temsil edilirse N = µN A, Nerede µ - gazın mol sayısı, Yok- Avagadro sayısı, yani mol başına parçacık sayısı, iyi bilinen Clapeyron-Mendeleev denklemini kolayca elde edebilirsiniz:

pV = µ RT, nerede R - molar gaz sabiti R= N Bir.k

veya bir mol için pV = N A. kT(3)

Dolayısıyla sıcaklık, hal denklemine yapay olarak eklenen bir parametredir. Durum denklemi kullanılarak, diğer tüm parametreler ve sabitler biliniyorsa termodinamik sıcaklık T belirlenebilir. Bu sıcaklık tanımından T değerlerinin Boltzmann sabitine bağlı olacağı açıktır. Bu orantı katsayısı için keyfi bir değer seçip ona güvenebilir miyiz? HAYIR. Sonuçta suyun üçlü noktası için keyfi bir değer elde edebiliriz, halbuki 273,16 K değerini elde etmemiz gerekir! Soru ortaya çıkıyor - neden tam olarak 273,16 K?

Bunun nedenleri fiziksel değil tamamen tarihseldir. Gerçek şu ki, ilk sıcaklık ölçeklerinde, suyun iki durumu için aynı anda kesin değerler benimsenmiştir - katılaşma noktası (0 ° C) ve kaynama noktası (100 ° C). Bunlar kolaylık sağlamak için seçilmiş keyfi değerlerdi. Santigrat derecesinin Kelvin derecesine eşit olduğunu ve bu noktalarda kalibre edilmiş bir gaz termometresi ile termodinamik sıcaklığı ölçtüğümüz için, ekstrapolasyonla mutlak sıfır (0 °K) değerini - 273,15 °C elde ettik. Elbette bu değer ancak gaz termometresi ile yapılan ölçümlerin kesinlikle doğru olması durumunda doğru kabul edilebilir. Bu yanlış. Bu nedenle suyun üçlü noktası için 273,16 K değerini sabitleyerek ve suyun kaynama noktasını daha gelişmiş bir gaz termometresiyle ölçerek 100°C'den biraz farklı bir kaynama değeri elde edebilirsiniz. Örneğin şu anda en gerçekçi değer 99.975 °C'dir. Ve bunun nedeni, gaz termometresiyle yapılan ilk çalışmaların mutlak sıfır için hatalı bir değer vermesidir. Böylece suyun katılaşma ve kaynama noktaları arasında ya mutlak sıfır ya da 100 °C'lik bir aralık sabitliyoruz. Aralığı sabitlersek ve mutlak sıfıra ekstrapolasyon yapmak için ölçümleri tekrarlarsak, -273,22 °C elde ederiz.

1954 yılında CIPM, 0-100 °C aralığıyla hiçbir ilgisi olmayan yeni bir Kelvin tanımına geçiş konusunda bir karar kabul etti. Aslında suyun üçlü noktasına 273,16 K (0,01 °C) değerini atadı ve "suyun kaynama noktasının yaklaşık 100 °C'de serbestçe yüzmesine izin verdi". Sıcaklık birimi olarak "derece Kelvin" yerine basitçe "kelvin" getirildi.

Formül (3)'ten, suyun üçlü noktası gibi sistemin kararlı ve iyi tekrarlanabilir bir durumunda T'ye 273,16 K'lik sabit bir değer atanarak, k sabitinin değerinin deneysel olarak belirlenebileceği sonucu çıkar. Yakın zamana kadar Boltzmann sabiti k'nin en doğru deneysel değerleri aşırı seyreltilmiş gaz yöntemiyle elde ediliyordu.

Parametreyi içeren yasaların kullanımına dayalı olarak Boltzmann sabitini elde etmenin başka yöntemleri de vardır. kT.

Bu, termal radyasyonun toplam enerjisi E(T)'nin dördüncü güç fonksiyonu olduğunu söyleyen Stefan-Boltzmann yasasıdır. BT.
İdeal bir gazda ses hızının karesini 0 2'ye bağlayan denklem ile doğrusal bağımlılık BT.
V 2 elektrik direnci üzerindeki ortalama kare gürültü voltajı denklemi, ayrıca doğrusal olarak bağımlıdır. BT.

Yukarıdaki belirleme yöntemlerinin uygulanmasına yönelik tesisler BT Mutlak termometre veya birincil termometre cihazları denir.

Bu nedenle sıcaklık değerlerinin joule yerine kelvin cinsinden belirlenmesinde birçok gelenek vardır. Önemli olan orantı katsayısının kendisidir k Sıcaklık ve enerji birimleri arasındaki sıcaklık sabit değildir. Bu, şu anda elde edilebilen termodinamik ölçümlerin doğruluğuna bağlıdır. Bu yaklaşım, özellikle üçlü noktadan uzak bir sıcaklık aralığında çalışan birincil termometreler için pek uygun değildir. Okumaları Boltzmann sabitinin değerindeki değişikliklere bağlı olacaktır.

Pratik uluslararası sıcaklık ölçeğindeki her değişiklik, dünya çapındaki metroloji merkezleri tarafından yapılan bilimsel araştırmaların sonucudur. Sıcaklık ölçeğinin yeni bir versiyonunun kullanıma sunulması, tüm sıcaklık ölçüm cihazlarının kalibrasyonunu etkiler.

Hikaye

"Sıcaklık" kelimesi, insanların daha fazla ısıtılmış gövdenin daha az ısıtılmış olanlardan daha fazla miktarda özel bir madde (kalori) içerdiğine inandıkları günlerde ortaya çıktı. Bu nedenle sıcaklık, vücut maddesi ve kalori karışımının gücü olarak algılanıyordu. Bu nedenle alkollü içeceklerin sertliği ve sıcaklığının ölçü birimlerine aynı derece denir.

Sıcaklık moleküllerin kinetik enerjisi olduğundan, onu enerji birimleriyle (yani SI sisteminde joule cinsinden) ölçmenin en doğal yol olduğu açıktır. Bununla birlikte, sıcaklık ölçümü moleküler kinetik teorinin yaratılmasından çok önce başladı, bu nedenle pratik ölçekler sıcaklığı geleneksel birimlerle (derece) ölçer.

Kelvin ölçeği

Termodinamik, sıcaklığın mutlak sıfırdan (bir cismin teorik olarak mümkün olan minimum iç enerjisine karşılık gelen durum) ölçüldüğü Kelvin ölçeğini kullanır ve bir kelvin, mutlak sıfırdan üçlü noktaya kadar olan mesafenin 1/273,16'sına eşittir. su (buz, su ve su çiftlerinin dengede olduğu durum). Kelvinleri enerji birimlerine dönüştürmek için Boltzmann sabiti kullanılır. Türetilmiş birimler de kullanılır: kilokelvin, megakelvin, millikelvin vb.

santigrat

Günlük yaşamda, 0'ın suyun donma noktası ve 100°'nin atmosferik basınçta suyun kaynama noktası olduğu Santigrat ölçeği kullanılır. Suyun donma ve kaynama noktaları iyi tanımlanmadığından Celsius ölçeği şu anda Kelvin ölçeği kullanılarak tanımlanmaktadır: Celsius derecesi bir kelvin'e eşittir, mutlak sıfır -273,15 °C olarak alınır. Santigrat ölçeği pratikte çok uygundur çünkü su gezegenimizde çok yaygındır ve yaşamımız ona dayanmaktadır. Sıfır Santigrat meteoroloji için özel bir noktadır, çünkü atmosferik suyun donması her şeyi önemli ölçüde değiştirir.

Fahrenhayt

İngiltere'de ve özellikle ABD'de Fahrenheit ölçeği kullanılmaktadır. Bu ölçek, Fahrenheit'in yaşadığı şehirdeki en soğuk kışın sıcaklığından insan vücudunun sıcaklığına kadar olan aralığı 100 dereceye böler. Sıfır santigrat derece 32 Fahrenheit derecedir ve bir Fahrenheit derece 5/9 santigrat dereceye eşittir.

Fahrenheit ölçeğinin güncel tanımı şu şekildedir: 1 derecenin (1 °F), atmosferik basınçta suyun kaynama noktası ile buzun erime sıcaklığı arasındaki farkın 1/180'ine eşit olduğu bir sıcaklık ölçeğidir ve buzun erime noktası +32 °F'dir. Fahrenheit sıcaklığı Santigrat sıcaklığı (t °C) ile t °C = 5/9 (t °F - 32) oranıyla ilişkilidir, yani sıcaklıktaki 1 °F'lik bir değişiklik 5/9 °'lik bir değişikliğe karşılık gelir C. 1724'te G. Fahrenheit tarafından önerildi.

Reaumur ölçeği

1730'da icat ettiği alkol termometresini tanımlayan R. A. Reaumur tarafından önerildi.

Birim Reaumur derecesidir (°R), 1 °R, referans noktaları arasındaki sıcaklık aralığının 1/80'ine eşittir - buzun erime sıcaklığı (0 °R) ve suyun kaynama noktası (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

Şu anda ölçek kullanım dışı kaldı; yazarın anavatanı olan Fransa'da en uzun süre hayatta kaldı.

Sıcaklık ölçeklerinin karşılaştırılması

¹ Normal insan vücudu sıcaklığı 36,6 °C ±0,7 °C veya 98,2 °F ±1,3 °F'dir. Yaygın olarak alıntılanan 98,6 °F değeri, 19. yüzyıl Alman değeri olan 37 °C'nin Fahrenheit'ına tam olarak dönüştürülmesidir. Bu değer modern kavramlara göre normal sıcaklık aralığında olmadığından aşırı (yanlış) doğruluk içerdiğini söyleyebiliriz. Bu tablodaki bazı değerler yuvarlanmıştır.

Fahrenheit ve Santigrat ölçeklerinin karşılaştırılması

(ile ilgili- Fahrenheit ölçeği, oC- Santigrat ölçeği)

Santigrat dereceyi Kelvin'e dönüştürmek için aşağıdaki formülü kullanmalısınız: T=t+T 0 burada T kelvin cinsinden sıcaklıktır, t Celsius derece cinsinden sıcaklıktır, T 0 =273,15 kelvin. Santigrat derecenin büyüklüğü Kelvin'e eşittir.