Концепцията на температурата

Парадоксът е, че, за да се измери температурата на въздуха в дома, индустрията и дори в приложни науки не е нужно да се знае какво е "температурата". Достатъчно е доста неясна представа какво "температура -. Е степента на топлината на тялото" Всъщност, най-практически инструмент за измерване на температурата се измерват други свойства на веществата на различни степени на топлина, като налягане, обем, електрическо съпротивление и т.н. След техните показания автоматично или ръчно превърнати в температурни единици.

Любопитни хора и студенти, които или искат да имат или да разбера каква е температурата, обикновено попадат в елементите на термодинамиката и неговата нула, първи и втори закона, Карно цикъл и ентропията. Трябва да се признае, че определянето на температурата, като параметър идеален обратим топлинен двигател, който е независим от работната среда, обикновено не добавя яснота в нашия смисъл на понятието "температура".

Още "осезаем" подход изглежда се нарича молекулно-кинетичната теория на която се образува, че топлината може да се разглежда само като форма на енергия, а именно - кинетичната енергия на атоми и молекули. Тази стойност е средна стойност за огромен брой произволно движещи се частици, и е мярка за това, което се нарича телесна температура. отопляеми частици тялото се движат по-бързо от студено.

Тъй като понятието температура е тясно свързано с средната кинетичната енергия на частиците, би било естествено и като мерните единици, използвани джаула. Въпреки това, енергията на топлинна движение на частиците е много малък в сравнение с Joule, така че използването на тази стойност може да бъде неудобно. Термичната движение се измерва в други единици, които са получени от прехвърлянето на джаула от «к» коефициент.

Ако температурата Т е измерена в градуси по Келвин (К), а след това връзката с средната кинетичната енергия на постъпателно движение на идеалния газ атома има формата

където К - коефициент на преобразуване, който определя коя част на Joule намерени в Келвин. к, стойност е константа на Болцман.

Като се има предвид, че налягането може също да бъде изразена по отношение на средната енергия на движение на молекули

където п = N / V, V - обем заета от газ, N - общ брой на молекулите в този обем

Уравнението на състоянието на идеален газ ще бъде:

Ако общият брой на молекули, присъстващи във формата N = μNA. където μ - броя молове на газ, NA - Авагадро номер, т.е. броя на частиците на мол, може лесно да се получат по известни Clapeyron - Менделеев:

Така температурата - изкуствено въведена в уравнението на състоянието параметър. С помощта на уравнението на състоянието може да се определи термодинамична температура Т, ако всички други параметри са постоянни и известни. От такова откриване температура е очевидно, че стойностите на Т ще зависят от константата на Болцман. Ние можем да изберат това съотношение на произволна стойност и след това да се изгради върху него? Не. В края на краищата, ние може да се получи по този начин произволна стойност за тройната точка на водата, а ние трябва да получите стойността на 273,16 К! Възниква въпросът - защо точно 273,16 K?

Причините са чисто исторически, а не физически. Фактът, че първата температура люспите са взети веднага точните стойности за двете страни на вода - точка на замръзване (0 ° С) и точката на кипене (100 ° С). Това беше условни стойности, избрани за удобство. Имайки предвид, че е градуса по Целзий градуса Келвин и извършване на термодинамична температура измерване газ термометър, завършва в тези точки, получени за абсолютната нула (0 ° С) екстраполирана стойност - 273,15 ° С. Разбира се, тази стойност може да се счита за точна само ако измерване газ термометъра са абсолютно точни. Това не е така. Следователно, за определяне на стойността на 273,16 К за тройната точка на водата, и измерване на температурата на кипене на по-добра термометър газ, може да се получи от малко по-различна стойност от 100 ° С в продължение на кипене. Например, сега най-реалистична стойност е 99 975 ° С И това е само защото рано да работи с термометър газ даде погрешна стойност за абсолютната нула. По този начин, ние се определи или абсолютна нула, или интервала между 100 ° С и точката на втвърдяване на вряща вода. Ако улавяне интервал и повторете измерванията да се екстраполира до абсолютната нула, ние получаваме -273,22 ° C.

През 1954 г. CIPM прие резолюция на прехода към ново определение на Келвин, несвързана с интервал 0 -100 ° С Това всъщност е запазено за стойността на тройната точка на водата 273.16 К (0,01 ° С) и "в поплавъка" около 100 ° С температура на кипене на водата. Вместо "степен Келвин" просто "келвин" е въведен за температура уреда.

От формула (3) означава, че определянето Т в такава стабилна и добре възпроизводимо състояние на системата като тройната точка на вода се определя на 273,16 К, стойност на постоянното к може да бъде определена експериментално. Доскоро най-точен експерименталните стойности на Болцман константа к получен чрез изключително разреден газ.

Има и други методи за получаване на константата на Болцман, въз основа на използването на закони, които включват параметър КТ.

Това е Stefan-Boltzmann закон, според който общата енергия на топлинното излъчване Е (Т) е функция на четвърта степен на KT.
Уравнението, свързана квадрата на скоростта на звука в един идеален газ c0 2 линейна зависимост с КТ.
Уравнението за средното квадратично напрежение шум на електрическото съпротивление V 2. линейно зависим KT.

Инсталация за изпълнението на посочените по-горе методи за определяне на КТ се наричат ​​абсолютни Термометрия устройства или първичен термометрия.

По този начин, при определяне на стойностите на температурата в Келвин, а не в джаули много конвенции. По принцип това, което той пропорционалност фактор к между топлинните и енергийни блокове не е постоянен. Това зависи от точността на термодинамични измервания постижими в момента. Този подход не е много удобно за първичните термометрите, особено тези, които работят в температурен диапазон на разстояние от тройната точка. Техните показания ще бъдат засегнати от промените в стойността на константата на Болцман.

Но можете да направите, както и обратното. Fix стойността на константа к. Тогава ние се зависи от стойността на к за T тройната точка на водата. Този подход в момента се разглежда от Консултативния комитет за термометрия. . Вижте развитие на международен мащаб.