Каква е температурата? Температурните елементи са градуси. Температура на парата и газа

Всеки човек се сблъсква с концепцията за температурата ежедневно. Терминът се превърна твърдо установени в ежедневния ни живот: ние стопли в микровълновата продуктите или приготвяне на храна във фурната, ние се интересуваме от времето на улицата или да разберете дали студената вода в реката - всичко това е тясно свързана с тази концепция. И това, което е температурата, което означава физичен параметър, това, което се измерва? Тези и други въпроси ще бъдат отговорени в статията.

Физическо количество

Нека да разгледаме каква е температурата от гледна точка на изолираната система в термодинамичното равновесие. Терминът идва от латински и означава "правилно смесване", "нормално състояние", "пропорционалност". Тази стойност характеризира състоянието на термодинамичното равновесие на всяка макроскопична система. В случай, когато изолираната система е извън баланса, енергията преминава от по-нагряти предмети до по-малко отопление с течение на времето. Резултатът е изравняване на температурата (промяна) в цялата система. Това е първият постулат (нулева точка) на термодинамиката.

Температурата определя разпределението на съставните частици на системата по отношение на енергийните нива и скорости, степента на йонизация на веществата, свойствата на равновесно електромагнитно излъчване на телата, общата обемна плътност на излъчването. Тъй като за системата, която е в термодинамично равновесие, изброените параметри са равни, те обикновено се наричат ​​температура на системата.

плазма

В допълнение към равновесните тела съществуват системи, в които състоянието се характеризира с няколко температурни стойности, които не са еднакви помежду си. Добър пример е плазмата. Състои се от електрони (леко заредени частици) и йони (тежки заредени частици). В техните сблъсъци, има бързо предаване на енергия от електрона към електрона и от йона до йон. Но между хетерогенните елементи има бавен преход. Плазмата може да бъде в състояние, в което електроните и йоните са индивидуално близки до равновесието. В този случай е възможно да се вземат индивидуалните температури на всеки вид частици. Тези параметри обаче ще се различават помежду си.

магнити

В телата, в които частиците притежават магнитен момент, преносът на енергия обикновено се осъществява бавно: от транслационни до магнитни степени на свобода, които са свързани с възможността за промяна на посоката на момента. Оказва се, че има състояния, в които тялото се характеризира с температура, която не съвпада с кинетичния параметър. Тя съответства на транслационното движение на елементарните частици. Магнитната температура определя част от вътрешната енергия. Той може да бъде положителен или отрицателен. При процеса на изравняване енергията ще бъде прехвърлена от частици с по-голяма стойност към частици с по-ниска стойност на температурата, ако те са положителни или отрицателни. В неприятна ситуация този процес ще продължи в обратна посока - отрицателната температура ще бъде "по-висока" от положителната.

И защо е необходимо това?

Парадоксът е, че средният човек, за да извърши измервателния процес както в ежедневието, така и в индустрията, дори не е необходимо да знае каква е температурата. Ще бъде достатъчно за него да разбере, че това е степента на нагряване на обекта или средата, особено след като сме запознати с тези термини от детството. Всъщност повечето практически инструменти, предназначени да измерват този параметър, действително измерват други свойства на вещества, които се различават от нивото на отопление или охлаждане. Например, налягането, електрическото съпротивление, силата на звука и т.н. Освен това такива показания се преизчисляват ръчно или автоматично до желаната стойност.

Изглежда да се определи температурата, няма нужда да се учи физика. По този принцип живее по-голямата част от населението на нашата планета. Ако телевизорът работи, няма нужда да се разбират преходните процеси на полупроводникови устройства, да се проучват, откъде идва електроенергията? в изхода или като сателитна антена сигнал. Хората са свикнали с факта, че във всеки район има специалисти, които ще могат да поправят или отстраняват грешки в системата. Филистинът не иска да натоварва мозъка си, защото е много по-добре да гледате сапунена опера или футбол на "кутията", отпивайки студена бира.

И искам да знам

Но има хора, най-често те са студенти, които или в мярката на своето любопитство, или непременно трябва да изучават физика и да определят каква е температурата. В резултат на това при търсенето си те попадат в джунглата на термодинамиката и изучават нейните нула, първи и втори закони. Освен това любознателният ум ще трябва да бъде разбран Carnot цикли и ентропията. И в края на пътуването си той със сигурност признава, че определянето на температурата, като параметър обратим топлинна система, която не зависи от вида на работното вещество, не добавя яснота за смисъла на тази концепция. И все пак видима част ще бъде взето от международната система единици (SI) някои градуса.

Температура като кинетична енергия

Колкото по-осезаем е подходът, който се нарича молекулярно-кинетична теория. От него се формира представяне, че топлината се смята за една от формите на енергия. Например, кинетичната енергия на молекулите и атомите, параметър, осреднен за огромен брой хаотично движещи се частици, се оказва мярка за това, което обикновено се нарича телесна температура. По този начин частиците на отопляемата система се движат по-бързо от студените.

Тъй като въпросният термин е тясно свързан със средната кинетична енергия на група от частици, би било съвсем естествено да се използва джаул като единица за измерване на температурата. Независимо от това, това не се случва, което се обяснява с факта, че енергията на топлинното движение на елементарните частици е много малка по отношение на джаула. Затова използването му е неудобно. Термичното движение се измерва в единици, извлечени от джаули чрез специален конверсионен фактор.

Температурни единици

Към днешна дата има три основни елемента за показване на този параметър. В нашата страна температурата обикновено се определя в градуси по Целзий. В центъра на тази единица измерване е точката на втвърдяване на водата - абсолютната стойност. Това е произходът. Тоест температурата на водата, при която ледът започва да се формира, е нула. В този случай водата служи като примерна мярка. Тази условна стойност е взета за удобство. Втората абсолютна стойност е температурата на парата, тоест времето, когато водата от течното състояние преминава в газово състояние.

Следващата единица е градуса Келвин. Произходът на тази система се счита за точката абсолютна нула. Така че една степен Келвин е равна на една градус Целзий. Единствената разлика е произходът. Ще получим нула за Келвин ще бъде равна на минус 273,16 градуса по Целзий. През 1954 г. на Генералната конференция по теглилки и мерки се решава да се замени терминът "степен Келвин" за температурен елемент от "келвин".

Третата обща измервателна единица е градуси по Фаренхайт. До 1960 г. те са широко използвани във всички англоезични държави. Въпреки това, дори и днес в ежедневието в Съединените щати използвайте това звено. Системата е фундаментално различна от описаната по-горе. За референтната точка се използва температурата на замръзване на смес от сол, натриев хидроксид и вода в съотношение 1: 1: 1. Така че, по скалата на Фаренхайт, точката на замръзване на водата е плюс 32 градуса и кипене - плюс 212 градуса. В тази система една степен е 1/180 от разликата в тези температури. Така че диапазонът от 0 до +100 градуса по Фаренхайт съответства на диапазон от -18 до +38 градуса по Целзий.

Абсолютна температура нула

Да видим какво означава тази опция. Абсолютна нула е стойността на граничната температура, при която идеалното налягане на газа изчезва за определен обем. Това е най-ниската стойност в природата. Както прогнозира Михайло Ломоносов, "това е най-голямата или последна степен на студ". От това следва химикалът Законът на Авогадро: При равни количества газове, при условие че същата температура и налягане съдържат същия брой молекули. Какво следва от това? Има минимална температура на газа, при която налягането или обемът му ще изчезнат. Тази абсолютна стойност съответства на нула според Келвин или 273 градуса по Целзий.

Някои интересни факти за Слънчевата система

Температурата на повърхността на слънцето достига 5700 Келвин, а в центъра на ядрото - 15 милиона Келвин. Планетите на слънчевата система се различават значително в нивото на отопление. По този начин основната температура на нашата Земя е почти същата като на повърхността на Слънцето. Най-горещата планета е Юпитер. Температурата в центъра на ядрото е пет пъти по-висока, отколкото на повърхността на Слънцето. Но най-ниската стойност на параметъра бе записана на повърхността на Луната - това беше само 30 Келвин. Тази стойност е дори по-ниска, отколкото на повърхността на Плутон.

Факти за Земята

1. Най-високата стойност на температурата, която записва човек, е 4 милиарда градуса по Целзий. Тази стойност е 250 пъти по-висока от тази на сърцето на Слънцето. Рекорден от Нюйоркската природна лаборатория на Brookhaven в йонния колайдер, чиято дължина е около 4 километра.

2. Температурата на нашата планета също не винаги е идеална и удобна. Например в град Върхняянск в Якутия температурата през зимата пада до минус 45 градуса по Целзий. Но в етиопския град Даалъл, обратната ситуация. Там средната годишна температура е плюс 34 градуса.

3. Най-екстремните условия, при които хората работят, се записват в златните мини в Южна Африка. Миньорите работят на дълбочина от три километра при температура плюс 65 градуса по Целзий.