Fiecare persoană se confruntă cu conceptul de temperatură în fiecare zi. Termenul a intrat ferm în viața noastră de zi cu zi: încălzim alimente în cuptorul cu microunde sau gătim alimente în cuptor, ne interesează vremea de afară sau aflăm dacă apa din râu este rece - toate acestea sunt strâns legate de acest concept. Și ce este temperatura, ce înseamnă acest parametru fizic, în ce mod se măsoară? Vom răspunde la aceste întrebări și la alte întrebări în articol.
Cantitatea fizică
Să luăm în considerare ce este temperatura din punctul de vedere al unui sistem izolat în echilibru termodinamic. Termenul provine din limba latină și înseamnă „amestecare adecvată”, „stare normală”, „proporționalitate”. Această valoare caracterizează starea de echilibru termodinamic al oricărui sistem macroscopic. În cazul în care un sistem izolat este în dezechilibru, în timp are loc o tranziție a energiei de la obiectele mai încălzite la cele mai puțin încălzite. Rezultatul este o egalizare (schimbare) a temperaturii în întregul sistem. Acesta este primul postulat (principiul zero) al termodinamicii.
Temperatura determinădistribuția particulelor constitutive ale sistemului după niveluri de energie și viteze, gradul de ionizare a substanțelor, proprietățile radiației electromagnetice de echilibru a corpurilor, densitatea volumetrică totală a radiației. Deoarece pentru un sistem care se află în echilibru termodinamic, parametrii enumerați sunt egali, ei se numesc de obicei temperatura sistemului.
Plasma
Pe lângă corpurile de echilibru, există sisteme în care starea se caracterizează prin mai multe valori de temperatură care nu sunt egale între ele. Plasma este un bun exemplu. Este format din electroni (particule încărcate uşoare) şi ioni (particule cu încărcare grea). Când se ciocnesc, energia este transferată rapid de la electron la electron și de la ion la ion. Dar între elementele eterogene există o tranziție lentă. Plasma poate fi într-o stare în care electronii și ionii individual sunt aproape de echilibru. În acest caz, pot fi luate temperaturi separate pentru fiecare tip de particule. Cu toate acestea, acești parametri vor diferi unul de celăl alt.
Magneți
În corpurile în care particulele au un moment magnetic, transferul de energie are loc de obicei lent: de la grade de translație la grade magnetice de libertate, care sunt asociate cu posibilitatea de a schimba direcțiile momentului. Se dovedește că există stări în care corpul este caracterizat de o temperatură care nu coincide cu parametrul cinetic. Ea corespunde mișcării de translație a particulelor elementare. Temperatura magnetică determină o parte a energiei interne. Poate fi fie pozitiv, fienegativ. În timpul procesului de aliniere, energia va fi transferată de la particulele cu o valoare mai mare la particulele cu o valoare mai scăzută a temperaturii dacă ambele sunt pozitive sau negative. În caz contrar, acest proces va continua în direcția opusă - temperatura negativă va fi „mai mare” decât cea pozitivă.
De ce este necesar acest lucru?
Paradoxul constă în faptul că omul obișnuit, pentru a efectua procesul de măsurare atât în viața de zi cu zi, cât și în industrie, nici nu are nevoie să știe ce este temperatura. Va fi suficient pentru el să înțeleagă că acesta este gradul de încălzire al unui obiect sau al unui mediu, mai ales că suntem familiarizați cu acești termeni încă din copilărie. Într-adevăr, majoritatea dispozitivelor practice concepute pentru a măsura acest parametru măsoară de fapt alte proprietăți ale substanțelor care se modifică odată cu nivelul de încălzire sau răcire. De exemplu, presiunea, rezistența electrică, volumul etc. În plus, astfel de citiri sunt convertite manual sau automat la valoarea dorită.
Se pare că pentru a determina temperatura, nu este nevoie să studiezi fizica. Cea mai mare parte a populației planetei noastre trăiește după acest principiu. Dacă televizorul este pornit, atunci nu este nevoie să înțelegem procesele tranzitorii ale dispozitivelor semiconductoare, să studiem de unde provine electricitatea din priză sau cum ajunge semnalul la antena de satelit. Oamenii sunt obișnuiți cu faptul că în fiecare domeniu există specialiști care pot repara sau depana sistemul. Mirenul nu vrea să-și încordeze creierul, pentru că unde este mai bine să urmărești o telenovelă sau fotbal pe „cutie” în timp ce sorbibere rece.
Vreau să știu
Dar există oameni, cel mai adesea studenți, care, fie în măsura curiozității, fie din necesitate, sunt nevoiți să studieze fizica și să stabilească ce temperatura este cu adevărat. Drept urmare, în căutarea lor, ei cad în sălbăticia termodinamicii și îi studiază legea zero, prima și a doua. În plus, o minte curioasă va trebui să înțeleagă ciclurile Carnot și entropia. Și la sfârșitul călătoriei sale, va admite cu siguranță că definirea temperaturii ca parametru al unui sistem termic reversibil, care nu depinde de tipul de substanță de lucru, nu va adăuga claritate sentimentului acestui concept. Și totuși, partea vizibilă va fi niște grade acceptate de sistemul internațional de unități (SI).
Temperatura ca energie cinetică
Mai „tangibil” este abordarea numită teorie cinetică moleculară. Formează ideea că căldura este considerată una dintre formele de energie. De exemplu, energia cinetică a moleculelor și atomilor, un parametru mediat pe un număr mare de particule care se mișcă aleator, se dovedește a fi o măsură a ceea ce se numește în mod obișnuit temperatura unui corp. Astfel, particulele unui sistem încălzit se mișcă mai repede decât unul rece.
Deoarece termenul luat în considerare este strâns legat de energia cinetică medie a unui grup de particule, ar fi destul de natural să folosim joule ca unitate de temperatură. Cu toate acestea, acest lucru nu se întâmplă, ceea ce se explică prin faptul că energia mișcării termice a elementuluiparticulele sunt foarte mici în raport cu joule. Prin urmare, utilizarea sa este incomodă. Mișcarea termică este măsurată în unități derivate din jouli prin intermediul unui factor de conversie special.
unități de temperatură
Astăzi, trei unități de bază sunt folosite pentru a afișa acest parametru. La noi, temperatura se măsoară de obicei în grade Celsius. Această unitate de măsură se bazează pe punctul de îngheț al apei - o valoare absolută. Ea este punctul de plecare. Adică, temperatura apei la care începe să se formeze gheața este zero. În acest caz, apa servește ca măsură exemplară. Această convenție a fost adoptată pentru comoditate. A doua valoare absolută este temperatura aburului, adică momentul în care apa trece din stare lichidă în stare gazoasă.
Următoarea unitate este Kelvin. Punctul de referință al acestui sistem este considerat a fi punctul zero absolut. Deci, un grad Kelvin este egal cu un grad Celsius. Diferența este doar începutul numărătorii inverse. Obținem că zero în Kelvin va fi egal cu minus 273,16 grade Celsius. În 1954, la Conferința Generală pentru Greutăți și Măsuri, s-a decis înlocuirea termenului „grad Kelvin” pentru unitatea de temperatură cu „kelvin”.
A treia unitate de măsură comună este Fahrenheit. Până în 1960, acestea au fost utilizate pe scară largă în toate țările vorbitoare de limbă engleză. Cu toate acestea, astăzi, în viața de zi cu zi din Statele Unite, utilizați această unitate. Sistemul este fundamental diferit de cele descrise mai sus. Luat ca punct de plecarepunctul de îngheț al unui amestec de sare, amoniac și apă într-un raport de 1:1:1. Deci, pe scara Fahrenheit, punctul de îngheț al apei este de plus 32 de grade, iar punctul de fierbere este de plus 212 de grade. În acest sistem, un grad este egal cu 1/180 din diferența dintre aceste temperaturi. Deci, intervalul de la 0 la +100 grade Fahrenheit corespunde intervalului de la -18 la +38 Celsius.
Temperatura zero absolut
Să înțelegem ce înseamnă acest parametru. Zero absolut este temperatura limită la care presiunea unui gaz ideal dispare la un volum fix. Aceasta este cea mai mică valoare din natură. După cum a prezis Mihailo Lomonosov, „acesta este cel mai mare sau ultimul grad de frig”. De aici rezultă legea chimică a lui Avogadro: volume egale de gaze la aceeași temperatură și presiune conțin același număr de molecule. Ce rezultă din asta? Există o temperatură minimă a unui gaz la care presiunea sau volumul acestuia dispare. Această valoare absolută corespunde cu zero Kelvin sau 273 de grade Celsius.
Câteva fapte interesante despre sistemul solar
Temperatura de pe suprafața Soarelui ajunge la 5700 Kelvin, iar în centrul nucleului - 15 milioane Kelvin. Planetele sistemului solar sunt foarte diferite între ele în ceea ce privește nivelul de încălzire. Deci, temperatura nucleului Pământului nostru este aproximativ aceeași cu cea de pe suprafața Soarelui. Jupiter este considerată cea mai fierbinte planetă. Temperatura din centrul miezului său este de cinci ori mai mare decât la suprafața Soarelui. Și aici este cea mai mică valoare a parametruluiînregistrate pe suprafața lunii - era de numai 30 kelvin. Această valoare este chiar mai mică decât pe suprafața lui Pluto.
Datele Pământului
1. Cea mai mare temperatură înregistrată de o persoană a fost de 4 miliarde de grade Celsius. Această valoare este de 250 de ori mai mare decât temperatura nucleului Soarelui. Recordul a fost stabilit de Laboratorul Natural din New York Brookhaven în ciocnitorul ionic, care are aproximativ 4 kilometri lungime.
2. De asemenea, temperatura de pe planeta noastră nu este întotdeauna ideală și confortabilă. De exemplu, în orașul Verkhnoiansk din Yakutia, temperatura în timpul iernii scade la minus 45 de grade Celsius. Dar în orașul etiopian Dallol, situația este inversată. Acolo, temperatura medie anuală este de plus 34 de grade.
3. Cele mai extreme condiții în care oamenii lucrează sunt înregistrate în minele de aur din Africa de Sud. Minerii lucrează la o adâncime de trei kilometri la o temperatură de plus 65 de grade Celsius.
