Jaká je teplota? Jednotky teploty jsou stupně. Teplota páry a plynu

Každý člověk každodenně čelí koncepci teploty. Termín stal se pevně zakotvena v každodenním životě: můžeme ohřát v mikrovlnné produkty nebo při přípravě jídla v troubě, se zajímáme o počasí na ulici, nebo zjistit, zda studená voda v řece - to vše je úzce spjat s tímto konceptem. A jaká je teplota, co znamená tento fyzický parametr, v čem se měří? Tyto a další otázky budou zodpovězeny v článku.

Fyzické množství

Zvažme, jaká teplota je z hlediska izolovaného systému v termodynamické rovnováze. Termín pochází z latiny a znamená "správné míchání", "normální stav", "proporcionalitu". Tato hodnota charakterizuje stav termodynamické rovnováhy jakéhokoli makroskopického systému. V případě, že je izolovaný systém mimo vyrovnanost, energie prochází z více ohřátých předmětů na méně vytápěné v průběhu času. Výsledkem je vyrovnání (změna) teploty v celém systému. Toto je první postulát (nulový bod) termodynamiky.

Teplota určuje rozložení částic systému z hlediska energetických hladin a rychlostí, stupeň ionizace látek, vlastnosti rovnovážného elektromagnetického záření těl, celková objemová hustota záření. Jelikož pro systém, který je v termodynamické rovnováze, jsou uvedené parametry stejné, jsou obvykle nazývány teplotou systému.

Plazma

Kromě rovnovážných těles existují systémy, ve kterých je stav charakterizován několika teplotními hodnotami, které se navzájem neodpovídají. Dobrým příkladem je plazma. Skládá se z elektronů (lehce nabitých částic) a iontů (silně nabitých částic). Při jejich srážkách dochází k rychlému přenosu energie z elektronu na elektron a od iontu k iontu. Ale mezi heterogenními prvky je pomalý přechod. Plazma může být ve stavu, ve kterém jsou elektrony a ionty individuálně blízké rovnováze. V tomto případě je možné zohlednit jednotlivé teploty jednotlivých druhů částic. Tyto parametry se však mezi sebou liší.

Magnety

V tělech, ve kterých mají částice magnetický moment, přenos energie se obvykle vyskytuje pomalu: od translačního po magnetické stupně volnosti, které jsou spojeny s možností změny směru okamžiku. Ukázalo se, že existují stavy, ve kterých je tělo charakterizováno teplotou, která se neshoduje s kinetickým parametrem. Odpovídá translačnímu pohybu elementárních částic. Magnetická teplota určuje část vnitřní energie. To může být buď pozitivní nebo negativní. V procesu vyrovnávání se energie přenese z částic s větší hodnotou na částice s nižší teplotou, pokud jsou kladné nebo negativní. V nepříjemné situaci bude tento proces pokračovat v opačném směru - záporná teplota bude "vyšší" než pozitivní.

A proč je to nutné?

Paradoxem je to, že průměrný člověk, aby mohl provádět měření jak v každodenním životě, tak i v průmyslu, ani nemusí vědět, jaká je teplota. Stačí, aby pochopil, že se jedná o stupeň ohřevu předmětu nebo média, zejména proto, že jsme tyto pojmy z dětství seznámili. Většina praktických nástrojů určených k měření tohoto parametru skutečně měří jiné vlastnosti látek, které se liší od úrovně vytápění nebo chlazení. Například tlak, elektrický odpor, hlasitost atd. Dále jsou tato měření manuálně nebo automaticky přepočítána na požadovanou hodnotu.

Ukazuje se, že teplota je určena, není třeba studovat fyziku. Tímto principem žije větší část populace naší planety. Pokud televizor pracuje, není třeba pochopit přechodné procesy polovodičových zařízení, studovat, odkud pochází elektřina? v zásuvce nebo jako satelitní parabola signál. Lidé jsou zvyklí na to, že v každé oblasti jsou specialisté, kteří budou schopni opravit nebo ladit systém. Philistine nechce přetahovat jeho mozek, protože je mnohem lepší sledovat mýdlovou operu nebo fotbal na "krabici" a popíjet studené pivo.

A chci to vědět

Ale jsou to lidé, nejčastěji jsou to studenti, kteří buď v míře své zvědavosti, nebo nutně musí studovat fyziku a určit, co je skutečně teplota. Výsledkem je, že ve svém hledání spadají do džungle termodynamiky a studují svůj nulový, první a druhý zákon. Kromě toho musí být zvědavá mysl pochopena Carnot cykly a entropii. A na konci své cesty určitě uznává, že definice teploty jako parametru reverzibilního tepelného systému, který nezávisí na druhu pracující látky, nepřidá jasnost smyslu tohoto konceptu. A viditelná část bude mít některé stupně přijaté mezinárodním systémem jednotek (SI).

Teplota jako kinetická energie

Více "hmatatelný" je přístup, který se nazývá molekulárně-kinetická teorie. Z toho vzniká reprezentace, že teplo je považováno za jednu z forem energie. Například kinetická energie molekul a atomů, parametr zprůměrovaný na obrovský počet chaoticky pohybujících se částic, se ukazuje jako měřítko toho, co se běžně nazývá tělesná teplota. Části ohřátého systému se tak pohybují rychleji než chladné částice.

Vzhledem k tomu, že dotyčný termín je úzce příbuzný průměrné kinetické energii skupiny částic, bylo by zcela přirozené používat jako jednotku měření teploty joulu. Přesto se tomu nestane, což je vysvětleno skutečností, že energie tepelného pohybu elementárních částic je velmi malá ve vztahu k joulu. Proto je jeho použití nepohodlné. Tepelný pohyb se měří v jednotkách odvozených od joulu pomocí speciálního konverzního faktoru.

Jednotky teploty

K dnešnímu dni jsou k zobrazení tohoto parametru tři základní jednotky. V naší zemi je teplota obvykle stanovena ve stupních Celsia. V srdci této jednotky měření leží bod tuhnutí vody - absolutní hodnota. Je to původ. To znamená, že teplota vody, při které začíná tvorit led, je nulová. V tomto případě voda slouží jako příkladná opatření. Tato podmíněná hodnota byla použita pro usnadnění. Druhá absolutní hodnota je teplota páry, tj. Doba, kdy voda z kapalného stavu přechází do plynného stavu.

Další jednotka je ve stupních Kelvina. Původ tohoto systému je považován za bod absolutní nula. Takže jeden stupeň Kelvina se rovná jednomu stupně Celsia. Jediným rozdílem je původ. Získáváme nulovou hodnotu pro Kelvina, která se rovná minus 273,16 stupňů Celsia. V roce 1954, na Generální konferenci o vážích a opatřeních, bylo rozhodnuto nahrazení termínu "kelvin" za jednotku teploty "kelvinem".

Třetí společná měrná jednotka je stupně Fahrenheita. Do roku 1960 byly široce používány ve všech anglicky mluvících zemích. Nicméně, i dnes v každodenním životě ve Spojených státech používají tuto jednotku. Systém se zásadně liší od systémů popsaných výše. Pro referenční bod je použita teplota mrazu směsi soli, hydroxidu sodného a vody v poměru 1: 1: 1. Takže ve stupních Fahrenheita je bod mrznutí vody plus 32 stupňů a varu - plus 212 stupňů. V tomto systému je jeden stupeň 1/180 rozdílů v těchto teplotách. Rozsah od 0 do +100 stupňů Fahrenheita odpovídá rozmezí od -18 do +38 stupňů Celsia.

Absolutní teplota nula

Podívejme se, co tato možnost znamená. Absolutní nula je hodnota mezní teploty, při níž ideální tlak plynu zmizí pro pevný objem. Toto je v přírodě nejnižší hodnota. Jak předpovídal Mikhailo Lomonosov, "je to největší nebo poslední stupeň nachlazení." Z toho vyplývá chemikálie Avogadrov zákon: Při stejných objemech plynů, za předpokladu, že stejná teplota a tlak obsahují stejný počet molekul. Co z toho plyne? Existuje minimální teplota plynu, při níž jeho tlak nebo objem zmizí. Tato absolutní hodnota odpovídá nule podle Kelvina nebo 273 stupňů Celsia.

Několik zajímavých skutečností o sluneční soustavě

Teplota na povrchu slunce dosahuje 5700 Kelvinů a ve středu jádra - 15 milionů Kelvinů. Planety solární soustavy se velmi liší v úrovni vytápění. Proto je jádrová teplota naší Země asi stejná jako na povrchu Slunce. Nejhorší planeta je Jupiter. Teplota ve středu jádra je pětkrát vyšší než na povrchu Slunce. Ale nejnižší hodnota parametru byla zaznamenána na povrchu Měsíce - to bylo jen 30 Kelvinů. Tato hodnota je dokonce nižší než na povrchu Pluto.

Fakta o Zemi

1. Nejvyšší hodnota teploty, která zaznamenala člověka, byla 4 miliardy stupňů Celsia. Tato hodnota je 250krát vyšší než teplota jádra Slunce. Záznam zaznamenaný New York Natural Laboratory of Brookhaven v iontovém křídle, jehož délka je asi 4 kilometry.

2. Teplota na naší planetě také není vždy ideální a pohodlná. Například ve městě Verkhnoyansk v Jakutu teplota v zimě klesne na mínus 45 stupňů Celsia. Ale v etiopském městě Dallall, opačná situace. Tam je průměrná roční teplota plus 34 stupňů.

3. Nejvíce extrémní podmínky, za nichž lidé pracují, jsou zaznamenávány v zlatých dolech v Jižní Africe. Horníci pracují v hloubce tří kilometrů při teplotě plus 65 stupňů Celsia.