Каждый человек ежедневно сталкивается с понятием температуры. Термин прочно вошел в нашу повседневную жизнь: мы разогреваем в микроволновой печи продукты или готовим еду в духовом шкафу, интересуемся погодой на улице или узнаем, холодная ли вода в реке — все это тесно связано с данным понятием. А что такое температура, что означает этот физический параметр, в чем он измеряется? На эти и другие вопросы ответим в статье.

Физическая величина

Давайте рассмотрим, что такое температура с точки зрения изолированной системы, находящейся в термодинамическом равновесии. Термин пришел из латинского языка и означает «надлежащее смешение», «нормальное состояние», «соразмерность». Эта величина характеризует состояние термодинамического равновесия какой-либо макроскопической системы. В том случае, когда изолированная система находится вне равновесия, с течением времени происходит переход энергии от более нагретых объектов к менее нагретым. В результате получается выравнивание (изменение) температуры во всей системе. Это является первым постулатом (нулевым началом) термодинамики.


Температура определяет распределение составных частиц системы по уровням энергии и по скоростям, степень ионизации веществ, свойства равновесного электромагнитного излучения тел, полную объемную плотность излучения. Так как для системы, которая находится в термодинамическом равновесии, перечисленные параметры равны, то их принято называть температурой системы.

Плазма

Кроме равновесных тел, существуют системы, у которых состояние характеризуется несколькими значениями температуры, не равными между собой. Хорошим примером является плазма. Она состоит из электронов (легких заряженных частиц) и ионов (тяжелых заряженных частиц). При их столкновениях происходит быстрая передача энергии от электрона к электрону и от иона к иону. А вот между неоднородными элементами происходит медленный переход. Плазма может находиться в состоянии, при котором электроны и ионы в отдельности близки к равновесию. В таком случае можно принять отдельные температуры каждого вида частиц. Однако между собой эти параметры будут отличаться.

Магниты

В телах, у которых частицы обладают магнитным моментом, передача энергии обычно происходит медленно: от поступательных к магнитным степеням свободы, которые связаны с возможностью изменения направлений момента. Получается, что существуют состояния, при которых тело характеризуется температурой, не совпадающей с кинетическим параметром.
а соответствует поступательному движению элементарных частиц. Магнитная температура определяет часть внутренней энергии. Она может быть как положительной, так и отрицательной. В процессе выравнивания энергия будет передаваться от частиц с большим значением к частицам с меньшим значением температуры в том случае, если они являются одновременно положительными либо отрицательными. В противной ситуации этот процесс будет протекать в обратном направлении — отрицательная температура будет «выше» положительной.

А зачем это надо?

Парадокс заключается в том, что обывателю, чтобы провести процесс измерения как в быту, так и в промышленности, даже нет необходимости знать, что такое температура. Для него будет достаточным понимать, что это степень нагретости объекта или среды, тем более что с этими терминами мы знакомы с детства. Действительно, большая часть практических приборов, предназначенных для измерения этого параметра, фактически измеряет иные свойства веществ, которые изменяются от уровня нагрева или охлаждения. Например, давление, электрическое сопротивление, объем т. д. Далее такие показания вручную или автоматически пересчитываются в нужную величину.

Получается, чтобы определить температуру, нет необходимости изучать физику. По такому принципу живет большая часть населения нашей планеты. Если работает телевизор, то нет необходимости разбираться в переходных процессах полупроводниковых приборов, изучать, откуда берется электричество в розетке или как поступает на спутниковую тарелку сигнал. Люди привыкли, что в каждой области есть специалисты, которые смогут починить или отладить систему. Обыватель не хочет напрягать свой мозг, ведь куда лучше смотреть мыльную оперу или футбол по «ящику», потягивая холодное пиво.

А я хочу знать


Но есть люди, чаще всего это студенты, которые либо в меру своей любознательности, либо по необходимости вынуждены изучать физику и определять, что такое температура на самом деле. В результате в своем поиске они попадают в дебри термодинамики и изучают ее нулевой, первый и второй законы. Кроме того, пытливому уму придется постичь циклы Карно и энтропию. И в конце своего пути он наверняка признает, что определение температуры в качестве параметра обратимой тепловой системы, которая не зависит от типа рабочего вещества, не добавит ясности в ощущение этого понятия. И все равно видимой частью будут принятые международной системой единиц (СИ) какие-то градусы.

Температура как кинетическая энергия

Более «осязаемым» является подход, который называют молекулярно-кинетической теорией. Из него формируется представление того, что теплота рассматривается в качестве одной из форм энергии. Например, кинетическая энергия молекул и атомов, параметр, усредненный по огромному числу хаотично движущихся частиц, оказывается мерилом того, что принято называть температурой тела. Так, частицы нагретой системы движутся быстрее, чем холодной.


Поскольку рассматриваемый термин тесно связан с усредненной кинетической энергией группы частиц, было бы вполне естественным в качестве единицы измерения температуры использовать джоуль. Тем не менее этого не происходит, что объясняется тем, что энергия теплового движения элементарных частиц весьма мала по отношению к джоулю. Поэтому использование его неудобно. Тепловое движение измеряют в единицах, полученных из джоулей посредством специального переводного коэффициента.

Единицы измерения температуры

На сегодняшний день используется три основных единицы для отображения этого параметра. В нашей стране температуру принято определять в градусах по Цельсию. В основе этой единицы измерения лежит точка затвердевания воды – абсолютное значение. Она является началом отсчета. То есть температура воды, при которой начинает образовываться лед, является нулем. В данном случае вода служит образцовым мерилом. Это условное значение было принято для удобства. Вторым абсолютным значением является температура пара, то есть момент, когда вода из жидкого состояния переходит в газообразное.

Следующей единицей являются градусы по Кельвину. Началом отсчета этой системы принято считать точку абсолютного нуля. Так, один градус Кельвина равен одному градусу Цельсия. Отличием является только начало отсчета. Получаем, что нуль по Кельвину будет равен минус 273,16 градусов по Цельсию. В 1954 году на Генеральной конференции по мерам и весам было решено заменить термин «градус Кельвина» для единицы температуры на «кельвин».


Третьей общепринятой единицей измерения являются градусы Фаренгейта. До 1960 года они широко использовались во всех англоязычных странах. Однако и сегодня в быту в США используют эту единицу. Система в корне отличается от описанных выше. За начало отсчета принята температура замерзания смеси соли, нашатыря и воды в пропорции 1:1:1. Так, на шкале Фаренгейта точка замерзания воды равна плюс 32 градуса, а кипения — плюс 212 градусов. В этой системе один градус равен 1/180 разности этих температур. Так, диапазон от 0 до +100 градусов по Фаренгейту соответствует диапазону от -18 до +38 по Цельсию.

Абсолютный нуль температуры

Давайте разберемся, что означает этот параметр. Абсолютным нулем называют значение предельной температуры, при которой давление идеального газа обратится в нуль при фиксированном объеме. Это самое низкое значение в природе. Как предсказывал Михайло Ломоносов, «это наибольшая или последняя степень холода». Из этого следует химический закон Авогадро: в равных объемах газов при условии одинаковой температуры и давления содержится одинаковое количество молекул. Что из этого следует? Существует минимальная температура газа, при которой его давление либо объем обратятся в нуль. Эта абсолютная величина соответствует нулю по Кельвину, или 273 градусам по Цельсию.

Несколько интересных фактов о Солнечной системе


Температура на поверхности Солнца достигает 5700 кельвинов, а в центре ядра — 15 миллионов кельвинов. Планеты Солнечной системы сильно отличаются друг от друга по уровню нагрева. Так, температура ядра нашей Земли составляет примерно столько же, сколько на поверхности Солнца. Самой горячей планетой считается Юпитер. Температура в центре его ядра в пять раз выше, чем на поверхности Солнца. А вот самое низкое значение параметра зафиксировали на поверхности Луны — оно составило всего 30 кельвинов. Это значение даже ниже, чем на поверхности Плутона.

Факты о Земле

1. Самое высокое значение температуры, которое зафиксировал человек, составило 4 миллиарда градусов по Цельсию. Эта величина в 250 раз превышает температуру ядра Солнца. Рекорд поставлен Нью-Йоркской естественной лабораторией Брукхэвена в ионном коллайдере, длина которого составляет около 4 километров.

2. Температура на нашей планете тоже не всегда идеальная и комфортная. Например, в городе Верхноянске в Якутии температура в зимний период опускается до минус 45 градусов по Цельсию. А вот в эфиопском городе Даллол обратная ситуация. Там среднегодовая температура составляет плюс 34 градуса.

3. Самые экстремальные условия, при которых работают люди, зафиксированы в золотых шахтах в Южной Африке. Шахтеры трудятся на глубине трех километров при температуре плюс 65 градусов по Цельсию.

fb.ru

Общие сведения


Температура — физическая величина, определяющая количество теплоты в теле или материи. Температуру также можно определить как количество кинетической энергии в частицах, составляющих тело или материю. Энергия передается от тел с более высокой температурой к телам более с низкой температурой, пока не будет достигнуто термодинамическое равновесие, то есть, пока температура обоих тел не сравняется. Этот процесс называется теплопередачей. К примеру, если открыть зимой окно, теплый воздух в комнате будет передавать тепло холодному воздуху на улице до тех пор, пока температура воздуха на улице и в комнате не станет одинаковой. В разных материалах тепло передается по-разному, в зависимости от их теплопроводности. Материалы с высокой теплопроводностью нагреваются и охлаждаются быстрее, чем материалы с низкой. Для теплоизоляции, например, в строительстве, используются именно материалы с низкой теплопроводностью.

Температуру измеряют с помощью термометра, и самая низкая температура, которая возможна — это –273,15 °C. Эта температура называется абсолютным нулем.

Единицы измерения температуры

Температуру измеряют в градусах, но существуют несколько температурных шкал: Цельсия (°C, самая распространенная шкала в мире), Фаренгейта (°F, используемая в США и некоторых других странах), и Кельвина (К, используемая в физике и других точных науках). Различие между шкалами Цельсия и Кельвина в том, что за ноль принята разная температура. По Цельсию — это температура замерзания воды, в то время как по Кельвину — это абсолютный ноль, то есть –273,15 °C. Шкала Фаренгейта отличается от шкалы Цельсия не только температурой, принятой за ноль, но еще и разницей между величиной одного градуса. Для перевода градусов Цельсия в градусы Фаренгейта используют формулу:


°C = 5/9 (°F – 32).

Температура замерзания воды равна 32 °F.

В системе СИ используются градусы шкалы Кельвина, называемые кельвинами (К).

Температура в физике и химии

Агрегатное состояния веществ (плазма, газ, жидкость, или твердое тело) определяется температурой. В любом теле молекулы колеблются, причем при увеличении температуры это движение ускоряется, так же, как и кинетическая энергия этих молекул. Чем больше скорость колебания молекул, тем легче им разойтись на большее расстояние друг от друга. Для каждого агрегатного состояния вещества существует определенный порог расстояния между молекулами. Это расстояние самое маленькое в твердых телах, и самое большое в газах и плазме. Материалы, которые не изменяют агрегатное состояние при высоких температурах, называются огнеупорными материалами. Например, многие керамические смеси огнеупорны, потому что не плавятся при температурах до 1000 °C. Их часто используют на производстве, например в печах с очень высокой температурой.
которые материалы плавятся при высокой температуре, в то время как другие материалы, как например, дерево, сгорают. Диапазон температур, при которых вещества могут находиться в состоянии жидкости, невелик. При переходе этого порога, жидкости превращаются в газы. При дальнейшем нагревании, атомы разлагаются на заряженные частицы, ионы и электроны — процесс, называемый ионизацией. Частично или полностью ионизированный газ называется плазмой. Большая часть материи во вселенной находится именно в состоянии плазмы.

Температура влияет на электропроводимость веществ и служит катализатором химических реакций. Изменение температуры замедляет или, наоборот, ускоряет их.

Тройная точка воды

Тройная точка воды — температура и давление, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз — в твердом (лед), жидком и газообразном (пар) состояниях. Тройная точка воды — температура 0,01°С (273,16 К) и парциальное давление водяного пара 611,73 Па. При таких условиях для превращения всей воды в пар, лед или жидкое состояние достаточно только чуть-чуть изменить давление или температуру.

Тройная точка воды соответствует минимальному давлению, при котором жидкая вода может существовать. При давлении ниже тройной точки (например, в открытом космосе) твердый лед сублимируется в пар, минуя жидкое состояние. При параметрах выше тройной точки лед при нагревании вначале переходит в жидкое состояние и только потом, при более высоких температурах, вода кипит и испаряется.

Тройная точка воды иногда используется как опорная, например, для калибровки измерительной аппаратуры и термометров. Для этого используются ампулы тройной точки воды. Эти ампулы обеспечивают получение температуры точно 0,01°С или 273,16K.

Эффективная температура


Эффективной температурой тела называется температура такого абсолютно черного тела, каждый квадратный сантиметр которого излучает во всем спектре такой же поток, как и квадратный сантиметр данного тела.

Абсолютно черное тело – тело, которое поглощает падающее на него излучение во всем диапазоне спектра.

Такую температуру можно вычислить из закона Стефана-Больцмана, который гласит, что мощность излучения абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени температуры. Так, например, для Земли это значение достигает примерно 250 К, что составляет –23 °C, но с другой стороны известно, что у поверхности Земли температура в среднем выше, в районе +15 °C. Данное несоответствие со значением эффективной температуры объясняется тем, что Земля имеет атмосферу, а значит есть воздействие парникового эффекта, который помогает Земле сохранять тепло. Таким образом значение в 250 К, это температура верхних слоев атмосферы нашей планеты. То есть, эффективная температура Земли — это температура, которая видна из космоса.

Зная эффективную температуру звезды, можно узнать к какому спектральному классу она относится, иначе говоря, определить в каком диапазоне длин волн или частот звезда излучает. У Солнца эффективная температура около 6000 К, и максимум энергии излучения приходится на 470 нм, что соответствует зеленой части спектра, а не желтой, как кажется человеческому глазу.

Температура во Вселенной

В астрономии используется очень широкий диапазон значений температур — от невероятно низких до очень высоких.

Например, реликтовое излучение – остаточное электромагнитное излучение, возникшее в следствие Большого взрыва, имеет эффективную температуру всего лишь 2,7 К — значение очень близкое к абсолютному нулю.

Напротив, температуры звезд могут достигать высоких значений более 40000 К. Такие звезды, как правило, имеют большие радиусы, измеряющиеся в десятках радиусов Солнца. Примером такой звезды является Альнитак А – голубой сверхгигант в созвездии Ориона с диаметром в 20 раз больше солнечного.

Еще более высокие температуры можно встретить в ядрах звезд, так как для того, чтобы там протекали термоядерные реакции, требуются колоссальные значения температур. Например, чтобы произошла реакция превращения более легких элементов в более тяжелые, нужно, чтобы ядра имели высокую кинетическую энергию. Следовательно, и высокую температуру. У нашего Солнца в ядре значение температуры достигает 15 000 000 К.

Температура в биологии

Температура влияет на жизненные процессы всех живых существ. Сложные организмы обычно регулируют температуру тела, и стараются поддерживать одинаковую температуру. Температура используется животными как защитный механизм. Например, чтобы избавиться от бактерий и вирусов, у людей поднимается температура выше, чем эти инородные тела могут перенести. А грызуны и некоторые другие млекопитающие, такие как медведи, понижают температуру, тем самым замедляя обмен веществ, дыхание, и сердцебиение, впадая в спячку. Замедленный обмен веществ позволяет животным выжить с меньшими затратами энергии, чем в обычном состоянии. Этот защитный механизм предназначен для того, чтобы пережить время, когда недостаточно или вообще нет еды. Примеры таких замедлений жизнедеятельности — зимняя и летняя спячки. Температура тела у некоторых животных, впадающих в спячку, опускается очень низко, иногда ниже 0°C. Например, у некоторых видов сусликов, проживающих в арктических регионах, температура тела в районе брюшной полости понижается до –2,9°C. Растения также могут находиться в состоянии покоя во время зимних холодов.

Анабиоз

Анабиоз — состояние организма, в котором замедлены жизненные процессы почти до состояния смерти. Организм сам может перейти в такое состояние, но анабиоз также можно инициировать при понижении температуры окружающей среды, и другими способами. Некоторые организмы находятся в естественном состоянии анабиоза во время определенных периодов их жизни. Состояние анабиоза граничит со смертью, но исследования показали, что животных в этом состоянии можно вернуть к жизни без повреждения нервных клеток и тканей. Ученые надеются, что в ближайшем будущем это будет возможно и для людей. Надежда заключается в том, что анабиоз позволит оказывать первую медицинскую помощь и спасать людей с травмами и заболеваниями, опасными для жизни, такими, как инфаркт миoкардa. При травмах обычно происходит большая потеря крови, что вызывает кислородную недостаточность в мозге, так как именно кровь доставляет кислород к органам, которые в нем нуждаются. Недостаток кислорода в жизненно важных органах, особенно в мозге, вызывает отмирание нервных клеток и тканей, что через некоторое время приводит к смерти. Если больной перейдет в состояние анабиоза, то в связи с замедлением всех жизнедеятельных процессов потребность в кислороде также понизится. Это предотвратит повреждение клеток и тканей, и даст врачам дополнительное время и возможность восстановить кровообращение и помочь пациенту. Анабиоз также даст медицинскому персоналу время, чтобы перевезти больного от места аварии в больницу.

Живые организмы в состоянии анабиоза выдерживают очень низкие температуры, и были случаи, когда люди выживали в экстремальных условиях благодаря тому, что впадали в состояние анабиоза. В состоянии гипотермии люди иногда выживали без еды и питья дольше, чем это возможно в нормальном состоянии. В отделениях вспомогательных репродуктивных технологий эмбрионы, предназначенные для использования при лечении бесплодия, хранятся именно в состоянии анабиоза, в котором они могут находиться до десяти лет. В будущем технологии анабиоза будут полезны также и для космонавтов — анабиоз сделает возможным путешествия к отдаленным планетам.

В настоящее врем анабиоз исследуется на животных. В большинстве экспериментов их кровь заменяют раствором солей очень низкой температуры, или подвергают их воздействию газов, в результате чего эти животные переходят в состояние анабиоза. Успех этих экспериментов статистически значим, и с 2008 года начались исследования с участием людей.

Крионика

Ученые надеются, что если сохранить тело или голову человека или животного в условиях очень низкой температуры, то в будущем появятся технологии, позволяющие вернуть этот организм к жизни и даже излечить его от последствий старения. Такое сохранение называется криосохранением, а наука, занимающаяся вопросами сохранения — крионикой. На данный момент технологии по криосохранению позволяют осуществлять замораживание отдельных тканей, органов, и всего тела. Обычно температура замораживания достигает примерно 77 K или –196 °C. Это температура кипения жидкого азота, вещества наиболее часто используемого при замораживании сложных организмов. Эта температура настолько низкая, что предотвращает биохимические реакции, которые вызывают отмирание клеток. Во время замораживания возможны многие осложнения, такие как разрушение клеток льдом. Современные технологии позволяют сохранить ткани в течении тысячи лет, после чего, как предполагают исследователи, имеется вероятность разрушения молекул ДНК. Ученые надеются, что в будущем появятся технологии, которые смогут исправить эти повреждения в ДНК и тканях.

Сейчас существует ряд компаний, предоставляющих услуги по криосохранению умерших людей и домашних животных. Это очень дорогой процесс, и у этих компаний мало клиентов, особенно потому, что в прошлом были проблемы с разморозкой тел. Некоторые клиенты подписывают контракт на полное криосохранение тела, но возможно и сохранение только головы или мозга. Последнее — дешевле, хотя пока неизвестно, как в будущем компании по криосохранению будет покрывать расходы на новое тело.

Температура в кулинарии

Температура часто применяется в кулинарии для того, чтобы сделать пищевые продукты более доступными для пищеварения или изменить их структуру. Например, именно благодаря нагреванию мышечные ткани в мясе изменяют свою структуру и становятся мягкими. Из всех живых существ только люди научились использовать температуру в приготовлении пищи. Ученые антропологи утверждают, что человек готовил еду на огне еще 250 000 лет назад. Замораживание также используется в приготовлении пищи, например для того, чтобы убить паразитов в рыбе, предназначенной для употребления в сыром виде в суши или сашими. В домашних условиях этого добиться невозможно, так как температура должна уменьшиться до –37 °C. Для этого используют промышленные морозильные камеры, в которых достигаются такие температуры.

Литература

Автор статьи: Kateryna Yuri, Tatiana Kondratieva

www.translatorscafe.com

Существует несколько различных единиц измерения температуры.

Наиболее известными являются следующие:

Градус Цельсия — применяется в Международной системе единиц (СИ) наряду с кельвином.

Градус Цельсия назван в честь шведского учёного Андерса Цельсия, предложившего в 1742 году новую шкалу для измерения температуры.

Первоначальное определение градуса Цельсия зависело от определения стандартного атмосферного давления, потому что и температура кипения воды и температура таяния льда зависят от давления. Это не очень удобно для стандартизации единицы измерения. Поэтому после принятия кельвина K, в качестве основной единицы измерения температуры, определение градуса Цельсия было пересмотрено.

Согласно современному определению, градус Цельсия равен одному кельвину K, а ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге, шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15:

В 1665 году голландский физик Христиан Гюйгенс вместе с английским физиком Робертом Гуком впервые предложили использовать в качестве отсчетных точек температурной шкалы точки таяния льда и кипения воды.

В 1742 году шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий (1701—1744) на основе этой идеи разработал новую температурную шкалу. Первоначально в ней 0° (нулём) была точка кипения воды, а 100° — температура замерзания воды (точка плавления льда). Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер использовали эту шкалу в перевёрнутом виде (за 0° стали принимать температуру таяния льда, а за 100° — кипения воды). В таком виде шкала и используется до нашего времени.

По одним сведениям, Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера. По другим сведениям, шкалу перевернул Карл Линней в 1745 году. А по третьим — шкалу перевернул преемник Цельсия Мортен Штремер, и в XVIII веке такой термометр был широко распространён под названием «шведский термометр», а в самой Швеции — под именем Штремера, но известнейший шведский химик Йёнс Якоб Берце́лиус в своем труде «Руководство по химии» назвал шкалу «Цельсиевой» и с тех пор стоградусная шкала стала носить имя Андерса Цельсия.

 

Градус Фаренгейта.

Назван в честь немецкого учёного Габриеля Фаренгейта, предложившего в 1724 году шкалу для измерения температуры.

На шкале Фаренгейта точка таяния льда равна +32 °F, а точка кипения воды +212 °F (при нормальном атмосферном давлении). При этом один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур. Диапазон 0…+100 °F по шкале Фаренгейта примерно соответствует диапазону −18…+38 °C по шкале Цельсия. Ноль на этой шкале определяется по температуре замерзания смеси воды, соли и нашатыря (1:1:1), а за 96 °F принята нормальная температура человеческого тела.

 

Кельвин (до 1968 года градус Кельвина) — единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Предложена в 1848 году. 1 кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём.

Пересчёт в градусы Цельсия: °С = K−273,15 (температура тройной точки воды — 0,01 °C).

Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин (River Kelvin), протекающей через территорию университета в Глазго.

 

 

Кельвин

Градус Цельсия

Градус Фаренгейта

Абсолютный ноль

0 K

−273,15 °C

−459,67 °F

Температура кипения жидкого азота

77,4 K

−195,8 °C

−320,3 °F

Сублимация (переход из твёрдого состояния в газообразное) сухого льда

195,1 K

−78 °C

−108,4 °F

Точка пересечения шкал Цельсия и Фаренгейта

233,15 K

−40 °C

−40 °F

Температура плавления льда

273,1499 K

−0,0001 °C

31,99982 °F

Тройная точка воды

273,16 K

0,01 °C

32,018 °F

Нормальная температура человеческого тела

310 K

37,0 °C

98,6 °F

Температура кипения воды при давлении в 1 атмосферу (101,325 кПа)

373,1339 K

99,9839 °C

211,971 °F

 

Градус Реомюра — единица измерения температуры, в которой температура замерзания и кипения воды приняты за 0 и 80 градусов, соответственно. Предложен в 1730 году Р. А. Реомюром. Шкала Реомюра практически вышла из употребления.

 

Градус Рёмера — неиспользуемая ныне единица температуры.

Температурная шкала Рёмера была создана в 1701 году датским астрономом Оле Кристенсеном Рёмером. Она стала прообразом шкалы Фаренгейта, который посещал Рёмера в 1708 году.

За ноль градусов берётся температура замерзания солёной воды. Вторая реперная точка — температура человеческого тела (30 градусов по измерениям Рёмера, то есть 42 °C). Тогда температура замерзания пресной воды получается как 7,5 градусов (1/8 шкалы), а температура кипения воды — 60 градусов. Таким образом, шкала Рёмера — 60-градусная. Такой выбор, по-видимому, объясняется тем, что Рёмер прежде всего астроном, а число 60 было краеугольным камнем астрономии со времён Вавилона.

 

Градус Ранкина – единица температуры в абсолютной температурной шкале, названа по имени шотландского физика Уильяма Ранкина (1820—1872). Используется в англоязычных странах для инженерных термодинамических расчётов.

Шкала Ранкина начинается при температуре абсолютного нуля, точка замерзания воды соответствует 491,67°Ra, точка кипения воды 671,67°Ra. Число градусов между точками замерзания и кипения воды по шкале Фаренгейта и Ранкина одинаково и равно 180.

Соотношение между кельвином и градусом Ранкина: 1 K = 1,8 °Ra, градусы Фаренгейта переводятся в градусы Ранкина по формуле °Ra = °F + 459,67.

 

Градус Делиля — ныне неупотребляемая единица измерения температуры. Была изобретена французским астрономом Жозефом Николя Делилем (1688—1768). Шкала Делиля схожа с температурной шкалой Реомюра. Использовалась в России до XVIII века.

Петр Первый пригласил французского астронома Жозефа Николя Делиля в Россию, учреждая Академию Наук. В 1732 году Делиль создал термометр, использующий ртуть в качестве рабочей жидкости. В качестве нуля была выбрана температура кипения воды. За один градус было принято такое изменение температуры, которое приводило к уменьшению объема ртути на одну стотысячную.

Таким образом, температура таяния льда составила 2400 градусов. Однако позже столь дробная шкала показалась избыточной, и уже зимой 1738 года коллега Делиля по петербургской академии, медик Йозиас Вайтбрехт (1702—1747), уменьшил число ступеней от температуры кипения до температуры замерзания воды до 150.

«Перевернутость» этой шкалы (как и изначального варианта шкалы Цельсия) по сравнению с принятыми в настоящее время обычно объясняют чисто техническими трудностями, связанными с градуировкой термометров.

Шкала Делиля получила достаточно широкое распространение в России, и его термометры использовались около 100 лет. Этой шкалой пользовались многие российские академики, в том числе Михаил Ломоносов, который, однако «перевернул» её, расположив ноль в точке замерзания, а 150 градусов — в точке кипения воды.

 

Градус Гука — историческая единица температуры. Шкала Гука считается самой первой температурной шкалой с фиксированным нулём.

Прообразом для созданной Гуком шкалы стал попавший к нему в 1661 термометр из Флоренции. В изданной через год «Микрографии» Гука встречается описание разработанной им шкалы. Гук определил один градус как изменение объёма спирта на 1/500, т. е. один градус Гука равен примерно 2,4 °C.

В 1663 году члены Королевского общества согласились использовать термометр Гука в качестве стандартного и сравнивать с ним показания других термометров. Голландский физик Христиан Гюйгенс в 1665 г. вместе с Гуком предложил использовать температуры таяния льда и кипения воды для создания шкалы температур. Это была первая шкала с фиксированным нулём и отрицательными значениями.

 

Градус Дальтона – историческая единица температуры. Он не имеет определённого значения (в единицах традиционных температурных шкал, таких как шкала Кельвина, Цельсия или Фаренгейта), поскольку шкала Дальтона — логарифмическая.

Шкала Дальтона была разработана Джоном Дальтоном для проведения измерений при высоких температурах, поскольку обычные термометры с равномерной шкалой давали ошибку из-за неравномерного расширения термометрической жидкости.

Нуль шкалы Дальтона соответствует нулю Цельсия. Отличительной чертой шкалы Дальтона является то, что в ней абсолютный нуль равен − ∞°Da, т. е. он является недостижимой величиной (что на самом деле так, согласно теореме Нернста).

 

Градус Ньютона — не используемая ныне единица температуры.

Температурная шкала Ньютона была разработана Исааком Ньютоном в 1701 году для проведения теплофизических исследований и стала, вероятно, прообразом шкалы Цельсия.

В качестве термометрической жидкости Ньютон использовал льняное масло. За ноль градусов Ньютон взял температуру замерзания пресной воды, а температуру человеческого тела он обозначил как 12 градусов. Таким образом, температура кипения воды стала равна 33 градусам.

 

Лейденский градус — историческая единица температуры, использовавшаяся в начале XX века для измерения криогенных температур ниже −183 °C.

Эта шкала происходит из Лейдена, где с 1897 года находилась лаборатория Камерлинг-Оннеса. В 1957 году Х. ван Дийк и М. Дюро ввели шкалу L55.

За ноль градусов бралась температура кипения стандартного жидкого водорода (−253 °C), состоящего на 75 % из ортоводорода и на 25 % из параводорода. Вторая реперная точка — температура кипения жидкого кислорода (−193 °C).

 

Планковская температура, названная в честь немецкого ученого-физика Макса Планка, единица температуры, обозначаемая TP, в Планковской системе единиц. Это одна из планковских единиц, которая представляет фундаментальный предел в квантовой механике. Современная физическая теория не способна описать что-либо более горячее из-за отсутствия в ней разработанной квантовой теории гравитации. Выше планковской температуры энергия частиц становится настолько большой, что гравитационные силы между ними становятся сравнимы с остальными фундаментальными взаимодействиями. Это температура Вселенной в первый момент (Планковское время) Большого взрыва в соответствии с текущими представлениями космологии.

e-pasp.ru

  • Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.

    Живые существа способны воспринимать ощущения тепла и холода непосредственно, с помощью органов чувств. Однако точное определение температуры требует, чтобы температура измерялась объективно, с помощью приборов. Такие приборы называются термометрами и измеряют так называемую эмпирическую температуру. В эмпирической шкале температур устанавливаются две реперные точки и число делений между ними — так были введены используемые ныне шкалы Цельсия, Фаренгейта и другие. Измеряемая в кельвинах абсолютная температура вводится по одной реперной точке с учётом того, что в природе существует минимальное предельное значение температуры — абсолютный нуль. Верхнее значение температуры ограничено планковской температурой.

    Если система находится в тепловом равновесии, то температура всех её частей одинакова. В противном случае в системе происходит передача энергии от более нагретых частей системы к менее нагретым, приводящая к выравниванию температур в системе, и говорят о распределении температуры в системе или скалярном поле температур. В термодинамике температура — это интенсивная термодинамическая величина.

    Наряду с термодинамическим, в других разделах физики могут вводиться и другие определения температуры. В молекулярно-кинетической теории показывается, что температура пропорциональна средней кинетической энергии частиц системы. Температура определяет распределение частиц системы по уровням энергии (см. Статистика Максвелла — Больцмана), распределение частиц по скоростям (см. Распределение Максвелла), степень ионизации вещества (см. Уравнение Саха), спектральную плотность излучения (см. Формула Планка), полную объёмную плотность излучения (см. Закон Стефана — Больцмана) и т. д. Температуру, входящую в качестве параметра в распределение Больцмана, часто называют температурой возбуждения, в распределение Максвелла — кинетической температурой, в формулу Саха — ионизационной температурой, в закон Стефана — Больцмана — радиационной температурой. Для системы, находящейся в термодинамическом равновесии, все эти параметры равны друг другу, и их называют просто температурой системы.

    В Международной системе величин (англ. International System of Quantities, ISQ) термодинамическая температура выбрана в качестве одной из семи основных физических величин системы. В Международной системе единиц (СИ), основанной на Международной системе величин, единица этой температуры — кельвин — является одной из семи основных единиц СИ. В системе СИ и на практике используется также температура Цельсия, её единицей является градус Цельсия (°С), по размеру равный кельвину. Это удобно, так как большинство климатических процессов на Земле и процессов в живой природе связаны с диапазоном от -50 до +50 °С.

Источник: Википедия

kartaslov.ru

4

ТЕМПЕРАТУРА И ЕЁ ИЗМЕРЕНИЕ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ГАЗОВЫЕ ЗАКОНЫ.

1.Тепловое равновесие. Температура.

Температура – это физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Если два тела разной температуры привести в соприкосновение, то, как показывает опыт, более нагретое тело будет охлаждаться, а менее нагретое – нагреваться, т.е. происходит теплообмен – передача энергии от более нагретого тела к менее нагретому без совершения работы.

Энергия, передаваемая при теплообмене, называется количеством теплоты.

Обозначение температуры

Через некоторое время после приведения тел в соприкосновение они приобретают одинаковую степень нагретости, т.е. приходят в состояние теплового равновесия.

Тепловое равновесие – это такое состояние системы тел, находящихся в тепловом контакте, при котором теплообмен не происходит и все макропараметры тел остаются неизменными, если внешние условия не меняются.

При этом два параметра – объём и давление – могут быть различными для разных тел системы, а третий, температура, в случае теплового равновесия одинаков для всех тел системы. На этом основано определение температуры.

Физический параметр, одинаковый для всех тел системы, находящихся в состоянии теплового равновесия, называется температурой этой системы.

Например, система состоит из двух сосудов с газом. Приведём их в соприкосновение. Объём и давление газа в них могут быть различными, а температура в результате теплообмена станет одинаковой.

2.Измерение температуры.

Для измерения температуры используют физические приборы – термометры, в которых о величине температуры судят по изменению какого-либо параметра.

Для создания термометра необходимо:

  1. Выбрать термометрическое вещество, параметры (характеристики) которого изменяются при изменении температуры (например, ртуть, спирт и т.д.);

  2. Выбрать термометрическую величину, т.е. величину, которая изменяется с изменением температуры (например, высота ртутного или спиртового столбика, величина электрического сопротивления и т.д.);

  3. Откалибровать термометр, т.е. создать шкалу, по которой будет производиться отсчёт температуры. Для этого термометрическое тело приводится в тепловой контакт с телами, температуры которых постоянны. Например, при построении шкалы Цельсия температура смеси воды и льда в состоянии плавления принимается за 00С, а температура смеси водяного пара и воды в состоянии кипения при давлении 1 атм. – за 1000С. Отмечается положение столбика жидкости в обоих случаях, а затем расстояние между полученными метками делится на 100 делений.

При измерении температуры термометр приводят в тепловой контакт с телом, температура которого измеряется, и после того, как установится тепловое равновесие (показания термометра перестанут меняться), считывается показание термометра.

3.Экспериментальные газовые законы.

Параметры, описывающие состояние системы, взаимозависимы. Установить зависимость друг от друга сразу трёх параметров сложно, поэтому немного упростим задачу. Рассмотрим процессы, при которых

а) количество вещества (или масса) постоянно, т.е. ν=const (m=const);

б) значение одного из параметров фиксировано, т.е. постоянно либо давление, либо объём, либо температура.

Такие процессы называются изопроцессами.

1).Изотермический процесс, т.е. процесс, происходящий с одним и тем же количеством вещества при постоянной температуре.

Исследован Бойлем (1662 г.) и Мариоттом (1676 г.).

Упрощённая схема опытов такова. Рассмотрим сосуд с газом, закрытый подвижным поршнем, на который устанавливаются грузики, уравновешивающие давление газа.

Опыт показал, что произведение давления на объём газа при постоянной температуре есть величина постоянная. Это значит Обозначение температуры

PV=const

Закон Бойля-Мариотта.

Объём V данного количества газа ν при постоянной температуре t0 обратно пропорционален его давлению, т.е. Обозначение температуры.

Графики изотермических процессов.

График зависимости давления от объёма при постоянной температуре называется изотермой. Чем больше температура, тем выше на графике располагается изотерма.Обозначение температуры

2).Изобарный процесс, т.е. процесс, происходящий с одним и тем же количеством вещества при постоянном давлении.

Исследован Гей-Люссаком (1802 г.).

Упрощённая схема такова. Сосуд с газом закрыт подвижным поршнем, на котором установлен грузик, уравновешивающий давление газа. Сосуд с газом нагревается.

Опыт показал, что при нагревании газа при постоянном давлении его объём изменяется по следующему закону: Обозначение температуры где V0 – объём газа при температуре t0 = 00C; V – объём газа при температуре t0, αv – температурный коэффициент объёмного расширения, Обозначение температурыОбозначение температуры

Закон Гей-Люссака.

Объём данного количества газа при постоянном давлении линейно зависит от температуры.

Графики изобарных процессов.

График зависимости объёма газа от температуры при постоянном давлении называется изобарой. Обозначение температуры

Если экстраполировать (продолжить) изобары в область низких температур, то все они сойдутся в точке, соответствующей температуре t0= — 2730С.

3).Изохорный процесс, т.е. процесс, происходящий с одним и тем же количеством вещества при постоянном объёме.

Исследован Шарлем (1802 г.).

Упрощённая схема такова. Сосуд с газом закрыт подвижным поршнем, на который устанавливаются грузики, уравновешивающие давление газа. Сосуд нагревается.

Опыт показал, что при нагревании газа при постоянном объёме его давление изменяется по следующему закону: Обозначение температуры где P0 – объём газа при температуре t0 = 00C; P – объём газа при температуре t0, αp – температурный коэффициент давления, Обозначение температурыОбозначение температуры

Закон Шарля.

Давление данного количества газа при постоянном объёме линейно зависит от температуры.

График зависимости давления газа от температуры при постоянном объёме называется изохорой. Обозначение температуры

Если экстраполировать (продолжить) изохоры в область низких температур, то все они сойдутся в точке, соответствующей температуре t0= — 2730С.

4.Абсолютная термодинамическая шкала.

Английский учёный Кельвин предложил переместить начало температурной шкалы влево на 2730 и назвать эту точку абсолютным нулём температуры. Масштаб новой шкалы такой же, как и у шкалы Цельсия. Новая шкала называется шкалой Кельвина или абсолютной термодинамической шкалой. Единица измерения – кельвин.

Нулю градусов Цельсия соответствует 273 К. Температура по шкале Кельвина обозначается буквой Т.

T = t0C + 273

t0C = T – 273

Новая шкала оказалась более удобной для записи газовых законов.

studfiles.net

Обозначение температуры

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector