Mi a testhőmérséklet a fizikában? Hőmérséklet fogalma
Történet
A „hőmérséklet” szó azokban az időkben keletkezett, amikor az emberek azt hitték, hogy a felmelegített test nagyobb mennyiségben tartalmaz egy speciális anyagot - kalóriatartalmat -, mint a kevésbé melegített test. Ezért a hőmérsékletet a testanyag és a kalória keverékének erősségeként fogták fel. Emiatt az alkoholtartalmú italok erősségének és hőmérsékletének mértékegységeit azonosnak nevezik - foknak.
Mivel a hőmérséklet a molekulák kinetikus energiája, nyilvánvaló, hogy a legtermészetesebb energiaegységekben (az SI-rendszerben joule-ban) mérni. A hőmérsékletmérés azonban jóval a molekuláris kinetikai elmélet megalkotása előtt elkezdődött, így a gyakorlati mérlegek a hőmérsékletet hagyományos mértékegységekben - fokokban - mérik.
Kelvin skála
A termodinamika a Kelvin-skálát használja, amelyben a hőmérsékletet az abszolút nullától (a test elméletileg lehetséges minimális belső energiájának megfelelő állapottól) mérik, és egy kelvin egyenlő az abszolút nulla és a test hármaspontja közötti távolság 1/273,16-ával. víz (az az állapot, amelyben a jég, a víz és a víz párok egyensúlyban vannak). A Boltzmann-állandót a kelvinek energiaegységekké alakítására használják. Származtatott mértékegységeket is használnak: kilokelvin, megakelvin, millikelvin stb.
Celsius
A mindennapi életben a Celsius-skálát használják, amelyben 0 a víz fagyáspontja, 100° pedig a víz forráspontja légköri nyomáson. Mivel a víz fagyáspontja és forráspontja nincs pontosan meghatározva, a Celsius-skála jelenleg a Kelvin-skála segítségével definiálható: egy Celsius-fok egyenlő egy kelvinnel, az abszolút nulla értéke –273,15 °C. A Celsius-skála gyakorlatilag nagyon kényelmes, mert bolygónkon nagyon elterjedt a víz, és életünk is erre épül. A nulla Celsius a meteorológia különleges pontja, hiszen a légköri víz befagyása mindent jelentősen megváltoztat.
Fahrenheit
Angliában és különösen az USA-ban a Fahrenheit-skálát használják. Ez a skála 100 fokra osztja az intervallumot a város leghidegebb télének hőmérsékletétől, ahol Fahrenheit élt, és az emberi test hőmérsékletétől. A nulla Celsius-fok 32 Fahrenheit-fok, a Fahrenheit-fok pedig 5/9 Celsius-fok.
A Fahrenheit-skála jelenlegi definíciója a következő: olyan hőmérsékleti skála, amelyben 1 fok (1 °F) egyenlő a víz forráspontja és a jég légköri nyomáson mért olvadáspontja közötti különbség 1/180-ad részével, és a jég olvadáspontja +32 °F. A Fahrenheit-hőmérséklet a Celsius-hőmérséklethez (t °C) a t °C = 5/9 (t °F - 32) arányban kapcsolódik, azaz 1 °F-os hőmérsékletváltozás 5/9 °-os változásnak felel meg. C. G. Fahrenheit javasolta 1724-ben.
Reaumur skála
1730-ban javasolta R. A. Reaumur, aki leírta az általa feltalált alkoholhőmérőt.
A mértékegység a Reaumur fok (°R), 1 °R egyenlő a referenciapontok - a jég olvadáspontja (0 °R) és a víz forráspontja (80 °R) közötti hőmérséklet-intervallum 1/80-ával.
1 °R = 1,25 °C.
Jelenleg a mérleg kiesett a használatból, Franciaországban, a szerző hazájában maradt fenn legtovább.
|
Hőmérséklet átalakítása a fő skálák között |
|||
|
Kelvin |
Celsius |
Fahrenheit |
|
|
Kelvin (K) |
C+273,15 |
= (F + 459,67) / 1,8 |
|
|
Celsius (°C) |
K − 273,15 |
= (F − 32) / 1,8 |
|
|
Fahrenheit (°F) |
K 1,8 − 459,67 |
C 1,8 + 32 |
|
A hőmérsékleti skálák összehasonlítása
|
Leírás |
Kelvin | Celsius |
Fahrenheit |
Newton | Reaumur |
|
Abszolút nulla |
−273.15 |
−459.67 |
−90.14 |
−218.52 |
|
|
Fahrenheit keverékének olvadási hőmérséklete (só és jég egyenlő mennyiségben) |
255.37 |
−17.78 |
−5.87 |
−14.22 |
|
| A víz fagypontja (normál körülmények között) |
273.15 |
||||
|
Átlagos emberi testhőmérséklet ¹ |
310.0 |
36.8 |
98.2 |
12.21 |
29.6 |
|
A víz forráspontja (normál körülmények között) |
373.15 |
||||
| Napfelület hőmérséklete |
5800 |
5526 |
9980 |
1823 |
4421 |
¹ A normál emberi testhőmérséklet 36,6 °C ±0,7 °C vagy 98,2 °F ±1,3 °F. Az általánosan jegyzett 98,6 °F érték a 19. századi német 37 °C érték Fahrenheitre való pontos átváltása. Mivel ez az érték a mai fogalmak szerint nem esik a normál hőmérséklet tartományába, ezért azt mondhatjuk, hogy túlzott (hibás) pontosságot tartalmaz. Ebben a táblázatban néhány értéket kerekítettek.
Fahrenheit és Celsius skála összehasonlítása
(o F- Fahrenheit skála, oC- Celsius skála)
|
oF |
oC |
oF |
oC |
oF |
oC |
oF |
oC |
|||
|
459.67 |
273.15 |
60 |
51.1 |
4 |
20.0 |
20 |
6.7 |
A Celsius-fok Kelvinre konvertálásához a képletet kell használnia T=t+T 0 ahol T a hőmérséklet kelvinben, t a hőmérséklet Celsius-fokban, T 0 =273,15 kelvin. Egy Celsius-fok mérete Kelvinnel egyenlő.
Hőmérséklet (a fizikában) Hőmérséklet(latin temperatura szóból - megfelelő keveredés, arányosság, normál állapot), egy makroszkopikus rendszer termodinamikai egyensúlyi állapotát jellemző fizikai mennyiség. A T. azonos egy elszigetelt rendszer minden ben elhelyezkedő részére termodinamikai egyensúly.
Ha egy elszigetelt rendszer nincs egyensúlyban, akkor idővel az energia átmenete (hőátadás) a rendszer jobban fűtött részeiről a kevésbé fűtött részekre a hő kiegyenlítődéséhez vezet az egész rendszerben (az első posztulátum, vagy a nulla kezdete). termodinamika). T. definiálja: a rendszert alkotó részecskék eloszlása felett energiaszintek (cm. Boltzmann statisztika ) és a részecskesebesség-eloszlás (lásd. Maxwell eloszlás ); az anyag ionizációs foka (lásd Sakha formula); a testek egyensúlyi elektromágneses sugárzásának tulajdonságai - spektrális sugárzási sűrűség (lásd. Planck sugárzási törvénye ), teljes térfogati sugárzássűrűség (lásd..
Stefan-Boltzmann sugárzási törvény ) stb. A Boltzmann-eloszlásban paraméterként szereplő T.-t gyakran T gerjesztésnek, Maxwell-eloszlásban - kinetikus T.-nek, a Saha-képletben - ionizációs T.-nek, a Stefan-Boltzmann törvényben - gerjesztésnek nevezik. sugárzási hőmérséklet Mivel egy termodinamikai egyensúlyban lévő rendszerben ezek a paraméterek egyenlőek egymással, egyszerűen a rendszer hőmérsékletének nevezzük őket. IN gázok kinetikai elméleteés a statisztikai mechanika más szakaszaiban a T. mennyiségileg úgy van meghatározva, hogy egy (három szabadságfokkal rendelkező) részecske transzlációs mozgásának átlagos kinetikus energiája egyenlő T-vel, ahol k Boltzmann állandó, T - testhőmérséklet. Általános esetben az energiát úgy definiáljuk, mint a test egészének energiájának származékát annak megfelelően entrópia Ez a hőmérséklet mindig pozitív (mivel a kinetikus energia pozitív, abszolút hőmérsékletnek vagy hőmérsékletnek nevezzük a termodinamikai hőmérsékleti skálán). Egységenként abszolút T. in Nemzetközi mértékegységrendszer (SI) elfogadta
kelvin (TO). A T-t gyakran a Celsius-skálán mérik (t) a t értékeket a T-vel a t = T √ 273,15 K egyenlőséggel viszonyítják (egy Celsius-fok egyenlő Kelvinnel). A T. mérési módszereit cikkek tárgyalják Hőmérő, hőmérő. Csak a testek egyensúlyi állapotát jellemzi a szigorúan meghatározott hőmérséklet. Vannak azonban olyan rendszerek, amelyek állapota megközelítőleg jellemezhető több egyenlőtlen hőmérséklettel. Például egy könnyű (elektronok) és nehéz (ionok) töltött részecskékből álló plazmában a részecskék ütközésekor az energia gyorsan átkerül az elektronokból az elektronokba és az ionokból az ionokba, de lassan az elektronokból az ionokba és vissza. A plazmának vannak olyan állapotai, amelyekben az egyes elektron- és ionrendszerek közel állnak az egyensúlyhoz, és lehetséges a T. elektron T bejuttatása uh
és T. ionok T mágneses momentum,
Az energia általában lassan kerül át a transzlációs szabadsági fokról a mágneses szabadsági fokra, amely a mágneses momentum irányának megváltoztatásának lehetőségéhez kapcsolódik. Emiatt vannak olyan állapotok, amelyekben a mágneses momentumrendszert olyan hőmérséklet jellemzi, amely nem esik egybe a részecskék transzlációs mozgásának megfelelő kinetikus hőmérséklettel. A mágneses hőmérséklet határozza meg a belső energia mágneses részét, és lehet pozitív vagy negatív (lásd. Negatív hőmérséklet).
A hőmérséklet kiegyenlítése során az energia a magasabb hőmérsékletű részecskékről (szabadságfokokról) a kisebb hőmérsékletű részecskékre (szabadságfokokra) kerül át, ha mindkettő pozitív vagy negatív, de ellenkező irányba, ha az egyik pozitív, a másik negatív. Ebben az értelemben a negatív T. „magasabb”, mint bármely pozitív. A T. fogalmát nem egyensúlyi rendszerek jellemzésére is használják (lásd. Nem egyensúlyi folyamatok termodinamikája ).,
Például az égitestek fényességét az jellemzi fényerő hőmérséklet a sugárzás spektrális összetétele
színhőmérséklet
stb.. 1969-1978 .
L. F. Andreev.
Nagy Szovjet Enciklopédia. - M.: Szovjet enciklopédia
Nézze meg, mi a „hőmérséklet (a fizikában)” más szótárakban: - ... Wikipédia
HŐMÉRSÉKLET, a biológiában a hő intenzitása. A melegvérű (HOMIOTHERMAL) állatok, például madarak és emlősök testhőmérséklete szűk határok között tartható, függetlenül a környezeti hőmérséklettől. Ez az izomzatnak köszönhető...
Tudományos és műszaki enciklopédikus szótár
Dimenzió Θ Mértékegységek SI K ... Wikipédia Forráspont, forráspont az a hőmérséklet, amelyen a folyadék állandó nyomáson forr. A forráspont a telített gőz hőmérsékletének felel meg egy forrásban lévő folyadék sík felülete felett, mivel ... Wikipédia
Az időjárást jellemző legfontosabb elem a földfelszínt körülvevő gáznemű környezet, pontosabban a megfigyelésünk tárgyát képező levegőréteg hőmérséklete. A meteorológiai megfigyelésekben ez az elem kap első helyet... Enciklopédiai szótár F.A. Brockhaus és I.A. Efron hőmérséklet
Ellenőrizni kell a fordítás minőségét, és a cikket összhangba kell hozni a Wikipédia stilisztikai szabályaival. Segíthetsz... Wikipédia
Technológiatörténet Korszakok és régiók szerint: Neolitikus forradalom Egyiptom ókori technológiái Az ókori India tudománya és technológiája Az ókori Kína tudománya és technológiája Az ókori Görögország technológiái Az ókori Róma technológiái Az iszlám világ technológiái... ... Wikipédia
Egy termodinamikai rendszer egyensúlyi állapotait jellemző hőmérséklet, amelyben a rendszer nagyobb energiájú mikroállapotban való megtalálásának valószínűsége nagyobb, mint egy alacsonyabb mikroállapotban. A kvantumstatisztikában ez azt jelenti, hogy... ... Wikipédia
A hőmérséklet olyan fizikai mennyiség, amely egy makroszkopikus rendszer termodinamikai egyensúlyi állapotát jellemzi. A hőmérséklet azonos a termodinamikai egyensúlyban lévő elszigetelt rendszer minden részén. Ha egy izolált termodinamikai rendszer nincs egyensúlyban, akkor az idő múlásával az energia (hőátadás) a rendszer jobban fűtött részeiről a kevésbé fűtött részek felé a hőmérséklet kiegyenlítődéséhez vezet az egész rendszerben (a termodinamika nulla törvénye). Egyensúlyi körülmények között a hőmérséklet arányos a test részecskéinek átlagos kinetikus energiájával.
A hőmérséklet közvetlenül nem mérhető. A hőmérséklet változását a testek egyéb fizikai tulajdonságainak (térfogat, nyomás, elektromos ellenállás, emf, sugárzás intenzitás stb.) változásai alapján ítéljük meg, amelyek vele egyedileg összefüggenek (ún. termodinamikai tulajdonságok). A hőmérséklet mérésének bármely módszere magában foglalja a hőmérsékleti skála meghatározását.
A hőmérséklet mérési módszerei különböző mért hőmérséklet-tartományokhoz eltérőek, függenek a mérési körülményektől és a szükséges pontosságtól. Két fő csoportra oszthatók: kontaktusra és nem érintkezésre. Az érintkezési módszerekre jellemző, hogy a közeg hőmérsékletét mérő készüléknek termikus egyensúlyban kell lennie vele, pl. ugyanolyan hőmérsékletű, mint neki. Minden hőmérsékletmérő műszer fő összetevője az érzékeny elem, ahol a hőmérő tulajdonság megvalósul, és az elemhez tartozó mérőeszköz.
Az ideális gáz molekuláris kinetikai elmélete szerint a hőmérséklet egy olyan mennyiség, amely az ideális gáz molekuláinak transzlációs mozgásának átlagos kinetikai energiáját jellemzi. Figyelembe véve a hőmérséklet termodinamikai jelentését, bármely test hőmérsékletének mérését levezethetjük egy ideális gáz molekuláinak átlagos kinetikus energiájának mérésére.
A gyakorlatban azonban nem a molekulák energiáját mérik sebességükkel, hanem a gáznyomást, ami egyenesen arányos az energiával.
Az ideális gáz molekuláris kinetikai elmélete szerint a hőmérséklet T a molekulák transzlációs mozgásának átlagos kinetikus energiájának mértéke:
Ahol 
J/C– Boltzmann állandó;
T– abszolút hőmérséklet Kelvinben.
Az ideális gáz molekuláris kinetikai elméletének alapegyenlete, amely megállapítja a nyomásfüggést 
A gázmolekulák transzlációs mozgásának kinetikus energiájából következő alakja van:
,
(2)
Ahol 
– az egységnyi térfogatra jutó molekulák száma, i.e. koncentráció.
Az (1) és (2) egyenlet felhasználásával megkapjuk a függőséget
(3)
nyomás és hőmérséklet között, ami lehetővé teszi annak megállapítását, hogy egy ideális gáz nyomása arányos annak abszolút hőmérsékletével és molekulakoncentrációjával, ahol
(4)
A hőmérsékletmérés a következő két kísérleti tényen alapul:
a) ha két test van, amelyek mindegyike termikus egyensúlyban van ugyanazzal a harmadik testtel, akkor mindhárom test azonos hőmérsékletű;
b) a hőmérséklet változását mindig legalább egy paraméter folyamatos változása kíséri, nem számítva magát a hőmérsékletet, amely a test állapotát jellemzi, például: térfogat, nyomás, elektromos vezetőképesség stb. ezek a rendelkezések lehetővé teszik a különböző testek hőmérsékletének összehasonlítását anélkül, hogy saját maga érintkezne velük.
A második pozíció lehetővé teszi az egyik paraméter kiválasztását hőmérőként.
Általában a hőmérsékletet az energia egészének az entrópiájára vonatkozó deriváltjaként definiálják. Az így definiált hőmérséklet mindig pozitív (mivel a kinetikus energia mindig pozitív), ezt hőmérsékletnek vagy hőmérsékletnek nevezzük a termodinamikai hőmérsékleti skálán és jelöljük. T. Az abszolút hőmérséklet SI (International System of Units) mértékegysége a kelvin ( TO). Lásd "Bevezetés". A hőmérsékletet gyakran Celsius-skálán mérik ( 
), kapcsolódik hozzá T
(TO) egyenlőség
;
(5)
Ahol 
– a gáz térfogati tágulási együtthatója.
A hőmérséklet mérésére többféle mértékegység létezik.
A leghíresebbek a következők:
Celsius fok - a Nemzetközi Mértékegységrendszerben (SI) a kelvinnel együtt használják.
A Celsius-fok Anders Celsius svéd tudósról kapta a nevét, aki 1742-ben új skálát javasolt a hőmérséklet mérésére.
A Celsius-fok eredeti meghatározása a standard légköri nyomás definíciójától függött, mivel a víz forráspontja és a jég olvadáspontja is a nyomástól függ. Ez nem túl kényelmes a mértékegység szabványosításához. Ezért a Kelvin K mint a hőmérséklet alapegységének elfogadása után a Celsius-fok definícióját felülvizsgálták.
A modern definíció szerint egy Celsius-fok egyenlő egy kelvin K-vel, és a Celsius-skála nullája úgy van beállítva, hogy a víz hármaspontjának hőmérséklete 0,01 °C. Ennek eredményeként a Celsius és Kelvin skála 273,15-tel eltolódik:
1665-ben Christiaan Huygens holland fizikus Robert Hooke angol fizikussal együtt először javasolta a jég és a forrásban lévő víz olvadáspontjának referenciapontként való használatát a hőmérsékleti skálán.
1742-ben Anders Celsius (1701-1744) svéd csillagász, geológus és meteorológus ezen az elképzelésen alapuló új hőmérsékleti skálát dolgozott ki. Kezdetben 0° (nulla) volt a víz forráspontja, 100° pedig a víz fagyáspontja (a jég olvadáspontja). Később, Celsius halála után kortársai és honfitársai, Carl Linnaeus botanikus és Morten Stremer csillagász fordítva használták ezt a skálát (a jég olvadáspontját 0°-nak, a víz forráspontját 100°-nak kezdték venni). A mérleget a mai napig ebben a formában használják.
Egyes források szerint Stremer tanácsára Celsius maga fordította fejjel lefelé a mérlegét. Más források szerint a mérleget Carl Linnaeus fordította meg 1745-ben. A harmadik szerint pedig a skálát Celsius utódja, Morten Stremer fejjel lefelé fordította, és a 18. században egy ilyen hőmérőt széles körben elterjesztettek „svéd hőmérő” néven, Svédországban pedig Stremer néven, de a a híres svéd kémikus, Jons Jacob Berzelius „Kémiai kézikönyv” című munkájában „Celsius”-nak nevezte el a skálát, és azóta a Celsius-skála Anders Celsius nevét viseli.
Fahrenheit fok.
Gabriel Fahrenheit német tudósról nevezték el, aki 1724-ben javasolt egy skálát a hőmérséklet mérésére.
A Fahrenheit-skálán a jég olvadáspontja +32 °F, a víz forráspontja pedig +212 °F (normál légköri nyomáson). Sőt, egy Fahrenheit-fok egyenlő ezen hőmérsékletek közötti különbség 1/180-ával. A 0...+100 °F Fahrenheit tartomány megközelítőleg a -18...+38 °C Celsius tartománynak felel meg. Ezen a skálán a nullát a víz, só és ammónia (1:1:1) keverékének fagyáspontja határozza meg, és 96 °F az emberi test normál hőmérséklete.
Kelvin (1968 Kelvin-fok előtt) a termodinamikai hőmérséklet mértékegysége a Nemzetközi Mértékegységrendszerben (SI), a hét SI alapegység egyike. 1848-ban javasolták. 1 kelvin egyenlő a víz hármaspontja termodinamikai hőmérsékletének 1/273,16-ával. A skála eleje (0 K) egybeesik az abszolút nullával.
Átszámítás Celsius-fokra: °C = K-273,15 (a víz hármaspontjának hőmérséklete - 0,01 °C).
Az egység William Thomson angol fizikusról kapta a nevét, aki a Lord Kelvin of Larg of Ayrshire címet kapta. Ez a cím viszont a Kelvin folyótól származik, amely a glasgow-i egyetem területén folyik keresztül.
|
Kelvin |
Celsius fok |
Fahrenheit |
|
|---|---|---|---|
|
Abszolút nulla |
|||
|
A folyékony nitrogén forráspontja |
|||
|
Szárazjég szublimációja (átmenet szilárd halmazállapotból gázhalmazállapotúvá). |
|||
|
A Celsius és Fahrenheit skála metszéspontja |
|||
|
Jég olvadáspontja |
|||
|
Három pont a víz |
|||
|
Normál emberi testhőmérséklet |
|||
|
A víz forráspontja 1 atmoszféra nyomáson (101,325 kPa) |
Reaumur fokozat - a hőmérséklet mértékegysége, amelyben a víz fagyáspontját 0, illetve 80 fokos forráspontnak vesszük. 1730-ban javasolta R. A. Reaumur. A Reaumur mérleg gyakorlatilag kiesett a használatból.
Roemer diplomája - jelenleg nem használt hőmérsékleti egység.
A Römer hőmérsékleti skálát Ole Christensen Römer dán csillagász készítette 1701-ben. Ez lett a Fahrenheit-skála prototípusa, amely 1708-ban látogatta meg Roemert.
Nulla fok a sós víz fagyáspontja. A második referenciapont az emberi test hőmérséklete (Roemer mérései szerint 30 fok, azaz 42 °C). Ekkor az édesvíz fagyáspontja 7,5 fok (1/8 skála), a víz forráspontja 60 fok. Így a Roemer-skála 60 fok. Ezt a választást úgy tűnik, hogy az magyarázza, hogy Roemer elsősorban csillagász, és a 60-as szám Babilon óta a csillagászat sarokköve.
Rankin fokozat - a hőmérséklet mértékegysége az abszolút hőmérsékleti skálán, William Rankin (1820-1872) skót fizikusról nevezték el. Angol nyelvű országokban mérnöki termodinamikai számításokhoz használják.
A Rankine-skála abszolút nullánál kezdődik, a víz fagyáspontja 491,67°Ra, a víz forráspontja 671,67°Ra. A Fahrenheit- és Rankine-skálán a víz fagyáspontja és forráspontja közötti fokok száma megegyezik, és 180-nak felel meg.
A Kelvin és a Rankine közötti összefüggés 1 K = 1,8 °Ra, a Fahrenheitet a következő képlet alapján alakítjuk át Rankine-re: °Ra = °F + 459,67.
Delisle fokozat - jelenleg nem használt hőmérsékletmértékegység. Joseph Nicolas Delisle (1688-1768) francia csillagász találta fel. A Delisle skála hasonló a Reaumur hőmérsékleti skálához. Oroszországban a 18. századig használták.
Nagy Péter meghívta Joseph Nicolas Delisle francia csillagászt Oroszországba, megalapítva a Tudományos Akadémiát. 1732-ben Delisle megalkotott egy hőmérőt, amely higanyt használ munkafolyadékként. A víz forráspontját nullának választottuk. A hőmérséklet változását egy foknak vettük, ami a higany térfogatának százezrelékes csökkenéséhez vezetett.
Így a jég olvadáspontja 2400 fok volt. Később azonban egy ilyen töredékes lépték túlzónak tűnt, és már 1738 telén Delisle kollégája a szentpétervári akadémián, Josias Weitbrecht orvos (1702-1747) csökkentette a víz forráspontjától a fagyáspontig terjedő lépések számát. 150-re.
E skála (és a Celsius-skála eredeti változatának) „megfordítása” a jelenleg elfogadottakhoz képest általában a hőmérők kalibrálásával kapcsolatos pusztán technikai nehézségekkel magyarázható.
Delisle mérlege meglehetősen elterjedt Oroszországban, hőmérőit körülbelül 100 évig használták. Ezt a skálát sok orosz akadémikus használta, köztük Mihail Lomonoszov is, aki azonban „megfordította”, a fagypontnál nullát, a víz forráspontján 150 fokot tett.
Hooke diplomája - történelmi hőmérsékleti egység. A Hooke-skála a legelső hőmérsékleti skála rögzített nullával.
A Hooke által készített mérleg prototípusa egy hőmérő volt, amely 1661-ben került hozzá Firenzéből. Az egy évvel később megjelent Hooke Micrographiájában az általa kifejlesztett skála leírása található. Hooke egy fokot az alkohol térfogatának 1/500-al történő változásaként határoz meg, azaz egy Hooke-fok körülbelül 2,4 °C-nak felel meg.
1663-ban a Royal Society tagjai megállapodtak abban, hogy Hooke hőmérőjét használják szabványként, és összehasonlítják vele más hőmérők leolvasását. Christiaan Huygens holland fizikus 1665-ben Hooke-kal közösen javasolta a jégolvadás és a víz forráspontjának felhasználását egy hőmérsékleti skála létrehozásához. Ez volt az első skála rögzített nullával és negatív értékekkel.
Dalton fokozat – a hőmérséklet történelmi mértékegysége. Nincs konkrét értéke (a hagyományos hőmérsékleti skála mértékegységeiben, például Kelvin, Celsius vagy Fahrenheit), mivel a Dalton-skála logaritmikus.
A Dalton skálát John Dalton fejlesztette ki magas hőmérsékleten történő mérések elvégzésére, mivel a hagyományos, egyenletes skálájú hőmérők hibáztak a hőmérő folyadék egyenetlen tágulása miatt.
A Dalton-skála nullája nulla Celsiusnak felel meg. A Dalton-skála jellegzetessége, hogy abszolút nullája −∞°Da, azaz elérhetetlen érték (ami Nernst tétele szerint valójában így is van).
Newton-fok - jelenleg nem használt hőmérsékleti egység.
A newtoni hőmérséklet-skálát Isaac Newton fejlesztette ki 1701-ben termofizikai kutatások elvégzésére, és valószínűleg a Celsius-skála prototípusa volt.
Newton lenolajat használt hőmérő folyadékként. Newton az édesvíz fagyáspontját nulla foknak vette, az emberi test hőmérsékletét pedig 12 foknak nevezte. Így a víz forráspontja 33 fok lett.
Leideni diploma A hőmérséklet történelmi mértékegysége, amelyet a 20. század elején használtak –183 °C alatti kriogén hőmérsékletek mérésére.
Ez a skála Leidenből származik, ahol 1897 óta található a Kamerlingh Onnes laboratórium. 1957-ben H. van Dijk és M. Durau bevezette az L55 skálát.
A 75% ortohidrogénből és 25% parahidrogénből álló standard folyékony hidrogén forráspontját (-253 °C) nulla foknak vettük. A második referenciapont a folyékony oxigén forráspontja (-193 °C).
Planck hőmérséklet A Max Planck német fizikusról elnevezett hõmérséklet mértékegysége, jelölése T P , a Planck mértékegységrendszerében. Ez az egyik Planck-egység, amely a kvantummechanika alapvető határát jelenti. A modern fizikai elmélet a gravitáció kidolgozott kvantumelmélete hiánya miatt nem tud melegebbet leírni. A Planck-hőmérséklet felett a részecskék energiája olyan nagyra nő, hogy a közöttük lévő gravitációs erők összehasonlíthatók más alapvető kölcsönhatásokkal. Ez az Univerzum hőmérséklete az Ősrobbanás első pillanatában (Planck-idő), a jelenlegi kozmológiai elképzelésekkel összhangban.
Termodinamikai definíció
A termodinamikai megközelítés története
A „hőmérséklet” szó azokban a napokban keletkezett, amikor az emberek azt hitték, hogy a felmelegített test nagyobb mennyiségű speciális anyagot - kalóriatartalmat - tartalmaz, mint a kevésbé melegített test. Ezért a hőmérsékletet a testanyag és a kalória keverékének erősségeként fogták fel. Emiatt az alkoholtartalmú italok erősségének és hőmérsékletének mértékegységeit azonosnak nevezik - foknak.
A hőmérséklet meghatározása a statisztikus fizikában
A hőmérsékletmérő műszereket gyakran relatív skálákon kalibrálják - Celsius vagy Fahrenheit.
A gyakorlatban a hőmérsékletet is mérik
A legpontosabb gyakorlati hőmérő a platina ellenálláshőmérő. A hőmérséklet mérésére a legújabb módszereket fejlesztették ki, amelyek a lézersugárzás paramétereinek mérésén alapulnak.
Hőmérséklet mértékegységei és skála
Mivel a hőmérséklet a molekulák kinetikus energiája, nyilvánvaló, hogy a legtermészetesebb energiaegységekben (vagyis az SI-rendszerben joule-ban) mérni. A hőmérsékletmérés azonban jóval a molekuláris kinetikai elmélet megalkotása előtt elkezdődött, így a gyakorlati mérlegek a hőmérsékletet hagyományos mértékegységekben - fokokban - mérik.
Abszolút hőmérséklet. Kelvin hőmérsékleti skála
Az abszolút hőmérséklet fogalmát W. Thomson (Kelvin) vezette be, ezért az abszolút hőmérsékleti skálát Kelvin-skálának vagy termodinamikai hőmérsékleti skálának nevezik. Az abszolút hőmérséklet mértékegysége a kelvin (K).
Az abszolút hőmérsékleti skálát azért hívják, mert a hőmérséklet alsó határának alapállapotának mértéke abszolút nulla, vagyis az a lehető legalacsonyabb hőmérséklet, amelyen elvileg nem lehet hőenergiát kinyerni egy anyagból.
Az abszolút nulla értéke 0 K, ami egyenlő -273,15 °C-kal.
A Kelvin-hőmérsékletskála egy olyan skála, amely az abszolút nullától kezdődik.
Kiemelkedő jelentőségű a Kelvin termodinamikai skálán alapuló nemzetközi gyakorlati skálák kidolgozása, amelyek referenciapontokon – a tiszta anyagok primer hőmérős módszerekkel meghatározott fázisátalakulásain – alapulnak. Az első nemzetközi hőmérsékleti skálát 1927-ben fogadta el az ITS-27. 1927 óta a skálát többször újradefiniálták (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): változtak a referencia-hőmérsékletek és az interpolációs módszerek, de az elv ugyanaz maradt - a skála alapja a fázisátalakulások halmaza tiszta anyagok bizonyos termodinamikai hőmérsékleti értékeivel és ezeken a pontokon kalibrált interpolációs műszerekkel. Jelenleg az ITS-90 skála van érvényben. A fő dokumentum (A skála szabályozása) meghatározza a Kelvin definícióját, a fázisátalakulási hőmérsékletek (referenciapontok) értékeit és az interpolációs módszereket.
A mindennapi életben használt hőmérsékleti skálák - mind a Celsius, mind a Fahrenheit (főleg az USA-ban használatos) - nem abszolútak, ezért kényelmetlenek olyan körülmények között végzett kísérleteknél, ahol a hőmérséklet a víz fagypontja alá esik, ezért kell a hőmérsékletet kifejezni. negatív szám. Ilyen esetekben abszolút hőmérsékleti skálákat vezettek be.
Az egyiket Rankine-skálának, a másikat az abszolút termodinamikai skála (Kelvin-skála) nevezik; hőmérsékletüket Rankine-fokban (°Ra), illetve kelvinben (K) mérik. Mindkét skála abszolút nulla hőmérsékleten kezdődik. Abban különböznek egymástól, hogy a Kelvin-skála egy osztásának ára megegyezik a Celsius-skála egy osztásának árával, a Rankine-skála egy osztásának ára pedig a Fahrenheit-skála szerinti hőmérők felosztásának árával. A víz fagyáspontja normál légköri nyomáson 273,15 K, 0 °C, 32 °F.
A Kelvin-skála a víz hármaspontjához (273,16 K) van kötve, és ettől függ a Boltzmann-állandó. Ez problémákat okoz a magas hőmérsékleti mérések értelmezésének pontosságában. A BIPM most fontolgatja annak lehetőségét, hogy áttérjen a Kelvin új definíciójára, és rögzítse a Boltzmann-állandót a hárompontos hőmérsékletre való hivatkozás helyett. .
Celsius
A technikában, az orvostudományban, a meteorológiában és a mindennapi életben a Celsius-skálát használják, amelyben a víz hármaspontjának hőmérséklete 0,008 °C, így a víz fagyáspontja 1 atm nyomáson 0 °. C. Jelenleg a Celsius-skálát a Kelvin-skála határozza meg: a Celsius-skála egyik osztásának ára megegyezik a Kelvin-skála osztásának árával, t(°C) = T(K) - 273,15. Így a víz forráspontja, amelyet eredetileg a Celsius választott 100 °C-os referenciapontnak, elvesztette jelentőségét, és a modern becslések szerint a víz forráspontja normál légköri nyomáson körülbelül 99,975 °C. A Celsius-skála gyakorlatilag nagyon kényelmes, mivel a víz nagyon elterjedt bolygónkon, és életünk is ezen alapul. A nulla Celsius a meteorológia különleges pontja, mert a légköri víz befagyásával függ össze. A skálát Anders Celsius javasolta 1742-ben.
Fahrenheit
Angliában és különösen az USA-ban a Fahrenheit-skálát használják. A nulla Celsius-fok 32 Fahrenheit-fok, a 100 Celsius-fok pedig 212 Fahrenheit-fok.
A Fahrenheit-skála jelenlegi definíciója a következő: olyan hőmérsékleti skála, amelyben 1 fok (1 °F) egyenlő a víz forráspontja és a jég légköri nyomáson mért olvadáspontja közötti különbség 1/180-ad részével, és a jég olvadáspontja +32 °F. A Fahrenheit-skála hőmérsékletét a Celsius-skála hőmérsékletével (t °C) a t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32 arányban viszonyítják. G. Fahrenheit 1724-ben.
Reaumur skála
Átmenetek különböző skálákból
A hőmérsékleti skálák összehasonlítása
| Leírás | Kelvin | Celsius | Fahrenheit | Rankin | Delisle | Newton | Reaumur | Roemer |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Abszolút nulla | 0 | −273,15 | −459,67 | 0 | 559,725 | −90,14 | −218,52 | −135,90 |
| Fahrenheit keverék olvadási hőmérséklete (só és jég egyenlő mennyiségben) | 255,37 | −17,78 | 0 | 459,67 | 176,67 | −5,87 | −14,22 | −1,83 |
| A víz fagyáspontja (normál körülmények) | 273,15 | 0 | 32 | 491,67 | 150 | 0 | 0 | 7,5 |
| Átlagos emberi testhőmérséklet¹ | 310,0 | 36,6 | 98,2 | 557,9 | 94,5 | 12,21 | 29,6 | 26,925 |
| A víz forráspontja (normál körülmények) | 373,15 | 100 | 212 | 671,67 | 0 | 33 | 80 | 60 |
| Olvadó titán | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
| A Nap felszíne | 5800 | 5526 | 9980 | 10440 | −8140 | 1823 | 4421 | 2909 |
¹ A normál átlagos emberi testhőmérséklet 36,6 °C ±0,7 °C vagy 98,2 °F ±1,3 °F. Az általánosan jegyzett 98,6°F érték a 19. századi német 37°C érték Fahrenheitre való pontos átváltása. Ez az érték azonban nem esik a normál átlagos emberi testhőmérséklet tartományába, mivel a különböző testrészek hőmérséklete eltérő.
Ebben a táblázatban egyes értékek kerekítettek.
A fázisátalakulások jellemzői
A különböző anyagok fázisátalakulási pontjainak leírására a következő hőmérsékleti értékeket használjuk:
- Izzítási hőmérséklet
- Szinterezési hőmérséklet
- Szintézis hőmérséklete
- Levegő hőmérséklete
- Talaj hőmérséklet
- Homológ hőmérséklet
- Debye hőmérséklet (jellegzetes hőmérséklet)
Lásd még
Megjegyzések
Irodalom
- Spassky B.I. Fizika története I. rész. - Moszkva: „Felsőiskola”, 1977.
- Sivukhin D.V. Termodinamika és molekuláris fizika. - Moszkva: „Tudomány”, 1990.
