Elke persoon word elke dag gekonfronteer met die konsep van temperatuur. Die term het ons daaglikse lewe stewig betree: ons verhit kos in die mikrogolfoond of kook kos in die oond, ons stel belang in die weer buite of vind uit of die water in die rivier koud is – dit alles is nou verwant aan hierdie konsep. En wat is temperatuur, wat beteken hierdie fisiese parameter, op watter manier word dit gemeet? Ons sal hierdie en ander vrae in die artikel beantwoord.
Fisiese hoeveelheid
Kom ons kyk na wat temperatuur is vanuit die oogpunt van 'n geïsoleerde sisteem in termodinamiese ewewig. Die term kom van die Latynse taal en beteken "behoorlike vermenging", "normale toestand", "proporsionaliteit". Hierdie waarde kenmerk die toestand van termodinamiese ewewig van enige makroskopiese sisteem. In die geval wanneer 'n geïsoleerde stelsel buite ewewig is, is daar met verloop van tyd 'n oorgang van energie van meer verhitte voorwerpe na minder verhitte voorwerpe. Die resultaat is 'n gelykmaking (verandering) van temperatuur deur die hele stelsel. Dit is die eerste postulaat (nul-beginsel) van termodinamika.
Temperature bepaalverspreiding van die samestellende deeltjies van die sisteem deur energievlakke en snelhede, die graad van ionisasie van stowwe, die eienskappe van die ewewig elektromagnetiese straling van liggame, die totale volumetriese digtheid van straling. Aangesien die gelyste parameters gelyk is vir 'n stelsel wat in termodinamiese ewewig is, word dit gewoonlik die temperatuur van die stelsel genoem.
Plasma
Behalwe ewewigsliggame, is daar stelsels waarin die toestand gekenmerk word deur verskeie temperatuurwaardes wat nie gelyk is aan mekaar nie. Plasma is 'n goeie voorbeeld. Dit bestaan uit elektrone (liggelaaide deeltjies) en ione (swaar gelaaide deeltjies). Wanneer hulle bots, word energie vinnig van elektron na elektron en van ioon na ioon oorgedra. Maar tussen heterogene elemente is daar 'n stadige oorgang. Die plasma kan in 'n toestand wees waarin die elektrone en ione individueel naby aan ewewig is. In hierdie geval kan afsonderlike temperature vir elke soort deeltjies geneem word. Hierdie parameters sal egter van mekaar verskil.
Magnete
In liggame waarin deeltjies 'n magnetiese moment het, vind energie-oordrag gewoonlik stadig plaas: van translasie- na magnetiese vryheidsgrade, wat geassosieer word met die moontlikheid om die rigtings van die oomblik te verander. Dit blyk dat daar toestande is waarin die liggaam gekenmerk word deur 'n temperatuur wat nie saamval met die kinetiese parameter nie. Dit stem ooreen met die translasiebeweging van elementêre deeltjies. Magnetiese temperatuur bepaal 'n deel van die interne energie. Dit kan óf positief óf weesnegatief. Tydens die belyningsproses sal energie oorgedra word van deeltjies met 'n hoër waarde na deeltjies met 'n laer temperatuurwaarde as hulle beide positief of negatief is. Andersins sal hierdie proses in die teenoorgestelde rigting voortgaan - die negatiewe temperatuur sal "hoër" as die positiewe een wees.
Hoekom is dit nodig?
Die paradoks lê in die feit dat die gemiddelde mens, om die metingsproses beide in die alledaagse lewe en in die industrie uit te voer, nie eers hoef te weet wat temperatuur is nie. Dit sal vir hom voldoende wees om te verstaan dat dit die mate van verhitting van 'n voorwerp of omgewing is, veral aangesien ons van kleins af met hierdie terme vertroud is. Inderdaad, die meeste van die praktiese toestelle wat ontwerp is om hierdie parameter te meet, meet eintlik ander eienskappe van stowwe wat verander met die vlak van verhitting of verkoeling. Byvoorbeeld, druk, elektriese weerstand, volume, ens. Verder word sulke lesings handmatig of outomaties na die verlangde waarde omgeskakel.
Dit blyk dat dit nie nodig is om fisika te bestudeer om die temperatuur te bepaal nie. Die meeste van die bevolking van ons planeet leef volgens hierdie beginsel. As die TV aan is, is dit nie nodig om die verbygaande prosesse van halfgeleiertoestelle te verstaan, om te bestudeer waar die elektrisiteit vandaan kom in die uitlaat of hoe die sein by die satellietskottel aankom nie. Mense is gewoond daaraan dat daar in elke veld spesialiste is wat die stelsel kan regmaak of ontfout. Die leek wil nie sy brein verrek nie, want waar is dit beter om 'n sepie of sokker op die "boks" te kyk terwyl jy teugkoue bier.
Ek wil weet
Maar daar is mense, meestal studente, wat óf tot die mate van hul nuuskierigheid óf uit nood gedwing word om fisika te bestudeer en te bepaal wat temperatuur werklik is. Gevolglik val hulle in hul soektog in die wildernis van termodinamika en bestudeer die nul-, eerste en tweede wette daarvan. Daarbenewens sal 'n nuuskierige verstand Carnot-siklusse en entropie moet begryp. En aan die einde van sy reis sal hy sekerlik erken dat die definisie van temperatuur as 'n parameter van 'n omkeerbare termiese stelsel, wat nie afhang van die tipe werkende stof nie, nie duidelikheid sal verleen aan die gevoel van hierdie konsep nie. En tog, die sigbare deel sal sekere grade wees wat deur die internasionale stelsel van eenhede (SI) aanvaar word.
Temperatuur as kinetiese energie
Meer "tasbaar" is die benadering wat molekulêr-kinetiese teorie genoem word. Dit vorm die idee dat hitte as een van die vorme van energie beskou word. Byvoorbeeld, die kinetiese energie van molekules en atome, 'n parameter gemiddeld oor 'n groot aantal willekeurig bewegende deeltjies, blyk 'n maatstaf te wees van wat algemeen die temperatuur van 'n liggaam genoem word. Dus, die deeltjies van 'n verhitte stelsel beweeg vinniger as 'n koue een.
Aangesien die term onder oorweging nou verwant is aan die gemiddelde kinetiese energie van 'n groep deeltjies, sal dit heel natuurlik wees om die joule as 'n eenheid van temperatuur te gebruik. Dit gebeur egter nie, wat verklaar word deur die feit dat die energie van termiese beweging van elementêredeeltjies is baie klein relatief tot die joule. Daarom is die gebruik daarvan ongerieflik. Termiese beweging word gemeet in eenhede afgelei van joules deur middel van 'n spesiale omskakelingsfaktor.
Temperatuureenhede
Vandag word drie basiese eenhede gebruik om hierdie parameter te vertoon. In ons land word die temperatuur gewoonlik in grade Celsius gemeet. Hierdie eenheid van meting is gebaseer op die vriespunt van water - 'n absolute waarde. Sy is die beginpunt. Dit wil sê, die temperatuur van die water waarteen ys begin vorm, is nul. In hierdie geval dien water as 'n voorbeeldige maatreël. Hierdie konvensie is gerieflikheidshalwe aangeneem. Die tweede absolute waarde is die stoomtemperatuur, dit wil sê die oomblik wanneer water van 'n vloeibare toestand na 'n gasvormige toestand verander.
Die volgende eenheid is Kelvin. Die verwysingspunt van hierdie stelsel word beskou as die punt van absolute nul. Dus, een graad Kelvin is gelyk aan een graad Celsius. Die verskil is slegs die begin van die aftelling. Ons kry dat nul in Kelvin gelyk sal wees aan minus 273.16 grade Celsius. In 1954, by die Algemene Konferensie oor Gewigte en Mates, is besluit om die term "graad Kelvin" vir die eenheid van temperatuur te vervang met "kelvin".
Die derde algemene maateenheid is Fahrenheit. Tot 1960 was hulle wyd gebruik in alle Engelssprekende lande. Maar, vandag in die alledaagse lewe in die Verenigde State van Amerika gebruik hierdie eenheid. Die stelsel verskil wesenlik van dié wat hierbo beskryf is. As die beginpunt geneemvriespunt van 'n mengsel van sout, ammoniak en water in 'n verhouding van 1:1:1. Dus, op die Fahrenheit-skaal, is die vriespunt van water plus 32 grade, en die kookpunt is plus 212 grade. In hierdie stelsel is een graad gelyk aan 1/180 van die verskil tussen hierdie temperature. Dus, die reeks van 0 tot +100 grade Fahrenheit stem ooreen met die reeks van -18 tot +38 Celsius.
Absolute nultemperatuur
Kom ons verstaan wat hierdie parameter beteken. Absolute nul is die beperkende temperatuur waarby die druk van 'n ideale gas teen 'n vaste volume verdwyn. Dit is die laagste waarde in die natuur. Soos Mikhailo Lomonosov voorspel het, "dit is die grootste of laaste graad van koue." Hieruit volg Avogadro se chemiese wet: gelyke volumes gasse by dieselfde temperatuur en druk bevat dieselfde aantal molekules. Wat volg hieruit? Daar is 'n minimum temperatuur van 'n gas waarteen sy druk of volume verdwyn. Hierdie absolute waarde stem ooreen met nul Kelvin, of 273 grade Celsius.
'n paar interessante feite oor die sonnestelsel
Die temperatuur op die oppervlak van die Son bereik 5700 Kelvin, en in die middel van die kern - 15 miljoen Kelvin. Die planete van die sonnestelsel verskil baie van mekaar wat die vlak van verhitting betref. Dus, die temperatuur van die kern van ons Aarde is omtrent dieselfde as op die oppervlak van die Son. Jupiter word as die warmste planeet beskou. Die temperatuur in die middel van sy kern is vyf keer hoër as by die oppervlak van die Son. En hier is die laagste waarde van die parameterop die oppervlak van die maan aangeteken – dit was net 30 kelvin. Hierdie waarde is selfs laer as op die oppervlak van Pluto.
Aardefeite
1. Die hoogste temperatuur wat deur 'n persoon aangeteken is, was 4 miljard grade Celsius. Hierdie waarde is 250 keer hoër as die temperatuur van die kern van die Son. Die rekord is opgestel deur die New York Brookhaven Natural Laboratory in die ioonbotser, wat ongeveer 4 kilometer lank is.
2. Die temperatuur op ons planeet is ook nie altyd ideaal en gemaklik nie. Byvoorbeeld, in die stad Verkhnoyansk in Yakutia, daal die temperatuur in die winter tot minus 45 grade Celsius. Maar in die Ethiopiese stad Dallol is die situasie omgekeer. Daar is die gemiddelde jaarlikse temperatuur plus 34 grade.
3. Die mees ekstreme toestande waaronder mense werk word in goudmyne in Suid-Afrika aangeteken. Mynwerkers werk op 'n diepte van drie kilometer teen 'n temperatuur van plus 65 grade Celsius.
