Svaka osoba se svakodnevno suočava sa pojmom temperature. Pojam je čvrsto ušao u naš svakodnevni život: zagrijavamo hranu u mikrovalnoj pećnici ili kuhamo hranu u pećnici, zanima nas kakvo je vrijeme napolju ili saznajemo da li je voda u rijeci hladna - sve je to usko povezano s ovim konceptom. A šta je temperatura, šta ovaj fizički parametar znači, na koji način se mjeri? Odgovorićemo na ova i druga pitanja u članku.
Fizička količina
Razmotrimo koja je temperatura sa stanovišta izolovanog sistema u termodinamičkoj ravnoteži. Termin dolazi iz latinskog jezika i znači "pravilno miješanje", "normalno stanje", "proporcionalnost". Ova vrijednost karakterizira stanje termodinamičke ravnoteže bilo kojeg makroskopskog sistema. U slučaju kada je izolovani sistem van ravnoteže, tokom vremena dolazi do prelaska energije sa više zagrejanih objekata na manje zagrejane. Rezultat je izjednačavanje (promjena) temperature u cijelom sistemu. Ovo je prvi postulat (nulti princip) termodinamike.
Temperatura određujedistribucija sastavnih čestica sistema po energetskim nivoima i brzinama, stepen jonizacije supstanci, svojstva ravnotežnog elektromagnetnog zračenja tela, ukupna zapreminska gustina zračenja. Pošto su za sistem koji je u termodinamičkoj ravnoteži navedeni parametri jednaki, obično se nazivaju temperaturom sistema.
Plasma
Pored ravnotežnih tijela, postoje sistemi u kojima stanje karakterizira nekoliko temperaturnih vrijednosti koje nisu jednake jedna drugoj. Plazma je dobar primjer. Sastoji se od elektrona (lako nabijene čestice) i jona (teške nabijene čestice). Kada se sudare, energija se brzo prenosi sa elektrona na elektron i sa jona na ion. Ali između heterogenih elemenata postoji spora tranzicija. Plazma može biti u stanju u kojem su elektroni i joni pojedinačno blizu ravnoteže. U ovom slučaju, mogu se uzeti odvojene temperature za svaku vrstu čestica. Međutim, ovi parametri će se razlikovati jedan od drugog.
Magneti
U tijelima u kojima čestice imaju magnetni moment, prijenos energije se obično odvija sporo: od translacijskih do magnetnih stupnjeva slobode, koji su povezani s mogućnošću promjene smjera momenta. Ispostavilo se da postoje stanja u kojima tijelo karakterizira temperatura koja se ne poklapa s kinetičkim parametrom. To odgovara translacijskom kretanju elementarnih čestica. Magnetna temperatura određuje dio unutrašnje energije. Može biti pozitivno ilinegativan. Tokom procesa poravnanja, energija će se prenijeti sa čestica veće vrijednosti na čestice s nižom temperaturnom vrijednošću ako su obje pozitivne ili negativne. U suprotnom, ovaj proces će se odvijati u suprotnom smjeru - negativna temperatura će biti "viša" od pozitivne.
Zašto je ovo potrebno?
Paradoks leži u činjenici da prosječna osoba, da bi izvršila proces mjerenja kako u svakodnevnom životu tako iu industriji, ne mora ni znati koja je temperatura. Njemu će biti dovoljno da shvati da je to stepen zagrijanosti nekog predmeta ili okoline, pogotovo što su nam ti pojmovi poznati od djetinjstva. Zaista, većina praktičnih uređaja dizajniranih za mjerenje ovog parametra zapravo mjeri druga svojstva tvari koja se mijenjaju s nivoom zagrijavanja ili hlađenja. Na primjer, pritisak, električni otpor, zapremina, itd. Nadalje, ova očitavanja se ručno ili automatski pretvaraju u željenu vrijednost.
Ispostavilo se da za određivanje temperature nema potrebe učiti fiziku. Većina stanovništva naše planete živi po ovom principu. Ako je TV uključen, onda nema potrebe razumjeti prolazne procese poluvodičkih uređaja, proučavati odakle dolazi struja u utičnici ili kako signal stiže do satelitske antene. Ljudi su navikli na činjenicu da u svakoj oblasti postoje stručnjaci koji mogu popraviti ili otkloniti greške u sistemu. Laik ne želi da napreza mozak, jer gde je bolje gledati sapunicu ili fudbal na "kutiji" dok pijuckahladno pivo.
Želim znati
Ali postoje ljudi, najčešće studenti, koji su, ili zbog svoje radoznalosti ili iz nužde, primorani da proučavaju fiziku i utvrđuju koja je temperatura zapravo. Kao rezultat toga, u svojoj potrazi upadaju u divljinu termodinamike i proučavaju njen nulti, prvi i drugi zakon. Osim toga, radoznali um će morati razumjeti Carnotove cikluse i entropiju. I na kraju svog puta sigurno će priznati da definicija temperature kao parametra reverzibilnog toplotnog sistema, koji ne zavisi od vrste radne supstance, neće dodati jasnoću osećaju ovog koncepta. I svejedno, vidljivi dio će biti nekoliko stupnjeva prihvaćenih od strane međunarodnog sistema jedinica (SI).
Temperatura kao kinetička energija
Još "opipljiviji" je pristup koji se zove molekularno-kinetička teorija. Formira ideju da se toplota smatra jednim od oblika energije. Na primjer, ispostavilo se da je kinetička energija molekula i atoma, parametar u prosjeku za ogroman broj nasumično pokretnih čestica, mjera onoga što se obično naziva temperaturom tijela. Dakle, čestice zagrijanog sistema kreću se brže od hladnog.
Pošto je termin koji se razmatra usko povezan sa prosječnom kinetičkom energijom grupe čestica, bilo bi sasvim prirodno koristiti džul kao jedinicu temperature. Međutim, to se ne dešava, što se objašnjava činjenicom da je energija toplotnog kretanja elementarnačestica je vrlo mala u odnosu na džul. Stoga je njegova upotreba nezgodna. Toplotno kretanje se mjeri u jedinicama izvedenim iz džula pomoću posebnog faktora konverzije.
Jedinice temperature
Danas se za prikaz ovog parametra koriste tri osnovne jedinice. Kod nas se temperatura obično mjeri u stepenima Celzijusa. Ova mjerna jedinica se zasniva na tački smrzavanja vode - apsolutnoj vrijednosti. Ona je polazna tačka. To jest, temperatura vode na kojoj led počinje da se formira je nula. U ovom slučaju voda služi kao uzorna mjera. Ova konvencija je usvojena radi pogodnosti. Druga apsolutna vrijednost je temperatura pare, odnosno trenutak kada voda prelazi iz tečnog u plinovito stanje.
Sljedeća jedinica je Kelvin. Referentna tačka ovog sistema se smatra tačkom apsolutne nule. Dakle, jedan stepen Kelvina je jednak jednom stepenu Celzijusa. Razlika je samo u početku odbrojavanja. Dobijamo da će nula u Kelvinima biti jednaka minus 273,16 stepeni Celzijusa. Godine 1954., na Generalnoj konferenciji za utege i mjere, odlučeno je da se izraz "stepen Kelvina" za jedinicu temperature zamijeni sa "kelvin".
Treća uobičajena jedinica mjere je Farenhajt. Do 1960. godine bili su u širokoj upotrebi u svim zemljama engleskog govornog područja. Međutim, danas u svakodnevnom životu u Sjedinjenim Državama koristite ovu jedinicu. Sistem se suštinski razlikuje od gore opisanih. Uzeti kao polaznu tačkutačka smrzavanja mješavine soli, amonijaka i vode u omjeru 1:1:1. Dakle, na Farenhajtovoj skali, tačka smrzavanja vode je plus 32 stepena, a tačka ključanja je plus 212 stepeni. U ovom sistemu, jedan stepen je jednak 1/180 razlike između ovih temperatura. Dakle, opseg od 0 do +100 stepeni Farenhajta odgovara opsegu od -18 do +38 Celzijusa.
temperatura apsolutne nule
Da shvatimo šta ovaj parametar znači. Apsolutna nula je granična temperatura na kojoj tlak idealnog plina nestaje pri fiksnoj zapremini. Ovo je najniža vrijednost u prirodi. Kako je predvideo Mihail Lomonosov, „ovo je najveći ili poslednji stepen hladnoće“. Avogadrov hemijski zakon proizlazi iz ovoga: jednake zapremine gasova na istoj temperaturi i pritisku sadrže isti broj molekula. Šta iz ovoga slijedi? Postoji minimalna temperatura gasa pri kojoj njegov pritisak ili zapremina nestaje. Ova apsolutna vrijednost odgovara nuli Kelvina, ili 273 stepena Celzijusa.
Neke zanimljive činjenice o solarnom sistemu
Temperatura na površini Sunca dostiže 5700 Kelvina, au centru jezgra - 15 miliona Kelvina. Planete Sunčevog sistema se veoma razlikuju jedna od druge u pogledu stepena zagrevanja. Dakle, temperatura jezgra naše Zemlje je otprilike ista kao na površini Sunca. Jupiter se smatra najtoplijom planetom. Temperatura u centru njegovog jezgra je pet puta viša nego na površini Sunca. A ovdje je najniža vrijednost parametrazabilježeno na površini Mjeseca - bilo je samo 30 kelvina. Ova vrijednost je čak niža nego na površini Plutona.
Earth Facts
1. Najviša temperatura koju je zabilježila osoba bila je 4 milijarde stepeni Celzijusa. Ova vrijednost je 250 puta veća od temperature jezgra Sunca. Rekord je postavio New York Brookhaven Natural Laboratory u ionskom sudaraču, koji je dugačak oko 4 kilometra.
2. Temperatura na našoj planeti takođe nije uvijek idealna i ugodna. Na primjer, u gradu Verkhnoyansk u Jakutiji, temperatura zimi pada na minus 45 stepeni Celzijusa. Ali u etiopskom gradu Dallolu situacija je obrnuta. Tamo je prosječna godišnja temperatura plus 34 stepena.
3. Najekstremniji uslovi pod kojima ljudi rade zabilježeni su u rudnicima zlata u Južnoj Africi. Rudari rade na dubini od tri kilometra na temperaturi od plus 65 stepeni Celzijusa.
