Logo Media Nauka

Temperatura

Temperatura jest to jedna z podstawowych wielkości fizycznych, która jest określana dla stanów równowagi termodynamicznej. Ciała znajdują się w równowadze termodynamicznej jeżeli mają takie same temperatury.

Skale temperatur i jednostka temperatury

Powyższe oznacza, że temperaturę ciała można wyznaczyć poprzez obserwację zachowanie pewnego ciała (czyli termometru) gdy oba ciała znajdują się razem w równowadze termodynamicznej. W zależności od wyboru termometru i jego cech można określić różne skale temperatur.

Za termometr może posłużyć objętość słupa rtęci, opór elektryczny drutu, długość metalowego pręta, kolor rozżarzonego włókna, ciśnienie gazu w pojemniku.

Aby temperatura była wielkością fizyczną uniwersalną, wprowadza sie ją w oparciu o prawa gazu doskonałego lub cykl Carnota. Jest to tak zwana temperatura bezwzględna lub temperatura termodynamiczna.

W poniższej tabeli znajduje się opis skali temperatury bezwzględnej, Celsjusza i Fahrenheita wraz z oznaczeniem jednostek i wzorami na przeliczanie temperatur między poszczególnymi skalami.

 

System Nazwa jednostki Symbol Przelicznik Wzorzec Zastosowanie
Skala bezwzględna kelwin K T[K]=t[°C]+273,15=5/9t[°F]+255,37 Zero bezwzględne 0K, punkt potrójny wody=273,16 K Nauka i technika
Skala Celsjusza stopień Celsjusza °C t[°C]=T[K]-273,15=5/9t[°F]-17,78 Punkt zamarzania wody: 0°C, punkt wrzenia wody:100°C W życiu codziennym w większości państw świata
Skala Fahrenheita stopień Fahrenheita °F t[°F]=9/5T[K]-459,67=9/5t[°C]+32 Najniższa temperatura zimowa zmierzona przez Fahrenheita: 0°F, odstęp punktu zamarzania do punktu wrzenia wody podzielony na 180°. W życiu codziennym w krajach anglosaskich.

Kalkulator jednostek temperatury ułatwia przeliczanie temperatury miedzy poszczególnymi skalami. Kliknij w poniższy link.

Kinetyczna interpretacja temperatury

W artykule Ciśnienie gazu doskonałego wyprowadziliśmy następujący wzór:

p=\frac{mN\overline{v}^2}{3V}

Przekształćmy go nieco:

p=\frac{mN\overline{v}^2}{3V}/\cdot {V}\\pV=\frac{mN\overline{v}^2}{3}\\pV=\frac{2N\cdot \frac{m\overline{v}^2}{2}}{3}\\pV=\frac{2}{3}N\overline{E},

gdzie w ostatnim kroku wprowadziliśmy symbol średniej energii kinetycznej ruchu postępowego cząstek.

Przypomnijmy sobie równanie stanu gazu:

pV=NkT, gdzie k - stała Boltzmanna.

Widać, że prawe strony obu równań są identyczne. Możemy więc zapisać po prostych przekształceniach, że:

\overline{E}=\frac{3}{2}kT

Dzięki tej zależności widzimy, że temperatura ciała jest związana z energią kinetyczną cząstek tego ciała. Równanie to podaje kinetyczną interpretację temperatury ciał.

Symulacja

Poniżej znajduje się symulacja cząsteczek gazu zamkniętego w sześciennym, szczelnym pojemniku. Cząstki zderzają się ze sobą i ściankami naczynia sprężyście. Zmieniaj różne parametry układu i sprawdź, jak zmienia się temperatura. Po zmianie parametrów odczekaj chwilę, aż układ ustabilizuje się.


Spróbuj na podstawie powyższej symulacji odpowiedzieć na następujące pytania:

  • Czy temperatura zależy od prędkości cząsteczek gazu?
  • Czy temperatura zależy od masy cząsteczek gazu?
  • Czy temperatura zależy od wielkości naczynia?
  • Czy temperatura zależy od ilości gazu w naczyniu?

Układ w równowadze termodynamicznej

Jak widać w badanym układzie gazu doskonałego mogą występować fluktuacje różnych parametrów, ale póki są one związane z bezładnym ruchem cząstek tego gazu, a nie są z wiązane z przepływem energii do i/lub z układu, a parametry tego gazu nie zmieniają się w sposób systematyczny, to mówimy, że układ pozostaje w równowadze.

Pytania

Czy istnieje w naturze zero absolutne w skali bezwzględnej?

Nie. Doświadczalne osiągnięcie zera bezwzględnego nie jest możliwe, choć można się do niego dowolnie zbliżać.


© medianauka.pl, 2019-10-18, ART-3699

 

Jaką temperaturę ma próżnia?

Jaką temperaturę ma próżnia?

Jaka jest temperatura próżni, skoro nie ma w niej cząstek? Czy istnieje w naturze zero absolutne? Czy istnieje idealna próżnia?





Niektóre treści nie są dostosowane do Twojego profilu. Jeżeli jesteś pełnoletni możesz wyrazić zgodę na przetwarzanie swoich danych osobowych. W ten sposób będziesz miał także wpływ na rozwój naszego serwisu.
© Media Nauka 2008-2019 r.