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.

Od 20 maja 2019 roku obowiązuje nastepująca definicja kelwina:

kelwin, oznaczenie K, jest to jednostka SI temperatury termodynamicznej. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej stałej Boltzmanna k, wynoszącej 1,380 649×10-23, wyrażonej w jednostce J/K, która jest równa kg·m2/(s2·K), gdzie kilogram, metr i sekunda zdefiniowane są za pomocą hc i ∆νCs.

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.



Powiązane quizy

Temperatura

Temperatura

Szkoła podstawowa
Klasa 2
Liczba pytań: 10



Czy w igloo jest ciepło?

Czy w igloo jest ciepło?

Lód, śnieg kojarzą się z zimnem. Skąd zatem brało się ciepło w niewielkich domkach budowanych niegdyś przez Eskimosów, zwanych igloo?

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?


© medianauka.pl, 2019-10-18, ART-3699





Polecamy w naszym sklepie

kolorowe skarpetki góra lodowa
Montessori Stwórz swoje własne magnesy HEADU
Trzej Detektywi UV-Light Code
Jak nauczyć teorii względności swojego psa
Grawitacja Wprowadzenie do ogólnej teorii względności Einsteina
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 2008-2022 r.