Температура

Температура (от лат. temperatura - Надлежащее смешение, нормальное состояние) - физическая величина, которая описывает способность макроскопической системы (тела), находящейся в состоянии термодинамического равновесия, к передаче тепла другим телам.

Обозначается буквой T или t.

На бытовом уровне температура связана с субъективным восприятием "теплый" и "холода". Теплые тела имеют большую температуру, холодные - меньше. В понимании современной физики температура связана с тепловым движением атомов и молекул.

Температура играет важную роль во многих областях науки, включая физику, химию и биологию.

1. Свойства

Среднегодовая температура по всему миру

В состоянии равновесия температура имеет одинаковое значение для всех макроскопических частей системы. Если в системе два тела имеют одинаковую температуру, то между ними не происходит передачи тепла. Если существует разница температур, то тепло переходит от тела с высокой температурой к телу с более низкой.

На микроскопическом уровне температура связана с тепловым движением атомов и молекул, из которых состоят физические тела, а именно - их кинетической энергией.

Температура (от лат. temperatura - Надлежащее смешение, нормальное состояние) - скалярная физическая величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, приходящаяся на одну степень свободы, которая находится в состоянии термодинамического равновесия. ^[1]

2. Измерение температуры

Хотя понятие температуры интуитивно понятное, как состояние тепла и холода, ее измерения, т.е. сопоставление с определенной единицей температуры и количественное выражение в виде числа, является методологически сложной проблемой. Температуру невозможно измерить непосредственно. Однако, при нагревании или охлаждении тела изменяются его физические свойства: длина и объем, плотность, упругие свойства, электропроводность и т.д.. Основой для измерения температуры может быть изменение любого свойства любого тела, если для него известна зависимость данного свойства от температуры ^[2]. Выбранное для измерения температуры тело называют термометрических, а прибор для измерения температуры - термометром.

2.1. Температурные шкалы

Для однозначного определения температуры различными методами и на основе изменения различных свойств термометрических тел, термометры необходимо градуировать. Для этого используются температурные шкалы. В основе температурных шкал - особые реперные точки, которым присваивается определенное значение температуры. Исторически сложились различные температурные шкалы, использующие различные реперные точки, которые связаны с определенными физическими явлениями, которые происходят при определенной температуре.

В Международной системе единиц (СИ) термодинамическая температура входит в состав семи основных единиц и выражается в кельвинах. В состав производных величин СИ, которые имеют специальное название, входит температура Цельсия, которая измеряется в градусах Цельсия ^[3]. На практике часто применяют градусы Цельсия из-за исторической привязки к важным характеристикам воды - температуры таяния льда (0 C) и температуры кипения (100 C). Это удобно, поскольку большинство климатических процессов, процессов в живой природе, т. связанные с этим диапазоном. Изменение температуры на один градус Цельсия тождественна изменении температуры на один Кельвин. Поэтому после введения в 1967 году нового определения Кельвина, температура кипения воды перестала играть роль неизменной реперной точки и, как показывают точные измерения, она уже не равна 100 C, а близкая к 99,975 C ^[4].

В Международной системе единиц (СИ) для измерения температуры применяется шкала Кельвина и символ K (при этом знак градуса отсутствует). Широкий потребление также имеют системы Цельсия и Фаренгейта.

По шкале Кельвина

0 градусов соответствуют абсолютному нулю, т.е. полном отсутствии движения молекул. Другая реперная точка - тройная точка воды. Ее температура 273,16 К выбрана так, чтобы один кельвин соответствовал одному градусу по шкале Цельсия. Температура по шкале Кельвина называется абсолютной температурой. Она обозначается большой латинской буквой T. Шкала Кельвина используется в физике. Ее называют термодинамической шкале, поскольку она лучше определена. Например, тройная точка воды в отличие от температуры замерзания, не зависит от давления.

По шкале Цельсия

0 C соответствует температура замерзания воды, 100 C - температура кипения воды (при давлении в 1 атмосферу). В основном температура по шкале Цельсия сказывается маленькой латинской буквой t.

По шкале Фаренгейта

замерзания и кипения воды разделяют 180 F. Один градус по Фаренгейту равно 5/9 кельвина или градуса Цельсия. Вода замерзает при 32 F, а кипит при 212 F.

Существовали и другие системы измерения температуры, которые теперь вышли из употребления, такие как

• шкала Ранкина
• шкала Делиля
• шкала Ньютона
• шкала Реомюра
• шкала Ромера

Формулы для определения соответствия между основными шкалами:

По Цельсию по Кельвину по Фаренгейту :

По Цельсию по Реомюру за Ранкиным:

По Кельвину по Цельсию :

По Кельвину по Фаренгейту :

По Цельсию по Фаренгейту :

2.2. Сопоставление температурных шкал

По шкале Фаренгейта традиционно нормальной температурой человеческого тела считается 98,6 F следовательно термометры учитывают эту неточность. Некоторые значения были округлены.

3. Определение температуры в статистической физике

В статистической физике температура определяется по формуле

,

где S - энтропия, E - энергия термодинамической системы. Введена таким образом величина T является одинаковой для различных тел при термодинамическом равновесии. При контакте двух тел тело с большим значением T отдавать энергию другому.

4. История

Слово температура возникло во времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества - теплецю, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как прочность смеси тела и теплецю. Вследствие этого единицы измерения прочности спиртных напитков и температуры называются одинаково - градусами.

См.. также

• Криотехники
• Техника высоких температур
• Шкалы температур
• Оптимальное распределение температуры

Источники

Справочник гальваностега. М., 1948. / Бахвалов Г.Т., Биркгин Л. Н, Лабутин В. П.

Примечания