Відкрити головне меню

Зміни

вікіфікація
''' Термодинамі́́чна температура''' або '''абсолю́тна температу́ра''' ({{lang-ru|абсолютная температура}}, {{lang-en|absolute temperature}}, {{lang-de|absolute Temperatur f}})  є єдинаєдиною [[функція стану|функцією стану]] [[термодинамічна система|термодинамічної системи]], яка характеризує напрям самовільного телообмінутеплообміну між тілами (системами). {{sfn| Белоконь Н. И. Основные принципы термодинамики|1968| с=10; 55.}} {{sfn| Кириллин В. А. Техническая термодинамика|1983| с=5}}.
 
Термодинамічна температура позначається літерою <math> T</math>, вимірюєтсявимірюється у в[[градус Кельвіна|Кельвінах]] <math> (K)</math> і відлічується за абсолютною термодинамічною шкалою (Кельвіна). Абсолютна термодинамічна шкала є основною шкалою у фізиці і в рівняннях термодинаміки.
 
Молекулярно - кінетична теорія, з свого боку, пов’язуєпов'язує з абсолютною температурою середню кінетичну енергію поступового руху молекул ідеального газу в умовах термодинамічної рівноваги :
 
: <math> mv^2/2 = 3/2kT,</math>
 
Деде: <math> m</math>&nbsp;— маса молекули, <math> v </math>&nbsp;— середня квадратична швидкість поступовогопоступального руху молекул, <math> T</math>&nbsp;— абсолютна температура, <math> k</math>&nbsp;— стала Больцмана.
 
== Історія. ==
 
Вимірювання температури пройшло довгий і складний шлях у своєму розвитку. Оскільки температура не може бути виміряна безпосередньо, для її вимірювання використовували властивості термометричних тіл, які знаходились у функціональній залежності від температури. На цій основі були розроблені різноманітні температурні шкали, які одержали назву емпіричних, а виміряна за їх допомогою температура дістала назву емпіричноюемпіричної. Суттєвими недоліками емпіричних шкал є відсутнистьвідсутність їх безперервності, а також розбіжність значень температур для різних термометричних тіл як між реперними точками, так і поза ними. Відсутнисть Відсутність безперервності емпіричних шкал пов’язанапов'язана з відсуністювідсутністю природної речовини, яка спроможна зберігати свої властивості у всьому діапазоні можливих температур. У 1848р1848&nbsp;р. Томсон (лорд Кельвін) запропонував вибрати градус температурної шкали таким чином, щоб у її межах була однаковою ефективність ідеальної теплової машини. Надалі у 1854 &nbsp;р. він запропонував використати обернену функцію Карно для побудови термодинамічної температурної шкали (незалежної від властивостей термометричних тіл), однак, практична реалізація цієї ідеї виявилась неможливою. У пошуках «абсолютного» приладу на початку XIX століття звернулись до ідеї ідеального газового термометра, заснованого на законах ідеальних газів Гей-Люссака та Шарля. Газовий термометр тривалий час був єдиним засобом відтворення абсолютної температури. Нові шляхи відтворення абсолютної температурної шкали базуються на використанні рівняння Стефана&nbsp;— Больцмана у безконтактній термометрії і рівняння Найквіста у контактній. {{sfn|В. Різак, І. Різак, Е. РудавскійРудавський. Кріогенна фізика і техніка |2006| с=174, 175.}}.
 
== Фізичні основи побудови термодинамічної шкали температур. ==
 
1.Термодинамічна шкала температур принципово може бути побудована на основі теореми Карно яка стверджує, що коефіціенткоефіцієнт корисної дії ідеального теплового двигуна не залежить від природи робочого тіла і конструкції двигуна, а є функцією температур нагрівача і холодильника.
 
:<math>\eta=\frac{Q_1-Q_2} {Q_1}=\frac{T_1-T_2} {T_1},</math>
 
де <math>Q_1</math>&nbsp;— кількість теплоти віддана нагрівачем робочому тілу теплової машини (ідеальному газу), <math>Q_1</math>&nbsp;— кількість теплоти віддана робочим тілом холодильнику, <math>T_1, T_2</math>&nbsp;— температури нагрівача і холодильника, відповідно.
 
зЗ наведеного вище рівняння витікає співвідношення:
 
:<math>\frac{ Q_{1} }{ Q_{2} } = \frac{ T_{1} }{ T_{2} }.</math>
 
Це співвідношення може бути використановикористане для побудови ‘’абсолютноїшкали ''абсолютної термодинамічної температури’’температури''. Якщо один з ізотермічних процесів <math>Q_3</math> проводити при температурі потрійної точки води, яка установлена довільно&nbsp;— <math>T_3=273,16 K,</math> то будь яка інша температура <math>T</math>визначається рівнянням
 
:<math>T=273,16 \frac{Q}{ Q_{3} }</math>. {{sfn|В. Різак, І. Різак, Е. РудавськійРудавський. Кріогенна фізика і техніка |2006| с=17,18.}}.
 
Встановлена таким чином температурна шкала має назву - ''термодинамічна шкала Кельвіна''. На жаль, точність вимірювання кількості теплоти не дозволяє реалізувати цей засіб на практиці.
 
2. Абсолютна температурна шкала може бути побудована якщо використати як термометричне тіло ідеальний газ Насправді, з рівняння Клапейрона витікає співвідношення
 
:<math>T=\frac{pV}{R}.</math>
 
Якщо виміряти тиск газу, близького поза властивостівластивостями кдо ідеальномуідеального, що знаходиться у герметичній посудині постійного об’ємуоб'єму,то такимто чиномтак можна встановити температурну шкалу, яку також називають ідеально&nbsp;— газовою шкалою. ПервагаПеревага цієї шкали полягає в тому, що тиск ідеального газу при <math>V=const</math> змінюється лінійно з температурою. Оскільки навіть розріджені реальні гази за своїми властивостями декількадещо відмінні від ідеального газу, то реалізація ідеально&nbsp;— газової шкали пов’язанапов'язана з певними труднощами.
<math>T=\frac{pV}{R}</math>
 
3. У курсах термодинаміки наводяться теоретичні докази того, що температура, виміряна за ідеально&nbsp;— газовою шкалою, співпадаєзбігається з абсолютною термодинамічною температурою. Слід однак зауважити, що хоча чисельно термодинамічна іта ідеально&nbsp;— газова шкала абсолютно ідентичні, з якісної точки зору між ними є принципова різниця. Тільки термодинамічна шкала є абсолютно незалежною від властивостей термометричної речовини. {{sfn| Кириллин В. А. Техническая термодинамика|1983| с=67}}.
Якщо виміряти тиск газу, близького по властивості к ідеальному, що знаходиться у герметичній посудині постійного об’єму,то таким чином можна встановити температурну шкалу, яку також називають ідеально – газовою шкалою. Первага цієї шкали полягає в тому, що тиск ідеального газу при <math>V=const</math>змінюється лінійно з температурою. Оскільки навіть розріджені реальні гази за своїми властивостями декілька відмінні від ідеального газу, то реалізація ідеально – газової шкали пов’язана з певними труднощами.
 
Як вказанопоказано вище, точне відтворення термодинамічної шкали, а також ідеально&nbsp;— газової зв'язано з серйозними експериментальними труднощами. У першому випадку необхідно ретельно вимірювати кількістікількість теплоти, яка підводиться і відводиться в ізотермічних процесах ідеального теплового двигуна. Такі виміривимірювання є дуже неточними. Відтворення термодинамічної іта ідеально&nbsp;— газової шкали в діапазоні від 10 до 1337 <math>K</math> можливоможливе за допомогою газового термометра. ПриЗа вищих температурахтемператур помітно виявляється дифузія робочого газу черезкрізь стінки резервуара. При температурах у кілька тисяч градусів многоатомнібагатоатомні гази розпадаються на атоми, при ще вищих температурах іонізуються і перетворюються у плазму, яка не підкоряється рівнянню Клапейрона. Найнижча температура, яка може бути виміряна газовим термометром заповненим гелієм при низькому тиску є <math>1K</math>. Для вимірювання температур за межами можливостей газових термометрів використовують інші засоби вимірювання. Докладніше:’’Термометрія’’.
3. У курсах термодинаміки наводяться теоретичні докази того, що температура, виміряна за ідеально – газовою шкалою, співпадає з абсолютною термодинамічною температурою. Слід однак зауважити, що хоча чисельно термодинамічна і ідеально – газова шкала абсолютно ідентичні, з якісної точки зору між ними є принципова різниця. Тільки термодинамічна шкала є абсолютно незалежною від властивостей термометричної речовини. {{sfn| Кириллин В. А. Техническая термодинамика|1983| с=67}}
{{Main|Термометрія}}
 
 
Як вказано вище, точне відтворення термодинамічної шкали, а також ідеально – газової зв'язано з серйозними експериментальними труднощами. У першому випадку необхідно ретельно вимірювати кількісті теплоти, яка підводиться і відводиться в ізотермічних процесах ідеального теплового двигуна. Такі виміри є дуже неточними. Відтворення термодинамічної і ідеально – газової шкали в діапазоні від 10 до 1337 <math>K</math> можливо за допомогою газового термометра. При вищих температурах помітно виявляється дифузія робочого газу через стінки резервуара. При температурах кілька тисяч градусів многоатомні гази розпадаються на атоми, при ще вищих температурах іонізуються і перетворюються у плазму, яка не підкоряється рівнянню Клапейрона. Найнижча температура, яка може бути виміряна газовим термометром заповненим гелієм при низькому тиску є <math>1K</math>. Для вимірювання температур за межами можливостей газових термометрів використовують інші засоби вимірювання. Докладніше:’’Термометрія’’.
 
== Примітки ==
* {{книга|автор =[[Сивухин, Дмитрий Васильевич|Сивухин Д. В.]]| заголовок =Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика|видавництво =ФИЗМАТЛИТ| рік =2005| місце =М.| строрінок =544|isbn =5-9221-0601-5|ref =Сивухин Д. В.|Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика | 2005}}
* {{книга|автор=Базаров И. П. | заголовок =Термодинамика| видавництво =Высшая школа| рік =1991| місце =М.| строрінок =376|isbn=5-06-000626-3|ref=Базаров, Термодинамика}}
* {{книга|автор=Різак В.,Різак І., Рудавський Е. | заголовок =Кріогенна фізика і техніка| видавництво =Наукова думка| рік =2006| місце =К.| строрінок =512|isbn=966-00-480-X|ref=Різак В.,Різак І., Рудавський Е. Кріогенна фізика і техніка}}
47 104

редагування