Ջերմաստիճանը հավասար է. Ջերմաստիճանի հայեցակարգը. Բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակ. Իդեալական գազի բացարձակ ջերմաստիճան

Գազի ճնշումը որոշվում է շարժվող մոլեկուլների քաոսային ազդեցություններով: Սա նշանակում է, որ գազի սառեցման ժամանակ ճնշման նվազումը կարելի է բացատրել մոլեկուլների թարգմանական շարժման միջին էներգիայի նվազմամբ (): Գազի ճնշումը կհասնի զրոյի, երբ մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնական օրենքի համաձայն.

Գազի մոլեկուլների n կոնցենտրացիան համարվում է հաստատուն և տարբերվում է զրոյից։

Իդեալական գազի բացարձակ ջերմաստիճան

Գազի հովացման սահմանափակում կա. Բացարձակ զրոն այն ջերմաստիճանն է, որի դեպքում մոլեկուլների թարգմանական շարժումը դադարում է։

Իդեալական գազը (ի տարբերություն իրական գազերի) մնում է ներսում գազային վիճակցանկացած ջերմաստիճանում: Ջերմաստիճանի արժեքը, որով կդադարի մոլեկուլների թարգմանական շարժումը, կարելի է գտնել Ջ. Չարլզի կողմից որոշված ​​օրենքից. իդեալական գազի ճնշման ջերմաստիճանային գործակիցը կախված չէ գազի տեսակից և հավասար է. . Իդեալական գազի ճնշումը կամայական ջերմաստիճանում հետևյալն է.

որտեղ t-ը ջերմաստիճանն է Ցելսիուսի սանդղակի վրա; - ճնշումը ժամը . Եկեք հավասարեցնենք (2) արտահայտության ճնշումը զրոյի, արտահայտենք այն ջերմաստիճանը, որում իդեալական գազի մոլեկուլները դադարեցնում են իրենց թարգմանական շարժումը.

Վ.Քելվինը ենթադրեց, որ բացարձակ զրոյի ստացված արժեքը կհամապատասխանի ցանկացած նյութի մոլեկուլների թարգմանական շարժման դադարեցմանը։ Բացարձակ զրոյից ցածր ջերմաստիճան (T=0 K) բնության մեջ գոյություն չունի։ Քանի որ բացարձակ զրոյի ջերմաստիճանում անհնար է էներգիա վերցնել ջերմային շարժումմոլեկուլները և նվազեցնել մարմնի ջերմաստիճանը, քանի որ ջերմային շարժման էներգիան չի կարող բացասական լինել: Լաբորատորիաներում ստացվել է բացարձակ զրոյին մոտ (մոտ հազարերորդական աստիճանի) ջերմաստիճան։

Ջերմադինամիկ ջերմաստիճանի սանդղակ

Ըստ թերմոդինամիկական ջերմաստիճանի սանդղակի (նույն ինքը՝ Քելվինի սանդղակը) բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանները համարվում են մեկնարկային կետ։ Ջերմաստիճանը նշվում է մեծատառ T-ով: Աստիճանի չափը նույնն է, ինչ Ցելսիուսի սանդղակի աստիճանը.

Ածանցյալները նույնը կլինեն, եթե ընդունվեն տարբեր ջերմաստիճանի կալորիականությամբ.

Կելվինի սանդղակից Ցելսիուսի սանդղակի անցնելիս պահպանվում են ծավալի ընդլայնման ջերմային գործակիցների և ճնշման գործակիցի սահմանումները:

Միավորների միջազգային համակարգում (SI) ջերմաստիճանի միավորը հիմնականն է, այն կոչվում է կելվին (K): SI համակարգը օգտագործում է թերմոդինամիկական ջերմաստիճանի սանդղակը ջերմաստիճանը չափելու համար:

Միջազգային համաձայնագրի համաձայն, կելվինի չափը որոշվում է հետևյալ պայմաններից. եզների եռակի կետի ջերմաստիճանը վերցվում է 273,16 Կ: Ջրի եռակի կետը Ցելսիուսում համապատասխանում է 0,01 o C-ի, հալման ջերմաստիճանը: Կելվինում սառույցը 273,15 Կ է:

Կելվիններով չափվող ջերմաստիճանը կոչվում է բացարձակ։ Ցելսիուսում բացարձակ ջերմաստիճանի և ջերմաստիճանի հարաբերությունը արտացոլում է արտահայտությունը.

Բացարձակ ջերմաստիճան, մոլեկուլների կինետիկ էներգիա և գազի իդեալական ճնշում

Մոլեկուլների փոխադրական շարժման միջին էներգիայի արժեքը ուղիղ համեմատական ​​է գազի ջերմաստիճանին.

որտեղ է Բոլցմանի հաստատունը: Բանաձև (6) նշանակում է, որ մոլեկուլների թարգմանական շարժման կինետիկ էներգիայի միջին արժեքը կախված չէ իդեալական գազի տեսակից, այլ որոշվում է միայն նրա ջերմաստիճանով։

Իդեալական գազի ճնշումը որոշվում է միայն նրա ջերմաստիճանով.

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ	Ցելսիուսի սանդղակի ո՞ր ջերմաստիճանում գազի մոլեկուլների փոխադրական շարժման միջին կինետիկ էներգիան հավասար կլինի J-ի:
Որոշում	Որպես խնդրի լուծման հիմք՝ վերցնում ենք այն օրենքը, որը կապում է ջերմաստիճանը թերմոդինամիկական մասշտաբով և մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիան. Մենք արտահայտում ենք (1.1) բացարձակ ջերմաստիճանը. Եկեք հաշվարկենք ջերմաստիճանը. Ջերմաստիճանը Կելվինում և ջերմաստիճանը Ցելսիուսում կապված են արտահայտությամբ. Մենք ստանում ենք գազի ջերմաստիճանը.
Պատասխանել

ՕՐԻՆԱԿ 2

Զորավարժություններ	Ինչպե՞ս է փոխվում իդեալական գազի մոլեկուլների փոխակերպման շարժման միջին կինետիկ էներգիան, եթե գործընթացը կարելի է ներկայացնել Նկար 1-ի գրաֆիկով:
Որոշում	Որպես խնդրի լուծման հիմք՝ վերցնում ենք իդեալական գազի վիճակի հավասարումը հետևյալ ձևով.

Պատմություն

«Ջերմաստիճան» բառն առաջացել է այն ժամանակ, երբ մարդիկ հավատում էին, որ ավելի տաք մարմիններ են պարունակում մեծ քանակությամբհատուկ նյութ՝ կալորիական, քան պակաս տաքացվողների մեջ։ Հետևաբար, ջերմաստիճանը ընկալվում էր որպես մարմնի նյութի և կալորիականության խառնուրդի ուժ: Այդ իսկ պատճառով ալկոհոլային խմիչքների ուժգնության և ջերմաստիճանի չափման միավորները կոչվում են նույնը՝ աստիճաններ։

Այն փաստից, որ ջերմաստիճանը մոլեկուլների կինետիկ էներգիան է, պարզ է, որ առավել բնական է այն չափել էներգիայի միավորներով (այսինքն՝ SI համակարգում՝ ջոուլներով): Այնուամենայնիվ, ջերմաստիճանի չափումը սկսվել է մոլեկուլային կինետիկ տեսության ստեղծումից շատ առաջ, ուստի գործնական կշեռքները ջերմաստիճանը չափում են սովորական միավորներով՝ աստիճաններով:

Կելվինի սանդղակ

Թերմոդինամիկայի մեջ օգտագործվում է Կելվինի սանդղակը, որի դեպքում ջերմաստիճանը չափվում է բացարձակ զրոյից (վիճակը համապատասխանում է տեսականորեն հնարավոր նվազագույնին. ներքին էներգիամարմին), իսկ մեկ կելվինը հավասար է բացարձակ զրոյից մինչև ջրի եռակի կետի հեռավորության 1/273,16-ին (վիճակը, որում սառույցը, ջուրը և ջրի գոլորշին գտնվում են հավասարակշռության մեջ)։ Բոլցմանի հաստատունը օգտագործվում է կելվինները էներգիայի միավորների փոխակերպելու համար։ Օգտագործվում են նաև ածանցյալ միավորներ՝ կիլոկելվին, մեգակելվին, միլիկելվին և այլն։

Ցելսիուս

Առօրյա կյանքում օգտագործվում է Ցելսիուսի սանդղակը, որի դեպքում ջրի սառեցման կետը վերցվում է 0, իսկ ջրի եռման կետը՝ 100 °։ մթնոլորտային ճնշում. Քանի որ ջրի սառեցման և եռման կետը լավ սահմանված չէ, Ցելսիուսի սանդղակը ներկայումս սահմանվում է Կելվինի սանդղակով. Ցելսիուսի աստիճանը հավասար է կելվինի, բացարձակ զրովերցված է −273,15 °C: Ցելսիուսի սանդղակը գործնականում շատ հարմար է, քանի որ ջուրը շատ տարածված է մեր մոլորակի վրա, և մեր կյանքը հիմնված է դրա վրա: Ցելսիուսի զրոյական ջերմաստիճանը հատուկ կետ է օդերևութաբանության համար, քանի որ մթնոլորտային ջրի սառեցումը զգալիորեն փոխում է ամեն ինչ:

Ֆարենհեյթ

Անգլիայում և հատկապես ԱՄՆ-ում կիրառվում է Ֆարենհեյթի սանդղակը։ Այս սանդղակի մեջ միջակայքը բաժանվում է 100 աստիճանով ջերմաստիճանից ցուրտ ձմեռքաղաքում, որտեղ ապրում էր Ֆարենհեյթը, մինչև ջերմաստիճան մարդու մարմինը. Ցելսիուսի զրոյական աստիճանը 32 աստիճան է, իսկ Ֆարենհեյթի աստիճանը՝ 5/9 աստիճան Ցելսիուս։

Ֆարենհեյթի սանդղակի ներկայիս սահմանումը հետևյալն է. այն ջերմաստիճանի սանդղակ է, որի 1 աստիճանը (1 °F) հավասար է ջրի եռման կետի և մթնոլորտային ճնշման ժամանակ սառույցի հալման տարբերության 1/180-ին, իսկ սառույցի հալման կետը +32 °F է։ Ֆարենհեյթի սանդղակի ջերմաստիճանը կապված է Ցելսիուսի սանդղակի ջերմաստիճանի հետ (t ° C) t ° C \u003d 5/9 (t ° F - 32) հարաբերակցությամբ, այսինքն ՝ համապատասխանում է 1 ° F ջերմաստիճանի փոփոխություն: մինչև 5/9 ° C փոփոխության: Առաջարկվել է Գ.Ֆարենհեյթի կողմից 1724 թ.

Reaumur սանդղակ

Առաջարկվել է 1730 թվականին R. A. Reaumur-ի կողմից, որը նկարագրել է իր հորինած ալկոհոլային ջերմաչափը։

Միավոր - աստիճան Réaumur (°R), 1 °R հավասար է հղման կետերի միջև ջերմաստիճանի միջակայքի 1/80-ին` հալվող սառույցի (0 °R) և եռացող ջրի ջերմաստիճանը (80 °R)

1°R = 1,25°C:

Ներկայումս կշեռքը սպառվել է, այն ամենաերկարը պահպանվել է Ֆրանսիայում՝ հեղինակի հայրենիքում։

Ջերմաստիճանի փոխակերպում հիմնական կշեռքների միջև
	Քելվին	Ցելսիուս	Ֆարենհեյթ
Քելվին (Կ)		C + 273,15	= (F + 459,67) / 1,8
Ցելսիուս (°C)	K − 273,15		= (F - 32) / 1.8
Ֆարենհեյթ (°F)	Կ 1,8 - 459,67	C 1.8 + 32

Ջերմաստիճանի սանդղակների համեմատություն

Նկարագրություն	Քելվին	Ցելսիուս	Ֆարենհեյթ	Նյուտոն	Réaumur
Բացարձակ զրո		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Ֆարենհեյթի խառնուրդի հալման կետը (աղը և սառույցը հավասար քանակությամբ)	255.37	−17.78		−5.87	−14.22
Ջրի սառեցման կետ (նորմալ պայմաններ)	273.15
Մարդու մարմնի միջին ջերմաստիճանը ¹	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Ջրի եռման կետը (նորմալ պայմաններում)	373.15
Արևի մակերեսի ջերմաստիճանը	5800	5526	9980	1823	4421

¹ Մարդու մարմնի նորմալ ջերմաստիճանը 36,6°C ±0,7°C է կամ 98,2°F ±1,3°F: Սովորաբար տրված 98,6 °F արժեքը 19-րդ դարի գերմանական 37 °C արժեքի ճշգրիտ ֆարենհայթի փոխակերպումն է: Քանի որ այս արժեքը տիրույթում չէ նորմալ ջերմաստիճանժամանակակից հասկացությունների համաձայն, կարելի է ասել, որ այն պարունակում է ավելորդ (սխալ) ճշգրտություն։ Այս աղյուսակի որոշ արժեքներ կլորացված են:

Ֆարենհեյթի և Ցելսիուսի սանդղակների համեմատություն

(oF- Ֆարենհեյթի սանդղակ, o Գ- Ցելսիուսի սանդղակ)

oՖ	oԳ		oՖ	oԳ		oՖ	oԳ		oՖ	oԳ
459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65	273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9		60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5	51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27.2 -26.7 -26.1 -25.6 -25.0 -24.4 -23.9 -23.3 -22.8 -22.2 -21.7 -21.1 -20.6		4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19	20.0 -19.4 -18.9 -18.3 -17.8 -17.2 -16.7 -16.1 -15.6 -15.0 -14.4 -13.9 -13.3 -12.8 -12.2 -11.7 -11.1 -10.6 -10.0 -9.4 -8.9 -8.3 -7.8 -7.2		20 21 22 23 24 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 125 150 200	6.7 -6.1 -5.6 -5.0 -4.4 -3.9 -1.1 1.7 4.4 7.2 10.0 12.8 15.6 18.3 21.1 23.9 26.7 29.4 32.2 35.0 37.8 51.7 65.6 93.3

Ցելսիուսի աստիճանները կելվինների փոխարկելու համար օգտագործեք բանաձևը T=t+T0որտեղ T-ը ջերմաստիճանն է կելվիններով, t-ը ջերմաստիճանը Ցելսիուսի աստիճաններով, T 0 =273,15 կելվին: Ցելսիուսի աստիճանը չափերով հավասար է Կելվինին։

Ջերմաստիճանըսկալյար ֆիզիկական մեծություն է, որը բնութագրում է մակրոսկոպիկ համակարգի մասնիկների միջին կինետիկ էներգիան ազատության մեկ աստիճանի դիմաց, որը գտնվում է թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակում։

Ստացված SI մեծությունների կազմը, որոնք ունեն հատուկ անվանում, ներառում է Ցելսիուսի ջերմաստիճանը, որը չափվում է Ցելսիուսի աստիճաններով։ Գործնականում Ցելսիուսի աստիճանները հաճախ օգտագործվում են պատմական հղումների պատճառով կարևոր հատկանիշներջուր - սառույցի հալման ջերմաստիճանը (0 ° C) և եռման կետը (100 ° C): Սա հարմար է, քանի որ կլիմայական գործընթացների մեծ մասը, վայրի բնության գործընթացները և այլն կապված են այս տիրույթի հետ: Ջերմաստիճանի մեկ աստիճանով փոփոխությունը նույնական է մեկ Կելվինով ջերմաստիճանի փոփոխությանը: Հետևաբար, 1967 թվականին Կելվինի նոր սահմանման ներմուծումից հետո ջրի եռման կետը դադարել է խաղալ անփոփոխ հղման կետի դերը և, ինչպես ցույց են տալիս ճշգրիտ չափումները, այն այլևս հավասար չէ 100 ° C-ի, այլ մոտ է 99,975-ին։ ° C

Բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակ- Ջերմաստիճանի թերմոդինամիկական սանդղակ կամ ջերմաստիճանի միջազգային պրակտիկ սանդղակ, որը չափում է ջերմաստիճանը բացարձակ զրոյից Կելվին աստիճաններով (կելվիններ)

Բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակը գիտության մեջ ներդրվեց ոչ միայն գազի օրենքներն ավելի հարմար ֆերմա դարձնելու համար։ Այն ունի խորը ֆիզիկական նշանակություն։
Ջերմաստիճանի բացարձակ սանդղակը կամ Կելվինի սանդղակը կամ թերմոդինամիկական ջերմաստիճանի սանդղակը ճանաչվում է Կշիռների և չափումների միջազգային կոմիտեի կողմից որպես հիմնական։ Թերմոդինամիկական ջերմաստիճանի սանդղակի սահմանումը հիմնված է թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի վրա և օգտագործում է Կարնո ցիկլը։ Մեկը ամենակարևոր հատկություններըթերմոդինամիկ սանդղակը նրա անկախությունն է ջերմաչափական նյութից:

Սանդղակի աստիճանը որոշելու համար օգտագործվում է մեկ հղման կետ՝ ջրի եռակի կետը և ստորին սահմանըՋերմաստիճանի միջակայքը բացարձակ զրոյական կետն է: Ջրի եռակի կետին նշանակված է ճշգրիտ 273 15 Կ ջերմաստիճան: Կելվինը հավասար է ջրի եռակի կետի թերմոդինամիկական ջերմաստիճանի / 273,16-ին։
Բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակը ունի զրոյական կետ - 273 (G 273 O.
Բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակը այն սանդղակն է, որում որպես հղման կետ ընդունվում է բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանի կետը: Կելվինի արժեքը եզակիորեն որոշվում է ջրի եռակի կետի ջերմաստիճանի պահանջով (հղում ջերմաստիճանի կետ, որի դեպքում նյութի հեղուկ, պինդ և գազային փուլերը գոյություն ունեն հավասարակշռության մեջ) հավասար էր 273 16 Կ: Այնուհետև սառույցի և եռման ջրի նորմալ հալման կետերը բացարձակ մասշտաբով համապատասխանում են 273 15 և 373 15 Կ ջերմաստիճաններին, իսկ 1 Կ ջերմաստիճանի միջակայքը հավասար է 1 C ջերմաստիճանի միջակայքին:
Ջերմաստիճանի բացարձակ սանդղակը կոչվում է ջերմաստիճանի սանդղակ, որը որոշվում է թերմոդինամիկական մեթոդով այնպես, որ կախված չէ ջերմաչափական նյութի ընտրությունից։ Այս սանդղակի զրոյական կետը սահմանվում է որպես ամենացածր թերմոդինամիկական կետը հնարավոր ջերմաստիճանը. Ջերմային ֆիզիկայում ներկայումս օգտագործվող բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակը ներկայացվել է լորդ Քելվինի (Ուիլյամ Թոմսոն) կողմից 1848 թվականին և այդ պատճառով կոչվում է նաև Քելվինի սանդղակ։
Գոյություն ունի նաև ջերմաստիճանի բացարձակ սանդղակ, որն օգտագործում է Ֆարենհեյթի աստիճան:
Ցանկացած կոնկրետ նյութի հատկություններից անկախ բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակի ստեղծման ցանկալիությունը արդեն նշվել է Գլ.
Քելվինի և Ռանկինի սանդղակները բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակներ են, որոնք հիմնված են թերմոդինամիկայի օրենքների և բացարձակ ջերմաստիճանի ավազանի գաղափարի վրա:
Բացարձակ թերմոդինամիկական ջերմաստիճանի սանդղակը նույնական է էմպիրիկ բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակի հետ։
Այս առումով առաջարկվել են երկու բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակներ՝ Քելվին և Ռանկին, որոնք տարբերվում են դրանցում ընդունված ջերմաստիճանի միավորի արժեքով։
Այս հոդվածի սկզբում նշվեց, որ բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակը կարող է սահմանվել՝ օգտագործելով ցանկացած հարաբերություն՝ հիմնված թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի վրա և կապելով ջերմաստիճանը T-ի այլ վիճակի պարամետրերին:
Բացի ցենտրիդի սանդղակից, գիտության և տեխնիկայի մեջ օգտագործվում է բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակ:
Այս բացահայտումների հիման վրա ստեղծվել է ջերմաստիճանի սանդղակ, որը կոչվում է բացարձակ ջերմաստիճանի սանդղակ:

7. Ներքին էներգիա.

Ներքին էներգիամարմին (նշվում է որպես Եկամ U) մոլեկուլի մոլեկուլային փոխազդեցությունների և ջերմային շարժումների էներգիաների գումարն է։ Ներքին էներգիան համակարգի վիճակի միարժեք ֆունկցիան է։ Սա նշանակում է, որ երբ համակարգը միացված է տրված վիճակ, նրա ներքին էներգիան ընդունում է այս վիճակին բնորոշ արժեք՝ անկախ համակարգի պատմությունից։ Հետևաբար, մի վիճակից մյուսին անցնելու ընթացքում ներքին էներգիայի փոփոխությունը միշտ հավասար կլինի վերջնական և սկզբնական վիճակներում դրա արժեքների տարբերությանը, անկախ նրանից, թե որ ճանապարհով է կատարվել անցումը:

§ - քիմիական ներուժ

§ - համակարգի մասնիկների թիվը

Յուրաքանչյուր մարդ ամեն օր բախվում է ջերմաստիճանի հասկացությանը: Տերմինը հաստատապես մտել է մեր մեջ առօրյա կյանք: Մենք տաքանում ենք միկրոալիքային վառարանմթերքներ կամ ջեռոցում կերակուր պատրաստելը, մեզ հետաքրքրում է եղանակը փողոցում կամ պարզել, թե արդյոք գետի ջուրը սառն է, այս ամենը սերտորեն կապված է այս հայեցակարգի հետ: Իսկ ի՞նչ է ջերմաստիճանը, ի՞նչ է նշանակում այս ֆիզիկական պարամետրը, ինչպե՞ս է այն չափվում։ Այս և այլ հարցերի մենք կպատասխանենք հոդվածում:

Ֆիզիկական քանակություն

Դիտարկենք, թե ինչ է ջերմաստիճանը մեկուսացված համակարգի տեսանկյունից թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ։ Տերմինը եկել է լատիներենեւ նշանակում է «պատշաճ խառնուրդ», «նորմալ վիճակ», «համամասնություն»։ Այս արժեքը բնութագրում է ցանկացած մակրոսկոպիկ համակարգի թերմոդինամիկական հավասարակշռության վիճակը: Այն դեպքում, երբ այն գտնվում է հավասարակշռությունից դուրս, ժամանակի ընթացքում տեղի է ունենում էներգիայի անցում ավելի ջեռուցվող առարկաներից ավելի քիչ տաքացվողներին։ Արդյունքը ամբողջ համակարգում ջերմաստիճանի հավասարեցում (փոփոխություն) է: Սա թերմոդինամիկայի առաջին պոստուլատն է (զրոյական սկզբունք):

Ջերմաստիճանը որոշում է համակարգի բաղկացուցիչ մասնիկների բաշխումը էներգիայի մակարդակներով և արագություններով, նյութերի իոնացման աստիճանով, հավասարակշռության հատկություններով։ էլեկտրամագնիսական ճառագայթումմարմիններ, ճառագայթման ընդհանուր ծավալային խտությունը։ Քանի որ թերմոդինամիկական հավասարակշռության մեջ գտնվող համակարգի համար թվարկված պարամետրերը հավասար են, դրանք սովորաբար կոչվում են համակարգի ջերմաստիճան։

Պլազմա

Բացի հավասարակշռության մարմիններից, կան համակարգեր, որոնցում վիճակը բնութագրվում է մի քանի ջերմաստիճանի արժեքներով, որոնք հավասար չեն միմյանց: լավ օրինակպլազմա է: Այն բաղկացած է էլեկտրոններից (թեթև լիցքավորված մասնիկներ) և իոններից (ծանր լիցքավորված մասնիկներ)։ Երբ դրանք բախվում են, էներգիան արագորեն փոխանցվում է էլեկտրոնից էլեկտրոն և իոնից իոն։ Բայց տարասեռ տարրերի միջև դանդաղ անցում է տեղի ունենում: Պլազման կարող է լինել այնպիսի վիճակում, երբ էլեկտրոններն ու իոնները առանձին-առանձին մոտ են հավասարակշռությանը: Այս դեպքում յուրաքանչյուր տեսակի մասնիկների համար կարելի է առանձին ջերմաստիճաններ ընդունել: Այնուամենայնիվ, այս պարամետրերը կտարբերվեն միմյանցից:

մագնիսներ

Այն մարմիններում, որոնցում մասնիկներն ունեն մագնիսական մոմենտ, էներգիայի փոխանցումը սովորաբար տեղի է ունենում դանդաղ՝ թարգմանականից մինչև մագնիսական ազատության աստիճաններ, որոնք կապված են պահի ուղղությունները փոխելու հնարավորության հետ։ Պարզվում է, որ կան վիճակներ, որոնցում մարմնին բնորոշ է ջերմաստիճանը, որը չի համընկնում կինետիկ պարամետրի հետ։ Այն համապատասխանում է առաջ շարժմանը տարրական մասնիկներ. Մագնիսական ջերմաստիճանը որոշում է ներքին էներգիայի մի մասը: Դա կարող է լինել և՛ դրական, և՛ բացասական: Հավասարեցման գործընթացում էներգիան կփոխանցվի մասնիկներից մեծ արժեքավելի ցածր ջերմաստիճանի արժեք ունեցող մասնիկներին, եթե դրանք երկուսն էլ դրական են կամ բացասական: Հակառակ դեպքում այս գործընթացը կշարունակվի հակառակ ուղղությամբ՝ բացասական ջերմաստիճանը «ավելի բարձր» կլինի, քան դրականը։

Իսկ ինչո՞ւ է դա անհրաժեշտ։

Պարադոքսը կայանում է նրանում, որ աշխարհականը թե՛ առօրյա կյանքում, թե՛ արդյունաբերության մեջ չափման գործընթացն իրականացնելու համար նույնիսկ կարիք չունի իմանալու, թե ինչ է ջերմաստիճանը։ Բավական կլինի, որ նա հասկանա, որ սա օբյեկտի կամ միջավայրի տաքացման աստիճանն է, մանավանդ, որ այդ տերմիններին ծանոթ ենք դեռ մանկուց։ Իսկապես, մեծ մասըԳործնական գործիքները, որոնք նախատեսված են այս պարամետրը չափելու համար, իրականում չափում են նյութերի այլ հատկություններ, որոնք փոխվում են ջեռուցման կամ հովացման մակարդակի հետ: Օրինակ՝ ճնշում էլեկտրական դիմադրություն, ծավալը և այլն: Ավելին, նման ընթերցումները ձեռքով կամ ավտոմատ կերպով վերահաշվարկվում են ցանկալի արժեքին:

Պարզվում է՝ ջերմաստիճանը որոշելու համար ֆիզիկա ուսումնասիրելու կարիք չկա։ Այս սկզբունքով է ապրում մեր մոլորակի բնակչության մեծ մասը։ Եթե ​​հեռուստացույցն աշխատում է, ուրեմն կարիք չկա հասկանալ անցողիկները կիսահաղորդչային սարքեր, ուսումնասիրել, վարդակում կամ ինչպես հասնում է ազդանշանին։ Մարդիկ սովոր են, որ յուրաքանչյուր ոլորտում կան մասնագետներ, որոնք կարող են շտկել կամ կարգաբերել համակարգը։ Աշխարհիկ մարդը չի ցանկանում լարել ուղեղը, քանի որ շատ ավելի լավ է սառը գարեջուր խմելիս սերիալ կամ ֆուտբոլ դիտել «տուփի» վրա։

Եվ ես ուզում եմ իմանալ

Բայց կան մարդիկ, առավել հաճախ՝ ուսանողներ, ովքեր կամ իրենց հետաքրքրության չափով, կամ անհրաժեշտությունից դրդված ստիպված են ֆիզիկա սովորել և որոշել, թե իրականում ինչ ջերմաստիճան է։ Արդյունքում, որոնումների ընթացքում նրանք ընկնում են թերմոդինամիկայի վայրի բնությունը և ուսումնասիրում դրա զրոյական, առաջին և երկրորդ օրենքները։ Բացի այդ, հետաքրքրասեր միտքը պետք է ըմբռնի էնտրոպիան: Եվ իր ճանապարհորդության վերջում նա, անշուշտ, կխոստովանի, որ ջերմաստիճանի սահմանումը որպես շրջելի ջերմային համակարգի պարամետր, որը կախված չէ աշխատանքային նյութի տեսակից, պարզություն չի ավելացնի այս հայեցակարգի զգացողությանը: Եվ միեւնույն է, տեսանելի մասը լինելու է միավորների միջազգային համակարգի (SI) կողմից ընդունված որոշ աստիճաններ։

Ջերմաստիճանը որպես կինետիկ էներգիա

Ավելի «շոշափելի» է այն մոտեցումը, որը կոչվում է մոլեկուլային-կինետիկ տեսություն։ Այն ձևավորում է այն գաղափարը, որ ջերմությունը համարվում է էներգիայի ձևերից մեկը: Օրինակ, մոլեկուլների և ատոմների կինետիկ էներգիան, պարամետրը, որը միջինացված է հսկայական թվով պատահական շարժվող մասնիկների վրա, պարզվում է, որ չափիչ է այն, ինչը սովորաբար կոչվում է մարմնի ջերմաստիճան: Այսպիսով, ջեռուցվող համակարգի մասնիկները ավելի արագ են շարժվում, քան սառը:

Քանի որ դիտարկվող տերմինը սերտորեն կապված է մի խումբ մասնիկների միջին կինետիկ էներգիայի հետ, միանգամայն բնական կլիներ օգտագործել ջուլը որպես ջերմաստիճանի միավոր: Այնուամենայնիվ, դա տեղի չի ունենում, ինչը բացատրվում է նրանով, որ տարրական մասնիկների ջերմային շարժման էներգիան ջուլի նկատմամբ շատ փոքր է։ Հետեւաբար, դրա օգտագործումը անհարմար է: Ջերմային շարժումը չափվում է ջոուլներից ստացված միավորներով՝ հատուկ փոխակերպման գործակցի միջոցով:

Ջերմաստիճանի միավորներ

Այսօր այս պարամետրը ցուցադրելու համար օգտագործվում են երեք հիմնական միավոր: Մեզ մոտ սովորաբար ջերմաստիճանը չափվում է Ցելսիուսի աստիճաններով։ Այս չափման միավորը հիմնված է ջրի պնդացման կետի՝ բացարձակ արժեքի վրա: Նա մեկնարկային կետն է: Այսինքն՝ ջրի ջերմաստիճանը, որտեղ սկսում է սառույցի առաջանալ, զրո է։ AT այս դեպքըջուրը ծառայում է որպես օրինակելի միջոց։ Այս կոնվենցիան ընդունվել է հարմարության համար։ Երկրորդ բացարձակ արժեքգոլորշու ջերմաստիճանն է, այսինքն՝ այն պահը, երբ ջուրը ից հեղուկ վիճակվերածվում է գազային.

Հաջորդ միավորը Քելվինի աստիճանն է: Այս համակարգի հղման կետը համարվում է կետ:Այսպիսով Քելվինի մեկ աստիճանը հավասար է մեկին:Տարբերությունը միայն հղման կետն է: Մենք ստանում ենք, որ զրոն Կելվինում հավասար կլինի մինուս 273,16 աստիճան Ցելսիուսի։ 1954 թվականին Կշիռների և չափումների գլխավոր կոնֆերանսում որոշվեց ջերմաստիճանի միավորի «աստիճան Կելվին» տերմինը փոխարինել «կելվինով»։

Երրորդ սովորաբար օգտագործվող չափման միավորը Ֆարենհեյթի աստիճանն է: Մինչեւ 1960 թվականը դրանք լայնորեն կիրառվում էին բոլոր անգլախոս երկրներում։ Այնուամենայնիվ, այսօր ԱՄՆ-ում առօրյա կյանքում օգտագործեք այս միավորը: Համակարգը սկզբունքորեն տարբերվում է վերը նկարագրվածներից: Որպես ելակետ ընդունվել է աղի, ամոնիակի և ջրի խառնուրդի սառեցման կետը 1։1։1 հարաբերակցությամբ։ Այսպիսով, Ֆարենհեյթի սանդղակի վրա ջրի սառեցման կետը գումարած 32 աստիճան է, իսկ եռմանը՝ գումարած 212 աստիճան: Այս համակարգում մեկ աստիճանը հավասար է այս ջերմաստիճանների տարբերության 1/180-ին։ Այսպիսով, 0-ից +100 աստիճան Ֆարենհայթի միջակայքը համապատասխանում է -18-ից +38 Ցելսիուսի միջակայքին:

Բացարձակ զրոյական ջերմաստիճան

Տեսնենք, թե ինչ է նշանակում այս պարամետրը: Բացարձակ զրոն այն սահմանափակող ջերմաստիճանն է, որի դեպքում իդեալական գազի ճնշումը անհետանում է ֆիքսված ծավալով: Հենց սա ցածր արժեքԲնության մեջ. Ինչպես կանխատեսել է Միխայիլո Լոմոնոսովը, «սա ցրտի ամենամեծ կամ վերջին աստիճանն է»։ Սրանից հետևում է, որ նույն ջերմաստիճանի և ճնշման պայմաններում գազերի հավասար ծավալներում քիմիական նյութը պարունակում է նույն թիվըմոլեկուլները. Ի՞նչ է հետևում սրանից։ Գազի նվազագույն ջերմաստիճան կա, որի դեպքում նրա ճնշումը կամ ծավալը անհետանում է: Սա բացարձակ արժեքհամապատասխանում է զրոյական Կելվինի կամ 273 աստիճան Ցելսիուսի:

Մի քանի հետաքրքիր փաստ արեգակնային համակարգի մասին

Արեգակի մակերեսի ջերմաստիճանը հասնում է 5700 կելվինի, իսկ միջուկի կենտրոնում՝ 15 միլիոն կելվինի։ մոլորակներ Արեգակնային համակարգՋեռուցման մակարդակի առումով շատ տարբեր են: Այսպիսով, մեր Երկրի միջուկի ջերմաստիճանը մոտավորապես նույնն է, ինչ Արեգակի մակերեսին: Յուպիտերը համարվում է ամենաշոգ մոլորակը։ Նրա միջուկի կենտրոնում ջերմաստիճանը հինգ անգամ ավելի բարձր է, քան Արեգակի մակերեսին։ Բայց պարամետրի ամենացածր արժեքը գրանցվել է լուսնի մակերևույթի վրա՝ ընդամենը 30 կելվին: Այս արժեքը նույնիսկ ավելի ցածր է, քան Պլուտոնի մակերեսին:

Երկրի փաստեր

1. Մարդու կողմից գրանցված ամենաբարձր ջերմաստիճանը եղել է 4 միլիարդ աստիճան Ցելսիուս: Այս արժեքը 250 անգամ բարձր է Արեգակի միջուկի ջերմաստիճանից։ Ռեկորդը սահմանել է Նյու Յորքի Բրուքհավենի բնական լաբորատորիան իոնային բախիչում, որի երկարությունը մոտ 4 կիլոմետր է։

2. Մեր մոլորակի ջերմաստիճանը նույնպես միշտ չէ, որ իդեալական է ու հարմարավետ։ Օրինակ, Յակուտիայի Վերխնոյանսկ քաղաքում ջերմաստիճանը մ ձմեռային շրջանիջնում ​​է մինչև մինուս 45 աստիճան Ցելսիուս: Բայց Եթովպիայի Դալոլ քաղաքում իրավիճակը հակառակ է. Այնտեղ տարեկան միջին ջերմաստիճանը պլյուս 34 աստիճան է։

3. Շատ ծայրահեղ պայմաններ, որի տակ աշխատում են մարդիկ, ֆիքսված են ոսկու հանքերում Հարավային Աֆրիկա. Հանքափորներն աշխատում են երեք կիլոմետր խորության վրա՝ պլյուս 65 աստիճան Ցելսիուսի ջերմաստիճանում:

բնութագրելով ջերմային վիճակհեռ.

Մեզ շրջապատող աշխարհում կան տարբեր երևույթներ, որոնք կապված են մարմինների տաքացման և սառեցման հետ։ Նրանք կոչվում են ջերմային երևույթներ. Այո, երբ տաքացվում է սառը ջուրսկզբում դառնում է տաք, ապա տաք; բոցից հանված մետաղական մասը աստիճանաբար սառչում է և այլն։ Մարմնի տաքացման աստիճանը կամ նրա ջերմային վիճակը նշում ենք «տաք», «սառը», «տաք» բառերով։Սրա քանակական գնահատման համար։ պետություն, ծառայում է ջերմաստիճանը.

Ջերմաստիճանը համակարգի մակրոսկոպիկ պարամետրերից մեկն է։ Ֆիզիկայի մեջ մարմինները կազմված են շատ մեծ թվովատոմները կամ մոլեկուլները կոչվում են մակրոսկոպիկ. Մակրոսկոպիկ մարմինների չափերը մի քանի անգամ մեծ են ատոմների չափերից։ Շրջապատող բոլոր մարմինները՝ սեղանից կամ գազից մինչև փուչիկմինչեւ ավազահատիկ՝ մակրոսկոպիկ մարմիններ։

Մակրոսկոպիկ մարմինների վիճակը բնութագրող մեծություններ՝ առանց դրանց հաշվի առնելու մոլեկուլային կառուցվածքը, կանչեց մակրոսկոպիկ պարամետրեր. Դրանք ներառում են ծավալը, ճնշումը, ջերմաստիճանը, մասնիկների կոնցենտրացիան, զանգվածը, խտությունը, մագնիսացումը և այլն: Ջերմաստիճանը համակարգի (մասնավորապես, գազ) կարևորագույն մակրոսկոպիկ պարամետրերից է:

Ջերմաստիճանը – Բնութագրական ջերմային հավասարակշռությունհամակարգեր։

Հայտնի է, որ միջավայրի ջերմաստիճանը որոշելու համար այս միջավայրում պետք է տեղադրել ջերմաչափ և սպասել, մինչև ջերմաչափի ջերմաստիճանը դադարի փոխվել՝ ընդունելով ջերմաստիճանին հավասար արժեք։ միջավայրը. Այլ կերպ ասած, միջավայրի և ջերմաչափի միջև ջերմային հավասարակշռություն հաստատելու համար որոշակի ժամանակ է պահանջվում:

Ջերմային, կամ թերմոդինամիկ, հավասարակշռությունկոչվում է այնպիսի վիճակ, երբ բոլոր մակրոսկոպիկ պարամետրերը մնում են անփոփոխ կամայականորեն երկար ժամանակ: Սա նշանակում է, որ համակարգում ծավալն ու ճնշումը չեն փոխվում, փուլային փոխակերպումներ չեն լինում, ջերմաստիճանը չի փոխվում։

Սակայն մանրադիտակային պրոցեսները չեն դադարում ջերմային հավասարակշռության վրա՝ մոլեկուլների արագությունները փոխվում են, շարժվում են, բախվում։

Ցանկացած մակրոսկոպիկ մարմին կամ մակրոսկոպիկ մարմինների խումբ. թերմոդինամիկ համակարգ- կարող է լինել տարբեր նահանգներջերմային հավասարակշռություն. Այս պետություններից յուրաքանչյուրում ջերմաստիճանն ունի իր հստակ սահմանված արժեքը: Այլ մեծություններ կարող են ունենալ տարբեր (բայց հաստատուն) արժեքներ: Օրինակ, սեղմված գազի ճնշումը բալոնում կտարբերվի սենյակի ճնշումից և այս սենյակում գտնվող մարմինների ամբողջ համակարգի ջերմաստիճանի հավասարակշռությունից:

Ջերմաստիճանը բնութագրում է մակրոսկոպիկ համակարգի ջերմային հավասարակշռության վիճակը. համակարգի բոլոր մասերում, որոնք գտնվում են ջերմային հավասարակշռության վիճակում, ջերմաստիճանն ունի նույն արժեքը (սա միակ մակրոսկոպիկ պարամետրն է, որն ունի այս հատկությունը):

Եթե ​​երկու մարմիններ ունեն նույն ջերմաստիճանը, ապա նրանց միջև ջերմափոխանակություն տեղի չի ունենում, եթե տարբերվում է, տեղի է ունենում ջերմափոխանակություն, և ջերմությունը ավելի տաքացած մարմնից փոխանցվում է ավելի քիչ տաքացած մարմնին, մինչև ջերմաստիճանները լիովին հավասարվեն:

Ջերմաստիճանի չափումը հիմնված է որոշների կախվածության վրա ֆիզիկական քանակություն(օրինակ՝ ծավալը) ջերմաստիճանի վրա։ Այս կախվածությունը օգտագործվում է ջերմաչափի ջերմաստիճանի սանդղակի մեջ, սարքը, որն օգտագործվում է ջերմաստիճանը չափելու համար:

Ջերմաչափը հիմնված է ջերմային ընդլայնումնյութեր. Երբ տաքացվում է, ջերմաչափում օգտագործվող նյութի սյունը (օրինակ՝ սնդիկ կամ սպիրտ) մեծանում է, իսկ սառչելիս՝ նվազում։ Առօրյա կյանքում օգտագործվող ջերմաչափերը թույլ են տալիս նյութի ջերմաստիճանն արտահայտել Ցելսիուսի աստիճաններով (°C):

A. Celsius (1701-1744) - շվեդ գիտնական, ով առաջարկել է օգտագործել ջերմաստիճանի սանդղակը: Ցելսիուսի ջերմաստիճանի սանդղակի վրա զրո (ս տասնութերորդ կեսըգ.) վերցվում է հալվող սառույցի ջերմաստիճանը, իսկ 100 աստիճանը ջրի եռման կետն է նորմալ մթնոլորտային ճնշման դեպքում։

Քանի որ տարբեր հեղուկներ տարբեր կերպ են ընդլայնվում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, տարբեր հեղուկներով ջերմաչափերում ջերմաստիճանի սանդղակները տարբեր են:

Հետեւաբար, ֆիզիկայում նրանք օգտագործում են իդեալական գազի ջերմաստիճանի սանդղակ, հիմնվելով գազի ծավալի (հաստատուն ճնշման դեպքում) կամ ճնշման (հաստատուն ծավալի դեպքում) ջերմաստիճանից կախվածության վրա։