Cada persona s'enfronta al concepte de temperatura cada dia. El terme ha entrat amb fermesa a la nostra vida quotidiana: escalfem aliments al microones o cuinem aliments al forn, ens interessa el temps a l'exterior o esbrinem si l'aigua del riu és freda, tot això està molt relacionat amb aquest concepte. I què és la temperatura, què vol dir aquest paràmetre físic, de quina manera es mesura? Respondrem aquestes i altres preguntes a l'article.
Quantitat física
Considerem quina és la temperatura des del punt de vista d'un sistema aïllat en equilibri termodinàmic. El terme prové de la llengua llatina i significa "mescla adequada", "estat normal", "proporcionalitat". Aquest valor caracteritza l'estat d'equilibri termodinàmic de qualsevol sistema macroscòpic. En el cas que un sistema aïllat estigui fora d'equilibri, amb el temps hi ha una transició d'energia d'objectes més escalfats a objectes menys escalfats. El resultat és una igualació (canvi) de temperatura a tot el sistema. Aquest és el primer postulat (principi zero) de la termodinàmica.
La temperatura determinadistribució de les partícules constituents del sistema per nivells d'energia i velocitats, el grau d'ionització de les substàncies, les propietats de la radiació electromagnètica d'equilibri dels cossos, la densitat volumètrica total de la radiació. Com que per a un sistema que es troba en equilibri termodinàmic, els paràmetres enumerats són iguals, normalment s'anomena temperatura del sistema.
Plasma
A més dels cossos en equilibri, hi ha sistemes en què l'estat es caracteritza per diversos valors de temperatura que no són iguals entre si. El plasma n'és un bon exemple. Està format per electrons (partícules amb càrrega lleugera) i ions (partícules amb càrrega pesada). Quan xoquen, l'energia es transfereix ràpidament d'electró a electró i d'ió a ió. Però entre elements heterogenis hi ha una transició lenta. El plasma pot estar en un estat en què els electrons i els ions individualment estan a prop de l'equilibri. En aquest cas, es poden prendre temperatures separades per a cada tipus de partícules. Tanmateix, aquests paràmetres diferiran entre si.
Imants
En els cossos en els quals les partícules tenen un moment magnètic, la transferència d'energia sol produir-se lentament: de graus de llibertat de translació a magnètics, que s'associen a la possibilitat de canviar les direccions del moment. Resulta que hi ha estats en què el cos es caracteritza per una temperatura que no coincideix amb el paràmetre cinètic. Correspon al moviment de translació de partícules elementals. La temperatura magnètica determina part de l'energia interna. Pot ser positiu o bénegatiu. Durant el procés d'alineació, l'energia es transferirà de les partícules amb un valor més alt a les partícules amb un valor de temperatura més baix si són positives o negatives. En cas contrari, aquest procés procedirà en sentit contrari: la temperatura negativa serà "més alta" que la positiva.
Per què és necessari?
La paradoxa rau en el fet que la persona mitjana, per dur a terme el procés de mesura tant a la vida quotidiana com a la indústria, ni tan sols necessita saber quina és la temperatura. Serà suficient que entengui que aquest és el grau d'escalfament d'un objecte o ambient, sobretot perquè estem familiaritzats amb aquests termes des de la infància. De fet, la majoria dels dispositius pràctics dissenyats per mesurar aquest paràmetre en realitat mesuren altres propietats de les substàncies que canvien amb el nivell d'escalfament o refrigeració. Per exemple, pressió, resistència elèctrica, volum, etc. A més, aquestes lectures es converteixen manualment o automàticament al valor desitjat.
Resulta que per determinar la temperatura no cal estudiar física. La majoria de la població del nostre planeta viu d'aquest principi. Si el televisor està encès, no cal entendre els processos transitoris dels dispositius semiconductors, estudiar d'on prové l'electricitat a la presa o com arriba el senyal a l'antena parabòlica. La gent està acostumada al fet que en tots els camps hi ha especialistes que poden arreglar o depurar el sistema. El profan no vol esforçar-se el cervell, perquè on és millor veure una telenovel·la o un futbol a la "caixa" mentre pren?cervesa freda.
Vull saber-ho
Però hi ha persones, la majoria de les vegades estudiants, que, ja sigui per curiositat o per necessitat, es veuen obligades a estudiar física i determinar quina és realment la temperatura. Com a resultat, en la seva recerca cauen a les terres salvatges de la termodinàmica i n'estudien zero, primera i segona llei. A més, una ment curiosa haurà de comprendre els cicles de Carnot i l'entropia. I al final del seu viatge, segurament admetrà que la definició de la temperatura com a paràmetre d'un sistema tèrmic reversible, que no depèn del tipus de substància de treball, no aportarà claredat a la sensació d'aquest concepte. I tot i així, la part visible seran unes titulacions acceptades pel sistema internacional d'unitats (SI).
La temperatura com a energia cinètica
Més "tangible" és l'enfocament que s'anomena teoria cinètica molecular. Forma la idea que la calor es considera una de les formes d'energia. Per exemple, l'energia cinètica de les molècules i els àtoms, un paràmetre promediat sobre un gran nombre de partícules que es mouen aleatòriament, resulta ser una mesura del que comunament s'anomena temperatura d'un cos. Així, les partícules d'un sistema escalfat es mouen més ràpidament que un de fred.
Com que el terme en qüestió està estretament relacionat amb l'energia cinètica mitjana d'un grup de partícules, seria força natural utilitzar el joule com a unitat de temperatura. Tanmateix, això no passa, la qual cosa s'explica pel fet que l'energia del moviment tèrmic de l'elementalpartícules és molt petita respecte al joule. Per tant, el seu ús és incòmode. El moviment tèrmic es mesura en unitats derivades de joules mitjançant un factor de conversió especial.
Unitats de temperatura
Avui, s'utilitzen tres unitats bàsiques per mostrar aquest paràmetre. Al nostre país, la temperatura se sol mesurar en graus centígrads. Aquesta unitat de mesura es basa en el punt de congelació de l'aigua, un valor absolut. Ella és el punt de partida. És a dir, la temperatura de l'aigua a la qual es comença a formar gel és zero. En aquest cas, l'aigua serveix com a mesura exemplar. Aquesta convenció s'ha adoptat per comoditat. El segon valor absolut és la temperatura del vapor, és a dir, el moment en què l'aigua passa d'un estat líquid a un estat gasós.
La següent unitat és Kelvin. El punt de referència d'aquest sistema es considera el punt de zero absolut. Per tant, un grau Kelvin és igual a un grau Celsius. La diferència és només el començament del compte enrere. Obtenim que zero en Kelvin serà igual a menys 273,16 graus centígrads. El 1954, a la Conferència General de Peses i Mesures, es va decidir substituir el terme "grau Kelvin" per a la unitat de temperatura per "kelvin".
La tercera unitat de mesura comuna és Fahrenheit. Fins al 1960, van ser molt utilitzats a tots els països de parla anglesa. No obstant això, avui dia a la vida quotidiana als Estats Units utilitzeu aquesta unitat. El sistema és fonamentalment diferent dels descrits anteriorment. Es pren com a punt de partidapunt de congelació d'una barreja de sal, amoníac i aigua en una proporció d'1:1:1. Per tant, a l'escala Fahrenheit, el punt de congelació de l'aigua és de més 32 graus i el punt d'ebullició és de més 212 graus. En aquest sistema, un grau és igual a 1/180 de la diferència entre aquestes temperatures. Per tant, l'interval de 0 a +100 graus Fahrenheit correspon a l'interval de -18 a +38 graus Celsius.
Temperatura zero absolut
Entenem què significa aquest paràmetre. El zero absolut és la temperatura límit a la qual s'esvaeix la pressió d'un gas ideal a un volum fix. Aquest és el valor més baix de la natura. Com va predir Mikhailo Lomonosov, "aquest és el major o l'últim grau de fred". La llei química d'Avogadro es desprèn d'això: volums iguals de gasos a la mateixa temperatura i pressió contenen el mateix nombre de molècules. Què se'n desprèn d'això? Hi ha una temperatura mínima d'un gas a la qual s'esvaeix la seva pressió o volum. Aquest valor absolut correspon a zero Kelvin, o 273 graus Celsius.
Algunes dades interessants sobre el sistema solar
La temperatura a la superfície del Sol arriba als 5700 Kelvin, i al centre del nucli - 15 milions de Kelvin. Els planetes del sistema solar són molt diferents entre si pel que fa al nivell d'escalfament. Per tant, la temperatura del nucli de la nostra Terra és aproximadament la mateixa que a la superfície del Sol. Júpiter és considerat el planeta més calent. La temperatura al centre del seu nucli és cinc vegades més alta que a la superfície del Sol. I aquí hi ha el valor més baix del paràmetreregistrat a la superfície de la lluna: només 30 kelvins. Aquest valor és fins i tot més baix que a la superfície de Plutó.
Dats de la Terra
1. La temperatura més alta registrada per una persona va ser de 4.000 milions de graus centígrads. Aquest valor és 250 vegades superior a la temperatura del nucli del Sol. El rècord el va establir el New York Brookhaven Natural Laboratory al col·lisionador d'ions, que té uns 4 quilòmetres de llarg.
2. La temperatura al nostre planeta tampoc no sempre és ideal i còmoda. Per exemple, a la ciutat de Verkhnoyansk a Yakutia, la temperatura a l'hivern baixa a menys 45 graus centígrads. Però a la ciutat etíop de Dallol, la situació s'inverteix. Allà, la temperatura mitjana anual és de més de 34 graus.
3. Les condicions més extremes en què treballen les persones es registren a les mines d'or de Sud-àfrica. Els miners treballen a una profunditat de tres quilòmetres a una temperatura de més de 65 graus centígrads.
