Temperatura.pdf

(177 KB) Pobierz
(anonymous)
Temperatura
1
Temperatura
Temperatura - jedna z podstawowych w termodynamice wielkości fizycznych ( parametrów
stanu) [1] , będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować
tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, z termodynamicznego bowiem punktu
widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów
pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią
kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej
energii.
Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała. Jeśli dwa ciała mają tę samą
temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś mają różną
temperaturę, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o
niższej - aż do wyrównania się temperatur obu ciał.
Temperatura a energia kinetyczna
Złożony ruch cząsteczek gazu
Pod względem mikroskopowym, temperatura jest wynikiem ruchu cząsteczek, z których
złożone jest ciało. Temperatura rośnie, kiedy wzrasta energia tych ruchów. Ruch może być
związany z przemieszczaniem się cząsteczki (np. w gazi e), z drgania mi atomó w, cząsteczek
(np. w krysztale) , drganiami wewnętrznymi cząsteczki.
Prędkość atomów w ruchu termicznym jest bardzo duża, dopiero temperatura bliska zera
bezwzględnego umożliwia bezpośrednią obserwację tych ruchów. Mimo to fizycy potrafią
zmierzyć prędkości ruchu cząsteczek gazu. Jako przykład można podać, że w 1994 r.
naukowcy z instytutu NIST otrzymali rekordowo niska temperaturę wynoszącą 700 nK
Cząsteczki takie jak O 2 mają więcej stopni swobody ruchu niż pojedyncze atomy: mogą
obracać się, drgać, oraz przemieszczać się. Wzrost temperatury powoduje wzrost średniej
energii kinetycznej każdego z rodzajów ruchu. Dlatego dwuatomowy gaz z większą liczbą
stopni swobody ruchu drobin wymagać będzie większego wkładu energii dla zmiany
temperatury, co oznacza, że będzie posiadał większe ciepło właściwe niż gaz jednoatomowy.
Proces ochładzania związany jest z oddawaniem energii z układu. Przy najniższej energii
układ osiąga tzw. temperaturę zera bezwzględnego na termodynamicznej skali temperatur,
w której to temperaturze cząsteczki mają najmniejszą możliwą energię kinetyczną. Według
mechaniki klasycznej pozostają w spoczynku, według mechaniki kwantowej poruszają się z
najmniejszą możliwą energią (wykonują tzw. drgania zerowe) . Temperatura zera
absolutnego wynosi 0  kelwinów ( − 273,15 °C lub – 459,67 °F) .
(1 nK = 10 − 9  K), a laserowa technika bezpośredniego pomiaru ruchu cząsteczek pokazała,
że średnia prędkość poruszania się atomów jest równa 7 mm/s.
112370155.010.png 112370155.011.png
 
Temperatura
2
Temperatura w kinetycznej teorii gazów
Temperatura bezwzględna T układu złożonego z atomów jak i kilkuatomowych cząsteczek
jest w teorii kinetycznej gazów określona jako średnia energia kinetyczna <E> ruchu
pojedynczej cząsteczki (mierzona względem środka masy układu), przypadająca na jeden
stopień swobody ruchu:
Współczynnik proporcjonalności k pomiędzy jednostkami temperatury i energii nazywany
jest stałą Boltzmanna, jego wartość liczbowa wynosi k = 1,38x10 -23   J/ K .
Wszystkie własności temperatury wynikają z tej definicji.
Temperatura a równowaga termodynamiczna
Właściwości temperatury są przedmiotem analizy termodynamiki i mechaniki statystycznej.
Temperatura układu w stanie równowagi termodynamicznej jest zdefiniowana przez
zależność pomiędzy różniczką ciepła wprowadzanego do systemu w czasie
entropii podczas tej przemiany.
W odróżnieniu od entropii i ciepła, których mikroskopowe definicje są obowiązujące także w
stanie nierównowagi termodynamicznej, temperatura może być zdefiniowana tylko w stanie
równowagi, lub lokalnej równowagi termodynamicznej.
Skale temperatur
Określenie powyższe pozwala porównywać temperatury, ale nie określa skali temperatury,
na przykład nie określa kiedy temperatura jednego ciała jest dwa razy wyższa od
temperatury drugiego. Dlatego fizycy konstruują skale temperatur. Skala temperatury
zawiera temperatury charakterystyczne i odpowiadające im zjawiska określające stan
cieplny. Pierwotnie skale były konstruowane w oparciu o temperatury charakterystyczne
zmian stanów skupienia i przy założeniu, że rozszerzalność cieczy jest liniowa, później
konstrukcje opierano na własnościach gazów, współcześnie definiuje się temperaturę
poprzez odwołanie do fizyki statystycznej.
Skale historyczne
Pierwsi konstruktorzy termometr ów i skal temperatur opierali swe skale na znanych im
zjawiskach, najczęściej przyjmowano, że zmiana temperatury jest proporcjonalna do zmiany
objętości cieczy ( alkoholu, rtęci) . W skalach tych przyjmowano za odniesienie temperatury
dwóch zjawisk, które zachodzą zawsze w tej samej temperaturze. W skali Celsjusza
przyjmuje się, że 0°C odpowiada temperaturze zamarzania wody, a 100°C to temperatura
wody wrzącej pod normalnym ciśnieniem (choć Celsjusz pierwotnie przyjmował odwrotnie).
W takich skalach istnieją temperatury ujemne.
112370155.012.png 112370155.001.png 112370155.002.png 112370155.003.png
 
Temperatura
3
Termodynamiczna skala temperatury
Fizycy badając własności gazów zauważyli, że we wszystkich wzorach do temperatury w
skali Celsjusza trzeba zawsze dodawać stałą wartość 273,15 dlatego wprowadzono skalę
temperatur, zwaną bezwzględną lub absolutną. Skalę tę określa na podstawie równania
stanu gazu idealnego ( równania Clapeyrona ): pV = nRT . Temperaturę określa się na
Skala bezwzględna temperatury określa temperaturę zerową jako taką temperaturę gazu
idealnego, w której gaz przy zadanym ciśnieniu będzie miał zerową objętość, co odpowiada
temu, że w tej temperaturze wszelki ruch cząsteczek gazu ustaje. W rzeczywistości jednak
objętości cząsteczek gazu są niezerowe, oznacza to, że rzeczywistym termometrem
gazowym nie można mierzyć dowolnie niskich temperatur.
Temperatura zera bezwzględnego jest najniższą temperaturą jaką mogą uzyskać ciała, w
temperaturze tej wszystkie cząsteczki mają najmniejszą możliwą energię, według mechaniki
klasycznej ruch cząsteczek całkowicie ustaje, a według mechaniki kwantowej wszystkie
cząsteczki znajdują się w stanie podstawowym wykonując tzw. drgania zerowe (ang.
zero-point energy). W temperaturze zera bezwzględnego wszystkie ciała są w stanie stałym,
wyjątkiem jest hel, który w pewnym zakresie ciśnienia pozostaje cieczą w dowolnie niskich
temperaturach.
Dla pewnych układów można zdefiniować temperaturę, która według definicji opartej o
zmianę entropii będzie ujemna. Układ w takim stanie ma energię większą niż dla dowolnej
temperatury dodatniej. Stąd też wciąż temperatura zera bezwzględnego jest najniższą
możliwą do uzyskania temperaturą.
Na podstawie stosowanych powszechnie skal temperatur, zdefiniowano nowe, tak by ich
zero odpowiadało temperaturze zera bezwzględnego. Jest to odpowiednio skala Kelvina
odpowiadająca skali Celsjusza oraz skala Rankine'a odpowiadająca skali Fahrenheita.
Kelwin jest główną jednostką temperatury przyjętą w układzie SI i uznawaną przez cały
świat naukowo- techniczny.
Międzynarodowa Skala Temperatur (MST- 90)
Międzynarodowa, ujednolicona skala temperatury jest oparta na temperaturach w punktach
charakterystycznych dla kilku związków chemicznych , np. punkcie potrójnym wody, tlenu ,
lub punkcie topnienia miedzi przy ciśnieniu 101325  Pa. W wersji obecnej obowiązuje od
1990 r. (ITS 90). Poprzednio obowiązywała skala ITS 68.
Jednostki temperatur
Najczęściej używaną w Polsce i wielu innych krajach jednostką temperatury są stopnie
Celsjusza.
Wzór do przeliczania temperatury w stopniach Celsjusza na temperaturę w kelwinach jest
następujący:
gdzie t jest w °C.
W USA, w dalszym ciągu używa się stopni Fahrenheita. W tej skali temperatura zamarzania
wody jest równa 32°F a wrzenia 212°F.
112370155.004.png 112370155.005.png
 
Temperatura
4
Wzór przeliczający temperaturę w stopniach Fahrenheita na temperaturę w stopniach
Celsjusza:
Wzór przeliczający temperaturę w stopniach Celsjusza na temperaturę w stopniach
Fahrenheita:
Porównanie temperatur w różnych skalach
Zjawisko
0
– 273,15
– 459,67
0
559,725 – 90,14²
– 218,52
– 135,90
Zero Fahrenheita 255,37 – 17,78
0
459,67
176,67 – 5,87
– 14,22
– 1,83
Zamarzanie wody 273,15 0
32
491,67
150
0
0
7,5
Średnia
temperatura
ciała człowieka
310,0
36,6
98,2
557,9
94,5
12,21
29,6
26,925
Wrzenie wody
373,15 100
212
671,67
0
33
80
60
1668
3034
3494
– 2352
550
1334
883
5800
5526
9980
10440
– 8140
1823
4421
2909
Bibliografia
[1] Praca zbiorowa, Słownik fizyczny , Warszawa, Państwowe Wydawnictwo "Wiedza Powszechna", s.403, 1984,
ISBN 83-214-0053-1.
112370155.006.png 112370155.007.png 112370155.008.png
Temperatura
5
Źródła i autorzy artykułu
Temperatura   Source : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=17014124   Contributors : AdSR, Argentum, Awmarcz, Bags, Belfer00, Beno, Birczanin,
Chrumps, Crittersik, Ejkum, Elel23, Fraximus, Gang65, Gknor, Gładka, IZ, Kakaz, Kauczuk, Kimbar, Kuba G, Kubłok31, Leopold, Lukasz Lukomski, Lzur,
M-i, Maciek17, Malarz pl, Michal mwr, Midge, Milek80, Mily, Mlepicki, Monopol, Mpfiz, Oktan, Omega933, Patryk du Perel, PawełMM, Pcirrus,
PiesekPreriowy, Polimerek, Puchatech K., Rjt, Robert Borkowski, Rogra, Smat, Stok, Superborsuk, Taw, Teleport, Tio, Topory, Tsca, Wiher,
WojciechSwiderski, Yarl, Youandme, Zorro, conversion script, pa111.chojnow.sdi.tpnet.pl, 43 anonymous edits
112370155.009.png
 

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin