Слово «температура» виникло в ті часи, коли люди вважали, що в більш нагрітих тілах міститься більша кількість особливої речовини - теплорода, ніж в менш нагрітих. Тому температура сприймалась як фортеця суміші речовини тіла і теплорода. З цієї причини одиниці виміру міцності спиртних напоїв і температури називаються однаково - градусами.
Досвід показує, що макросистема, надана сама собі, через деякий проміжок часу приходить в стан, в якому кожен її параметр має однакове значення в усіх точках системи. Такий стан називається станом термодинамічної рівноваги.
Наприклад, якщо з'єднати дві посудини з газами різного тиску p 1 і p 2, то через деякий час тиск у всіх точках з'єднаних посудин буде однакове і дорівнює p 3.
Для того, щоб визначити знаходиться система в термодинамічній рівновазі чи ні, необхідно було ввести параметр, який не зустрічається в механіці. Таким параметром вибрали температуру.
Температура - скалярна фізична величина, що характеризує стан термодинамічної рівноваги макроскопічної системи.
Іншими словами, по температурі ми визначаємо стан рівноваги між тілами системами: якщо у тел однакова температура і вона не змінюється протягом часу, то система в рівновазі, якщо температура різна - рівновагу порушено і потрібен певний час для його встановлення.
Щоб виміряти температуру будь-якого тіла, його необхідно привести в тепловий контакт з термометром.
Термометр - прилад для вимірювання температури.
Основною частиною термометра є термометричні тіло, що приводиться в тепловий контакт з об'єктом, температуру якого треба виміряти. У рідинних термометрах термометричною тілом служить або ртуть, або підфарбований спирт. В електричних термометричною тілом служить металевий дріт, а температура визначається по її електричному опору.
- Термометр не повинен мати великий маси, тому що масивний термометр змінить температуру того тіла, з яким він приведений в теплової контакт.
Винахідником термометра прийнято вважати Галілея: у його власних творах немає опису цього приладу, але його учні засвідчили, що вже в 1597 році він влаштував щось на зразок термобароскопа (термоскоп).
Термометри з рідиною описані в перший раз в 1667 р «Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento», де про них йдеться як про предметах, давно виготовлених майстерними ремісниками, яких називають «Confia». Спочатку ці термометри наповнювали водою, і вони лопалися, коли вона замерзала. Потім стали застосовувати для цього винний спирт. Зазвичай на таких термометрах робили 50 поділок так, щоб при таненні снігу спирт не опускався нижче 10, а на сонце не піднімався вище 40.
У міру поширення термометрів виникла необхідність в створенні температурної шкали, що дозволяє приписувати температурі певні числа. Зазвичай для побудови шкали вибирають дві так звані реперні точки, яким приписуються довільні значення температури, а шкала між ними ділиться на рівні частини. Цим встановлюється одиниця виміру температури. Вибір реперних точок температурної шкали і число частин абсолютно довільний.
шкала Фаренгейта
Запропоновано в 1724 р Г. Фаренгейтом.
Градус Фаренгейта (1 ° F) дорівнює 1/180 частини температурного інтервалу між температурою кипіння води (212 ° F) і танення льоду (32 ° F).
- Сам Фаренгейт брав такий проміжок температур: за 0 ° F - температуру суміші снігу з нашатирем або кухонною сіллю, за 96 ° F Температура здорового людського тіла, в роті або під пахвою.
Температура за шкалою Фаренгейта пов'язана з температурою за шкалою Цельсія (t ° С) співвідношенням (рис. 1)
t
° С = 5/9 (t ° F - 32), t ° F = 9/5 t ° С + 32.
Використовується шкала Фаренгейта в Англії і в США.
шкала Реомюра
Запропоновано в 1730 році Р. А. Реомюром.
Градус Реомюра (1 ° R) дорівнює 1/80 частини температурного інтервалу між температурою танення льоду (0 ° R) і кипіння води (80 ° R)
1 ° R = 1,25 ° C.
В даний час шкала вийшла з ужитку, найдовше вона зберігалася у Франції, на батьківщині автора.
шкала Цельсія
Запропоновано в 1742 р А. Цельсієм.
За шкалою Цельсія температура позначається буквою t, вимірюється в градусах Цельсія (° С).
Градус Цельсія (1 ° С) дорівнює 1/100 частини температурного інтервалу між температурою танучого льоду (0 ° С) і киплячої води (100 ° С).
- Спочатку А. Цельсій ставив 0 ° при точці кипіння, а 100 ° при точці замерзання. Але така шкала не користувалася популярністю, і незабаром, за порадою М. Штёрмера, була перевернута.
Ця шкала набула широкого поширення у всьому світі.
шкала Кельвіна
У 1848 р англійському фізику Вільяму Томсону (лорд Кельвін) вдалося побудувати так звану абсолютну температурну шкалу (її нині називають термодинамічної шкалою температур або шкалою Кельвіна), абсолютно не залежну ні від природи термометрического тіла, ні від обраного термометрического параметра.
- Можна провести наступний експеримент. Взяти судини з різними газами. Визначити попередньо їх обсяги, маси і розрахувати число молекул за формулою \ (~ N = \ dfrac {m} {M} \ cdot N_A \), потім помістити посудину в тане лід. Після настання теплової рівноваги визначити тиск p і розрахувати відношення \ (~ \ dfrac {p \ cdot V} {N} \). Досвід показує, що воно однаково для всіх газів Потім ці судини поміщають в киплячу воду. Знову це відношення для всіх газів певне, але більше, тобто воно ~ Т. Ввівши коефіцієнт пропорційності k, можна записати \ [~ \ dfrac {p \ cdot V} {N} = k \ cdot T. \] Вимірювання показали, що тиск газу в киплячій воді в 1,3661 рази більше, ніж в тане лід. З огляду на це можна по даній формулі визначити, що температура танення льоду T 0 = 273,15 К.
Гранична температура, при якій тиск ідеального газу звертається в нуль при фіксованому обсязі або обсяг ідеального газу прагне до нуля (тобто газ як би повинен стиснутися в "точку") при постійному тиску, називається абсолютним нулем.
Це найнижча температура в природі.
Абсолютна температурна шкала - шкала температур, в якій за початок відліку прийнятий абсолютний нуль. Температура тут позначається буквою T, вимірюється в кельвінах (К). За одиницю вимірювання в цій шкалі прийнятий один градус Цельсія, тобто зміна на один кельвін (1 К) дорівнює зміні на один градус Цельсія.
T
= (t + 273) До або t = (T - 273) ºС,
де T - абсолютна термодинамічна температура (К); t - температура за шкалою Цельсія (° С).
- Більш точно T = (t + 273,15) До або t = (T - 273,15) ºС.
Термометри
Для вимірювання температури можна скористатися залежністю будь макроскопічної величини (обсягу, тиску, електричного опору та ін.) Від температури.
На практиці найчастіше використовують рідинні термометри, в яких враховують зміну об'єму рідини (зазвичай це спирт або ртуть) при зміні температури навколишнього середовища (рис. 2).
Такі термометри мають істотні недоліки: 1) діапазон температур обмежений: при низьких температурах рідини тверднуть, при високих випаровуються; 2) показання різних термометрів, наприклад ртутного і спиртового, збігаючись при 0 ° С і 100 ° С, не збігаються при інших температурах в силу того, що температурні коефіцієнти об'ємного розширення спирту і ртуті по-різному залежать від температури.
У механічних термометрах в якості датчика зазвичай використовується металева спіраль або стрічка з біметалу, які розкручуються і скручуються при зміні температури (рис. 3).
Принцип роботи електричних термометрів заснований на зміні опору провідника при зміні температури навколишнього середовища (рис. 4). Електричні термометри більш широкого діапазону засновані на термопарах (контакт між металами з різною електронегативність створює контактну різницю потенціалів, що залежить від температури).
Газові термометри (рис. 5) враховується те, що тиск газу пропорційно температурі при постійному обсязі (V = const). Поєднавши посудину, в якому знаходиться газ (частіше водень або гелій), з манометром і, проградуювати прилад, можна вимірювати температуру за показаннями манометра.
Мал. 5
Газовий термометр непридатний для визначення температури в області високих температур, при яких відбувається термічна дисоціація і іонізація, і дуже низьких температур, при яких всі реальні гази конденсуються. Та й розміри не дозволяють використовувати його в побуті.
Див. також
- Побутові термометри
- промислові термометри
- Wikipedia Термометр
- Найвища температура створена людиною ~ 4 трлн. К (що можна порівняти з температурою Всесвіту в перші секунди її життя) була досягнута в 2010 році при зіткненні золотих частинок, прискорених до близькосвітлових швидкостей. Експеримент був проведений на установці RHIC, розташованої в Брукхейвенської національної лабораторії, США.
- Найвища теоретично можлива температура - Планка температура. Більш висока температура не може існувати, так як все перетворюється в енергію (всі субатомні частинки зруйнуються). Ця температура приблизно дорівнює 1.41679 (11) ⋅1032 ° C (приблизно 142 нонілліона градусів).
- Найнижча температура, створена людиною була отримана в 1995 році Еріком Корнеллом і Карлом виманили з США при охолодженні атомів рубідію. Вона була вище абсолютного нуля менш ніж на 1/170 млрд частку градуса (5,9⋅10-12).
- Поверхня Сонця має температури близько 6000 ° С.
- Аксеновіч Л.А. та ін. Фізика в середній школі // 6.12. Температура і теплова рівновага системи. 6.13. Вимірювання температури. 6.14. Абсолютна температурна шкала. абсолютний нуль
- Кикоин А.К. Температура. Теплота. Теплоємність (З історії фізики) // Квант. - 1983. - № 11. - С. 26-28
- Wikipedia Температура
