Температу́ра (від лат.
Вона є найважливішим параметром стану із застосовуваних у термодинаміці і однією з семи фізичних величин, на яких базується Міжнародна система одиниць (SI).
Температура | ||||
Теплова вібрація сегмента альфа-спіраль білка. Амплітуда коливань збільшується із зростанням температури | ||||
Символи: | ||||
---|---|---|---|---|
Одиниці вимірювання | ||||
SI | кельвін (К) | |||
Розмірність: | Θ | |||
Інші величини: | °C, °F, °R, °Rø, °Ré, °N, °D, °W | |||
Температура у Вікісховищі | ||||
Існує декілька визначень температури.
1. На побутовому рівні температура пов'язана із суб'єктивним сприйняттям «тепла» і «холоду». Наші відчуття дозволяють розрізняти якісні градації нагріву тіл: теплий, холодний, гарячий. Але придатна для науки кількісна міра ступеня нагріву не може бути виміряна за допомогою відчуттів. Простий експеримент підтверджує це. Якщо потримати одну руку у холодній воді, а другу — у гарячій, а потім обидві помістити у теплу воду, то рука, яка була у холодній воді буде відчувати тепло, а рука, що була у гарячій — холод. Крім того, за допомогою відчуттів ми можемо оцінювати ступінь нагріву чи охолодження у дуже вузькому діапазоні. Таким чином, необхідним є пов'язати кількісне вимірювання температури і побудову температурної шкали з об'єктивними фізичними явищами.
2. У класичній термодинаміці поняття емпіричної температури тісно пов'язане з рівновагою ізольованих систем, а саме — з тепловою рівновагою. Якщо дві ізольовані від навколишнього середовища рівноважні системи ; і ; ввести у тепловий контакт, який забезпечує особливий вид передачі енергії — прямий теплообмін між двома системами, то стан цих систем почне змінюватись до тих пір, поки між ними не настане стан рівноваги. Цей вид рівноваги, що не пов'язаний з масообміном, зміною тиску, концентрації або з хімічними перетвореннями, називається тепловою або термічною рівновагою. Теплова рівновага — це такий стан, який допускає можливість здійснення оборотного теплообміну між системами необмежено довго без зміни їх стану.
Вихідне визначення температури формулюється так:
Температура є єдиною функцією стану термодинамічної системи, яка вказує на напрям самовільного теплообміну між системами.
Звідси випливає, по-перше, що вищезгадані системи ; і , які перебувають між собою у стані теплової рівноваги мають однакову температуру у будь-якій температурній шкалі, а, по друге, — дві системи, які не знаходяться одна з одною у тепловому контакті, але кожна з них нарізно знаходиться у тепловій рівновазі з третьою системою (вимірювальний прилад) мають однакову температуру. Останнє твердження має назву властивість транзитивності термодинамічної рівноваги. Деякі автори (Р. Фаулер і Е. Гуггенгейм) вважають цю властивість, яка почерпнута з загальнолюдського досвіду, нульовим законом термодинаміки.
Безпосереднє вимірювання температури є неможливим. У приладах для вимірювання температури (термометрах) використовують термометричне тіло, яке вводять у тепловий контакт з тілом, температуру якого потрібно виміряти. Фізична величина, яка знаходиться у функціональній залежності від температури і є її індикатором, має назву — термометрична величина. Наприклад, у рідинних термометрах термометричним тілом є рідина у резервуарі термометра, а термометричною величиною — об'єм рідини. У термометрах опору термометричним тілом є металеві дроти або напівпровідники, а термометричною величиною — їх електричні опори. Докладніше: Термометрія
Температура, що вимірюється термометрами називається емпіричною температурою. Строго кажучи, покази термометрів з різними термометричними тілами різняться між собою і збігаються лише в реперних точках. Наступним недоліком емпіричної температури є відсутність безперервної термометричної шкали, тому що жодне термометричне тіло неспроможне виконувати своє призначення у всьому діапазоні можливих температур.
Другий закон термодинаміки, а саме його частина — принцип існування абсолютної температури і ентропії ( ), усуває цей недолік і дозволяє встановити термодинамічну шкалу, незалежну від термометричного тіла. Температура, виміряна за цією шкалою, є абсолютною або термодинамічною температурою.
3. Поряд з термодинамічним, в інших розділах фізики можуть вводитись й інші визначення температури. На мікроскопічному рівні температура пов'язана із тепловим рухом атомів та молекул, із яких складаються фізичні тіла, а саме — з їх середньою кінетичною енергією. Тому у молекулярно-кінетичній теорії справедливим буде таке визначення:
Температу́ра — скалярна фізична величина, яка характеризує середню кінетичну енергію частинок макроскопічної системи, що припадає на один ступінь вільності.
За словами П. Л. Капиці:
…мірилом температури є не сам рух, а хаотичність цього руху. Хаотичність стану тіла визначає його температурний стан, і ця ідея (яка вперше була розроблена Больцманом), що певний температурний стан тіла зовсім не визначається енергією руху, але є хаотичністю цього руху, і це те нове поняття в описі температурних явищ, яким ми повинні користуватися… | ||
— Капица П. Л. Свойства жидкого гелия // Природа. — 1997. — № 12. |
За ДСТУ 3518-97: Температура — фізична величина, що є мірою інтенсивності теплового руху атомів і молекул.
Температуру, що входить як параметр у розподіл Больцмана, часто називають температурою збудження, у розподіл Максвелла — кінетичною температурою, у формулу Саха — іонізаційною температурою, у закон Стефана — Больцмана — радіаційною температурою. Для системи, що перебуває у термодинамічній рівновазі, усі ці параметри рівні між собою, і їх називають просто температурою системи.
Для однозначного визначення температури різними методами й на основі зміни різних властивостей термометричних тіл, термометри необхідно градуювати. Для цього використовуються температурні шкали. В основі температурних шкал — особливі реперні точки, яким присвоюється певне значення температури. Історично склалися різні температурні шкали, що використовують різні реперні точки, які пов'язані з певними фізичними явищами, що відбуваються за певних температур.
В Міжнародній системі одиниць (SI) одиниця вимірювання термодинамічної температури належить до семи основних одиниць і виражається у кельвінах. До одиниць SI, які мають спеціальну назву, належить градус Цельсія для вимірювання температури за шкалою Цельсія. На практиці часто застосовують градуси Цельсія через історичну прив'язку до важливих характеристик води — температури танення льоду (0 °C) і температури кипіння (100 °C). Це зручно, оскільки більшість кліматичних процесів, процесів у живій природі, тощо пов'язані з цим діапазоном. Зміна температури на один градус Цельсія тотожна зміні температури на один Кельвін. Тому після введення в 1967 році нового визначення Кельвіна, температура кипіння води перестала грати роль незмінної реперної точки і, як показують точні вимірювання, вона вже не дорівнює 100 °C, а близька до 99,975 °C.
У Міжнародній системі одиниць (SI) для вимірювання температури застосовується шкала Кельвіна і символ (за цієї умови знак градусу ° відсутній). Широкий вжиток також мають системи Цельсія і Фаренгейта.
Існували також інші системи вимірювання температури, які тепер вийшли з ужитку, такі як
Формули для визначення відповідності між основними шкалами:
За Цельсієм за Кельвіном за Фаренгейтом:
За Цельсієм за Реомюром за Ранкіном:
За Кельвіном за Цельсієм:
За Кельвіном за Фаренгейтом:
За Цельсієм за Фаренгейтом:
Явище | за Кельвіном | за Цельсієм | за Фаренгейтом | за Ранкіном | за Делілем | за Ньютоном | за Реомюром | за Ромером |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Абсолютний нуль | 0 | −273.15 | −459.67 | 0 | 559.725 | −90.14 | −218.52 | −135.90 |
Суміш льоду і солі (за Фаренгейтом) | 255.37 | −17.78 | 0 | 459.67 | 176.67 | −5.87 | −14.22 | −1.83 |
Замерзання води (за нормальних умов) | 273.15 | 0 | 32 | 491.67 | 150 | 0 | 0 | 7.5 |
Середня температура людського тіла | 310.0 | 36.85 | 98.2 ¹ | 557.9 | 94.5 | 12.21 | 29.6 | 26.925 |
Кипіння води (за нормальних умов) | 373.15 | 100 | 212 | 671.67 | 0 | 33 | 80 | 60 |
Плавлення титану | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
Поверхня Сонця | 5800 | 5526 | 9980 | 10440 | −8140 | 1823 | 4421 | 2909 |
¹ За шкалою Фаренгейта традиційно нормальною температурою людського тіла вважається 98,6 °F, а отже термометри враховують цю неточність.
² Деякі значення були заокруглені.
Слово «температура» виникло в часи, коли люди вважали, що в більш нагрітих тілах міститься більша кількість особливої речовини — теплецю, ніж в менш нагрітих. Тому температура сприймалась як міцність суміші тіла і теплецю. Внаслідок цього одиниці вимірювання міцності спиртних напоїв та температури називаються однаково — градусами.
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Температура |
This article uses material from the Wikipedia Українська article Температура, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). Вміст доступний на умовах CC BY-SA 4.0, якщо не вказано інше. Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki Українська (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.