Температура

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Температу́ра (від лат. temperatura — належне змішування, нормальний стан) — фізична величина, яка описує здатність макроскопічної системи (тіла) до самовільної передачі тепла іншим тілам.

Позначається літерою T або t.

На побутовому рівні температура пов'язана із суб'єктивним сприйняттям «тепла» і «холоду». Теплі тіла мають більшу температуру, холодні — меншу. В розумінні сучасної фізики температура пов'язана з тепловим рухом атомів та молекул.

Температура відіграє важливу роль у багатьох галузях науки, включаючи фізику, хімію і біологію.

Властивості[ред.ред. код]

Середньорічна температура по всьому світу

В стані рівноваги температура має однакове значення для всіх макроскопічних частин системи. Якщо в системі два тіла мають однакову температуру, то між ними не відбувається передачі тепла. Якщо існує різниця температур, то тепло переходить від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою.

На мікроскопічному рівні температура пов'язана із тепловим рухом атомів та молекул, із яких складаються фізичні тіла, а саме — з їх кінетичною енергією.

Температу́ра (від лат. temperatura — належне змішування, нормальний стан) — скалярна фізична величина, яка характеризує середню кінетичну енергію частинок макроскопічної системи, що припадає на один ступінь вільності.[1]

Вимірювання температури[ред.ред. код]

Хоча поняття температури інтуїтивно зрозуміле, як стан тепла й холоду, її вимірювання, тобто співставлення з певною одиницею температури й кількісне вираження у вигляді числа, є методологічно складною проблемою. Температуру неможливо виміряти безпосередньо. Проте, при нагріванні або охолодженні тіла змінюються його фізичні властивості: довжина і об'єм, густина, пружні властивості, електропровідність тощо. Основою для вимірювання температури може бути зміна будь-якої властивості будь-якого тіла, якщо для нього відома залежність даної властивості від температури[2]. Вибране для вимірювання температури тіло називають термометричним, а прилад для вимірювання температури - термометром.

Докладніше: Термометрія

Температурні шкали[ред.ред. код]

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 при певній температурі.

В Міжнародній системі одиниць (СІ) термодинамічна температура належить до семи основних одиниць і виражається у кельвінах. До похідних величин СІ, які мають спеціальну назву, належить температура Цельсія, яка вимірюється у градусах Цельсія[3]. 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[4].

Особливі точки температурних шкал
Шкали Точки замерзання води Точки кипіння води Інтервал
Реомюра (R) 0 80 80
Фаренгейта (F) 32 212 180
Цельсія (C) 0 100 100

У Міжнародній системі одиниць (СІ) для вимірювання температури застосовується шкала Кельвіна і символ K (при цьому знак градусу ° відсутній). Широкий вжиток також мають системи Цельсія і Фаренгейта.

За шкалою Кельвіна
0 градусів відповідають абсолютному нулю, тобто повній відсутності руху молекул. Інша реперна точка - потрійна точка води. Її температура 273,16 К вибрана так, щоб один кельвін відповідав одному градусу за шкалою Цельсія. Температура за шкалою Кельвіна називається абсолютною температурою. Вона позначається великою латинською літерою T. Шкала Кельвіна використовується у фізиці. Її називають термодинамічною шкалою, оскільки вона найкраще визначена. Наприклад, потрійна точка води на відміну від температури замерзання, не залежить від тиску.
За шкалою Цельсія
0 °C відповідає температура замерзання води, 100 °C — температура кипіння води (при тиску в 1 атмосферу). Здебільшого температура за шкалою Цельсія позначається маленькою латинською літерою t.
За шкалою Фаренгейта
замерзання і кипіння води розділяють 180 °F. Один градус за Фаренгейтом дорівнює 5/9 кельвіна або градуса Цельсія. Вода замерзає при 32 °F, а кипить при 212 °F.

Існували також інші системи вимірювання температури, які тепер вийшли з ужитку, такі як

Формули для визначення відповідності між основними шкалами:

За Цельсієм\Longleftrightarrowза Кельвіном\Longleftrightarrow за Фаренгейтом:

\frac{T_{Celsius} - 0}{100} = \frac{T_{Kelvin} - 273,15}{100} = \frac{T_{Fahrenheit} - 32}{180} \,

За Цельсієм\Longleftrightarrowза Реомюром\Longleftrightarrowза Ранкіном:

\frac{T_{Celsius} - 0}{100} = \frac{T_{Reaumur} - 0}{80} = \frac{T_{Rankine} - 32 - 459,67}{180} \,

За Кельвіном\Longleftrightarrowза Цельсієм:

T_{Celsius} = T_{Kelvin} - 273,15 \,

T_{Kelvin} = T_{Celsius} + 273,15 \,

За Кельвіном\Longleftrightarrowза Фаренгейтом:

T_{Fahrenheit} = \frac{9}{5} \cdot T_{Kelvin} - 459,67

T_{Kelvin} = \frac{5}{9} \cdot (T_{Fahrenheit} + 459,67)

За Цельсієм\Longleftrightarrowза Фаренгейтом:

T_{Fahrenheit} = 32 + \frac{9}{5} \cdot T_{Celsius}

T_{Celsius} = \frac{5}{9} \cdot (T_{Fahrenheit} - 32)

Зіставлення температурних шкал[ред.ред. код]

Явище за Кельвіном за Цельсієм за Фаренгейтом за Ранкіном за Делілем за Ньютоном за Реомюром за Ромером
Абсолютний нуль 0 −273.0 −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 36.8 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. Деякі значення були округлені.

Визначення температури в статистичній фізиці[ред.ред. код]

В статистичній фізиці температура визначається за формулою

 T = \frac{dE}{dS} ,

де S - ентропія, E - енергія термодинамічної системи. Введена таким чином величина T є однаковою для різних тіл при термодинамічній рівновазі. При контакті двох тіл тіло з більшим значенням T віддаватиме енергію іншому.

Історія[ред.ред. код]

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 виміру міцності спиртних напоїв та температури називаються однаково — градусами.

Див. також[ред.ред. код]

Джерела[ред.ред. код]

Справочник гальваностега. М., 1948. /Бахвалов Г. Т., Биркгин Л. Н, Лабутін В. П.

Примітки[ред.ред. код]

  1. « ... 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 хаотичністю цього руху, і є тим новим поняттям в описі температурних явищ, яким ми повинні користуватися ...  »
    [Джерело?]
  2. Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное реководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. — 4-е изд., испр. — М.: Наука. — Гл. ред. физ-мат. лит., 1989 — 576 с. — ISBN 5-02-014031-7
  3. ГОСТ 8.417-2002. ЕДИНИЦЫ ВЕЛИЧИН
  4. поняття температури