Термодинамічна температура

Абсолю́тна температу́ра (рос. абсолютная температура, англ. absolute temperature, нім. absolute Temperatur f) — параметр стану, який характеризує макроскопічну систему в стані термодинамічної рівноваги.

Абсолютна температура позначається здебільшого великою латинською літерою T й вимірюється в Кельвінах.

У фізиці, де часто зустрічається добуток $k_{B}T$, де k_B — стала Больцмана, цей множник часто пропускається й тоді абсолютна температура має розмірність енергії.

Смислові навантаження

• 1) Температура Т, яка відлічується за термодинамічною шкалою температур від абсолютного нуля температури і вимірюється в кельвінах (К). Реперними точками шкали абсолютної температури є абсолютний нуль, при якому припиняється тепловий рух молекул і залишаються тільки їх нульові коливання, та потрійна точка води, при якій лід, вода і водяна пара перебувають у термодинамічній рівновазі. Відстань між цими точками ділиться точно на 273,16 частин, які називаються кельвінами (K). Таке число взято для найкращого узгодження кельвіна з градусами Цельсія (°C) міжнародної температурної шкали. Потрійна точка води становить 0,01 °C, тому температуру за Цельсієм, визначену ртутним термометром, можна перетворити в абсолютну температуру за допомогою простого співвідношення T = (t°C+273,15)K.
• 2) Температура, що вимірюється від абсолютного нуля.
• 3) Температура за термодинамічною шкалою температур, визначена в кельвінах.

Виникнення поняття

Поняття абсолютної температури ввів В. Томсон (Кельвін). Абсолютна температурна шкала позначається літерою К.

Обмеження у застосуванні

У вимірюванні температури є труднощі, бо термометри не дають можливості виміряти її незалежно від механічних, теплових та інших властивостей термометричних речовин, з яких виготовляють термометри. Так, через неоднакову залежність від температури коефіцієнтів розширення ртуті, спирту й газу покази термометрів з цими речовинами не збігаються, крім постійних (реперних) точок, напр. 0° С і 100° С.

Рівняння

Томсон показав у 1848 , що можна встановити температурну шкалу, яка не залежить від властивостей термометричних речовин, якщо використати висновок з циклу Карно про те, що

Q₁ : Q₂ = T₁ : T₂

не залежить від властивостей речовин;

тут Q₁ — кількість тепла, що надходить від нагрівника при температурі T₁; Q₂ — кількість тепла, віддана холодильникові при температурі Т₂.

Висновки із рівняння

З наведеного рівняння можна визначити, наприклад, T₂ якщо виміряти Q₁ та Q₂ і знати Т₁. Шкала температур, встановлена на основі цього рівняння, називається термодинамічною. Хоч цикл Карно відноситься до ідеального газу, однак властивості дуже розрідженого водню, гелію, азоту мало відмінні від властивостей ідеального газу; тому термодинамічна шкала температур мало відмінна від шкали газових термометрів з переліченими газами, побудованої на основі закону Гей-Люссака. Важливе значення абсолютної температури полягає в тому, що вона є найприроднішою мірою теплового руху і використовується у фундаментальних законах фізики.

Література

• Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Східний видавничий дім, 2013. — Т. 3 : С — Я. — 644 с.