Термодинамічна температура

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

Термодинамі́́чна або абсолю́тна температу́ра (рос. абсолютная температура, англ. absolute temperature, нім. absolute Temperatur f)  є єдина функція станутермодинамічної системи, яка характеризує напрям самовільного телообміну між тілами (системами). [1] [2]

Термодинамічна температура позначається літерою , вимірюєтся вКельвінах і відлічується за абсолютною термодинамічною шкалою (Кельвіна). Абсолютна термодинамічна шкала є основною шкалою у фізиці і в рівняннях термодинаміки.

Молекулярно - кінетична теорія, з свого боку, пов’язує з абсолютною температурою середню кінетичну енергію поступового руху молекул ідеального газу в умовах термодинамічної рівноваги :

Де ─ маса молекули, ─ середня квадратична швидкість поступового руху молекул, ─ абсолютна температура, ─ стала Больцмана.

Історія.[ред.ред. код]

Вимірювання температури пройшло довгий і складний шлях у своєму розвитку. Оскільки температура не може бути виміряна безпосередньо, для її вимірювання використовували властивості термометричних тіл, які знаходились у функціональній залежності від температури. На цій основі були розроблені різноманітні температурні шкали, які одержали назву емпіричних, а виміряна за їх допомогою температура дістала назву емпіричною. Суттєвими недоліками емпіричних шкал є відсутнисть їх безперервності, а також розбіжність значень температур для різних термометричних тіл як між реперними точками, так поза ними. Відсутнисть безперервності емпіричних шкал пов’язана з відсуністю природної речовини, яка спроможна зберігати свої властивості у всьому діапазоні можливих температур. У 1848р. Томсон (лорд Кельвін) запропонував вибрати градус температурної шкали таким чином, щоб у її межах була однаковою ефективність ідеальної теплової машини. Надалі у 1854 р. він запропонував використати обернену функцію Карно для побудови термодинамічної температурної шкали (незалежної від властивостей термометричних тіл), однак, практична реалізація цієї ідеї виявилась неможливою. У пошуках «абсолютного» приладу на початку XIX століття звернулись до ідеї ідеального газового термометра, заснованого на законах ідеальних газів Гей-Люссака та Шарля. Газовий термометр тривалий час був єдиним засобом відтворення абсолютної температури. Нові шляхи відтворення абсолютної температурної шкали базуються на використанні рівняння Стефана – Больцмана у безконтактній термометрії і рівняння Найквіста у контактній. [3]

Фізичні основи побудови термодинамічної шкали температур.[ред.ред. код]

1.Термодинамічна шкала температур принципово може бути побудована на основі теореми Карно яка стверджує, що коефіціент корисної дії ідеального теплового двигуна не залежить від природи робочого тіла і конструкції двигуна, а є функцією температур нагрівача і холодильника.

де – кількість теплоти віддана нагрівачем робочому тілу теплової машини (ідеальному газу), – кількість теплоти віддана робочим тілом холодильнику, – температури нагрівача і холодильника, відповідно.

з наведеного вище рівняння витікає співвідношення:

Це співвідношення може бути використано для побудови ‘’абсолютної термодинамічної температури’’. Якщо один з ізотермічних процесів проводити при температурі потрійної точки води, яка установлена довільно – то будь яка інша температура визначається рівнянням

. [4]

Встановлена таким чином температурна шкала має назву ─ термодинамічна шкала Кельвіна. На жаль, точність вимірювання кількості теплоти не дозволяє реалізувати цей засіб на практиці.

2. Абсолютна температурна шкала може бути побудована якщо використати як термометричне тіло ідеальний газ Насправді, з рівняння Клапейрона витікає співвідношення


Якщо виміряти тиск газу, близького по властивості к ідеальному, що знаходиться у герметичній посудині постійного об’єму,то таким чином можна встановити температурну шкалу, яку також називають ідеально – газовою шкалою. Первага цієї шкали полягає в тому, що тиск ідеального газу при змінюється лінійно з температурою. Оскільки навіть розріджені реальні гази за своїми властивостями декілька відмінні від ідеального газу, то реалізація ідеально – газової шкали пов’язана з певними труднощами.

3. У курсах термодинаміки наводяться теоретичні докази того, що температура, виміряна за ідеально – газовою шкалою, співпадає з абсолютною термодинамічною температурою. Слід однак зауважити, що хоча чисельно термодинамічна і ідеально – газова шкала абсолютно ідентичні, з якісної точки зору між ними є принципова різниця. Тільки термодинамічна шкала є абсолютно незалежною від властивостей термометричної речовини. [5]


Як вказано вище, точне відтворення термодинамічної шкали, а також ідеально – газової зв'язано з серйозними експериментальними труднощами. У першому випадку необхідно ретельно вимірювати кількісті теплоти, яка підводиться і відводиться в ізотермічних процесах ідеального теплового двигуна. Такі виміри є дуже неточними. Відтворення термодинамічної і ідеально – газової шкали в діапазоні від 10 до 1337 можливо за допомогою газового термометра. При вищих температурах помітно виявляється дифузія робочого газу через стінки резервуара. При температурах кілька тисяч градусів многоатомні гази розпадаються на атоми, при ще вищих температурах іонізуються і перетворюються у плазму, яка не підкоряється рівнянню Клапейрона. Найнижча температура, яка може бути виміряна газовим термометром заповненим гелієм при низькому тиску є . Для вимірювання температур за межами можливостей газових термометрів використовують інші засоби вимірювання. Докладніше:’’Термометрія’’.

Примітки[ред.ред. код]

Література[ред.ред. код]

  • Українська радянська енциклопедія : [у 12-ти т.] / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Голов. ред. УРЕ, 1974–1985.
  • Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Донецьк : Донбас, 2004. — ISBN 966-7804-14-3.
  • Белоконь Н. И. Термодинамика. — М. : Госэнергоиздат, 1954.
  • Белоконь Н. И. Основные принципы термодинамики. — М. : Недра, 1968.
  • Кириллин В.А. Техническая термодинамика. — М. : Энергоатомиздат, 1983. — 414 с.
  • Вукалович М. П., Новиков И. И. Техническая термодинамика. — М. : Энергия, 1968. — 497 с.
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2005. — ISBN 5-9221-0601-5.
  • Базаров И. П. Термодинамика. — М. : Высшая школа, 1991. — ISBN 5-06-000626-3.
  • Різак В.,Різак І., Рудавський Е. Кріогенна фізика і техніка. — К. : Наукова думка, 2006. — ISBN 966-00-480-X.