Mỗi người phải đối mặt với khái niệm nhiệt độ mỗi ngày. Thuật ngữ này đã đi vào cuộc sống hàng ngày của chúng ta: chúng ta hâm nóng thức ăn trong lò vi sóng hoặc nấu thức ăn trong lò, chúng ta quan tâm đến thời tiết bên ngoài hoặc tìm hiểu xem nước sông có lạnh không - tất cả những điều này đều liên quan mật thiết đến khái niệm này. Và nhiệt độ là gì, thông số vật lý này có nghĩa là gì, nó được đo bằng cách nào? Chúng tôi sẽ trả lời những câu hỏi này và những câu hỏi khác trong bài viết.
Số lượng vật lý
Hãy xem nhiệt độ là gì theo quan điểm của một hệ cô lập ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học. Thuật ngữ này xuất phát từ ngôn ngữ Latinh và có nghĩa là "sự pha trộn thích hợp", "trạng thái bình thường", "sự tương xứng". Giá trị này đặc trưng cho trạng thái cân bằng nhiệt động của bất kỳ hệ vĩ mô nào. Trong trường hợp khi một hệ cô lập mất cân bằng, theo thời gian có sự chuyển hóa năng lượng từ vật bị đốt nóng nhiều hơn sang vật bị đốt nóng ít hơn. Kết quả là sự cân bằng (thay đổi) nhiệt độ trong toàn hệ thống. Đây là định đề đầu tiên (nguyên lý không) của nhiệt động lực học.
Nhiệt độ xác địnhsự phân bố các hạt cấu thành của hệ theo mức năng lượng và vận tốc, mức độ ion hoá của các chất, tính chất của bức xạ điện từ cân bằng của các vật, tổng mật độ thể tích của bức xạ. Vì đối với một hệ thống ở trạng thái cân bằng nhiệt động, các thông số được liệt kê là bằng nhau, chúng thường được gọi là nhiệt độ của hệ thống.
Plasma
Bên cạnh các vật thể cân bằng, có những hệ thống mà trạng thái được đặc trưng bởi một số giá trị nhiệt độ không bằng nhau. Plasma là một ví dụ điển hình. Nó bao gồm các electron (các hạt mang điện nhẹ) và các ion (các hạt mang điện nặng). Khi chúng va chạm, năng lượng được truyền nhanh chóng từ điện tử này sang điện tử khác và từ ion này sang ion khác. Nhưng giữa các yếu tố không đồng nhất có sự chuyển đổi chậm. Plasma có thể ở trạng thái mà các electron và ion riêng lẻ gần với trạng thái cân bằng. Trong trường hợp này, có thể lấy nhiệt độ riêng cho từng loại hạt. Tuy nhiên, các thông số này sẽ khác nhau.
Nam châm
Trong các vật thể mà các hạt có mômen từ, sự truyền năng lượng thường xảy ra chậm: từ bậc tự do tịnh tiến sang bậc tự do gắn với khả năng thay đổi hướng của mômen. Nó chỉ ra rằng có những trạng thái trong đó cơ thể được đặc trưng bởi nhiệt độ không trùng với tham số động học. Nó tương ứng với chuyển động tịnh tiến của các hạt cơ bản. Nhiệt độ từ trường quyết định một phần nội năng. Nó có thể là tích cực hoặctừ chối. Trong quá trình liên kết, năng lượng sẽ được chuyển từ các hạt có giá trị cao hơn sang các hạt có giá trị nhiệt độ thấp hơn nếu chúng cùng dương hoặc âm. Nếu không, quá trình này sẽ diễn ra theo chiều ngược lại - nhiệt độ âm sẽ cao hơn nhiệt độ tích cực.
Tại sao điều này lại cần thiết?
Điều nghịch lý nằm ở chỗ một người bình thường, để thực hiện quá trình đo cả trong cuộc sống hàng ngày và trong công nghiệp, thậm chí không cần biết nhiệt độ là bao nhiêu. Nó đủ để anh ta hiểu rằng đây là mức độ nóng lên của một vật thể hoặc môi trường, đặc biệt là vì chúng ta đã quen thuộc với những thuật ngữ này từ khi còn nhỏ. Thật vậy, hầu hết các thiết bị thực tế được thiết kế để đo thông số này thực sự đo các đặc tính khác của các chất thay đổi theo mức độ nóng lên hoặc làm lạnh. Ví dụ: áp suất, điện trở, âm lượng, v.v. Hơn nữa, các số đọc như vậy được chuyển đổi thủ công hoặc tự động thành giá trị mong muốn.
Hóa ra để xác định nhiệt độ, không cần phải học vật lý. Hầu hết dân số trên hành tinh của chúng ta sống theo nguyên tắc này. Nếu TV đang bật, thì không cần phải hiểu các quá trình nhất thời của các thiết bị bán dẫn, để nghiên cứu nguồn điện đến từ đâu trong ổ cắm hoặc cách tín hiệu đến đĩa vệ tinh. Mọi người đã quen với thực tế là trong mọi lĩnh vực đều có các chuyên gia có thể sửa chữa hoặc gỡ lỗi hệ thống. Cư sĩ không muốn căng não, vì còn đâu vừa xem một vở opera hay bóng đá trên “hộp” vừa nhâm nhi.bia lạnh.
Tôi muốn biết
Nhưng có những người, thường là sinh viên, trong mức độ tò mò của họ hoặc không cần thiết, buộc phải học vật lý và xác định nhiệt độ thực sự là bao nhiêu. Kết quả là, trong quá trình tìm kiếm, họ rơi vào vùng hoang dã của nhiệt động lực học và nghiên cứu các định luật số 0, thứ nhất và thứ hai của nó. Ngoài ra, một bộ óc ham học hỏi sẽ phải hiểu các chu trình Carnot và entropy. Và khi kết thúc cuộc hành trình của mình, chắc chắn anh ta sẽ thừa nhận rằng định nghĩa nhiệt độ như là một tham số của hệ nhiệt thuận nghịch, không phụ thuộc vào loại chất làm việc, sẽ không thêm rõ ràng cho cảm giác của khái niệm này. Và tất cả đều giống nhau, phần nhìn thấy sẽ là một số độ được chấp nhận bởi hệ thống đơn vị quốc tế (SI).
Nhiệt độ như động năng
"Hữu hình" hơn là cách tiếp cận được gọi là lý thuyết động học-phân tử. Nó hình thành ý tưởng rằng nhiệt được coi là một trong những dạng năng lượng. Ví dụ, động năng của các phân tử và nguyên tử, một tham số được tính trung bình trên một số lượng lớn các hạt chuyển động ngẫu nhiên, hóa ra lại là thước đo cái thường được gọi là nhiệt độ của một cơ thể. Do đó, các phần tử của hệ thống được nung nóng chuyển động nhanh hơn hệ thống lạnh.
Vì thuật ngữ đang được xem xét có liên quan chặt chẽ với động năng trung bình của một nhóm hạt, sẽ khá tự nhiên nếu sử dụng jun làm đơn vị nhiệt độ. Tuy nhiên, điều này không xảy ra, điều này được giải thích là do năng lượng của chuyển động nhiệt của cơhạt rất nhỏ so với jun. Do đó, việc sử dụng nó gặp nhiều bất tiện. Chuyển động nhiệt được đo bằng đơn vị tính từ jun bằng hệ số chuyển đổi đặc biệt.
Đơn vị nhiệt độ
Ngày nay, ba đơn vị cơ bản được sử dụng để hiển thị thông số này. Ở nước ta, nhiệt độ thường được đo bằng độ C. Đơn vị đo lường này dựa trên điểm đóng băng của nước - một giá trị tuyệt đối. Cô ấy là điểm xuất phát. Tức là, nhiệt độ của nước tại đó nước đá bắt đầu hình thành bằng không. Trong trường hợp này, nước đóng vai trò là một biện pháp mẫu mực. Công ước này đã được thông qua vì sự thuận tiện. Giá trị tuyệt đối thứ hai là nhiệt độ hơi nước, tức là thời điểm nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí.
Đơn vị tiếp theo là Kelvin. Điểm tham chiếu của hệ này được coi là điểm của độ không tuyệt đối. Vì vậy, một độ Kelvin bằng một độ C. Sự khác biệt chỉ là sự bắt đầu của đếm ngược. Chúng tôi nhận được rằng 0 ở Kelvin sẽ bằng âm 273,16 độ C. Năm 1954, tại Hội nghị chung về Trọng lượng và Đo lường, người ta quyết định thay thế thuật ngữ "độ Kelvin" cho đơn vị nhiệt độ bằng "kelvin".
Đơn vị đo phổ biến thứ ba là Fahrenheit. Cho đến năm 1960, chúng đã được sử dụng rộng rãi ở tất cả các nước nói tiếng Anh. Tuy nhiên, ngày nay trong cuộc sống hàng ngày ở Hoa Kỳ sử dụng đơn vị này. Hệ thống về cơ bản khác với những hệ thống được mô tả ở trên. Lấy làm điểm khởi đầuđiểm đông đặc của hỗn hợp muối, amoniac và nước theo tỷ lệ 1: 1: 1. Vì vậy, trên thang Fahrenheit, điểm đóng băng của nước là 32 độ và điểm sôi là cộng 212 độ. Trong hệ thống này, một độ bằng 1/180 độ chênh lệch giữa các nhiệt độ này. Vì vậy, phạm vi từ 0 đến +100 độ F tương ứng với phạm vi từ -18 đến +38 độ C.
Nhiệt độ không tuyệt đối
Hãy hiểu thông số này có nghĩa là gì. Độ không tuyệt đối là nhiệt độ giới hạn tại đó áp suất của khí lý tưởng biến mất ở một thể tích cố định. Đây là giá trị thấp nhất trong tự nhiên. Như Mikhailo Lomonosov dự đoán, "đây là mức độ lạnh cuối cùng hoặc lớn nhất." Định luật hóa học của Avogadro xuất phát từ điều này: các thể tích khí bằng nhau ở cùng nhiệt độ và áp suất chứa cùng một số phân tử. Điều gì tiếp theo từ điều này? Có một nhiệt độ tối thiểu của một chất khí tại đó áp suất hoặc thể tích của nó biến mất. Giá trị tuyệt đối này tương ứng với 0 Kelvin hoặc 273 độ C.
Một số sự thật thú vị về hệ mặt trời
Nhiệt độ trên bề mặt Mặt trời đạt tới 5700 Kelvin, và ở trung tâm lõi - 15 triệu Kelvin. Các hành tinh trong hệ mặt trời rất khác nhau về mức độ sưởi ấm. Vì vậy, nhiệt độ của lõi Trái đất của chúng ta cũng giống như trên bề mặt của Mặt trời. Sao Mộc được coi là hành tinh nóng nhất. Nhiệt độ ở trung tâm lõi của nó cao hơn năm lần so với bề mặt của Mặt trời. Và đây là giá trị thấp nhất của tham sốđược ghi lại trên bề mặt của mặt trăng - nó chỉ là 30 kelvins. Giá trị này thậm chí còn thấp hơn trên bề mặt của Sao Diêm Vương.
Sự thật về Trái đất
1. Nhiệt độ cao nhất mà một người ghi lại được là 4 tỷ độ C. Giá trị này cao gấp 250 lần so với nhiệt độ của lõi Mặt trời. Kỷ lục được thiết lập bởi Phòng thí nghiệm Tự nhiên Brookhaven ở New York trong máy va chạm ion, dài khoảng 4 km.
2. Nhiệt độ trên hành tinh của chúng ta cũng không phải lúc nào cũng lý tưởng và dễ chịu. Ví dụ, tại thành phố Verkhnoyansk ở Yakutia, nhiệt độ vào mùa đông giảm xuống âm 45 độ C. Nhưng ở thành phố Dallol của Ethiopia, tình hình đã đảo ngược. Ở đó, nhiệt độ trung bình hàng năm là 34 độ.
3. Những điều kiện khắc nghiệt nhất mà con người làm việc được ghi nhận tại các mỏ vàng ở Nam Phi. Những người thợ mỏ làm việc ở độ sâu 3 km với nhiệt độ cộng thêm 65 độ C.
