Termodynaaminen lämpötila

Termodynaaminen lämpötila ( englanniksi thermodynamic temperature , saksaksi thermodynamische Temperatur ) tai absoluuttinen lämpötila ( englanniksi absoluuttinen lämpötila , saksaksi absoluuttinen Temperatur ) on ainoa termodynaamisen järjestelmän tilan funktio, joka luonnehtii kappaleiden ( järjestelmien) välisen spontaanin lämmönvaihdon suuntaa. ] [2] .

Termodynaaminen lämpötila on merkitty kirjaimella , mitattuna kelvineinä (merkitty K) ja mitataan absoluuttisella termodynaamisella asteikolla (Kelvin-asteikko). Absoluuttinen termodynaaminen asteikko on fysiikan ja termodynamiikan yhtälöiden pääasteikko. $T$

Molekyylikineettinen teoria puolestaan yhdistää absoluuttisen lämpötilan ihanteellisten kaasumolekyylien translaatioliikkeen keskimääräiseen kineettiseen energiaan termodynaamisen tasapainon aikana:

{\frac {1}{2}}m{\bar {v}}^{2}={\frac {3}{2}}kT,

missä on molekyylin massa, on molekyylien translaatioliikkeen neliökeskiarvo , on absoluuttinen lämpötila, on Boltzmannin vakio . $m$ ${\bar {v))$ $T$ $k$

Historia

Lämpötilan mittaus on kehittynyt pitkän ja vaikean tien. Koska lämpötilaa ei voida mitata suoraan, sen mittaamiseen käytettiin lämpömittaisten kappaleiden ominaisuuksia , jotka olivat toiminnallisesti riippuvaisia lämpötilasta. Tältä pohjalta kehitettiin erilaisia lämpötila-asteikkoja, joita kutsuttiin empiiriseksi ja niiden avulla mitattua lämpötilaa kutsutaan empiiriseksi. Empiiristen asteikkojen merkittäviä haittoja ovat niiden jatkuvuuden puute ja eri lämpömittauskappaleiden lämpötila-arvojen välinen ero: sekä vertailupisteiden välillä että niiden ulkopuolella. Empiiristen asteikkojen jatkuvuuden puute liittyy sellaisen aineen puuttumiseen luonnossa, joka pystyy säilyttämään ominaisuutensa koko mahdollisten lämpötilojen alueella. Vuonna 1848 Thomson (Lord Kelvin) ehdotti lämpötila-asteikon asteen valitsemista siten, että sen rajoissa ihanteellisen lämpökoneen hyötysuhde olisi sama. Myöhemmin, vuonna 1854, hän ehdotti käänteisen Carnot-funktion käyttämistä termodynaamisen asteikon rakentamiseen, joka ei riipu lämpömetristen kappaleiden ominaisuuksista. Tämän idean käytännön toteutus osoittautui kuitenkin mahdottomaksi. 1800-luvun alussa etsiessään "absoluuttista" laitetta lämpötilan mittaamiseen, he palasivat jälleen ideaan ideaalisesta kaasulämpömittarista, joka perustui Gay-Lussac- ja Charlesin lakeihin. Kaasulämpömittari oli pitkään ainoa tapa toistaa absoluuttinen lämpötila. Uudet suunnat absoluuttisen lämpötila-asteikon toistossa perustuvat Stefan-Boltzmann-yhtälön käyttöön kosketuksettomassa lämpömetriassa ja Harry (Harry) Nyquistin yhtälön käyttöön kontaktilämpömetriassa. [3]

Fyysiset perusteet termodynaamisen lämpötila-asteikon rakentamiselle

1. Termodynaaminen lämpötila-asteikko voidaan periaatteessa rakentaa Carnot'n teoreeman perusteella , jonka mukaan ihanteellisen lämpökoneen hyötysuhde ei riipu käyttönesteen luonteesta ja moottorin rakenteesta, vaan riippuu vain lämmönlähteen lämpötiloista. lämmitin ja jääkaappi.

\eta ={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}}={\frac {T_{1}-T_{2}}{T_{1}}},

missä on lämpömäärä, jonka käyttöneste (ihanteellinen kaasu) vastaanottaa lämmittimestä, on lämpömäärä, jonka käyttöneste antaa jääkaapin, ovat lämmittimen ja jääkaapin lämpötilat, vastaavasti. $Q_1$ $Q_{2}$ ${\näyttötyyli T_{1}, T_{2}}$

Yllä olevasta yhtälöstä seuraa relaatio:

{\frac {Q_{1}}{Q_{2}}}={\frac {T_{1}}{T_{2}}}.

Tätä suhdetta voidaan käyttää absoluuttisen termodynaamisen lämpötilan muodostamiseen . Jos jokin Carnot-syklin isotermisistä prosesseista suoritetaan mielivaltaisesti asetetussa veden kolmoispisteen (vertailupisteen) lämpötilassa, mikä tahansa muu lämpötila määritetään kaavalla . [4] Näin muodostettua lämpötila-asteikkoa kutsutaan Kelvinin termodynaamiseksi asteikoksi . Valitettavasti lämmön määrän mittaustarkkuus ei ole korkea, mikä ei salli yllä olevan menetelmän toteuttamista käytännössä. $Q_{3}$ $T_{3}=273{,}16\,K,$ ${\displaystyle T=273{,}16{\frac {Q}{Q_{3))))$

2. Absoluuttinen lämpötila-asteikko voidaan rakentaa, jos ideaalista kaasua käytetään lämpömittarina. Itse asiassa suhde seuraa Clapeyronin yhtälöstä

T={\frac {pV}{R}}.

Jos mittaat kaasun painetta, joka on ominaisuuksiltaan lähellä ihannetta ja joka sijaitsee suljetussa vakiotilavuudessa astiassa, niin voit tällä tavalla asettaa lämpötila-asteikon, jota kutsutaan ideaaliseksi kaasuasteikoksi. Tämän asteikon etuna on, että ihanteellisen kaasun paine muuttuu lineaarisesti lämpötilan mukaan. Koska jopa erittäin harvinaiset kaasut eroavat ominaisuuksiltaan jonkin verran ideaalisesta kaasusta, ideaalikaasuasteikon toteuttamiseen liittyy tiettyjä vaikeuksia. $V=vakio$

3. Useat termodynamiikan oppikirjat tarjoavat todisteita siitä, että ideaalisella kaasuasteikolla mitattu lämpötila on sama kuin termodynaaminen lämpötila. On kuitenkin huomattava, että huolimatta siitä tosiasiasta, että numeerisesti termodynaaminen ja ideaalikaasuasteikko ovat täysin identtisiä, niiden välillä on laadullisesta näkökulmasta perustavanlaatuinen ero. Vain termodynaaminen asteikko on täysin riippumaton lämpömittarin ominaisuuksista.

4. Kuten jo mainittiin, termodynaamisen asteikon sekä ihanteellisen kaasuasteikon tarkka toisto liittyy vakaviin vaikeuksiin. Ensimmäisessä tapauksessa on tarpeen mitata huolellisesti lämmön määrä, joka syötetään ja poistetaan ihanteellisen lämpömoottorin isotermisissa prosesseissa. Tällaiset mittaukset ovat epätarkkoja. Termodynaamisen (ideaalikaasun) lämpötila-asteikon toistaminen alueella 10-1337 K on mahdollista kaasulämpömittarilla. Korkeammissa lämpötiloissa todellisen kaasun diffuusio säiliön seinien läpi on havaittavissa, ja useiden tuhansien asteiden lämpötiloissa polyatomiset kaasut hajoavat atomeiksi. Vielä korkeammissa lämpötiloissa todelliset kaasut ionisoituvat ja muuttuvat plasmaksi, joka ei noudata Clapeyron-yhtälöä. Alin lämpötila, joka voidaan mitata heliumilla täytetyllä kaasulämpömittarilla matalassa paineessa, on 1 K. Kaasulämpömittarien kykyjen ylittävien lämpötilojen mittaamiseen käytetään erityisiä mittausmenetelmiä. Katso lisätietoja lämpömittarista .

Muistiinpanot

↑ Belokon N. I. Termodynamiikan perusperiaatteet, 1968 , s. 10.55.
↑ Kirillin V. A. Tekninen termodynamiikka, 1983 , s. 5.
↑ Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Kryogeeninen fysiikka ja tekniikka, 2006 , s. 174-175.
↑ Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Kryogeeninen fysiikka ja tekniikka, 2006 , s. 17-18.

Kirjallisuus

Ukrainian Soviet Encyclopedia : 12 osassa = Ukrainian Radian Encyclopedia (ukrainalainen) / Toim. M. Bazhan . - 2. näkymä. - K .: Maali. URE:n painos, 1974-1985.
Pieni vuori tietosanakirja . 3 osassa = Small hand encyclopedia / (ukrainaksi). Ed. V.S. Beletsky . - Donetsk: Donbass, 2004. - ISBN 966-7804-14-3 .
Belokon N. I. Termodynamiikka. - M .: Gosenergoizdat, 1954. - 417 s.
Belokon NI Termodynamiikan perusperiaatteet. - M . : Nedra, 1968. - 112 s.
Kirillin V.A. Tekninen termodynamiikka. — M .: Energoatomizdat, 1983. — 414 s.
Vukalovich MP, Novikov II Tekninen termodynamiikka. - M . : Energia, 1968. - 497 s.
Sivukhin DV Yleinen fysiikan kurssi. T. II. Termodynamiikka ja molekyylifysiikka. - M .: Fizmatlit, 2005. - 544 s. - ISBN 5-9221-0601-5 .
Bazarov I.P. Termodynamiikka. - M . : Korkeakoulu, 1991. - 376 s. - ISBN 5-06-000626-3 .
Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Kryogeeninen fysiikka ja tekniikka. - K . : Naukova Dumka, 2006. - 512 s. — ISBN 966-00-480-X.

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Hienoa norjalaista Iso venäläinen
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4141118-3