Termodynamisk temperatur

Termodynamisk temperatur ( engelsk termodynamisk temperatur , tyska thermodynamische Temperatur ), eller absolut temperatur ( engelska absolute temperature , tyska absolute Temperatur ) är den enda funktionen av tillståndet i ett termodynamiskt system som kännetecknar riktningen för spontan värmeväxling mellan kroppar (system) [1 ] [2] .

Termodynamisk temperatur betecknas med bokstaven , mätt i kelvin (betecknad med K) och mäts på den absoluta termodynamiska skalan (Kelvin-skalan). Den absoluta termodynamiska skalan är huvudskalan inom fysiken och i termodynamikens ekvationer. $T$

Den molekylära kinetiska teorin, å sin sida, förbinder den absoluta temperaturen med den genomsnittliga kinetiska energin för den translationella rörelsen av ideala gasmolekyler under termodynamisk jämvikt:

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

där är molekylens massa, är rot -medelkvadrathastigheten för molekylers translationella rörelse , är den absoluta temperaturen, är Boltzmann - konstanten . $m$ ${\bar {v))$ $T$ $k$

Historik

Temperaturmätning har kommit en lång och svår väg i sin utveckling. Eftersom temperaturen inte kan mätas direkt, användes egenskaperna hos termometriska kroppar , som var funktionellt beroende av temperaturen, för att mäta den. På grundval av detta utvecklades olika temperaturskalor, som kallades empiriska , och temperaturen som mäts med deras hjälp kallas empirisk. Betydande nackdelar med empiriska skalor är bristen på deras kontinuitet och skillnaden mellan temperaturvärdena för olika termometriska kroppar: både mellan referenspunkterna och bortom dem. Bristen på kontinuitet hos empiriska skalor är förknippad med frånvaron i naturen av ett ämne som kan bibehålla sina egenskaper över hela intervallet av möjliga temperaturer. År 1848 föreslog Thomson (Lord Kelvin) att man skulle välja en grad av temperaturskalan på ett sådant sätt att verkningsgraden för en ideal värmemotor skulle vara densamma inom dess gränser. Senare, 1854, föreslog han att använda den omvända Carnot-funktionen för att konstruera en termodynamisk skala som inte beror på egenskaperna hos termometriska kroppar. Det praktiska genomförandet av denna idé visade sig dock vara omöjligt. I början av 1800-talet, på jakt efter ett "absolut" instrument för att mäta temperatur, återvände de igen till idén om en idealisk gastermometer, baserad på Gay-Lussacs och Charles lagar. Gastermometern var länge det enda sättet att reproducera absolut temperatur. Nya riktningar i reproduktionen av den absoluta temperaturskalan är baserade på användningen av Stefan-Boltzmann-ekvationen i beröringsfri termometri och Harry (Harry) Nyquist-ekvationen i kontakttermometri. [3]

Fysiska grunder för att konstruera en termodynamisk temperaturskala

1. Den termodynamiska temperaturskalan kan i princip byggas på grundval av Carnots sats , som säger att effektiviteten hos en ideal värmemotor inte beror på arten av arbetsvätskan och motorns utformning, utan endast beror på temperaturen hos värmare och kylskåp.

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

var är mängden värme som tas emot av arbetsvätskan (idealgasen) från värmaren, är mängden värme som ges av arbetsvätskan till kylskåpet, är temperaturerna för värmaren respektive kylskåpet. $F_1$ $F_{2}$ $T_{1},T_{2}$

Från ovanstående ekvation följer förhållandet:

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

Denna relation kan användas för att konstruera den absoluta termodynamiska temperaturen . Om en av de isotermiska processerna i Carnot-cykeln utförs vid temperaturen för trippelpunkten för vatten (referenspunkt) godtyckligt inställd, kommer alla andra temperaturer att bestämmas av formeln . [4] Den sålunda etablerade temperaturskalan kallas Kelvins termodynamiska skala . Tyvärr är noggrannheten för att mäta mängden värme inte hög, vilket inte tillåter att ovanstående metod implementeras i praktiken. $F_{3}$ $T_{3}=273{,}16\,K,$ ${\displaystyle T=273{,}16{\frac {Q}{Q_{3))))$

2. En absolut temperaturskala kan byggas om en idealgas används som termometrisk kropp. Förhållandet följer faktiskt av Clapeyrons ekvation

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

Om man mäter trycket på en gas som i egenskaper är nära ideal, placerad i ett förseglat kärl med konstant volym, så kan man på detta sätt ställa in temperaturskalan, som kallas idealgasskalan. Fördelen med denna skala är att trycket hos en idealgas ändras linjärt med temperaturen. Eftersom till och med höggradigt förtärnade gaser skiljer sig något i sina egenskaper från en idealgas, är implementeringen av den ideala gasskalan förknippad med vissa svårigheter. $V=konst$

3. Olika läroböcker om termodynamik ger bevis för att temperaturen som mäts på den ideala gasskalan sammanfaller med den termodynamiska temperaturen. Det bör dock noteras att trots det faktum att de termodynamiska och ideala gasskalorna numeriskt är helt identiska, finns det ur en kvalitativ synvinkel en grundläggande skillnad mellan dem. Endast den termodynamiska skalan är absolut oberoende av egenskaperna hos det termometriska ämnet.

4. Som redan nämnts är den exakta reproduktionen av den termodynamiska skalan, såväl som den ideala gasskalan, förknippad med allvarliga svårigheter. I det första fallet är det nödvändigt att noggrant mäta mängden värme som tillförs och avlägsnas i de isotermiska processerna för en idealisk värmemotor. Den här typen av mätningar är felaktiga. Återgivning av den termodynamiska (idealgas) temperaturskalan i intervallet från 10 till 1337 K är möjlig med en gastermometer. Vid högre temperaturer är diffusionen av en riktig gas genom tankens väggar märkbar, och vid temperaturer på flera tusen grader sönderdelas polyatomiska gaser till atomer. Vid ännu högre temperaturer joniseras riktiga gaser och förvandlas till plasma, som inte följer Clapeyrons ekvation. Den lägsta temperaturen som kan mätas med en gastermometer fylld med helium vid lågt tryck är 1 K. För att mäta temperaturer utöver gastermometrarnas kapacitet används speciella mätmetoder. Se termometri för detaljer .

Anteckningar

↑ Belokon N. I. Termodynamikens grundläggande principer, 1968 , sid. 10.55.
↑ Kirillin V. A. Technical thermodynamics, 1983 , sid. 5.
↑ Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Cryogenic physics and technology, 2006 , sid. 174-175.
↑ Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Cryogenic physics and technology, 2006 , sid. 17-18.

Litteratur

Ukrainian Soviet Encyclopedia : i 12 volymer = Ukrainian Radian Encyclopedia (ukrainska) / Ed. M. Bazhan . - 2:a vy. - K . : Mål. upplaga av URE, 1974-1985.
Litet bergsuppslagsverk . I 3 volymer = Liten handuppslagsbok / (På ukrainska). Ed. V.S. Beletsky . - Donetsk: Donbass, 2004. - ISBN 966-7804-14-3 .
Belokon N. I. Termodynamik. - M. : Gosenergoizdat, 1954. - 417 sid.
Belokon NI Grundläggande principer för termodynamiken. - M . : Nedra, 1968. - 112 sid.
Kirillin V. A. Teknisk termodynamik. — M. : Energoatomizdat, 1983. — 414 sid.
Vukalovich MP, Novikov II Teknisk termodynamik. - M . : Energi, 1968. - 497 sid.
Sivukhin DV Allmän kurs i fysik. T. II. Termodynamik och molekylär fysik. - M. : Fizmatlit, 2005. - 544 sid. - ISBN 5-9221-0601-5 .
Bazarov I.P. Termodynamik. - M . : Högre skola, 1991. - 376 sid. - ISBN 5-06-000626-3 .
Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Kryogen fysik och teknologi. - K . : Naukova Dumka, 2006. - 512 sid. — ISBN 966-00-480-X.

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor norsk Stor ryss
I bibliografiska kataloger	GND : 4141118-3