Termodinamikai hőmérséklet

A termodinamikai hőmérséklet ( angolul thermodynamic temperature , németül thermodynamische Temperatur ), vagy abszolút hőmérséklet ( angol abszolút hőmérséklet , német abszolút Temperatur ) a termodinamikai rendszer állapotának egyetlen függvénye, amely a testek (rendszerek) közötti spontán hőcsere irányát jellemzi [1 ] [2] .

A termodinamikai hőmérsékletet a betű jelöli , kelvinben mérjük (K-val jelöljük), és az abszolút termodinamikai skálán (Kelvin-skála) mérjük. Az abszolút termodinamikai skála a fő skála a fizikában és a termodinamikai egyenletekben. $T$

A molekuláris kinetikai elmélet a maga részéről összekapcsolja az abszolút hőmérsékletet az ideális gázmolekulák transzlációs mozgásának átlagos kinetikai energiájával termodinamikai egyensúly mellett:

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

ahol a molekula tömege, a molekulák transzlációs mozgásának négyzetes középsebessége, az abszolút hőmérséklet, a Boltzmann - állandó . $m$ ${\bar {v))$ $T$ $k$

Történelem

A hőmérsékletmérés hosszú és nehéz utat járt be a fejlődésében. Mivel a hőmérsékletet nem lehet közvetlenül mérni, a hőmérő testek tulajdonságait , amelyek funkcionálisan a hőmérséklettől függtek, a méréshez használtuk. Ennek alapján különféle hőmérsékleti skálákat fejlesztettek ki, amelyeket empirikusnak , a segítségével mért hőmérsékletet pedig empirikusnak neveztek. Az empirikus skálák jelentős hátránya a folytonosságuk hiánya és a különböző hőmérős testek hőmérsékleti értékei közötti eltérés: mind a referenciapontok között, mind azokon túl. Az empirikus skálák folytonosságának hiánya azzal jár, hogy a természetben nincs olyan anyag, amely képes megőrizni tulajdonságait a lehetséges hőmérsékletek teljes tartományában. 1848-ban Thomson (Lord Kelvin) azt javasolta, hogy a hőmérsékleti skála fokát úgy válasszák meg, hogy annak határain belül az ideális hőgép hatásfoka azonos legyen. Később, 1854-ben javasolta az inverz Carnot-függvény használatát egy olyan termodinamikai skála megalkotására, amely nem függ a hőmérős testek tulajdonságaitól. Ennek az ötletnek a gyakorlati megvalósítása azonban lehetetlennek bizonyult. A 19. század elején a hőmérséklet mérésére szolgáló "abszolút" műszert keresve ismét visszatértek az ideális gázhőmérő ötletéhez, Gay-Lussac és Charles törvényei alapján. A gázhőmérő sokáig volt az egyetlen módja az abszolút hőmérséklet reprodukálására. Az abszolút hőmérsékleti skála reprodukálásának új irányai a Stefan-Boltzmann-egyenlet érintkezés nélküli hőmérőben és a Harry (Harry) Nyquist-egyenlet kontakthőmérsékletben való használatán alapulnak. [3]

A termodinamikai hőmérsékletskála megalkotásának fizikai alapjai

1. A termodinamikai hőmérsékleti skála elvileg felépíthető a Carnot-tétel alapján , amely szerint az ideális hőmotor hatásfoka nem függ a munkaközeg természetétől és a motor felépítésétől, hanem csak a fűtőelem hőmérsékletétől függ. fűtés és hűtőszekrény.

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

ahol a munkaközeg (ideális gáz) által a fűtőtesttől kapott hőmennyiség, a munkaközeg által a hűtőszekrénynek adott hőmennyiség, a fűtőtest és a hűtőszekrény hőmérséklete. $Q_1$ $Q_{2}$ $T_{1},T_{2}$

A fenti egyenletből a következő összefüggés következik:

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

Ez az összefüggés felhasználható az abszolút termodinamikai hőmérséklet megszerkesztésére . Ha a Carnot-ciklus egyik izoterm folyamatát a víz hármaspontjának (referenciapont) önkényesen beállított hőmérsékletén hajtjuk végre , akkor bármely más hőmérsékletet a képlet határozza meg . [4] Az így felállított hőmérsékleti skálát Kelvin termodinamikai skálának nevezik . Sajnos a hőmennyiség mérésének pontossága nem nagy, ami nem teszi lehetővé a fenti módszer gyakorlati megvalósítását. $Q_{3}$ $T_{3}=273{,}16\,K,$ ${\displaystyle T=273{,}16{\frac {Q}{Q_{3))))$

2. Abszolút hőmérsékleti skála építhető fel, ha ideális gázt használunk hőmérő testként. Valójában az összefüggés a Clapeyron-egyenletből következik

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

Ha egy olyan gáz nyomását méri meg, amely tulajdonságaiban az ideálishoz közeli, és egy zárt, állandó térfogatú edényben helyezkedik el, akkor ily módon beállíthatja a hőmérsékleti skálát, amelyet ideális gázskálának nevezünk. A skála előnye, hogy az ideális gáz nyomása lineárisan változik a hőmérséklettel. Mivel még a nagyon ritka gázok is tulajdonságaikban különböznek valamelyest az ideális gázoktól, az ideális gázskála megvalósítása bizonyos nehézségekkel jár. $V=áll$

3. Különféle termodinamikai tankönyvek bizonyítják, hogy az ideális gázskálán mért hőmérséklet egybeesik a termodinamikai hőmérséklettel. Megjegyzendő azonban, hogy annak ellenére, hogy számszerűleg a termodinamikai és az ideális gázmérleg teljesen azonos, minőségi szempontból alapvető különbség van köztük. Csak a termodinamikai skála független a hőmérő anyag tulajdonságaitól.

4. Mint már említettük, a termodinamikai skála, valamint az ideális gázskála pontos reprodukálása komoly nehézségekkel jár. Az első esetben gondosan meg kell mérni az ideális hőmotor izoterm folyamatai során leadott és eltávolított hőmennyiséget. Az ilyen mérések pontatlanok. A termodinamikai (ideális gáz) hőmérsékleti skála reprodukálása a 10 és 1337 K közötti tartományban lehetséges gázhőmérővel. Magasabb hőmérsékleten észrevehető egy valódi gáz diffúziója a tartály falain keresztül, több ezer fokos hőmérsékleten pedig a többatomos gázok atomokra bomlanak. Még magasabb hőmérsékleten a valódi gázok ionizálódnak és plazmává alakulnak, ami nem engedelmeskedik a Clapeyron-egyenletnek. A héliummal töltött gázhőmérővel alacsony nyomáson mérhető legalacsonyabb hőmérséklet 1 K. A gázhőmérők képességeit meghaladó hőmérsékletek mérésére speciális mérési módszereket alkalmaznak. A részletekért lásd a hőmérőt .

Jegyzetek

↑ Belokon N. I. A termodinamika alapelvei, 1968 , p. 10.55.
↑ Kirillin V. A. Műszaki termodinamika, 1983 , p. 5.
↑ Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Kriogén fizika és technológia, 2006 , p. 174-175.
↑ Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Kriogén fizika és technológia, 2006 , p. 17-18.

Irodalom

Ukrán Szovjet Enciklopédia : 12 kötetben = Ukrainian Radian Encyclopedia (Ukrainian) / Szerk. M. Bazhan . - 2. nézet. - K . : Gól. URE kiadása, 1974-1985.
Kis hegyi enciklopédia . 3 kötetben = Kis kézi enciklopédia / (ukránul). Szerk. V. S. Beletsky . - Donyeck: Donbass, 2004. - ISBN 966-7804-14-3 .
Belokon N. I. Termodinamika. - M. : Gosenergoizdat, 1954. - 417 p.
Belokon NI A termodinamika alapelvei. - M . : Nedra, 1968. - 112 p.
Kirillin V. A. Műszaki termodinamika. — M. : Energoatomizdat, 1983. — 414 p.
Vukalovich MP, Novikov II Műszaki termodinamika. - M . : Energia, 1968. - 497 p.
Sivukhin DV Általános fizika tanfolyam. T. II. Termodinamika és molekuláris fizika. - M. : Fizmatlit, 2005. - 544 p. - ISBN 5-9221-0601-5 .
Bazarov I. P. Termodinamika. - M . : Felsőiskola, 1991. - 376 p. - ISBN 5-06-000626-3 .
Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Kriogén fizika és technológia. - K . : Naukova Dumka, 2006. - 512 p. — ISBN 966-00-480-X.

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy norvég Nagy orosz
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4141118-3