Абсалютная тэрмадынамічная тэмпэратура

Зьвесткі зь Вікіпэдыі — вольнай энцыкляпэдыі
Перайсьці да: навігацыі, пошуку

Абсалютная тэмпэратура — гэта безумоўная мера тэмпэратуры і адна з галоўных характарыстак тэрмадынамікі.
Паняцьце абсалютнай тэмпэратуры было ўведзена У. Томсанам (Кэльвінам), у сувязі з чым шкалу абсалютнай тэмпэратуры завуць шкалой Кэльвіна або тэрмадынамічнай тэмпэратурнай шкалой. Адзінка абсалютнай тэмпэратуры — кэльвін (К).
Абсалютная шкала тэмпэратуры завецца так, таму што мера асноўнага стану ніжняй мяжы тэмпэратуры:
абсалютны нуль — найболей нізкая магчымая тэмпэратура, пры якой нічога ня можа быць халадней і тэарэтычна немагчыма выняць з рэчыва цеплавую энэргію.
Абсалютны нуль вызначаны як 0 K. Што прыблізна роўна −273.15 °C. Адзін Кэльвін роўны аднаму градусу Цэльсія.

Абсалютная тэмпэратура з малекулярна-кінэтычнага пункта гледжаньня[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

Хаатычны цеплавы рух часьціц рэчыва такіх як атамы і малекулы


Тэрмадынамічная тэмпэратура з малекулярна-кінэтычнай пункта гледжаньня — фізычная велічыня, якая характарызуе інтэнсіўнасьць хаатычнага, цеплавога руху ўсёй сукупнасьці часьціц сыстэмы і прапарцыйная сярэдняй кінэтычнай энэргіі паступальнага руху адной часьціцы.

Сувязь паміж кінэтычнай энэргіяй, масай і хуткасьцю выяўляецца наступнай формулай:
Ek = 1/2m • v 2
Такім чынам часьціцы аднолькавай масы і мелыя аднолькавую хуткасьць маюць і аднолькавую тэмпэратуру.
Сярэдняя кінэтычная энэргія часьціцы зьвязаная з тэрмадынамічнай тэмпэратурай сталай Больцмана:
Eср = 3/2kBT
дзе kB = 1.380 6505(24) × 10−23 Дж/K — сталая Больцмана

T — тэрмадынамічная тэмпэратура, К

Энэргія цеплавога руху пры абсалютным нулі[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

Калі матэрыя астуджаецца, шматлікія формы цеплавой энэргіі і зьвязаныя зь ёй эфэкты адначасова памяншаюцца па велічыні. Рэчыва пераходзіць ад меней спарадкаванага стану да больш спарадкаванага. Газ ператвараецца ў вадкасьць і затым крышталізуецца ў цьвёрдае цела (гелій і пры абсалютным нулі застаецца ў вадкім стане пры атмасфэрным ціску). Рух атамаў і малекул запавольваецца, іх кінэтычная энэргія памяншаецца. Супраціў большасьці металаў падае з-за памяншэньні расьсейваньня электронаў на вагальных з меншай амплітудай атамах крышталічнай рашоткі. Такім чынам нават пры абсалютным нулі электроны праводнасьці рухаюцца паміж атамамі з хуткасьцю Фэрмі парадку 1×106м/с.

Тэмпэратура, пры якой часьціцы рэчыва маюць мінімальную колькасьць руху, і якое захоўваецца толькі дзякуючы квантавамэханічнага руху - гэта тэмпэратура абсалютнага нуля (Т = 0К).

Тэмпэратуры абсалютнага нуля дасягнуць немагчыма. Найболей нізкая тэмпэратура 450±80 × 10-12К кандэнсату Базэ-Эйнштэйна атамаў натрыю была атрыманая ў 2003 г. дасьледнікамі з МТІ. Пры гэтым пік цеплавога выпраменьваньня знаходзіцца ў вобласьці даўжынь хваль парадку 6400 км, гэта значыць прыкладна радыусу зямлі.

Тэмпэратура з тэрмадынамічнага пункта гледжаньня[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]

Існуе мноства розных шкал тэмпэратур. Калісьці тэмпэратура вызначалася вельмі адвольна. Мерай тэмпэратуры служылі пазнакі, нанесеныя на роўных адлегласьцях на сьценах люлечкі, у якой пры награваньні пашыралася вада. Потым вырашылі вымераць тэмпэратуру ртутным тэрмомэтрам і выявілі, што градусныя адлегласьці не аднолькавыя. У тэрмадынаміцы даецца азначэньне тэмпэратуры, якое не залежыць ад якіх-небудзь уласьцівасьцяў рэчыва.

Увядзем функцыю f(T), якая не залежыць ад уласьцівасьцяў рэчыва. З тэрмадынамікі сьледуе, што:
Калі нейкая цеплавая машына, паглынаючы колькасць цеплыні Q1 пры T1 вылучае цеплыню Qs пры тэмпэратуры ў адзін градус, а іншая машына, паглынуўшы цеплыню Q2 пры T2, вылучае тую ж самую цеплыню Qs пры тэмпэратуры ў адзін градус, то машына, паглынальная Q1 пры T1 павінна пры тэмпэратуры T2 вылучаць цеплыню Q2.
Вядома, паміж цеплынёй Q і тэмпэратурай T існуе залежнасьць і цеплыня Q1 павінна быць прапарцыйна Qs. Такім чынам, кожнай колькасьці цеплыні Qs, вылучанай пры тэмпэратуры ў адзін градус, адпавядае колькасьць цеплыні, паглынутаё машынай пры тэмпэратуры T, роўна Qs, памножанаму на некаторую нарастальную функцыю f тэмпэратуры:

Q=Qsf(T)


Паколькі знойдзеная функцыя ўзрастае з тэмпэратурай, то можна лічыць, што яна сама па сабе вымерае тэмпэратуру, пачынальна са стандартнай тэмпэратуры ў адзін градус. Гэта азначае, што можна знайсьці тэмпэратуру цела, вызначыўшы колькасьць цеплыні, якое паглынаецца цеплавой машынай, якая працуе ў інтэрвале паміж тэмпэратурай цела і тэмпэратурай у адзін градус. Атрыманая такім чынам тэмпэратура завецца абсалютнай тэрмадынамічнай тэмпэратурай і не залежыць ад уласьцівасьцяў рэчыва. Такім чынам, для зварачальнай цеплавой машыны выконваецца роўнасьць:


\frac {Q_1}{T_1} = \frac{Q_2}{T_2} = S


дзе S — энтрапія.


dS=\frac{dQ}{T}


Для сыстэмы, у якой энтрапія S можа быць функцыяй S(E) яе энэргіі Е, тэрмадынамічная тэмпэратура вызначаецца як:


\frac {1}{T} = \frac{dS}{dE}

Глядзіце таксама[рэдагаваць | рэдагаваць крыніцу]