Тэмпэратура

Тэмпэрату́ра (па-лацінску: temperatura — належнае зьмешваньне, нармальны стан) — фізычная велічыня, якая прыкладна характарызуе сярэднюю кінэтычную энэргію часьцінак макраскапічнай сыстэмы, якая прыходзіцца на адну ступень свабоды, зьмешчанай у стане тэрмадынамічнай раўнавагі.

У сыстэме СІ тэмпэратура вымяраецца ў кэльвінах. Але на практыцы часта ўжываюць градусы Цэльсія з-за прывязкі да важных характарыстак вады — тэмпэратуры плаўленьня (0 °C) і тэмпэратуры кіпеньня (100 °C). Гэта зручна, бо большасьць кліматычных працэсаў, працэсаў у жывой прыродзе і т. д. зьвязаныя з гэтым дыяпазонам.

Існуюць таксама шкалы Фарэнгайта і некаторыя іншыя.

Тэрмадынамічны падыход

Тэмпэратура — велічыня, зваротная зьмене энтрапіі (ступені бязладзіцы) сыстэмы пры даданьні ў сыстэму адзінкавай колькасьці цеплыні: 1/T = ΔS/ΔQ.

У раўнаважкім стане тэмпэратура мае аднолькавае значэньне для ўсіх макраскапічных частак сыстэмы. Калі ў сыстэме два цела маюць аднолькавую тэмпэратуру, то паміж імі не адбываецца перадачы кінэтычнай энергіі часьціц (цеплыні). Калі жа існуе розніца тэмпэратур, то цеплыня пераходзіць ад цела з больш высокай тэмпэратурай да цела з ніжэйшай, таму што сумарная энтрапія пры гэтым узрастае.

Тэмпэратура зьвязаная таксама з суб'ектыўнымі адчуваньнямі «цеплыні» і «холада», зьвязанымі з тым, ці аддае жывая тканіна цеплыню або атрымлівае яе.

Некаторыя квантавамэханічныя сыстэмы могуць знаходзіцца ў стане, пры якім энтрапія не ўзрастае, а меншае пры даданьні энергіі, што фармальна адпавядае адмоўнай абсалютнай тэмпэратуры. Аднак такія станы знаходзяцца не «ніжэй абсалютнага нуля», а «вышэй бясконцасьці», паколькі пры кантакце такой сыстэмы з целам, які валодае дадатнай тэмпэратурай, энергія перадаецца ад сыстэмы да цела, а не наадварот (падрабязьней гл. Квантавая тэрмадынаміка).

Уласьцівасьці тэмпэратуры вывучае падзел фізыкі — тэрмадынаміка. Тэмпэратура таксама гуляе важную ролю ў шматлікіх абласьцях навукі, уключаючы іншыя падзелы фізыкі, а таксама хімію і біялёгію.

Вымярэньне тэмпэратуры

Для вымярэньня тэмпэратуры выбіраецца некаторы тэрмадынамічны парамэтар тэрмамэтрычнага рэчыва. Зьмена гэтага парамэтру адназначна зьвязваецца са зьменай тэмпэратуры.

На практыцы для вымярэньня тэмпэратуры выкарыстаюць

• тэрмомэтар,
• тэрмапару,
• аптычны піромэтар
• Тэрмасупраціў
• Тэрмомэтар супраціву
• Газавы тэрмомэтар

Гісторыя

Слова «тэмпэратура» паўстала ў тыя часы, калі людзі лічылі, што ў больш нагрэтых целах утрымоўваецца большая колькасьць адмысловага рэчыва — цепларода, чым у меней нагрэтых. Таму тэмпэратура ўспрымалася як крэпасьць сумесі рэчывы цела і цеплароду. Па гэтым чыньніку адзінкі вымярэньня крэпасьці спіртных напояў і тэмпэратуры завуцца аднолькава — градусамі.

Адзінкі і шкала вымярэньня тэмпэратуры

З таго, што тэмпэратура — гэта кінэтычная энергія малекул, ясна, што найболей натуральна вымяраць яе ў энергетычных адзінках (г.з. у сыстэме СІ у джоўлях). Аднак вымярэньне тэмпэратуры пачалося задаўга да стварэньня малекулярна-кінэтычнай тэорыі, таму практычныя шкалы вымераюць тэмпэратуру ва ўмоўных адзінках — градусах.

Шкала Кэльвіна

У тэрмадынаміцы выкарыстоўваецца шкала Кэльвіна, у якой тэмпэратура адлічваецца ад абсалютнага нуля (стан, якое адпавядае мінімальнай тэарэтычна магчымай унутранай энергіі цела), а адзін кэльвін роўны 1/273.16 адлегласьці ад абсалютнага нуля да патройнай кропкі вады (станы, пры якім лёд, вада і вадзянік пар знаходзяцца ў раўнавазе). Для пераліку кэльвінаў у энергетычныя адзінкі служыць сталая Больцмана. Выкарыстоўваюцца таксама вытворныя адзінкі: кілякэльвін, мэгакэльвін, мілікэльвін і т.д.

Шкала Цэльсія

У побыце выкарыстоўваецца шкала Цэльсія, у якой за 0 прымаюць кропку замярзаньня вады, а за 100° кропку кіпеньня вады пры нармальным атмасфэрным ціску. Паколькі тэмпэратура замярзаньня і кіпеньня вады нядосыць добра вызначаная, у цяперашні час шкалу Цэльсія вызначаюць праз шкалу Кэльвіна: градус Цэльсія роўны кэльвіну, абсалютны нуль прымаецца за −273,15 °C. Шкала Цэльсія практычна вельмі зручная, паколькі вада вельмі распаўсюджаная на нашай плянэце і на ёй заснаваная наша жыцьцё. Нуль Цэльсія — адмысловая кропка для мэтэаралёгіі, паколькі замярзаньне атмасфэрнай вады істотна ўсё зьмяняе.

Шкала Фарэнгайта

У Ангельшчыне і, асабліва, у ЗША выкарыстоўваецца шкала Фарэнгайта. У гэтай шкале на 100 градусаў паасобны інтэрвал ад тэмпэратуры самой халоднай зімы ў горадзе, дзе жыў Фарэнгайт, да тэмпэратуры чалавечага цела. Нуль градусаў Цэльсія — гэта 32 градусу Фарэнгайта, а градус Фарэнгайта роўны 5/9 градусу Цэльсія.

У цяперашні час прынята наступнае азначэньне шкалы Фарэнгайта: гэта тэмпэратурная шкала, 1 градус якой (1 °F) роўны 1/180 рознасьці тэмпэратур кіпеньня вады і раставаньня лёду пры атмасфэрным ціску, а кропка раставаньня лёду мае тэмпэратуру +32 °F. Тэмпэратура па шкале Фарэнгайта зьвязаная з тэмпэратурай па шкале Цэльсія (t °С) суадносінамі t °С = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 9/5 °С + 32. Прапанаваная Г. Фарэнгайтам у 1724.

Шкала Рэамюра

Прапанаваная ў 1730 годзе Р. А. Рэамюрам, які апісаў вынайдзены ім спіртавы тэрмомэтар.

Адзінка — градус Рэамюра (°R), 1 °R роўны 1/80 часткі тэмпэратурнага інтэрвалу паміж апорнымі кропкамі — тэмпэратурай раставаньня лёду (0 °R) і кіпеньня вады (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

У цяперашні час шкала выйшла з ужываньня, даўжэй усяго яна захоўвалася ва Францыі, на радзіме аўтара.

Электронвольт

У ядзернай фізыцы, асабліва пры вывучэньні тэрмаядзерных рэакцый, часам выкарыстоўваецца энергетычная адзінка вымярэньня — Электронвольт (эв), 1 эв ≈ 11 604,505(20) К ~ 10⁴ К. Ужываюцца і вытворныя адзінкі: KэВ, МэВ, ГэВ і т.д.

Пераходы з розных шкал

Пералік тэмпэратуры паміж асноўнымі шкаламі

у\з	Кэльвін	Цэльсій	Фарэнгайт
Кэльвін (K)	= K	= З + 273,15	= (F + 459,67) / 1,8
Цэльсій (°C)	= K − 273,15	= C	= (F − 32) / 1,8
Фарэнгайт (°F)	= K • 1,8 − 459,67	= C • 1,8 + 32	= F

Параўнаньне тэмпэратурных шкал

Параўнаньне тэмпэратурных шкал

Апісаньне	Кэльвін	Цэльсій	Фарэнгайт	Ранкін	Дэліль	Ньютон	Рэамюр	Рэмэр
Абсалютны нуль	0	−273.15	−459.67	0	559.725	−90.14	−218.52	−135.90
Тэмпэратура раставаньня сумесі Фарэнгайта (соль і лёд у роўных колькасьцях)	255.37	−17.78	0	459.67	176.67	−5.87	−14.22	−1.83
Тэмпэратура замярзаньня вады (Нармальныя ўмовы)	273.15	0	32	491.67	150	0	0	7.5
Сярэдняя тэмпэратура чалавечага цела ¹	310.0	36.6	98.2	557.9	94.5	12.21	29.6	26.925
Тэмпэратура кіпеньня вады (Нармальныя ўмовы)	373.15	100	212	671.67	0	33	80	60
Плаўленьне тытана	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
Паверхня Сонцы	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ Нармальная тэмпэратура чалавечага цела — 36.6 °C ±0.7 °C, або 98.2 °F ±1.3 °F. Прыводнае звычайна значэньне 98.6 °F - гэтае дакладнае пераўтварэньне ў шкалу Фарэнгайта прынятага ў Нямеччыне ў XIX стагодзьдзі значэньня 37 °C. Паколькі гэтае значэньне не ўваходзіць у дыяпазон нармальнай тэмпэратуры па сучасных прадстаўленьнях, можна казаць, што яно ўтрымоўвае залішнюю (няслушную) дакладнасьць. Тут можна знайсьці сьпіс розных вымярэньняў.

Некаторыя значэньні ў гэтай табліцы былі акругленыя.

Глядзіце таксама

• Абсалютная тэрмадынамічная тэмпэратура
• Абсалютная шкала тэмпэратур
• Каляровая тэмпэратура

Вонкавыя спасылкі

 Тэмпэратура — сховішча мультымэдыйных матэрыялаў