Setiap orang berdepan dengan konsep suhu setiap hari. Istilah ini telah memasuki kehidupan seharian kita dengan kukuh: kita memanaskan makanan dalam ketuhar gelombang mikro atau memasak makanan di dalam ketuhar, kita berminat dengan cuaca di luar atau mengetahui sama ada air di sungai sejuk - semua ini berkait rapat dengan konsep ini. Dan apakah suhu, apakah maksud parameter fizikal ini, dengan cara bagaimana ia diukur? Kami akan menjawab soalan ini dan soalan lain dalam artikel.
Kuantiti fizikal
Mari kita pertimbangkan apakah suhu dari sudut pandangan sistem terpencil dalam keseimbangan termodinamik. Istilah ini berasal dari bahasa Latin dan bermaksud "percampuran yang betul", "keadaan normal", "perkadaran". Nilai ini mencirikan keadaan keseimbangan termodinamik mana-mana sistem makroskopik. Dalam kes apabila sistem terpencil berada di luar keseimbangan, dari masa ke masa terdapat peralihan tenaga daripada objek yang lebih panas kepada objek yang kurang panas. Hasilnya ialah penyamaan (perubahan) suhu di seluruh sistem. Ini ialah postulat pertama (prinsip sifar) termodinamik.
Suhu menentukanpengagihan zarah konstituen sistem mengikut tahap tenaga dan halaju, tahap pengionan bahan, sifat sinaran elektromagnet keseimbangan badan, jumlah ketumpatan isipadu sinaran. Oleh kerana untuk sistem yang berada dalam keseimbangan termodinamik, parameter yang disenaraikan adalah sama, ia biasanya dipanggil suhu sistem.
Plasma
Selain jasad keseimbangan, terdapat sistem di mana keadaan dicirikan oleh beberapa nilai suhu yang tidak sama antara satu sama lain. Plasma adalah contoh yang baik. Ia terdiri daripada elektron (zarah bercas ringan) dan ion (zarah bercas berat). Apabila mereka berlanggar, tenaga dipindahkan dengan cepat dari elektron ke elektron dan dari ion ke ion. Tetapi antara unsur heterogen terdapat peralihan yang perlahan. Plasma boleh berada dalam keadaan di mana elektron dan ion secara individu hampir kepada keseimbangan. Dalam kes ini, suhu berasingan untuk setiap jenis zarah boleh diambil. Walau bagaimanapun, parameter ini akan berbeza antara satu sama lain.
Magnet
Dalam jasad di mana zarah mempunyai momen magnet, pemindahan tenaga biasanya berlaku perlahan-lahan: daripada translasi kepada darjah kebebasan magnet, yang dikaitkan dengan kemungkinan menukar arah saat itu. Ternyata terdapat keadaan di mana badan dicirikan oleh suhu yang tidak bertepatan dengan parameter kinetik. Ia sepadan dengan gerakan translasi zarah asas. Suhu magnet menentukan sebahagian daripada tenaga dalaman. Ia boleh sama ada positif ataunegatif. Semasa proses penjajaran, tenaga akan dipindahkan daripada zarah yang mempunyai nilai yang lebih tinggi kepada zarah yang mempunyai nilai suhu yang lebih rendah jika kedua-duanya positif atau negatif. Jika tidak, proses ini akan diteruskan ke arah yang bertentangan - suhu negatif akan "lebih tinggi" daripada yang positif.
Mengapa ini perlu?
Paradoks terletak pada hakikat bahawa orang biasa, untuk menjalankan proses pengukuran dalam kehidupan seharian dan dalam industri, tidak perlu mengetahui suhu apa itu. Ia akan mencukupi untuk dia memahami bahawa ini adalah tahap pemanasan objek atau persekitaran, terutamanya kerana kita sudah biasa dengan istilah ini sejak zaman kanak-kanak. Malah, kebanyakan peranti praktikal yang direka untuk mengukur parameter ini sebenarnya mengukur sifat bahan lain yang berubah mengikut tahap pemanasan atau penyejukan. Contohnya, tekanan, rintangan elektrik, kelantangan, dsb. Selanjutnya, bacaan tersebut secara manual atau automatik ditukar kepada nilai yang dikehendaki.
Ternyata untuk menentukan suhu, tidak perlu belajar fizik. Kebanyakan penduduk planet kita hidup dengan prinsip ini. Jika TV dihidupkan, maka tidak ada keperluan untuk memahami proses sementara peranti semikonduktor, untuk mengkaji dari mana datangnya elektrik di alur keluar atau bagaimana isyarat tiba di piring satelit. Orang ramai terbiasa dengan fakta bahawa dalam setiap bidang terdapat pakar yang boleh membetulkan atau menyahpepijat sistem. Orang awam tidak mahu memerah otaknya, kerana mana lebih baik menonton sinetron atau bola sepak di "kotak" sambil menghirup.bir sejuk.
Saya ingin tahu
Tetapi ada orang, selalunya pelajar, yang, sama ada setakat rasa ingin tahu mereka atau kerana keperluan, terpaksa belajar fizik dan menentukan suhu sebenarnya. Akibatnya, dalam pencarian mereka, mereka jatuh ke dalam alam bebas termodinamik dan mengkaji undang-undang sifar, pertama dan kedua. Di samping itu, minda yang ingin tahu perlu memahami kitaran dan entropi Carnot. Dan pada akhir perjalanannya, dia pasti akan mengakui bahawa definisi suhu sebagai parameter sistem terma boleh balik, yang tidak bergantung pada jenis bahan kerja, tidak akan menambah kejelasan kepada perasaan konsep ini. Walau bagaimanapun, bahagian yang boleh dilihat adalah beberapa darjah yang diterima oleh sistem unit antarabangsa (SI).
Suhu sebagai tenaga kinetik
Lebih "ketara" ialah pendekatan yang dipanggil teori kinetik molekul. Ia membentuk idea bahawa haba dianggap sebagai salah satu bentuk tenaga. Sebagai contoh, tenaga kinetik molekul dan atom, parameter yang dipuratakan ke atas sejumlah besar zarah yang bergerak secara rawak, ternyata menjadi ukuran apa yang biasa dipanggil suhu badan. Oleh itu, zarah sistem yang dipanaskan bergerak lebih cepat daripada yang sejuk.
Memandangkan istilah yang dipertimbangkan berkait rapat dengan tenaga kinetik purata sekumpulan zarah, adalah wajar untuk menggunakan joule sebagai unit suhu. Walau bagaimanapun, ini tidak berlaku, yang dijelaskan oleh fakta bahawa tenaga gerakan haba asaszarah adalah sangat kecil berbanding joule. Oleh itu, penggunaannya menyusahkan. Pergerakan terma diukur dalam unit yang diperoleh daripada joule dengan menggunakan faktor penukaran khas.
Unit suhu
Hari ini, tiga unit asas digunakan untuk memaparkan parameter ini. Di negara kita, suhu biasanya diukur dalam darjah Celsius. Unit ukuran ini adalah berdasarkan takat beku air - nilai mutlak. Dia adalah titik permulaan. Iaitu, suhu air di mana ais mula terbentuk adalah sifar. Dalam kes ini, air berfungsi sebagai ukuran teladan. Konvensyen ini telah diterima pakai untuk kemudahan. Nilai mutlak kedua ialah suhu wap, iaitu, saat air berubah daripada keadaan cecair kepada keadaan gas.
Unit seterusnya ialah Kelvin. Titik rujukan sistem ini dianggap sebagai titik sifar mutlak. Jadi, satu darjah Kelvin adalah sama dengan satu darjah Celsius. Perbezaannya hanyalah permulaan kira detik. Kami mendapat bahawa sifar dalam Kelvin akan sama dengan tolak 273.16 darjah Celsius. Pada tahun 1954, pada Persidangan Agung mengenai Timbang dan Sukat, telah diputuskan untuk menggantikan istilah "darjah Kelvin" untuk unit suhu dengan "kelvin".
Unit ukuran biasa ketiga ialah Fahrenheit. Sehingga tahun 1960, ia digunakan secara meluas di semua negara berbahasa Inggeris. Walau bagaimanapun, hari ini dalam kehidupan seharian di Amerika Syarikat menggunakan unit ini. Sistem ini pada asasnya berbeza daripada yang diterangkan di atas. Diambil sebagai titik permulaantakat beku campuran garam, ammonia dan air dalam nisbah 1:1:1. Jadi, pada skala Fahrenheit, takat beku air ditambah 32 darjah, dan takat didih ditambah 212 darjah. Dalam sistem ini, satu darjah adalah sama dengan 1/180 daripada perbezaan antara suhu ini. Jadi, julat dari 0 hingga +100 darjah Fahrenheit sepadan dengan julat dari -18 hingga +38 Celsius.
Suhu sifar mutlak
Mari kita fahami maksud parameter ini. Sifar mutlak ialah suhu mengehadkan di mana tekanan gas ideal hilang pada isipadu tetap. Ini adalah nilai paling rendah dalam alam semula jadi. Seperti yang diramalkan oleh Mikhailo Lomonosov, "ini adalah tahap sejuk yang paling hebat atau terakhir." Hukum kimia Avogadro berikutan daripada ini: isipadu gas yang sama pada suhu dan tekanan yang sama mengandungi bilangan molekul yang sama. Apa yang berikut daripada ini? Terdapat suhu minimum gas di mana tekanan atau isipadunya hilang. Nilai mutlak ini sepadan dengan sifar Kelvin, atau 273 darjah Celsius.
Beberapa fakta menarik tentang sistem suria
Suhu di permukaan Matahari mencapai 5700 Kelvin, dan di tengah teras - 15 juta Kelvin. Planet-planet sistem suria sangat berbeza antara satu sama lain dari segi tahap pemanasan. Jadi, suhu teras Bumi kita adalah lebih kurang sama seperti di permukaan Matahari. Musytari dianggap sebagai planet paling panas. Suhu di pusat terasnya adalah lima kali lebih tinggi daripada di permukaan Matahari. Dan inilah nilai terendah parameterdirekodkan di permukaan bulan - ia hanya 30 kelvin. Nilai ini lebih rendah daripada di permukaan Pluto.
Fakta Bumi
1. Suhu tertinggi yang direkodkan oleh seseorang ialah 4 bilion darjah Celsius. Nilai ini adalah 250 kali lebih tinggi daripada suhu teras Matahari. Rekod itu dibuat oleh New York Brookhaven Natural Laboratory dalam pelanggar ion, yang panjangnya kira-kira 4 kilometer.
2. Suhu di planet kita juga tidak selalunya ideal dan selesa. Sebagai contoh, di bandar Verkhnoyansk di Yakutia, suhu pada musim sejuk turun kepada tolak 45 darjah Celsius. Tetapi di bandar Dallol di Habsyah, keadaan menjadi terbalik. Di sana, purata suhu tahunan adalah ditambah 34 darjah.
3. Keadaan paling ekstrem di mana orang bekerja direkodkan di lombong emas di Afrika Selatan. Penambang bekerja pada kedalaman tiga kilometer pada suhu ditambah 65 darjah Celsius.
