Apakah suhu? Apakah suhu? Unit suhu ialah darjah. Suhu wap dan gas Suhu ialah kuantiti fizik yang mencirikan keadaan

Pelan:

pengenalan

• 1 Definisi termodinamik
  • 1.1 Sejarah pendekatan termodinamik
• 2 Penentuan suhu dalam fizik statistik
• 3 Pengukuran suhu
• 4 Unit suhu dan skala
  • 4.1 Skala suhu Kelvin
  • Skala 4.2 Celsius
  • 4.3 Fahrenheit
• 5 Tenaga gerakan haba pada sifar mutlak
  • 5.1 Suhu dan sinaran
  • 5.2 Skala Reaumur
• 6 Peralihan daripada skala yang berbeza
• 7 Perbandingan skala suhu
• 8 Ciri-ciri peralihan fasa
• 9 Fakta menarik
Nota
kesusasteraan

pengenalan

Suhu(dari lat. suhu- pencampuran yang betul, keadaan normal) ialah kuantiti fizik skalar yang mencirikan purata tenaga kinetik zarah sistem makroskopik dalam keadaan keseimbangan termodinamik setiap satu darjah kebebasan.

Ukuran suhu bukanlah pergerakan itu sendiri, tetapi sifat huru-hara pergerakan ini. Rawak keadaan badan menentukan keadaan suhunya, dan idea ini (yang pertama kali dibangunkan oleh Boltzmann) bahawa keadaan suhu tertentu badan tidak sama sekali ditentukan oleh tenaga pergerakan, tetapi oleh rawak pergerakan ini , adalah konsep baharu dalam penerangan fenomena suhu yang mesti kita gunakan. ..

(P. L. Kapitsa)

Dalam Sistem Unit Antarabangsa (SI), suhu termodinamik adalah salah satu daripada tujuh unit asas dan dinyatakan dalam kelvin. Kuantiti SI terbitan, yang mempunyai nama khas, termasuk suhu Celsius, diukur dalam darjah Celsius. Dalam amalan, darjah Celsius sering digunakan kerana hubungan sejarahnya dengan ciri penting air - takat lebur ais (0 °C) dan takat didih (100 °C). Ini mudah kerana kebanyakan proses iklim, proses dalam hidupan liar, dll. dikaitkan dengan julat ini. Perubahan suhu satu darjah Celsius bersamaan dengan perubahan suhu satu Kelvin. Oleh itu, selepas pengenalan definisi baru Kelvin pada tahun 1967, takat didih air tidak lagi memainkan peranan sebagai titik rujukan malar dan, seperti yang ditunjukkan oleh pengukuran yang tepat, ia tidak lagi bersamaan dengan 100 °C, tetapi hampir kepada 99.975. °C.

Terdapat juga skala Fahrenheit dan beberapa yang lain.

1. Definisi termodinamik

Kewujudan keadaan keseimbangan dipanggil kedudukan awal pertama termodinamik. Kedudukan awal kedua termodinamik ialah pernyataan bahawa keadaan keseimbangan dicirikan oleh kuantiti tertentu, yang, apabila sentuhan terma dua sistem keseimbangan, menjadi sama bagi mereka sebagai hasil daripada pertukaran tenaga. Kuantiti ini dipanggil suhu.

1.1. Sejarah pendekatan termodinamik

Perkataan "suhu" timbul pada zaman itu apabila orang percaya bahawa lebih banyak badan yang dipanaskan mengandungi lebih banyak bahan khas - kalori - daripada yang kurang panas. Oleh itu, suhu dianggap sebagai kekuatan campuran bahan badan dan kalori. Atas sebab ini, unit ukuran untuk kekuatan minuman beralkohol dan suhu dipanggil sama - darjah.

Dalam keadaan keseimbangan, suhu mempunyai nilai yang sama untuk semua bahagian makroskopik sistem. Jika dua jasad dalam sistem mempunyai suhu yang sama, maka tiada pemindahan tenaga kinetik zarah (haba) di antara mereka. Sekiranya terdapat perbezaan suhu, maka haba bergerak dari jasad dengan suhu yang lebih tinggi ke jasad dengan suhu yang lebih rendah, kerana jumlah entropi meningkat.

Suhu juga dikaitkan dengan sensasi subjektif "hangat" dan "sejuk", berkaitan sama ada tisu hidup mengeluarkan atau menerima haba.

Sesetengah sistem mekanikal kuantum mungkin berada dalam keadaan di mana entropi tidak meningkat tetapi berkurangan dengan penambahan tenaga, yang secara rasmi sepadan dengan suhu mutlak negatif. Walau bagaimanapun, keadaan sedemikian bukanlah "di bawah sifar mutlak", tetapi "di atas infiniti", kerana apabila sistem sedemikian bersentuhan dengan badan dengan suhu positif, tenaga dipindahkan dari sistem ke badan, dan bukan sebaliknya (untuk butiran lanjut, lihat Termodinamik Kuantum).

Sifat-sifat suhu dikaji oleh cabang fizik - termodinamik. Suhu juga memainkan peranan penting dalam banyak bidang sains, termasuk cabang fizik lain, serta kimia dan biologi.

2. Penentuan suhu dalam fizik statistik

Dalam fizik statistik, suhu ditentukan oleh formula

di mana S ialah entropi, E ialah tenaga bagi sistem termodinamik. Nilai T yang diperkenalkan dengan cara ini adalah sama untuk jasad yang berbeza pada keseimbangan termodinamik. Apabila dua jasad bersentuhan, jasad dengan nilai T yang besar akan memindahkan tenaga kepada yang lain.

3. Pengukuran suhu

Untuk mengukur suhu termodinamik, parameter termodinamik tertentu bahan termometrik dipilih. Perubahan dalam parameter ini jelas dikaitkan dengan perubahan suhu. Contoh klasik termometer termodinamik ialah termometer gas, di mana suhu ditentukan dengan mengukur tekanan gas dalam silinder isipadu tetap. Sinaran mutlak, bunyi bising dan termometer akustik juga diketahui.

Termometer termodinamik adalah unit yang sangat kompleks yang tidak boleh digunakan untuk tujuan praktikal. Oleh itu, kebanyakan pengukuran dibuat menggunakan termometer praktikal, yang kedua, kerana ia tidak boleh mengaitkan sebarang sifat bahan dengan suhu secara langsung. Untuk mendapatkan fungsi interpolasi, ia mesti ditentukur pada titik rujukan pada skala suhu antarabangsa. Termometer praktikal yang paling tepat ialah termometer rintangan platinum. Alat pengukur suhu selalunya ditentukur pada skala relatif - Celsius atau Fahrenheit.

Dalam amalan, suhu juga diukur

• termometer cecair dan mekanikal,
• termokopel,
• termometer rintangan,

• termometer gas,
• pyrometer.

Kaedah terkini untuk mengukur suhu telah dibangunkan, berdasarkan pengukuran parameter sinaran laser.

4. Unit dan skala pengukuran suhu

Oleh kerana suhu ialah tenaga kinetik molekul, adalah jelas bahawa adalah paling semula jadi untuk mengukurnya dalam unit tenaga (iaitu, dalam sistem SI dalam joule). Walau bagaimanapun, pengukuran suhu bermula lama sebelum penciptaan teori kinetik molekul, jadi skala praktikal mengukur suhu dalam unit konvensional - darjah.

4.1. Skala suhu Kelvin

Konsep suhu mutlak telah diperkenalkan oleh W. Thomson (Kelvin), dan oleh itu skala suhu mutlak dipanggil skala Kelvin atau skala suhu termodinamik. Unit suhu mutlak ialah kelvin (K).

Skala suhu mutlak dipanggil sedemikian kerana ukuran keadaan dasar bagi had bawah suhu adalah sifar mutlak, iaitu, suhu terendah yang mungkin, pada dasarnya, adalah mustahil untuk mengekstrak tenaga haba daripada bahan.

Sifar mutlak ditakrifkan sebagai 0 K, yang sama dengan -273.15 °C (tepat).

Skala suhu Kelvin ialah skala yang bermula pada sifar mutlak.

Amat penting ialah pembangunan, berdasarkan skala termodinamik Kelvin, skala praktikal Antarabangsa berdasarkan titik rujukan - peralihan fasa bahan tulen yang ditentukan oleh kaedah termometri primer. Skala suhu antarabangsa pertama telah diterima pakai pada tahun 1927 oleh ITS-27. Sejak tahun 1927, skala telah ditakrifkan semula beberapa kali (MTSh-48, MPTS-68, MTSh-90): suhu rujukan dan kaedah interpolasi telah berubah, tetapi prinsipnya tetap sama - asas skala adalah satu set peralihan fasa bahan tulen dengan nilai suhu termodinamik tertentu dan instrumen interpolasi yang ditentukur pada titik ini. Skala ITS-90 sedang berkuat kuasa. Dokumen utama (Peraturan pada skala) menetapkan definisi Kelvin, nilai suhu peralihan fasa (titik rujukan) dan kaedah interpolasi.

Skala suhu yang digunakan dalam kehidupan seharian - kedua-dua Celsius dan Fahrenheit (digunakan terutamanya di Amerika Syarikat) - tidak mutlak dan oleh itu menyusahkan apabila menjalankan eksperimen dalam keadaan di mana suhu jatuh di bawah takat beku air, itulah sebabnya suhu mesti dinyatakan negatif nombor. Untuk kes sedemikian, skala suhu mutlak telah diperkenalkan.

Satu daripadanya dipanggil skala Rankine, dan yang lain ialah skala termodinamik mutlak (skala Kelvin); suhu mereka diukur dalam darjah Rankine (°Ra) dan kelvin (K), masing-masing. Kedua-dua skala bermula pada suhu sifar mutlak. Mereka berbeza kerana harga satu bahagian pada skala Kelvin adalah sama dengan harga bahagian pada skala Celsius, dan harga satu bahagian pada skala Rankine adalah bersamaan dengan harga pembahagian termometer dengan skala Fahrenheit. Takat beku air pada tekanan atmosfera standard sepadan dengan 273.15 K, 0 °C, 32 °F.

Skala Kelvin terikat pada titik tiga air (273.16 K), dan pemalar Boltzmann bergantung padanya. Ini menimbulkan masalah dengan ketepatan tafsiran pengukuran suhu tinggi. BIPM kini sedang mempertimbangkan kemungkinan untuk beralih kepada definisi baharu Kelvin dan menetapkan pemalar Boltzmann, dan bukannya merujuk kepada suhu titik tiga. .

4.2. Celcius

Dalam teknologi, perubatan, meteorologi dan dalam kehidupan seharian, skala Celsius digunakan, di mana suhu titik tiga air ialah 0.008 °C, dan, oleh itu, titik beku air pada tekanan 1 atm ialah 0 ° C. Pada masa ini, skala Celsius ditentukan melalui skala Kelvin: harga satu bahagian pada skala Celsius adalah sama dengan harga bahagian pada skala Kelvin, t(°C) = T(K) - 273.15. Oleh itu, takat didih air, yang pada asalnya dipilih oleh Celsius sebagai titik rujukan 100 °C, telah kehilangan kepentingannya, dan anggaran moden meletakkan takat didih air pada tekanan atmosfera biasa pada kira-kira 99.975 °C. Skala Celsius secara praktikal sangat mudah, kerana air sangat meluas di planet kita dan kehidupan kita berdasarkannya. Sifar Celsius adalah titik khas untuk meteorologi kerana ia dikaitkan dengan pembekuan air atmosfera. Skala ini dicadangkan oleh Anders Celsius pada tahun 1742.

4.3. Fahrenheit

Di England dan terutamanya di Amerika Syarikat, skala Fahrenheit digunakan. Sifar darjah Celsius ialah 32 darjah Fahrenheit, dan darjah Fahrenheit ialah 9/5 darjah Celsius.

Takrif semasa skala Fahrenheit adalah seperti berikut: ia ialah skala suhu di mana 1 darjah (1 °F) bersamaan dengan 1/180 perbezaan antara takat didih air dan suhu lebur ais pada tekanan atmosfera, dan takat lebur ais ialah +32 °F. Suhu pada skala Fahrenheit berkaitan dengan suhu pada skala Celsius (t °C) dengan nisbah t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32. Dicadangkan oleh G. Fahrenheit pada tahun 1724 .

5. Tenaga gerakan haba pada sifar mutlak

Apabila jirim menyejuk, banyak bentuk tenaga haba dan kesan yang berkaitan dengannya secara serentak berkurangan dalam magnitud. Jirim bergerak daripada keadaan yang kurang teratur kepada keadaan yang lebih teratur.

... konsep moden sifar mutlak bukanlah konsep rehat mutlak; sebaliknya, pada sifar mutlak boleh ada pergerakan - dan ia wujud, tetapi ia adalah keadaan tertib lengkap ...

P. L. Kapitsa (Sifat helium cecair)

Gas bertukar menjadi cecair dan kemudian mengkristal menjadi pepejal (helium, walaupun pada sifar mutlak, kekal dalam keadaan cair pada tekanan atmosfera). Pergerakan atom dan molekul menjadi perlahan, tenaga kinetiknya berkurangan. Rintangan kebanyakan logam berkurangan disebabkan oleh penurunan dalam penyerakan elektron pada atom kekisi kristal yang bergetar dengan amplitud yang lebih rendah. Oleh itu, walaupun pada sifar mutlak, elektron pengaliran bergerak antara atom dengan kelajuan Fermi urutan 1 × 10 6 m/s.

Suhu di mana zarah jirim mempunyai jumlah pergerakan minimum, hanya dikekalkan disebabkan oleh gerakan mekanikal kuantum, ialah suhu sifar mutlak (T = 0K).

Suhu sifar mutlak tidak boleh dicapai. Suhu terendah (450 ± 80) × 10 −12 K kondensat Bose-Einstein atom natrium diperolehi pada tahun 2003 oleh penyelidik dari MIT. Dalam kes ini, puncak sinaran haba terletak di kawasan panjang gelombang urutan 6400 km, iaitu, kira-kira jejari Bumi.

5.1. Suhu dan sinaran

Tenaga yang dipancarkan oleh jasad adalah berkadar dengan kuasa keempat suhunya. Jadi, pada 300 K, sehingga 450 watt dipancarkan dari satu meter persegi permukaan. Ini menjelaskan, sebagai contoh, penyejukan permukaan bumi pada waktu malam di bawah suhu ambien. Tenaga sinaran badan hitam mutlak diterangkan oleh undang-undang Stefan-Boltzmann

5.2. Skala Reaumur

Dicadangkan pada tahun 1730 oleh R. A. Reaumur, yang menggambarkan termometer alkohol yang dia cipta.

Unitnya ialah darjah Reaumur (°R), 1 °R bersamaan dengan 1/80 selang suhu antara titik rujukan - suhu lebur ais (0 °R) dan takat didih air (80 °R)

1 °R = 1.25 °C.

Pada masa ini, skala telah tidak digunakan; ia bertahan paling lama di Perancis, tanah air pengarang.

6. Peralihan daripada skala yang berbeza

7. Perbandingan skala suhu

¹ Purata suhu badan manusia biasa ialah 36.6 °C ±0.7 °C, atau 98.2 °F ±1.3 °F. Nilai yang biasa disebut 98.6 °F ialah penukaran tepat kepada Fahrenheit daripada nilai Jerman abad ke-19 sebanyak 37 °C. Walau bagaimanapun, nilai ini tidak berada dalam julat purata suhu badan manusia biasa, kerana suhu bahagian badan yang berlainan adalah berbeza.

Beberapa nilai dalam jadual ini telah dibundarkan.

8. Ciri-ciri peralihan fasa

Untuk menerangkan titik peralihan fasa pelbagai bahan, nilai suhu berikut digunakan:

• Suhu lebur
• Suhu mendidih
• Suhu penyepuhlindapan
• Suhu pensinteran
• Suhu sintesis
• Suhu udara
• Suhu tanah
• Suhu homolog
• Titik tiga kali ganda
• Suhu Debye (Suhu ciri)
• Suhu kari

9. Fakta menarik

Suhu terendah di Bumi sehingga 1910 −68, Verkhoyansk

• Suhu tertinggi yang dicipta oleh manusia, ~10 trilion. K (yang setanding dengan suhu Alam Semesta pada saat pertama hayatnya) dicapai pada tahun 2010 semasa perlanggaran ion plumbum yang dipercepatkan kepada kelajuan hampir cahaya. Eksperimen telah dijalankan di Large Hadron Collider
• Suhu tertinggi secara teori mungkin ialah suhu Planck. Suhu yang lebih tinggi tidak boleh wujud kerana semuanya bertukar menjadi tenaga (semua zarah subatom akan runtuh). Suhu ini lebih kurang 1.41679(11)×10 32 K (kira-kira 142 bukan bilion K).
• Suhu terendah yang dicipta oleh manusia diperoleh pada tahun 1995 oleh Eric Cornell dan Carl Wieman dari Amerika Syarikat dengan menyejukkan atom rubidium. . Ia melebihi sifar mutlak kurang daripada 1/170 bilion daripada pecahan K (5.9 × 10 −12 K).
• Permukaan Matahari mempunyai suhu kira-kira 6000 K.
• Benih tumbuhan yang lebih tinggi kekal berdaya maju selepas menyejukkan hingga -269 °C.

Nota

1. GOST 8.417-2002. UNIT KUANTITI - nolik.ru/systems/gost.htm
2. Konsep suhu - temperatures.ru/mtsh/mtsh.php?page=1
3. I. P. Bazarov. Termodinamik, M., Sekolah Tinggi, 1976, hlm. 13-14.
4. Platinum - temperatures.ru/mtsh/mtsh.php?page=81 termometer rintangan - peranti utama MTSH-90.
5. Termometer laser - temperatures.ru/newmet/newmet.php?page=0
6. Titik rujukan MTSH-90 - temperatures.ru/mtsh/mtsh.php?page=3
7. Pembangunan definisi baharu Kelvin - temperatures.ru/kelvin/kelvin.php?page=2
8. D. A. Parshin, G. G. Zegrya Titik kritikal. Sifat bahan dalam keadaan kritikal. Titik tiga kali ganda. Peralihan fasa jenis kedua. Kaedah untuk mendapatkan suhu rendah. - edu.ioffe.spb.ru/edu/thermodinamics/lect11h.pdf. Termodinamik statistik. Kuliah 11. Universiti Akademik St.
9. Mengenai pelbagai ukuran suhu badan - hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml (Bahasa Inggeris)
10. Berita BBC - Large Hadron Collider (LHC) menjana "mini-Big Bang" - www.bbc.co.uk/news/science-environment-11711228
11. Segala-galanya tentang segala-galanya. Rekod suhu - tem-6.narod.ru/weather_record.html
12. Keajaiban sains - www.seti.ee/ff/34gin.swf

kesusasteraan

• B. I. Spassky Sejarah fizik Bahagian I - osnovanija.narod.ru/History/Spas/T1_1.djvu. - Moscow: "Sekolah Tinggi", 1977.
• Sivukhin D.V. Termodinamik dan fizik molekul. - Moscow: "Sains", 1990.

Paradoksnya ialah untuk mengukur suhu dalam kehidupan seharian, industri, dan juga dalam sains gunaan, anda tidak perlu mengetahui apa itu "suhu". Idea yang agak samar bahawa "suhu adalah darjah pemanasan mayat." Malah, kebanyakan instrumen praktikal untuk mengukur suhu sebenarnya mengukur sifat bahan lain yang berbeza dengan tahap pemanasan ini, seperti tekanan, isipadu, rintangan elektrik, dsb. Kemudian bacaan mereka secara automatik atau manual ditukar kepada unit suhu.

Orang dan pelajar yang ingin tahu yang sama ada mahu atau terpaksa memikirkan suhu yang biasanya jatuh ke dalam unsur termodinamik dengan hukum sifar, pertama dan kedua, kitaran Carnot dan entropi. Perlu diakui bahawa takrif suhu sebagai parameter enjin haba boleh balik yang ideal, bebas daripada bahan kerja, biasanya tidak menambah kejelasan kepada pengertian kita tentang konsep "suhu".

Lebih "ketara" nampaknya pendekatan yang dipanggil teori kinetik molekul, dari mana idea terbentuk bahawa haba boleh dianggap hanya sebagai salah satu bentuk tenaga, iaitu tenaga kinetik atom dan molekul. Nilai ini, dipuratakan ke atas sejumlah besar zarah yang bergerak secara rawak, ternyata menjadi ukuran apa yang dipanggil suhu badan. Zarah badan yang dipanaskan bergerak lebih cepat daripada zarah badan yang sejuk.

Memandangkan konsep suhu berkait rapat dengan tenaga kinetik purata zarah, adalah wajar untuk menggunakan joule sebagai unit ukurannya. Walau bagaimanapun, tenaga pergerakan haba zarah adalah sangat kecil berbanding dengan joule, jadi penggunaan kuantiti ini menyusahkan. Pergerakan terma diukur dalam unit lain, yang diperoleh daripada joule melalui faktor penukaran "k".

Jika suhu T diukur dalam kelvin (K), maka hubungannya dengan tenaga kinetik purata gerakan translasi atom bagi gas ideal mempunyai bentuk

E k = (3/2) kT, (1)

di mana k- faktor penukaran yang menentukan bahagian joule yang terkandung dalam kelvin. Magnitud k dipanggil pemalar Boltzmann.

Memandangkan tekanan juga boleh dinyatakan dari segi tenaga purata pergerakan molekul

p=(2/3)n E k (2)

di mana n = N/V, V- isipadu yang diduduki oleh gas, N- jumlah bilangan molekul dalam isipadu ini

Persamaan keadaan bagi gas ideal ialah:

p = n kT

Jika jumlah bilangan molekul diwakili sebagai N = µN A, Di mana µ - bilangan mol gas, N A- Nombor Avagadro, iaitu bilangan zarah setiap mol, anda boleh mendapatkan persamaan Clapeyron-Mendeleev yang terkenal:

pV = µ RT, di mana R - pemalar gas molar R= N A .k

atau untuk satu tahi lalat pV = N A . kT(3)

Oleh itu, suhu ialah parameter yang diperkenalkan secara buatan ke dalam persamaan keadaan. Dengan menggunakan persamaan keadaan, suhu termodinamik T boleh ditentukan jika semua parameter dan pemalar lain diketahui. Daripada takrifan suhu ini adalah jelas bahawa nilai T akan bergantung pada pemalar Boltzmann. Bolehkah kita memilih nilai arbitrari untuk pekali perkadaran ini dan kemudian bergantung padanya? Tidak. Lagipun, kita boleh mendapatkan nilai sewenang-wenangnya untuk titik tiga kali ganda air, manakala kita sepatutnya memperoleh nilai 273.16 K! Timbul persoalan - kenapa betul-betul 273.16 K?

Sebab untuk ini adalah semata-mata sejarah, bukan fizikal. Hakikatnya ialah dalam skala suhu pertama, nilai tepat digunakan untuk dua keadaan air sekaligus - titik pemejalan (0 ° C) dan takat didih (100 ° C). Ini adalah nilai sewenang-wenang yang dipilih untuk kemudahan. Memandangkan darjah Celsius adalah sama dengan darjah Kelvin dan mengukur suhu termodinamik dengan termometer gas yang ditentukur pada titik ini, kami memperoleh nilai 273.15 °C untuk sifar mutlak (0 °K) dengan kaedah ekstrapolasi. Sudah tentu, nilai ini hanya boleh dianggap tepat jika ukuran dengan termometer gas benar-benar tepat. Ini adalah salah. Oleh itu, dengan menetapkan nilai 273.16 K untuk titik tiga air, dan mengukur takat didih air dengan termometer gas yang lebih maju, anda boleh memperoleh nilai yang sedikit berbeza untuk mendidih dari 100 ° C. Sebagai contoh, kini nilai paling realistik ialah 99.975 °C. Dan ini hanya kerana kerja awal dengan termometer gas memberikan nilai yang salah untuk sifar mutlak. Oleh itu, kita sama ada menetapkan sifar mutlak atau selang 100 °C antara pemejalan dan takat didih air. Jika kita menetapkan selang dan mengulangi ukuran untuk mengekstrapolasi kepada sifar mutlak, kita mendapat -273.22 °C.

Pada tahun 1954, CIPM menerima pakai resolusi mengenai peralihan kepada definisi baharu Kelvin, yang tidak ada kena mengena dengan selang 0 -100 °C. Ia sebenarnya menetapkan nilai 273.16 K (0.01 °C) kepada takat tiga kali ganda air dan "biarkan takat didih air terapung dengan bebas" pada kira-kira 100 °C. Daripada "darjah Kelvin" untuk unit suhu, hanya "kelvin" diperkenalkan.

Daripada formula (3) ia mengikuti bahawa dengan memberikan nilai tetap 273.16 K kepada T dalam keadaan sistem yang stabil dan boleh dihasilkan semula dengan baik sebagai titik tiga air, nilai pemalar k boleh ditentukan secara eksperimen. Sehingga baru-baru ini, nilai eksperimen yang paling tepat bagi pemalar Boltzmann k diperoleh dengan kaedah gas yang sangat jarang.

Terdapat kaedah lain untuk mendapatkan pemalar Boltzmann, berdasarkan penggunaan undang-undang yang merangkumi parameter kT.

Ini ialah undang-undang Stefan-Boltzmann, mengikut mana jumlah tenaga sinaran haba E(T) ialah fungsi kuasa keempat bagi CT.
Persamaan yang mengaitkan kuasa dua kelajuan bunyi dalam gas ideal kepada 0 2 pergantungan linear dengan CT.
Persamaan untuk voltan hingar purata kuasa dua pada rintangan elektrik V 2, juga bergantung secara linear pada CT.

Pemasangan untuk melaksanakan kaedah penentuan di atas CT dipanggil termometri mutlak atau instrumen termometri primer.

Oleh itu, terdapat banyak konvensyen dalam menentukan nilai suhu dalam kelvin dan bukannya dalam joule. Perkara utama ialah pekali perkadaran itu sendiri k antara suhu dan unit tenaga tidak tetap. Ia bergantung pada ketepatan pengukuran termodinamik yang boleh dicapai pada masa ini. Pendekatan ini tidak begitu mudah untuk termometer primer, terutamanya yang beroperasi dalam julat suhu yang jauh dari titik tiga. Bacaan mereka akan bergantung kepada perubahan dalam nilai pemalar Boltzmann.

Setiap perubahan dalam skala suhu antarabangsa praktikal adalah hasil penyelidikan saintifik oleh pusat metrologi di seluruh dunia. Pengenalan edisi baharu skala suhu mempengaruhi penentukuran semua alat pengukur suhu.

Setiap orang menghadapi 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 . Apakah suhu, apakah maksud parameter fizikal ini, bagaimana ia diukur? Kami akan menjawab soalan ini dan soalan lain dalam artikel.

Kuantiti fizikal

Mari kita lihat apakah suhu dari sudut pandangan sistem terpencil dalam keseimbangan termodinamik. Istilah ini berasal dari bahasa Latin dan bermaksud "campuran yang betul", "keadaan normal", "perkadaran". Kuantiti 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 adalah postulat pertama (hukum sifar) termodinamik.

Suhu menentukan taburan zarah konstituen sistem mengikut tahap tenaga dan kelajuan, tahap pengionan bahan, sifat sinaran elektromagnet keseimbangan badan, dan jumlah ketumpatan sinaran isipadu. Oleh kerana untuk sistem yang berada dalam keseimbangan termodinamik, parameter yang disenaraikan adalah sama, ia biasanya dipanggil suhu sistem.

Plasma

Sebagai tambahan kepada badan keseimbangan, terdapat sistem di mana keadaan dicirikan oleh beberapa nilai suhu yang tidak sama antara satu sama lain. Contoh yang baik ialah plasma. Ia terdiri daripada elektron (zarah bercas ringan) dan ion (zarah bercas berat). Apabila mereka berlanggar, pemindahan tenaga yang cepat berlaku 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, adalah mungkin untuk menganggap suhu berasingan untuk setiap jenis zarah. Walau bagaimanapun, parameter ini akan berbeza antara satu sama lain.

Magnet

Dalam badan di mana zarah mempunyai momen magnet, pemindahan tenaga biasanya berlaku perlahan-lahan: daripada translasi kepada darjah kebebasan magnet, yang dikaitkan dengan kemungkinan menukar arah momen. Ternyata terdapat keadaan di mana badan dicirikan oleh suhu yang tidak bertepatan dengan parameter kinetik. Ia sepadan dengan gerakan ke hadapan zarah asas. Suhu magnet menentukan sebahagian daripada tenaga dalaman. Ia boleh menjadi positif dan negatif. Semasa proses penyamaan, tenaga akan dipindahkan daripada zarah dengan suhu yang lebih tinggi kepada zarah dengan suhu yang lebih rendah jika kedua-duanya positif atau negatif. Dalam keadaan yang bertentangan, proses ini akan diteruskan ke arah yang bertentangan - suhu negatif akan "lebih tinggi" daripada yang positif.

Mengapa ini perlu?

Paradoksnya ialah orang biasa, untuk menjalankan proses pengukuran dalam kehidupan seharian dan dalam industri, tidak perlu tahu apa itu suhu. Ia akan cukup 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 instrumen praktikal yang direka untuk mengukur parameter ini sebenarnya mengukur sifat bahan lain yang berubah bergantung pada tahap pemanasan atau penyejukan. Contohnya, tekanan, rintangan elektrik, isipadu, dsb. Selanjutnya, bacaan tersebut dikira semula secara manual atau automatik kepada nilai yang diperlukan.

Ternyata untuk menentukan suhu, tidak perlu belajar fizik. Kebanyakan penduduk planet kita hidup dengan prinsip ini. Jika TV berfungsi, maka tidak perlu 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 di setiap kawasan terdapat pakar yang boleh membaiki atau menyahpepijat sistem. Rata-rata orang tidak mahu memerah otaknya, kerana lebih baik menonton sinetron atau bola sepak di "kotak" sambil menghirup bir sejuk.

Dan saya ingin tahu

Tetapi ada orang, selalunya mereka adalah pelajar, yang, sama ada kerana ingin tahu atau kerana keperluan, terpaksa belajar fizik dan menentukan suhu sebenarnya. Akibatnya, dalam pencarian mereka, mereka mendapati diri mereka berada di dalam hutan termodinamik dan mengkaji hukum sifar, pertama dan kedua. Di samping itu, minda yang ingin tahu perlu memahami kitaran dan entropi Carnot. Dan pada akhir perjalanannya, dia mungkin akan mengakui bahawa mentakrifkan suhu sebagai parameter sistem terma boleh balik, yang tidak bergantung pada jenis bahan kerja, tidak akan menambah kejelasan kepada pengertian konsep ini. Dan semua yang sama, bahagian yang boleh dilihat akan menjadi beberapa darjah yang diterima oleh sistem unit antarabangsa (SI).

Suhu sebagai tenaga kinetik

Pendekatan yang lebih "ketara" dipanggil teori kinetik molekul. Daripadanya, idea terbentuk bahawa haba dianggap sebagai satu bentuk tenaga. Sebagai contoh, tenaga kinetik molekul dan atom, parameter yang dipuratakan ke atas sejumlah besar zarah yang bergerak secara huru-hara, ternyata menjadi ukuran apa yang biasa dipanggil suhu badan. Oleh itu, zarah dalam sistem yang dipanaskan bergerak lebih cepat daripada dalam sistem sejuk.

Oleh kerana istilah yang dipersoalkan berkait rapat dengan tenaga kinetik purata sekumpulan zarah, adalah wajar untuk menggunakan joule sebagai unit pengukuran suhu. Walau bagaimanapun, ini tidak berlaku, yang dijelaskan oleh fakta bahawa tenaga gerakan haba zarah asas adalah sangat kecil berbanding joule. Oleh itu, ia menyusahkan untuk digunakan. Pergerakan terma diukur dalam unit yang diperoleh daripada joule menggunakan faktor penukaran khas.

Unit suhu

Hari ini, tiga unit utama digunakan untuk memaparkan parameter ini. Di negara kita, suhu biasanya ditentukan dalam darjah Celsius. Unit ukuran ini adalah berdasarkan titik pemejalan air - nilai mutlak. Ia adalah titik permulaan. Iaitu, suhu air di mana ais mula terbentuk adalah sifar. Dalam kes ini, air berfungsi sebagai kayu ukur yang boleh dicontohi. 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 darjah Kelvin. Asal sistem ini dianggap sebagai titik sifar mutlak. Jadi, satu darjah Kelvin adalah sama dengan satu darjah Celsius. Satu-satunya perbezaan adalah titik permulaan. Kami mendapati bahawa sifar Kelvin akan sama dengan tolak 273.16 darjah Celsius. Pada tahun 1954, Persidangan Agung mengenai Timbang dan Sukat memutuskan untuk menggantikan istilah "kelvin" untuk unit suhu dengan "kelvin".

Unit ukuran ketiga yang diterima umum ialah darjah Fahrenheit. Sehingga tahun 1960, ia digunakan secara meluas di semua negara berbahasa Inggeris. Walau bagaimanapun, unit ini masih digunakan dalam kehidupan seharian di Amerika Syarikat. Sistem ini pada asasnya berbeza daripada yang diterangkan di atas. Suhu beku campuran garam, ammonia dan air dalam nisbah 1:1:1 diambil sebagai titik permulaan. 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. Oleh itu, julat dari 0 hingga +100 darjah Fahrenheit sepadan dengan julat dari -18 hingga +38 Celsius.

Suhu sifar mutlak

Mari kita fikirkan maksud parameter ini. Sifar mutlak ialah nilai suhu mengehadkan di mana tekanan gas ideal menjadi sifar untuk 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." Daripada ini mengikuti undang-undang kimia Avogadro: isipadu gas yang sama, tertakluk kepada suhu dan tekanan yang sama, mengandungi bilangan molekul yang sama. Apa yang berikut daripada ini? Terdapat suhu minimum gas di mana tekanan atau isipadunya menjadi sifar. 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-tengah teras - 15 juta Kelvin. Planet-planet sistem suria sangat berbeza antara satu sama lain dari segi tahap pemanasan. Oleh itu, 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. Tetapi nilai terendah parameter direkodkan di permukaan Bulan - ia hanya 30 Kelvin. Nilai ini lebih rendah daripada di permukaan Pluto.

Fakta tentang Bumi

1. Suhu tertinggi yang direkodkan oleh manusia ialah 4 bilion darjah Celsius. Nilai ini adalah 250 kali lebih tinggi daripada suhu teras Matahari. Rekod itu dibuat oleh Makmal Semula Jadi Brookhaven New York 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, Ethiopia, keadaannya adalah sebaliknya. Di sana suhu tahunan purata 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.

Suhu termodinamik

Suhu termodinamik(Bahasa Inggeris) suhu termodinamik, Jerman thermodynamis Suhu), atau suhu mutlak(Bahasa Inggeris) suhu mutlak, Jerman suhu mutlak) adalah satu-satunya fungsi keadaan sistem termodinamik yang mencirikan arah pertukaran haba spontan antara jasad (sistem).

Suhu termodinamik dilambangkan dengan huruf T (\displaystyle T), diukur dalam kelvin (ditandakan dengan K) dan diukur pada skala termodinamik mutlak (skala Kelvin). Skala termodinamik mutlak ialah skala asas dalam fizik dan dalam persamaan termodinamik.

Teori kinetik molekul, untuk bahagiannya, menghubungkan suhu mutlak dengan tenaga kinetik purata pergerakan translasi molekul gas ideal di bawah keadaan keseimbangan termodinamik:

1 2 m v ¯ 2 = 3 2 k T , (\splaystyle (\frac (1)(2))m(\bar (v))^(2)=(\frac (3)(2))kT,)

dengan m (\displaystyle m) ─ jisim molekul, v ¯ (\displaystyle (\bar (v))) ─ punca purata halaju kuasa dua bagi gerakan translasi molekul, T (\displaystyle T) ─ suhu mutlak, k (\displaystyle k ) ─ pemalar Boltzmann.

cerita

Pengukuran suhu telah melalui cara yang panjang dan sukar dalam perkembangannya. Memandangkan suhu tidak boleh diukur secara langsung, sifat badan termometrik, yang berfungsi bergantung pada suhu, digunakan untuk mengukurnya. Atas dasar ini, pelbagai skala suhu telah dibangunkan, yang dipanggil empirikal, dan suhu yang diukur dengan bantuan mereka dipanggil empirikal. Kelemahan ketara skala empirikal adalah kekurangan kesinambungan dan percanggahan antara nilai suhu untuk badan termometrik yang berbeza: kedua-duanya di antara titik rujukan dan di luarnya. Kekurangan kesinambungan skala empirikal adalah disebabkan oleh ketiadaan sifat bahan yang mampu mengekalkan sifatnya sepanjang julat keseluruhan suhu yang mungkin. Pada tahun 1848, Thomson (Lord Kelvin) mencadangkan memilih tahap skala suhu sedemikian rupa sehingga dalam hadnya kecekapan enjin haba yang ideal adalah sama. Selepas itu, pada tahun 1854, beliau mencadangkan menggunakan fungsi Carnot songsang untuk membina skala termodinamik bebas daripada sifat badan termometrik. Walau bagaimanapun, pelaksanaan praktikal idea ini ternyata mustahil. Pada permulaan abad ke-19, untuk mencari peranti "mutlak" untuk mengukur suhu, mereka kembali kepada idea termometer gas ideal berdasarkan undang-undang gas ideal Gay-Lussac dan Charles. Termometer gas adalah untuk masa yang lama satu-satunya cara untuk menghasilkan semula suhu mutlak. Arahan baharu dalam menghasilkan semula skala suhu mutlak adalah berdasarkan penggunaan persamaan Stefan-Boltzmann dalam termometri bukan sentuhan dan persamaan Harry (Harry) Nyquist dalam termometri sentuhan.

Asas fizikal untuk membina skala suhu termodinamik

1. Skala suhu termodinamik pada dasarnya boleh dibina berdasarkan teorem Carnot, yang menyatakan bahawa kecekapan enjin haba yang ideal tidak bergantung pada sifat bendalir kerja dan reka bentuk enjin, dan hanya bergantung pada suhu pemanas dan peti sejuk.

η = Q 1 − Q 2 Q 1 = T 1 − T 2 T 1 , (\displaystyle \eta =(\frac (Q_(1)-Q_(2))(Q_(1)))=(\frac ( T_(1)-T_(2))(T_(1))),)

di mana Q 1 (\displaystyle Q_(1)) ialah jumlah haba yang diterima oleh bendalir kerja (gas ideal) daripada pemanas, Q 2 (\displaystyle Q_(2)) ialah jumlah haba yang diberikan oleh bendalir kerja kepada peti sejuk, T 1 , T 2 ( \gaya paparan T_(1),T_(2)) - suhu pemanas dan peti sejuk, masing-masing.

Daripada persamaan di atas hubungan berikut berikut:

Q 1 Q 2 = T 1 T 2 . (\displaystyle (\frac (Q_(1))(Q_(2)))=(\frac (T_(1))(T_(2))).)

Hubungan ini boleh digunakan untuk membina suhu termodinamik mutlak. Jika salah satu proses isoterma kitar Carnot Q 3 (\displaystyle Q_(3)) dijalankan pada suhu titik tiga air (titik rujukan), tetapkan sewenang-wenangnya ─ T 3 = 273, 16 K, (\ gaya paparan T_(3)=273(, )16\,K,) maka sebarang suhu lain akan ditentukan oleh formula T = 273, 16 Q Q 3 (\displaystyle T=273(,)16(\frac (Q)( S_(3)))) . Skala suhu yang ditubuhkan dengan cara ini dipanggil skala Kelvin termodinamik. Malangnya, ketepatan mengukur jumlah haba adalah rendah, yang tidak membenarkan kaedah yang diterangkan di atas dilaksanakan dalam amalan.

2. Skala suhu mutlak boleh dibina jika gas ideal digunakan sebagai jasad termometrik. Malah, persamaan Clapeyron membayangkan hubungan itu

T = p V R . (\displaystyle T=(\frac (pV)(R)).)

Jika anda mengukur tekanan gas yang hampir dalam sifat kepada ideal, terletak di dalam bekas tertutup dengan isipadu tetap, maka dengan cara ini anda boleh mewujudkan skala suhu, yang dipanggil gas ideal. Kelebihan skala ini ialah tekanan gas ideal pada V = c o n s t (\displaystyle V=const) berbeza secara linear dengan suhu. Memandangkan gas yang sangat jarang ditemui agak berbeza dalam sifatnya daripada gas ideal, pelaksanaan skala gas ideal dikaitkan dengan kesukaran tertentu.

3. Pelbagai buku teks tentang termodinamik memberikan bukti bahawa suhu yang diukur pada skala gas ideal bertepatan dengan suhu termodinamik. Walau bagaimanapun, tempahan perlu dibuat: walaupun pada hakikatnya secara numerik skala termodinamik dan gas ideal adalah benar-benar serupa, dari sudut pandangan kualitatif terdapat perbezaan asas di antara mereka. Hanya skala termodinamik yang benar-benar bebas daripada sifat bahan termometrik.

4. Seperti yang telah ditunjukkan, pembiakan tepat skala termodinamik, serta skala gas ideal, penuh dengan kesukaran yang serius. Dalam kes pertama, adalah perlu untuk mengukur dengan teliti jumlah haba yang dibekalkan dan dikeluarkan dalam proses isoterma enjin haba yang ideal. Pengukuran seperti ini tidak tepat. Pengeluaran semula skala suhu termodinamik (gas ideal) dalam julat dari 10 hingga 1337 K boleh dilakukan menggunakan termometer gas. Pada suhu yang lebih tinggi, resapan gas sebenar melalui dinding tangki adalah ketara, dan pada suhu beberapa ribu darjah, gas poliatomik hancur menjadi atom. Pada suhu yang lebih tinggi, gas sebenar mengion dan bertukar menjadi plasma, yang tidak mematuhi persamaan Clapeyron. Suhu terendah yang boleh diukur dengan termometer gas yang diisi dengan helium pada tekanan rendah ialah 1 K. Untuk mengukur suhu di luar keupayaan termometer gas, kaedah pengukuran khas digunakan. Lihat butiran lanjut. Termometri.

Penentuan titik tuang

Gangguan utama dalam sistem bekalan bahan api pada suhu rendah dikaitkan dengan titik awan dan titik tuang bahan api. Tidak seperti petrol, bahan api diesel boleh mengandungi banyak hidrokarbon dengan takat lebur yang tinggi, terutamanya parafin (alkana) dan hidrokarbon aromatik.

Apabila suhu menurun, hidrokarbon yang paling cair akan keluar dari bahan api dalam bentuk kristal pelbagai bentuk, dan bahan api menjadi keruh. Suhu tertinggi di mana bahan api kehilangan ketelusannya dipanggil titik awan. Pada masa yang sama, bahan api tidak kehilangan sifat kecairannya. Nilai kelikatan meningkat sedikit dengan peningkatan suhu, bagaimanapun, kristal, menembusi melalui penapis kasar, membentuk filem yang tidak telap untuk bahan api pada penapis halus, yang membawa kepada terhenti dalam bekalan bahan api. Titik awan, sebagai peraturan, hendaklah 3-5 °C di bawah suhu ambien. Dengan penyejukan selanjutnya bahan api diesel, kristal individu bergabung menjadi bingkai yang meresap ke seluruh bahan api, mengikatnya. Bahan api kehilangan kecairannya.

Dengan penyejukan lebih lanjut bahan api, kristal hidrokarbon cair tinggi mula bersatu, membentuk kekisi spatial dalam sel di mana hidrokarbon cecair kekal. Kemudian struktur yang terhasil begitu kuat sehingga bahan api kehilangan kecairannya - ia menjadi pejal. Suhu tertinggi di mana bahan api kehilangan kecairan dipanggil titik tuang. Ia sepatutnya 8-12 °C di bawah suhu ambien. Titik tuang Suhu di mana bahan api diesel dituangkan ke dalam tabung uji, apabila disejukkan dalam keadaan tertentu, tidak mengubah kedudukan meniskus dalam masa 1 minit apabila tabung uji dicondongkan pada sudut 45° dari menegak dianggap (GOST 20287- 91). Titik tuang bahan api diesel adalah nilai bersyarat dan hanya berfungsi sebagai panduan untuk menentukan syarat untuk menggunakan bahan api.

peralatan: peranti untuk menentukan titik awan bahan api; tripod makmal; reagen untuk campuran penyejukan (ais garam untuk suhu sehingga tolak 20 °C; alkohol dan karbon dioksida - ais kering - untuk suhu di bawah tolak 20 °C); Tabung uji; sampel bahan api; asid sulfurik.

nasi. 2.3. Peranti untuk menentukan titik awan dan titik tuang bahan api: 1 - tabung uji luaran; 2 - tabung uji dalaman; 3 - palam; 4 - termometer; 5 - pengacau

Arahan kerja:

Intipati penentuan titik awan bahan api adalah untuk menyejukkannya secara mendalam dan melihat secara visual perubahan dalam keadaannya. Intipati penentuan titik tuang adalah untuk menyejukkan bahan api dalam-dalam sehingga kehilangan mobiliti.

1. Campurkan bahan api yang hendak diuji sebati dan tuangkan ke dalam tabung uji dalam sehingga tanda (40 mm dari bawah ada tanda). Tutup tabung uji dengan penyumbat gabus dan termometer. Masukkan termometer supaya bebola merkurinya berada di dalam tabung uji pada jarak 15 mm dari bawah dan jarak yang sama dari dinding.

2. Tuangkan bahan api ujian ke dalam tabung uji yang lain, yang digunakan sebagai standard ketelusan.

3. Isi bekas peranti dengan campuran penyejuk, tahap yang harus dikekalkan 30-40 mm di atas paras bahan api dalam tabung uji. Suhu campuran penyejuk semasa ujian mestilah sentiasa 15±2 °C di bawah suhu bahan api yang sedang diuji.

4. Selamatkan tiub dalam dengan bahan api dan termometer dalam tiub luar. Untuk mengelakkan pengasapan dinding dalaman, 0.5-1.0 ml asid sulfurik dituangkan di antara tabung uji.

5. Letakkan peranti yang dipasang ke dalam campuran penyejuk. Kacau bahan api sepanjang masa semasa menyejukkan.

6. 5 °C sebelum titik awan yang dijangkakan, keluarkan tabung uji daripada campuran penyejuk, lap dengan cepat dengan bulu kapas yang direndam dalam alkohol, dan bandingkan dengan standard. Tempoh penentuan perbandingan tidak lebih daripada 12 s.

7. Jika bahan api tidak berubah berbanding dengan piawaian telus, maka tabung uji sekali lagi diturunkan ke dalam bekas instrumen dan pemerhatian selanjutnya dilakukan setiap darjah, menurunkan suhu bahan api. Pemerhatian perbandingan dengan piawaian telus ini dijalankan sehingga bahan api mula berbeza daripada piawai, iaitu, apabila kekeruhan muncul di dalamnya. Apabila menentukan titik awan sampel bahan api yang tidak diketahui, mula-mula nyatakan nilai suhu ini lebih kurang dengan memerhatikan keadaan bahan api setiap 5 °C.

8. Untuk menentukan takat tuang bahan api mengikut titik 1 dan 2, sediakan alat dengan bahan api terdehidrasi ujian (menggunakan kalsium klorida yang baru dikalsinkan). Letakkan peranti yang disediakan di dalam bekas dengan penyejuk. Suhu campuran penyejuk hendaklah 5 °C di bawah takat tuang bahan api yang dijangkakan.

9. Tanpa mengeluarkannya daripada campuran penyejuk, condongkan peranti pada sudut 45° dan tahan dalam kedudukan ini selama satu minit, sehingga bahan api ujian dalam tabung uji mencapai suhu yang sepadan dengan titik tuangnya.

10. Keluarkan tabung uji daripada campuran penyejuk, lap dinding dengan bulu kapas yang direndam dalam alkohol, dan perhatikan sama ada meniskus bahan api telah beralih. Sekiranya meniskus tidak beralih, maka bahan api tetap beku, dan sebaliknya. Jika suhu bahan api tidak lebih kurang diketahui, ujian anjakan meniskus dijalankan setiap penurunan 5 °C dalam suhu bahan api. Dalam kes ini, suhu campuran dikekalkan 4-5° di bawah suhu bahan api. Selepas ujian, kembalikan peranti dan tempat kerja ke kedudukan asalnya. Bandingkan suhu yang terhasil dengan penunjuk GOST.

Penentuan nombor setana bahan api diesel dengan kaedah pengiraan

Keupayaan bahan api diesel untuk menyala sendiri dinilai oleh nombor setana (CN). Kaedah untuk menilai penyalaan sendiri bahan api untuk enjin diesel berkelajuan tinggi adalah serupa dengan kaedah untuk menilai rintangan letupan petrol. Dua hidrokarbon dipilih sebagai bahan api rujukan untuk menentukan penyalaan automatik: cetane C16H34 dan alphamethylnaphthalene C10H7CH3. Pencucuhan spontan hidrokarbon pertama secara konvensional diambil sebagai 100, yang kedua - sebagai 0. Dengan mencampurkannya, anda boleh mendapatkan campuran dengan pencucuhan spontan dari 0 hingga 100. Oleh itu, nombor setana dipanggil penunjuk bersyarat, secara berangka sama dengan peratusan setana dalam campurannya dengan alphamethylnaphthalene, yang dari segi penyalaan spontan sepadan dengan sampel ujian.

Nombor setana bahan api diesel ditentukan oleh kaedah kebetulan kilat (Rajah 2.4).

Untuk pengendalian enjin moden yang bebas masalah, bahan api dengan nombor setana sekurang-kurangnya 45 pada musim panas dan 50 pada musim sejuk diperlukan. Dengan nombor setana di bawah 45, enjin diesel beroperasi dengan keras, terutamanya pada musim sejuk, dan di atas 45 - dengan lembut. Walau bagaimanapun, menggunakan bahan api dengan nombor setana di atas 60 adalah tidak menguntungkan, kerana keterukan operasi berubah secara tidak ketara, dan penggunaan bahan api khusus meningkat. Yang terakhir ini dijelaskan oleh fakta bahawa apabila frekuensi pusat meningkat melebihi 55, tempoh kelewatan pencucuhan (masa dari saat bahan api dibekalkan ke silinder enjin sehingga permulaan pembakaran) adalah sangat kecil sehingga bahan api menyala berhampiran muncung. , dan udara yang terletak lebih jauh dari tapak suntikan hampir tidak mengambil bahagian dalam proses pembakaran. Akibatnya, bahan api tidak terbakar sepenuhnya dan kecekapan enjin berkurangan.

Bahan api diesel tidak selalu menyediakan penyalaan diri yang diperlukan, jadi terdapat keperluan untuk meningkatkan nombor setana. Terdapat dua kaedah utama: menukar komposisi kimia dan memperkenalkan bahan tambahan khas.

Bagi kebolehpercayaan permulaan enjin sejuk pada pelbagai suhu ambien, ia lebih bergantung pada reka bentuk enjin dan mod permulaan berbanding CN bahan api. Pada suhu dalam kebuk pembakaran di bawah 350-400 °C, campuran mudah terbakar tidak akan dapat menyala lagi. Kelajuan permulaan minimum aci engkol diesel hendaklah 100-120 min-1. Dan semakin tinggi frekuensi permulaan, semakin tinggi suhu udara termampat, dan oleh itu syarat untuk menghidupkan enjin.

Nombor setana bergantung kepada kandungan dan struktur hidrokarbon yang membentuk bahan api diesel. Nombor setana alkana adalah yang tertinggi; hidrokarbon aromatik mempunyai nombor yang paling rendah. Hidrokarbon yang termasuk dalam bahan api diesel disusun mengikut nombor pusat seperti berikut: 1 - alkana, 2 - sikloalkana, 3 - isoalkana, 4 - hidrokarbon aromatik. Peningkatan bilangan atom karbon dalam molekul hidrokarbon membawa kepada peningkatan nombor setana. Oleh itu, peningkatan kandungan n-alkana membawa kepada peningkatan dalam CN. Walau bagaimanapun, n-alkana mempunyai suhu penghabluran yang tinggi, yang membawa kepada kemerosotan sifat suhu rendah bahan api diesel.

Pengenalan bahan tambahan yang mengandungi oksigen khas ke dalam bahan api diesel memudahkan pelepasan oksigen aktif dengan mudah. Aditif tersebut termasuk peroksida organik, ester asid nitrik, yang, apabila memasuki kebuk pembakaran, mempercepatkan pembentukan peroksida, penguraian yang mempercepatkan proses penyalaan diri. Oleh itu, penambahan 1% isopropil nitrat meningkatkan bilangan pusat sebanyak 10-12 unit dan meningkatkan sifat permulaan enjin diesel pada musim sejuk. Terdapat hubungan empirik antara nombor setana bahan api dan nombor oktananya.

CN = 60 - OC / 2, (2.4)

di mana CN ialah nombor setana; OC - ​​nombor oktana.

Semakin tinggi nombor oktana, semakin rendah nombor setananya dan sebaliknya. Oleh itu, menambah pecahan petrol kepada bahan api diesel sentiasa membawa kepada penurunan nombor setananya.

Nombor setana boleh dikira kira-kira menggunakan formula (hasil yang terhasil berbeza daripada yang sebenar sebanyak 2-3 unit):

Ts.Ch. = 1.5879 · (ν 20 + 17.8) / ρ 20, (2.5)

di mana ν 20 ialah kelikatan bahan api dalam cSt pada 20°C; ρ 20 - ketumpatan bahan api pada 20°C, g/cm3.

Apakah suhu?

Jawapan seperti "ukuran haba badan" tidak diterima))))))

Vitalik Obukhov

Suhu (daripada suhu Latin - pencampuran yang betul, keadaan normal) ialah kuantiti fizik yang kira-kira mencirikan tenaga kinetik purata zarah sistem makroskopik setiap satu darjah kebebasan, yang berada dalam keadaan keseimbangan termodinamik.
Dalam sistem SI, suhu diukur dalam kelvin. Tetapi dalam amalan, darjah Celsius sering digunakan kerana sambungannya kepada ciri-ciri penting air - suhu lebur ais (0 ° C) dan takat didih (100 ° C). Ini mudah kerana kebanyakan proses iklim, proses dalam hidupan liar, dll. dikaitkan dengan julat ini.
Terdapat juga skala Fahrenheit dan beberapa yang lain.
Suhu, dari sudut pandangan kinetik molekul, ialah kuantiti fizik yang mencirikan keamatan pergerakan terma huru-hara bagi keseluruhan set zarah dalam sistem dan berkadar dengan tenaga kinetik purata bagi gerakan translasi satu zarah.
Hubungan antara tenaga kinetik, jisim dan kelajuan dinyatakan dengan formula berikut:
Ek = 1/2m v 2
Oleh itu, zarah yang mempunyai jisim yang sama dan mempunyai kelajuan yang sama juga mempunyai suhu yang sama.
Purata tenaga kinetik zarah adalah berkaitan dengan suhu termodinamik pemalar Boltzmann:
Eav = i/2kBT
di mana:
i - bilangan darjah kebebasan
kB = 1.380 6505(24) × 10−23 J/K - Pemalar Boltzmann
T - suhu;
Suhu ialah timbal balik perubahan entropi (darjah kecelaruan) sistem apabila jumlah unit haba ditambah kepada sistem: 1/T = ΔS/ΔQ.
[sunting] Sejarah pendekatan termodinamik
Perkataan "suhu" timbul pada zaman itu apabila orang percaya bahawa lebih banyak badan yang dipanaskan mengandungi lebih banyak bahan khas - kalori - daripada yang kurang panas. Oleh itu, suhu dianggap sebagai kekuatan campuran bahan badan dan kalori. Atas sebab ini, unit ukuran untuk kekuatan minuman beralkohol dan suhu dipanggil sama - darjah.
Dalam keadaan keseimbangan, suhu mempunyai nilai yang sama untuk semua bahagian makroskopik sistem. Jika dua jasad dalam sistem mempunyai suhu yang sama, maka tiada pemindahan tenaga kinetik zarah (haba) di antara mereka. Sekiranya terdapat perbezaan suhu, maka haba bergerak dari jasad dengan suhu yang lebih tinggi ke jasad dengan suhu yang lebih rendah, kerana jumlah entropi meningkat.
Suhu juga dikaitkan dengan sensasi subjektif "hangat" dan "sejuk", berkaitan sama ada tisu hidup mengeluarkan atau menerima haba.
Sesetengah sistem mekanikal kuantum boleh berada dalam keadaan di mana entropi tidak meningkat tetapi berkurangan dengan penambahan tenaga, yang secara rasmi sepadan dengan suhu mutlak negatif. Walau bagaimanapun, keadaan sedemikian bukanlah "di bawah sifar mutlak," tetapi "di atas infiniti," kerana apabila sistem sedemikian bersentuhan dengan badan dengan suhu positif, tenaga dipindahkan dari sistem ke badan, dan bukan sebaliknya (untuk butiran lanjut, lihat Termodinamik Kuantum).
Sifat-sifat suhu dikaji oleh cabang fizik - termodinamik. Suhu juga memainkan peranan penting dalam banyak bidang sains, termasuk cabang fizik lain, serta kimia dan biologi.

memerang

Jika "pada jari", maka ia adalah ukuran tenaga purata zarah sesuatu bahan. Jika kita bercakap tentang gas atau cecair - tenaga kinetik, jika mengenai bahan pepejal, maka tenaga getaran zarah dalam kekisi.
Adalah penting di sini bahawa ini adalah ukuran tenaga purata, iaitu jika terdapat terlalu sedikit zarah, maka konsep suhu kehilangan maknanya. Sebagai contoh, di angkasa: terdapat pelbagai jenis zarah yang terapung di sekelilingnya, tetapi terdapat terlalu sedikit daripadanya untuk purata tenaga untuk masuk akal.

Dmitry D.

Beaver menulis dengan betul pada dasarnya, hanya getaran zarah dalam kekisi juga tenaga kinetik. , jadi takrifan terpendek ialah:
suhu ialah ukuran tenaga kinetik purata zarah struktur sesuatu bahan.

Suhu adalah mudah!

Suhu

Suhu ialah ukuran tenaga kinetik purata molekul.
Suhu mencirikan tahap pemanasan badan.

Alat pengukur suhu - termometer.
Prinsip operasi termometer:
Apabila mengukur suhu, pergantungan perubahan dalam mana-mana parameter makroskopik (isipadu, tekanan, rintangan elektrik, dll.) sesuatu bahan pada suhu digunakan.
Dalam termometer cecair, ini adalah perubahan dalam isipadu cecair.
Apabila dua media bersentuhan, tenaga dipindahkan dari persekitaran yang lebih panas kepada persekitaran yang kurang panas.
Semasa proses pengukuran, suhu badan dan termometer mencapai keadaan keseimbangan terma.

Termometer cecair

Dalam amalan, termometer cecair sering digunakan: merkuri (dalam julat dari -35 o C hingga +750 o C) dan alkohol (dari -80 o C hingga +70 o C).
Mereka menggunakan sifat cecair untuk menukar isipadu apabila suhu berubah.
Walau bagaimanapun, setiap cecair mempunyai ciri-ciri perubahan isipadu (pengembangan) yang tersendiri pada suhu yang berbeza.
Hasil daripada membandingkan, sebagai contoh, bacaan termometer merkuri dan alkohol, padanan tepat hanya akan berada pada dua titik (pada suhu 0 o C dan 100 o C).
Termometer gas tidak mempunyai kelemahan ini.

Termometer gas

Termometer gas pertama dicipta oleh ahli fizik Perancis J. Charles.

Kelebihan termometer gas:
- pergantungan linear perubahan isipadu gas atau tekanan pada suhu digunakan, yang sah untuk semua gas
- ketepatan pengukuran dari 0.003 o C hingga 0.02 o C
- julat suhu dari -271 o C hingga +1027 o C.

Keseimbangan haba

Apabila dua jasad suhu berbeza bersentuhan, tenaga dalaman dipindahkan dari jasad yang lebih panas kepada jasad yang kurang panas, dan suhu kedua-dua jasad adalah sama.
Keadaan keseimbangan terma berlaku, di mana semua makroparameter (isipadu, tekanan, suhu) kedua-dua jasad kemudiannya kekal tidak berubah di bawah keadaan luaran yang tetap.

Keseimbangan haba ialah keadaan di mana semua parameter makroskopik kekal tidak berubah untuk jangka masa yang lama.
Keadaan keseimbangan terma sistem jasad dicirikan oleh suhu: semua jasad sistem yang berada dalam keseimbangan terma antara satu sama lain mempunyai suhu yang sama.
Telah ditetapkan bahawa pada keseimbangan terma, tenaga kinetik purata bagi gerakan translasi bagi molekul semua gas adalah sama, i.e.

Untuk gas jarang (ideal) nilainya

dan hanya bergantung pada suhu, kemudian

di mana k ialah pemalar Boltzmann

Pergantungan ini memungkinkan untuk memperkenalkan skala suhu baharu - skala suhu mutlak yang tidak bergantung pada bahan yang digunakan untuk mengukur suhu.

Skala suhu mutlak

Diperkenalkan oleh ahli fizik Inggeris W. Kelvin
- tiada suhu negatif

Unit SI bagi suhu mutlak: [T] = 1K (Kelvin)
Suhu sifar skala mutlak ialah sifar mutlak (0K = -273 o C), suhu terendah dalam alam semula jadi. Pada masa ini, suhu terendah telah dicapai - 0.0001K.
Nilai 1K bersamaan dengan 1 o C.

Hubungan antara skala mutlak dan skala Celsius

Ingat! Dalam formula, suhu mutlak dilambangkan dengan huruf "T", dan suhu pada skala Celsius dengan huruf "t".

Selepas memperkenalkan suhu mutlak yang kita dapat ungkapan baharu untuk formula:

Purata tenaga kinetik pergerakan translasi molekul

Tekanan gas - persamaan asas MKT

Purata kelajuan persegi molekul

Suhu ialah kuantiti fizik yang mencirikan keadaan keseimbangan termodinamik sistem makroskopik. Suhu adalah sama untuk semua bahagian sistem terpencil yang berada dalam keseimbangan termodinamik. Jika sistem termodinamik terpencil tidak berada dalam keseimbangan, maka dari semasa ke semasa peralihan tenaga (pemindahan haba) daripada bahagian sistem yang lebih panas kepada bahagian yang kurang panas membawa kepada penyamaan suhu di seluruh sistem (hukum sifar termodinamik). Di bawah keadaan keseimbangan, suhu adalah berkadar dengan tenaga kinetik purata zarah badan.

Suhu tidak boleh diukur secara langsung. Perubahan suhu dinilai oleh perubahan dalam sifat fizikal jasad yang lain (isipadu, tekanan, rintangan elektrik, emf, keamatan sinaran, dll.) yang secara unik berkaitan dengannya (sifat termodinamik yang dipanggil). Sebarang kaedah mengukur suhu melibatkan penentuan skala suhu.

Kaedah untuk mengukur suhu adalah berbeza untuk julat suhu yang berbeza, ia bergantung pada keadaan pengukuran dan ketepatan yang diperlukan. Mereka boleh dibahagikan kepada dua kumpulan utama: kenalan dan bukan kenalan. Kaedah hubungan dicirikan oleh fakta bahawa peranti yang mengukur suhu medium mesti berada dalam keseimbangan terma dengannya, i.e. mempunyai suhu yang sama dengannya. Komponen utama semua instrumen untuk mengukur suhu ialah elemen sensitif, di mana sifat termometrik direalisasikan, dan peranti pengukur yang dikaitkan dengan elemen.

Menurut teori kinetik molekul gas ideal, suhu ialah kuantiti yang mencirikan tenaga kinetik purata pergerakan translasi molekul gas ideal. Dengan mengambil kira makna termodinamik suhu, kita boleh mengurangkan pengukuran suhu mana-mana jasad kepada pengukuran tenaga kinetik purata molekul gas ideal.

Walau bagaimanapun, dalam praktiknya, bukan tenaga molekul yang diukur dengan kelajuannya, tetapi tekanan gas, yang berkadar terus dengan tenaga.

Menurut teori kinetik molekul gas ideal, suhu T ialah ukuran tenaga kinetik purata bagi gerakan translasi molekul:

di mana
J/C– Pemalar Boltzmann;

T– suhu mutlak dalam Kelvin.

Persamaan asas teori kinetik molekul gas ideal, mewujudkan pergantungan tekanan daripada tenaga kinetik gerakan translasi molekul gas, mempunyai bentuk:

, (2)

di mana – bilangan molekul per unit isipadu, i.e. penumpuan.

Menggunakan persamaan (1) dan (2), kita memperoleh pergantungan

(3)

antara tekanan dan suhu, yang membolehkan kita menentukan bahawa tekanan gas ideal adalah berkadar dengan suhu mutlaknya dan kepekatan molekul, di mana

(4)

Pengukuran suhu adalah berdasarkan dua fakta eksperimen berikut:

a) jika terdapat dua jasad, setiap satunya berada dalam keseimbangan terma dengan jasad ketiga yang sama, maka ketiga-tiga jasad tersebut mempunyai suhu yang sama;

b) perubahan suhu sentiasa disertai dengan perubahan berterusan dalam sekurang-kurangnya satu daripada parameter, tidak mengira suhu itu sendiri, yang mencirikan keadaan badan, contohnya: isipadu, tekanan, kekonduksian elektrik, dll. Yang pertama peruntukan ini membolehkan anda membandingkan suhu badan yang berbeza tanpa menyentuhnya sendiri.

Kedudukan kedua membolehkan anda memilih salah satu parameter sebagai termometrik.

Secara umum, suhu ditakrifkan sebagai terbitan tenaga secara keseluruhan berkenaan dengan entropinya. Suhu yang ditakrifkan dengan cara ini adalah sentiasa positif (memandangkan tenaga kinetik sentiasa positif), ia dipanggil suhu atau suhu pada skala suhu termodinamik dan dilambangkan T. Unit SI (Sistem Unit Antarabangsa) bagi suhu mutlak ialah kelvin ( KEPADA). Lihat "Pengenalan". Suhu selalunya diukur pada skala Celsius (
), ia dikaitkan dengan T (KEPADA) kesaksamaan

;
(5)

di mana
– pekali haba pengembangan isipadu gas.