Sıcaklık nedir? Sıcaklık nedir? Sıcaklık birimi derecedir. Buhar ve gazın sıcaklığı Sıcaklık, durumu karakterize eden fiziksel bir niceliktir

Plan:

giriiş

• 1 Termodinamik tanım
  • 1.1 Termodinamik yaklaşımın tarihi
• 2 İstatistiksel fizikte sıcaklığın belirlenmesi
• 3 Sıcaklık ölçümü
• 4 Sıcaklık birimleri ve ölçek
  • 4.1 Kelvin sıcaklık ölçeği
  • 4,2 Santigrat ölçeği
  • 4.3 Fahrenhayt
• 5 Mutlak sıfırda termal hareket enerjisi
  • 5.1 Sıcaklık ve radyasyon
  • 5.2 Reaumur ölçeği
• 6 Farklı ölçeklerden geçişler
• 7 Sıcaklık ölçeklerinin karşılaştırılması
• 8 Faz geçişlerinin özellikleri
• 9 İlginç gerçekler
Notlar
Edebiyat

giriiş

Sıcaklık(lat. sıcaklık- uygun karıştırma, normal durum), bir serbestlik derecesi başına termodinamik denge durumunda makroskobik bir sistemin parçacıklarının ortalama kinetik enerjisini karakterize eden skaler bir fiziksel niceliktir.

Sıcaklığın ölçüsü hareketin kendisi değil, bu hareketin kaotik doğasıdır. Bir cismin durumunun rastgeleliği, onun sıcaklık durumunu belirler ve bir cismin belirli bir sıcaklık durumunun hiçbir şekilde hareketin enerjisi tarafından değil, bu hareketin rastgeleliği tarafından belirlendiği fikri (ilk olarak Boltzmann tarafından geliştirilmiştir) , sıcaklık olaylarının tanımlanmasında kullanmamız gereken yeni kavramdır. ..

(P. L. Kapitsa)

Uluslararası Birim Sisteminde (SI), termodinamik sıcaklık yedi temel birimden biridir ve kelvin cinsinden ifade edilir. Özel bir adı olan türetilmiş SI miktarları, Celsius derece cinsinden ölçülen Celsius sıcaklığını içerir. Uygulamada santigrat dereceler, suyun önemli özellikleriyle (buzun erime noktası (0 °C) ve kaynama noktası (100 °C)) tarihsel bağlantısı nedeniyle sıklıkla kullanılır. Çoğu iklim süreci, yaban hayatındaki süreçler vb. bu aralıkla ilişkili olduğundan bu uygundur. Sıcaklıkta bir santigrat derecelik bir değişiklik, bir Kelvin sıcaklıktaki bir değişikliğe eşdeğerdir. Bu nedenle, 1967'de Kelvin'in yeni bir tanımının getirilmesinden sonra suyun kaynama noktası, sabit bir referans noktası rolü oynamaktan vazgeçti ve doğru ölçümlerin gösterdiği gibi, artık 100 °C'ye eşit değil, 99.975'e yakın. °C.

Ayrıca Fahrenheit ölçekleri ve diğerleri de var.

1. Termodinamik tanım

Bir denge durumunun varlığına termodinamiğin ilk başlangıç ​​konumu denir. Termodinamiğin ikinci başlangıç ​​​​pozisyonu, denge durumunun, iki denge sisteminin termal teması üzerine, enerji değişiminin bir sonucu olarak onlar için aynı hale gelen belirli bir miktar ile karakterize edildiği ifadesidir. Bu miktara sıcaklık denir.

1.1. Termodinamik yaklaşımın tarihi

"Sıcaklık" kelimesi, insanların daha fazla ısıtılmış cisimlerin daha az ısıtılmış cisimlerden daha fazla miktarda özel bir madde (kalori) içerdiğine inandıkları günlerde ortaya çıktı. Bu nedenle sıcaklık, vücut maddesi ve kalori karışımının gücü olarak algılanıyordu. Bu nedenle alkollü içeceklerin sertliği ve sıcaklığının ölçü birimlerine aynı derece denir.

Denge durumunda sıcaklık, sistemin tüm makroskopik parçaları için aynı değere sahiptir. Bir sistemdeki iki cisim aynı sıcaklığa sahipse, aralarında parçacıkların kinetik enerjisi (ısı) aktarımı olmaz. Sıcaklık farkı varsa, ısı, sıcaklığı daha yüksek olan bir cisimden daha düşük olan bir cisme doğru hareket eder, çünkü toplam entropi artar.

Sıcaklık aynı zamanda canlı dokunun ısı alıp almamasına bağlı olarak "sıcak" ve "soğuk" gibi öznel duyumlarla da ilişkilidir.

Bazı kuantum mekaniksel sistemler, resmi olarak negatif mutlak sıcaklığa karşılık gelen, enerji eklenmesiyle entropinin artmadığı ancak azaldığı bir durumda olabilir. Bununla birlikte, bu tür durumlar "mutlak sıfırın altında" değil, "sonsuzluğun üstündedir", çünkü böyle bir sistem pozitif sıcaklığa sahip bir cisimle temas ettiğinde, enerji sistemden vücuda aktarılır ve bunun tersi geçerli değildir (çünkü) daha fazla ayrıntı için bkz. Kuantum termodinamiği).

Sıcaklığın özellikleri fizik - termodinamik dalı tarafından incelenmektedir. Sıcaklık aynı zamanda kimya ve biyolojinin yanı sıra fiziğin diğer dalları da dahil olmak üzere bilimin birçok alanında önemli bir rol oynamaktadır.

2. İstatistiksel fizikte sıcaklığın belirlenmesi

İstatistiksel fizikte sıcaklık aşağıdaki formülle belirlenir:

S'nin entropi olduğu yerde, E termodinamik sistemin enerjisidir. Bu şekilde ortaya çıkan T değeri, termodinamik dengedeki farklı cisimler için aynıdır. İki cisim temas ettiğinde T değeri büyük olan cisim diğerine enerji aktaracaktır.

3. Sıcaklık ölçümü

Termodinamik sıcaklığı ölçmek için termometrik maddenin belirli bir termodinamik parametresi seçilir. Bu parametredeki bir değişiklik açıkça sıcaklıktaki bir değişiklikle ilişkilidir. Termodinamik termometrenin klasik bir örneği, sıcaklığın sabit hacimli bir silindirdeki gaz basıncının ölçülmesiyle belirlendiği bir gaz termometresidir. Mutlak radyasyon, gürültü ve akustik termometreler de bilinmektedir.

Termodinamik termometreler pratik amaçlarla kullanılamayacak kadar karmaşık birimlerdir. Bu nedenle ölçümlerin çoğu, bir maddenin herhangi bir özelliğini sıcaklıkla doğrudan ilişkilendiremedikleri için ikincil olan pratik termometreler kullanılarak yapılır. İnterpolasyon fonksiyonunu elde etmek için uluslararası sıcaklık ölçeğindeki referans noktalarında kalibre edilmeleri gerekir. En doğru pratik termometre platin dirençli termometredir. Sıcaklık ölçüm cihazları genellikle Santigrat veya Fahrenhayt gibi göreceli ölçeklere göre kalibre edilir.

Pratikte sıcaklık da ölçülür

• sıvı ve mekanik termometreler,
• termokupl,
• Dirençli termometre,

• gaz termometresi,
• pirometre.

Lazer radyasyonunun parametrelerinin ölçülmesine dayalı olarak sıcaklığı ölçmek için en son yöntemler geliştirilmiştir.

4. Sıcaklık ölçüm birimleri ve ölçeği

Sıcaklık moleküllerin kinetik enerjisi olduğundan, onu enerji birimlerinde (yani SI sisteminde joule cinsinden) ölçmenin en doğal olduğu açıktır. Bununla birlikte, sıcaklık ölçümü moleküler kinetik teorinin yaratılmasından çok önce başladı, bu nedenle pratik ölçekler sıcaklığı geleneksel birimlerle (derece) ölçer.

4.1. Kelvin sıcaklık ölçeği

Mutlak sıcaklık kavramı W. Thomson (Kelvin) tarafından ortaya atılmıştır ve bu nedenle mutlak sıcaklık ölçeğine Kelvin ölçeği veya termodinamik sıcaklık ölçeği denir. Mutlak sıcaklığın birimi kelvindir (K).

Mutlak sıcaklık ölçeği bu şekilde adlandırılır çünkü sıcaklığın alt sınırının temel durumunun ölçüsü mutlak sıfırdır, yani prensip olarak bir maddeden termal enerji elde etmenin mümkün olmadığı mümkün olan en düşük sıcaklıktır.

Mutlak sıfır, −273,15 °C'ye (tam olarak) eşit olan 0 K olarak tanımlanır.

Kelvin sıcaklık ölçeği mutlak sıfırdan başlayan bir ölçektir.

Kelvin termodinamik ölçeğine dayalı olarak, birincil termometri yöntemleriyle belirlenen saf maddelerin faz geçişleri olan referans noktalarına dayalı Uluslararası pratik ölçeklerin geliştirilmesi büyük önem taşımaktadır. İlk uluslararası sıcaklık ölçeği 1927 yılında ITS-27 tarafından kabul edilmiştir. 1927'den bu yana ölçek birkaç kez yeniden tanımlandı (MTSh-48, MPTS-68, MTSh-90): referans sıcaklıkları ve enterpolasyon yöntemleri değişti, ancak prensip aynı kaldı - ölçeğin temeli bir dizi faz geçişinden oluşuyor Termodinamik sıcaklıkların belirli değerlerine sahip saf maddeler ve bu noktalarda kalibre edilen enterpolasyon cihazları. ITS-90 ölçeği şu anda yürürlüktedir. Ana belge (Ölçek Düzenlemeleri) Kelvin tanımını, faz geçiş sıcaklıklarının değerlerini (referans noktaları) ve enterpolasyon yöntemlerini oluşturur.

Günlük yaşamda kullanılan sıcaklık ölçekleri - hem Santigrat hem de Fahrenhayt (çoğunlukla ABD'de kullanılır) - mutlak değildir ve bu nedenle sıcaklığın suyun donma noktasının altına düştüğü koşullarda deneyler yaparken elverişsizdir; bu nedenle sıcaklığın negatif olarak ifade edilmesi gerekir. sayı. Bu gibi durumlar için mutlak sıcaklık ölçekleri kullanılmaya başlandı.

Bunlardan birine Rankine ölçeği, diğerine ise mutlak termodinamik ölçek (Kelvin ölçeği) adı verilmektedir; sıcaklıkları sırasıyla Rankine derecesi (°Ra) ve kelvin (K) cinsinden ölçülür. Her iki ölçek de mutlak sıfır sıcaklıkta başlar. Kelvin ölçeğindeki bir bölümün fiyatının Celsius ölçeğindeki bir bölümün fiyatına eşit olması ve Rankine ölçeğindeki bir bölümün fiyatının Fahrenheit ölçeğindeki termometrelerin bölünme fiyatına eşdeğer olması bakımından farklılık gösterirler. Standart atmosferik basınçta suyun donma noktası 273,15 K, 0 °C, 32 °F'ye karşılık gelir.

Kelvin ölçeği suyun üçlü noktasına (273,16 K) bağlıdır ve Boltzmann sabiti buna bağlıdır. Bu, yüksek sıcaklık ölçümlerinin yorumlanmasının doğruluğu konusunda sorunlar yaratır. BIPM artık üçlü nokta sıcaklığına referans vermek yerine yeni bir Kelvin tanımına geçme ve Boltzmann sabitini sabitleme olasılığını düşünüyor. .

4.2. santigrat

Teknolojide, tıpta, meteorolojide ve günlük yaşamda, suyun üçlü noktasının sıcaklığının 0,008 °C olduğu ve dolayısıyla 1 atm basınçta suyun donma noktasının 0 ° olduğu Santigrat ölçeği kullanılır. C. Şu anda Celsius ölçeği Kelvin ölçeğine göre belirlenmektedir: Celsius ölçeğindeki bir bölümün fiyatı Kelvin ölçeğindeki bölümün fiyatına eşittir, t(°C) = T(K) - 273,15. Böylece, başlangıçta Celsius tarafından 100 °C referans noktası olarak seçilen suyun kaynama noktası önemini kaybetmiştir ve modern tahminler suyun normal atmosfer basıncındaki kaynama noktasını yaklaşık 99.975 °C olarak göstermektedir. Gezegenimizde su çok yaygın olduğu ve yaşamımız ona dayandığı için çok kullanışlıdır. Sıfır Santigrat, atmosferik suyun donmasıyla ilişkili olduğundan meteoroloji için özel bir noktadır. Ölçek 1742'de Anders Celsius tarafından önerildi.

4.3. Fahrenhayt

İngiltere'de ve özellikle ABD'de Fahrenheit ölçeği kullanılmaktadır. Sıfır santigrat derece 32 Fahrenheit derecedir ve bir Fahrenheit derece 9/5 santigrat derecedir.

Fahrenheit ölçeğinin güncel tanımı şu şekildedir: 1 derecenin (1 °F), atmosferik basınçta suyun kaynama noktası ile buzun erime sıcaklığı arasındaki farkın 1/180'ine eşit olduğu bir sıcaklık ölçeğidir ve buzun erime noktası +32 °F'dir. Fahrenheit ölçeğindeki sıcaklık, Santigrat ölçeğindeki (t °C) sıcaklıkla t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32 oranıyla ilişkilidir. Önerilen G. Fahrenheit tarafından 1724'te.

5. Mutlak sıfırdaki termal hareketin enerjisi

Madde soğuduğunda, birçok termal enerji biçiminin ve bunlarla ilişkili etkilerin büyüklüğü aynı anda azalır. Madde daha az düzenli bir durumdan daha düzenli bir duruma geçer.

... modern mutlak sıfır kavramı mutlak dinlenme kavramı değildir; tam tersine, mutlak sıfırda hareket olabilir - ve vardır, ancak tam bir düzen durumudur ...

P. L. Kapitsa (Sıvı helyumun özellikleri)

Gaz önce sıvıya sonra da kristalleşerek katıya dönüşür (helyum, mutlak sıfırda bile atmosferik basınçta sıvı halde kalır). Atom ve moleküllerin hareketi yavaşlar, kinetik enerjileri azalır. Çoğu metalin direnci, daha düşük bir genlikle titreşen kristal kafesin atomları üzerindeki elektron saçılımındaki azalma nedeniyle azalır. Böylece mutlak sıfırda bile iletken elektronlar atomlar arasında 1 × 106 m/s düzeyinde Fermi hızıyla hareket eder.

Madde parçacıklarının yalnızca kuantum mekaniksel hareket nedeniyle korunan minimum miktarda harekete sahip olduğu sıcaklık, mutlak sıfırın sıcaklığıdır (T = 0K).

Mutlak sıfır sıcaklığına ulaşılamaz. Sodyum atomlarının Bose-Einstein yoğunlaşmasının en düşük sıcaklığı (450 ± 80) × 10 −12 K, MIT'den araştırmacılar tarafından 2003 yılında elde edildi. Bu durumda, termal radyasyonun zirvesi 6400 km civarındaki dalga boyu bölgesinde, yani yaklaşık olarak Dünya'nın yarıçapında bulunur.

5.1. Sıcaklık ve radyasyon

Bir cismin yaydığı enerji, sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle orantılıdır. Yani 300 K'de metrekare yüzeyden 450 watt'a kadar enerji yayılır. Bu, örneğin geceleri dünya yüzeyinin ortam sıcaklığının altına soğumasını açıklar. Tamamen siyah bir cismin radyasyon enerjisi Stefan-Boltzmann yasasıyla tanımlanır.

5.2. Reaumur ölçeği

1730'da icat ettiği alkol termometresini tanımlayan R. A. Reaumur tarafından önerildi.

Birim Reaumur derecesidir (°R), 1 °R, referans noktaları arasındaki sıcaklık aralığının 1/80'ine eşittir - buzun erime sıcaklığı (0 °R) ve suyun kaynama noktası (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

Şu anda ölçek kullanım dışı kaldı; yazarın anavatanı olan Fransa'da en uzun süre hayatta kaldı.

6. Farklı ölçeklerden geçişler

7. Sıcaklık ölçeklerinin karşılaştırılması

¹ Normal ortalama insan vücudu sıcaklığı 36,6 °C ±0,7 °C veya 98,2 °F ±1,3 °F'dir. Yaygın olarak alıntılanan 98,6 °F değeri, 19. yüzyıl Alman değeri olan 37 °C'nin Fahrenheit'e tam olarak dönüştürülmesidir. Ancak vücudun farklı bölgelerinin sıcaklığı farklı olduğundan bu değer normal ortalama insan vücut sıcaklığı aralığında değildir.

Bu tablodaki bazı değerler yuvarlanmıştır.

8. Faz geçişlerinin özellikleri

Çeşitli maddelerin faz geçiş noktalarını tanımlamak için aşağıdaki sıcaklık değerleri kullanılır:

• Erime sıcaklığı
• Kaynama sıcaklığı
• Tavlama sıcaklığı
• Sinterleme sıcaklığı
• Sentez sıcaklığı
• Hava sıcaklığı
• Toprak sıcaklığı
• Homolog sıcaklık
• Üçlü nokta
• Debye sıcaklığı (Karakteristik sıcaklık)
• Curie sıcaklığı

9. İlginç gerçekler

1910 −68'e kadar dünyadaki en düşük sıcaklık, Verkhoyansk

• İnsanoğlunun yarattığı en yüksek sıcaklık, ~10 trilyon. K (Evrenin ömrünün ilk saniyelerindeki sıcaklığıyla karşılaştırılabilir) 2010 yılında ışık hızına yakın hızlara çıkan kurşun iyonlarının çarpışması sırasında ulaşıldı. Deney Büyük Hadron Çarpıştırıcısında gerçekleştirildi
• Teorik olarak mümkün olan en yüksek sıcaklık Planck sıcaklığıdır. Her şey enerjiye dönüştüğünden (tüm atom altı parçacıklar çökeceğinden) daha yüksek bir sıcaklık olamaz. Bu sıcaklık yaklaşık olarak 1,41679(11)×10 32 K'dir (yaklaşık 142 nonilyon K).
• İnsanoğlunun yarattığı en düşük sıcaklık, 1995 yılında ABD'li Eric Cornell ve Carl Wieman tarafından rubidyum atomlarının soğutulmasıyla elde edildi. . Mutlak sıfırın üzerinde, bir K'nın (5,9 × 10-12 K) milyarda 1/170'inden daha az bir değer vardı.
• Güneş'in yüzeyi yaklaşık 6000 K sıcaklığa sahiptir.
• Daha yüksek bitkilerin tohumları -269 °C'ye soğutulduktan sonra canlı kalır.

Notlar

1. GOST 8.417-2002. MİKTAR BİRİMLERİ - nolik.ru/systems/gost.htm
2. Sıcaklık kavramı - sıcaklıklar.ru/mtsh/mtsh.php?page=1
3. I. P. Bazarov. Termodinamik, M., Yüksekokul, 1976, s. 13-14.
4. Platin - sıcaklıklar.ru/mtsh/mtsh.php?page=81 direnç termometresi - MTSH-90'ın ana cihazı.
5. Lazer termometresi - sıcaklıklar.ru/newmet/newmet.php?page=0
6. MTSH-90 referans noktaları - sıcaklıklar.ru/mtsh/mtsh.php?page=3
7. Kelvin'in yeni bir tanımının geliştirilmesi - sıcaklıklar.ru/kelvin/kelvin.php?page=2
8. D. A. Parshin, G. G. Zegrya Kritik nokta. Kritik durumdaki bir maddenin özellikleri. Üçlü nokta. İkinci türden faz geçişleri. Düşük sıcaklık elde etme yöntemleri. - edu.ioffe.spb.ru/edu/thermodinamics/lect11h.pdf. İstatistiksel termodinamik. Ders 11. St. Petersburg Akademik Üniversitesi.
9. Çeşitli vücut sıcaklığı ölçümleri hakkında - hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml (İngilizce)
10. BBC News - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) bir "mini Büyük Patlama" yaratıyor - www.bbc.co.uk/news/science-environment-11711228
11. Her şey hakkında her şey. Sıcaklık kayıtları - tem-6.narod.ru/weather_record.html
12. Bilimin harikaları - www.seti.ee/ff/34gin.swf

Edebiyat

• B. I. Spassky Fizik Tarihi Bölüm I - osnovanija.narod.ru/History/Spas/T1_1.djvu. - Moskova: “Yüksek Okul”, 1977.
• Sivukhin D.V. Termodinamik ve moleküler fizik. - Moskova: “Bilim”, 1990.

Buradaki paradoks, günlük yaşamda, endüstride ve hatta uygulamalı bilimde sıcaklığı ölçmek için "sıcaklığın" ne olduğunu bilmenize gerek olmamasıdır. "Sıcaklık derecedir" şeklindeki oldukça belirsiz fikir ısıtma bedenler." Aslında, sıcaklığı ölçmek için kullanılan çoğu pratik alet aslında maddelerin bu ısınma derecesine göre değişen basınç, hacim, elektrik direnci vb. diğer özelliklerini ölçer. Daha sonra okumaları otomatik veya manuel olarak sıcaklık birimlerine dönüştürülür.

Sıcaklığın ne olduğunu öğrenmek isteyen ya da bulmak zorunda kalan meraklı insanlar ve öğrenciler genellikle termodinamiğin sıfırıncı, birinci ve ikinci yasaları, Carnot döngüsü ve entropi unsuruna girerler. İdeal bir tersinir ısı makinesinin parametresi olarak sıcaklığın, çalışma maddesinden bağımsız olarak tanımlanmasının, genellikle "sıcaklık" kavramına ilişkin anlayışımıza açıklık getirmediğini kabul etmek gerekir.

Moleküler kinetik teori olarak adlandırılan yaklaşım daha "somut" görünüyor; bu yaklaşımdan, ısının basitçe enerji biçimlerinden biri, yani atomların ve moleküllerin kinetik enerjisi olarak kabul edilebileceği fikri ortaya çıkıyor. Rastgele hareket eden çok sayıda parçacık üzerinden ortalaması alınan bu değerin, vücut sıcaklığı denilen şeyin bir ölçüsü olduğu ortaya çıkıyor. Isıtılmış bir cismin parçacıkları soğuk bir cismin parçacıklarından daha hızlı hareket eder.

Sıcaklık kavramı parçacıkların ortalama kinetik enerjisiyle yakından ilişkili olduğundan ölçüm birimi olarak joule'ün kullanılması doğal olacaktır. Ancak parçacıkların termal hareket enerjisi joule ile karşılaştırıldığında çok küçük olduğundan bu miktarın kullanılması sakıncalıdır. Termal hareket, "k" dönüşüm faktörü aracılığıyla joule'den türetilen diğer birimlerle ölçülür.

T sıcaklığı kelvin (K) cinsinden ölçülürse, ideal bir gazın atomlarının öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisi ile ilişkisi şu şekildedir:

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

Nerede k- bir kelvin içinde joule'ün hangi kısmının bulunduğunu belirleyen bir dönüşüm faktörü. Büyüklük k Boltzmann sabiti denir.

Basıncın moleküler hareketin ortalama enerjisi cinsinden de ifade edilebileceği göz önüne alındığında

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

Nerede n = N/V, V- gazın kapladığı hacim, N- bu hacimdeki toplam molekül sayısı

İdeal bir gazın hal denklemi şöyle olacaktır:

p = nkT

Toplam molekül sayısı şu şekilde temsil edilirse N = µN A, Nerede µ - gazın mol sayısı, Yok- Avagadro sayısı, yani mol başına parçacık sayısı, iyi bilinen Clapeyron-Mendeleev denklemini kolayca elde edebilirsiniz:

pV = µ RT, nerede R - molar gaz sabiti R= N Bir.k

veya bir mol için pV = N A. kT(3)

Dolayısıyla sıcaklık, hal denklemine yapay olarak eklenen bir parametredir. Durum denklemi kullanılarak, diğer tüm parametreler ve sabitler biliniyorsa termodinamik sıcaklık T belirlenebilir. Bu sıcaklık tanımından T değerlerinin Boltzmann sabitine bağlı olacağı açıktır. Bu orantı katsayısı için keyfi bir değer seçip ona güvenebilir miyiz? HAYIR. Sonuçta suyun üçlü noktası için keyfi bir değer elde edebiliriz, halbuki 273,16 K değerini elde etmemiz gerekir! Soru ortaya çıkıyor - neden tam olarak 273,16 K?

Bunun nedenleri fiziksel değil tamamen tarihseldir. Gerçek şu ki, ilk sıcaklık ölçeklerinde, suyun iki durumu için aynı anda kesin değerler benimsenmiştir - katılaşma noktası (0 ° C) ve kaynama noktası (100 ° C). Bunlar kolaylık sağlamak için seçilmiş keyfi değerlerdi. Santigrat derecesinin Kelvin derecesine eşit olduğunu ve termodinamik sıcaklığı bu noktalara kalibre edilmiş bir gaz termometresi ile ölçtüğümüzde, ekstrapolasyon yöntemiyle mutlak sıfır (0 °K) için 273,15 °C değerini elde ettik. Elbette bu değer ancak gaz termometresi ile yapılan ölçümlerin kesinlikle doğru olması durumunda doğru kabul edilebilir. Bu yanlış. Bu nedenle suyun üçlü noktası için 273,16 K değerini sabitleyerek ve suyun kaynama noktasını daha gelişmiş bir gaz termometresiyle ölçerek 100°C'den biraz farklı bir kaynama değeri elde edebilirsiniz. Örneğin şu anda en gerçekçi değer 99.975 °C'dir. Ve bunun nedeni, gaz termometresiyle yapılan ilk çalışmaların mutlak sıfır için hatalı bir değer vermesidir. Böylece suyun katılaşma ve kaynama noktaları arasında ya mutlak sıfır ya da 100 °C'lik bir aralık sabitliyoruz. Aralığı sabitlersek ve mutlak sıfıra ekstrapolasyon yapmak için ölçümleri tekrarlarsak, -273,22 °C elde ederiz.

1954 yılında CIPM, 0-100 °C aralığıyla hiçbir ilgisi olmayan yeni bir Kelvin tanımına geçiş konusunda bir karar kabul etti. Aslında suyun üçlü noktasına 273,16 K (0,01 °C) değerini atadı ve "suyun kaynama noktasının yaklaşık 100 °C'de serbestçe yüzmesine izin verdi". Sıcaklık birimi olarak "derece Kelvin" yerine basitçe "kelvin" getirildi.

Formül (3)'ten, suyun üçlü noktası gibi sistemin kararlı ve iyi tekrarlanabilir bir durumunda T'ye 273,16 K'lık sabit bir değer atanarak, k sabitinin değerinin deneysel olarak belirlenebileceği sonucu çıkar. Yakın zamana kadar Boltzmann sabiti k'nin en doğru deneysel değerleri aşırı seyreltilmiş gaz yöntemiyle elde ediliyordu.

Parametreyi içeren yasaların kullanımına dayalı olarak Boltzmann sabitini elde etmenin başka yöntemleri de vardır. kT.

Bu, termal radyasyonun toplam enerjisi E(T)'nin dördüncü güç fonksiyonu olduğunu söyleyen Stefan-Boltzmann yasasıdır. BT.
İdeal bir gazda ses hızının karesini 0 2'ye bağlayan denklem ile doğrusal bağımlılık BT.
V 2 elektrik direnci üzerindeki ortalama kare gürültü voltajı denklemi, ayrıca doğrusal olarak bağımlıdır. BT.

Yukarıdaki belirleme yöntemlerinin uygulanmasına yönelik tesisler BT Mutlak termometre veya birincil termometre cihazları denir.

Bu nedenle sıcaklık değerlerinin joule yerine kelvin cinsinden belirlenmesinde birçok gelenek vardır. Önemli olan orantı katsayısının kendisidir k Sıcaklık ve enerji birimleri arasındaki sıcaklık sabit değildir. Bu, şu anda elde edilebilen termodinamik ölçümlerin doğruluğuna bağlıdır. Bu yaklaşım, özellikle üçlü noktadan uzak bir sıcaklık aralığında çalışan birincil termometreler için pek uygun değildir. Okumaları Boltzmann sabitinin değerindeki değişikliklere bağlı olacaktır.

Pratik uluslararası sıcaklık ölçeğindeki her değişiklik, dünya çapındaki metroloji merkezleri tarafından yapılan bilimsel araştırmaların sonucudur. Sıcaklık ölçeğinin yeni bir versiyonunun kullanıma sunulması, tüm sıcaklık ölçüm cihazlarının kalibrasyonunu etkiler.

Her insan her gün sıcaklık kavramıyla karşılaşır. Terim günlük hayatımıza sıkı bir şekilde girdi: yiyecekleri mikrodalga fırında ısıtıyoruz veya fırında yemek pişiriyoruz, dışarıdaki havayla ilgileniyoruz veya nehirdeki suyun soğuk olup olmadığını öğreniyoruz - bunların hepsi bu kavramla yakından ilgili. . Sıcaklık nedir, bu fiziksel parametre ne anlama gelir, nasıl ölçülür? Bu ve diğer soruları makalede cevaplayacağız.

Fiziksel miktar

Termodinamik dengede izole edilmiş bir sistem açısından sıcaklığın ne olduğuna bakalım. Terim Latince kökenlidir ve “uygun karışım”, “normal durum”, “orantılılık” anlamına gelir. Bu miktar herhangi bir makroskobik sistemin termodinamik denge durumunu karakterize eder. Yalıtılmış bir sistemin dengesinin bozulması durumunda, zamanla enerjinin daha fazla ısıtılan nesnelerden daha az ısıtılan nesnelere geçişi olur. Sonuç, sistem genelinde sıcaklığın eşitlenmesidir (değişimidir). Bu termodinamiğin ilk varsayımıdır (sıfır yasası).

Sıcaklık, sistemi oluşturan parçacıkların enerji seviyelerine ve hızlarına, maddelerin iyonlaşma derecesine, cisimlerin denge elektromanyetik radyasyonunun özelliklerine ve toplam hacimsel radyasyon yoğunluğuna göre dağılımını belirler. Termodinamik dengede olan bir sistem için listelenen parametreler eşit olduğundan bunlara genellikle sistemin sıcaklığı denir.

Plazma

Denge cisimlerine ek olarak, durumun birbirine eşit olmayan çeşitli sıcaklık değerleri ile karakterize edildiği sistemler de vardır. Bunun iyi bir örneği plazmadır. Elektronlardan (hafif yüklü parçacıklar) ve iyonlardan (ağır yüklü parçacıklar) oluşur. Çarpıştıklarında elektrondan elektrona ve iyondan iyona hızlı bir enerji aktarımı meydana gelir. Ancak heterojen unsurlar arasında yavaş bir geçiş vardır. Plazma, elektronların ve iyonların bireysel olarak dengeye yakın olduğu bir durumda olabilir. Bu durumda her parçacık türü için ayrı sıcaklıkların varsayılması mümkündür. Ancak bu parametreler birbirinden farklılık gösterecektir.

Mıknatıslar

Parçacıkların manyetik bir momente sahip olduğu cisimlerde, enerji aktarımı genellikle yavaş yavaş gerçekleşir: anın yönlerini değiştirme olasılığı ile ilişkili olan ötelemeden manyetik serbestlik derecelerine. Vücudun kinetik parametreye uymayan bir sıcaklıkla karakterize edildiği durumlar olduğu ortaya çıktı. Temel parçacıkların ileri hareketine karşılık gelir. Manyetik sıcaklık iç enerjinin bir kısmını belirler. Hem olumlu hem de olumsuz olabilir. Eşitleme işlemi sırasında enerji, sıcaklığı yüksek olan parçacıklardan sıcaklığı düşük olan parçacıklara, eğer pozitif ya da negatif ise aktarılacaktır. Tersi durumda, bu süreç ters yönde ilerleyecektir - negatif sıcaklık, pozitif olandan "daha yüksek" olacaktır.

Bu neden gerekli?

Buradaki paradoks, ortalama bir insanın hem günlük yaşamda hem de endüstride ölçüm işlemini gerçekleştirmek için sıcaklığın ne olduğunu bilmesine bile gerek olmamasıdır. Özellikle çocukluğumuzdan beri bu terimlere aşina olduğumuz için bunun bir nesnenin veya ortamın ısınma derecesi olduğunu anlaması yeterli olacaktır. Aslında bu parametreyi ölçmek için tasarlanan pratik cihazların çoğu, aslında maddelerin ısınma veya soğuma seviyesine bağlı olarak değişen diğer özelliklerini de ölçer. Örneğin basınç, elektrik direnci, hacim vb. Ayrıca bu tür okumalar manuel veya otomatik olarak gerekli değere göre yeniden hesaplanır.

Sıcaklığı belirlemek için fizik okumaya gerek olmadığı ortaya çıktı. Gezegenimizdeki nüfusun çoğu bu prensibe göre yaşıyor. TV çalışıyorsa, yarı iletken cihazların geçici süreçlerini anlamaya, prizden elektriğin nereden geldiğini veya sinyalin uydu çanağına nasıl ulaştığını araştırmaya gerek yoktur. İnsanlar her alanda sistemi onarabilecek veya hata ayıklayabilecek uzmanların bulunduğu gerçeğine alışkındır. Ortalama bir insan beynini zorlamak istemez çünkü soğuk bir birayı yudumlarken bir pembe diziyi veya "kutuda" futbol izlemek çok daha iyidir.

Ve bilmek istiyorum

Ancak meraktan ya da zorunluluktan dolayı fizik çalışmaya ve sıcaklığın gerçekte ne olduğunu belirlemeye zorlanan insanlar var, çoğu zaman bunlar öğrencilerdir. Sonuç olarak, araştırmalarında kendilerini termodinamiğin ormanında buluyorlar ve termodinamiğin sıfırıncı, birinci ve ikinci yasalarını inceliyorlar. Ayrıca meraklı zihnin Carnot çevrimlerini ve entropiyi kavraması gerekecektir. Ve yolculuğunun sonunda, sıcaklığı, çalışan maddenin türüne bağlı olmayan, tersinir bir termal sistemin bir parametresi olarak tanımlamanın bu kavramın anlamına açıklık getirmeyeceğini muhtemelen kabul edecektir. Ve yine de görünen kısım, uluslararası birim sistemi (SI) tarafından kabul edilen bir derece olacaktır.

Kinetik enerji olarak sıcaklık

Daha “somut” bir yaklaşıma moleküler kinetik teori denir. Bundan, ısının bir enerji biçimi olarak kabul edildiği fikri oluştu. Örneğin, düzensiz bir şekilde hareket eden çok sayıda parçacık üzerinden ortalaması alınan bir parametre olan moleküllerin ve atomların kinetik enerjisinin, bir cismin sıcaklığı olarak adlandırılan şeyin bir ölçüsü olduğu ortaya çıkıyor. Böylece ısıtılmış bir sistemdeki parçacıklar, soğuk bir sisteme göre daha hızlı hareket eder.

Söz konusu terim, bir grup parçacığın ortalama kinetik enerjisiyle yakından ilişkili olduğundan, sıcaklık ölçüm birimi olarak joule'ün kullanılması oldukça doğal olacaktır. Ancak bu gerçekleşmez, bu da temel parçacıkların termal hareket enerjisinin joule'e göre çok küçük olmasıyla açıklanır. Bu nedenle kullanımı sakıncalıdır. Termal hareket, özel bir dönüştürme faktörü kullanılarak joule'den türetilen birimlerle ölçülür.

Sıcaklık birimleri

Günümüzde bu parametrenin görüntülenmesi için üç ana ünite kullanılmaktadır. Ülkemizde sıcaklık genellikle santigrat derece cinsinden belirlenir. Bu ölçüm birimi suyun katılaşma noktasına yani mutlak değere dayanmaktadır. Başlangıç ​​noktasıdır. Yani buzun oluşmaya başladığı suyun sıcaklığı sıfırdır. Bu durumda su örnek bir ölçüt görevi görür. Bu sözleşme kolaylık sağlamak amacıyla kabul edilmiştir. İkinci mutlak değer ise buhar sıcaklığı, yani suyun sıvı halden gaz haline geçtiği andır.

Bir sonraki birim Kelvin derecesidir. Bu sistemin kökeni mutlak sıfır noktası olarak kabul edilir. Yani bir derece Kelvin bir santigrat dereceye eşittir. Tek fark başlangıç ​​noktasıdır. Sıfır Kelvin'in eksi 273,16 santigrat dereceye eşit olacağını buluyoruz. 1954 yılında Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansı, sıcaklık birimi için "kelvin" teriminin "kelvin" ile değiştirilmesine karar verdi.

Yaygın olarak kabul edilen üçüncü ölçü birimi Fahrenheit derecedir. 1960 yılına kadar İngilizce konuşulan tüm ülkelerde yaygın olarak kullanılıyorlardı. Ancak bu birim Amerika Birleşik Devletleri'nde günlük yaşamda hala kullanılmaktadır. Sistem temelde yukarıda açıklananlardan farklıdır. 1:1:1 oranındaki tuz, amonyak ve su karışımının donma noktası başlangıç ​​noktası olarak alınır. Yani Fahrenheit ölçeğinde suyun donma noktası artı 32 derece, kaynama noktası ise artı 212 derecedir. Bu sistemde bir derece, bu sıcaklıklar arasındaki farkın 1/180'ine eşittir. Böylece, 0 ila +100 Fahrenheit derece aralığı, -18 ila +38 Celsius aralığına karşılık gelir.

Mutlak sıfır sıcaklık

Bu parametrenin ne anlama geldiğini bulalım. Mutlak sıfır, ideal bir gazın basıncının sabit bir hacim için sıfır olduğu sınırlayıcı sıcaklığın değeridir. Bu doğadaki en düşük değerdir. Mikhailo Lomonosov'un öngördüğü gibi, "bu, soğuğun en büyük veya son derecesidir." Bundan Avogadro'nun kimya yasası çıkar: Aynı sıcaklık ve basınca maruz kalan eşit hacimdeki gazlar aynı sayıda molekül içerir. Bundan ne sonuç çıkıyor? Bir gazın, basıncının veya hacminin sıfıra düştüğü minimum bir sıcaklığı vardır. Bu mutlak değer sıfır Kelvin'e yani 273 santigrat dereceye karşılık gelir.

Güneş sistemi hakkında bazı ilginç gerçekler

Güneş'in yüzeyindeki sıcaklık 5700 Kelvin'e, çekirdeğin merkezinde ise 15 milyon Kelvin'e ulaşır. Güneş sisteminin gezegenleri, ısıtma seviyeleri açısından birbirlerinden büyük farklılıklar gösterir. Dolayısıyla Dünyamızın çekirdeğinin sıcaklığı, Güneş'in yüzeyiyle yaklaşık olarak aynıdır. Jüpiter en sıcak gezegen olarak kabul edilir. Çekirdeğinin merkezindeki sıcaklık, Güneş'in yüzeyinden beş kat daha yüksektir. Ancak parametrenin en düşük değeri Ay yüzeyinde kaydedildi; yalnızca 30 Kelvin'di. Bu değer Plüton'un yüzeyindeki değerden bile daha düşüktür.

Dünya hakkında gerçekler

1. İnsanoğlunun kaydettiği en yüksek sıcaklık 4 milyar santigrat dereceydi. Bu değer Güneş'in çekirdek sıcaklığından 250 kat daha yüksektir. Rekor, New York'taki Brookhaven Doğal Laboratuvarı tarafından yaklaşık 4 kilometre uzunluğundaki bir iyon çarpıştırıcısında kırıldı.

2. Gezegenimizdeki sıcaklık da her zaman ideal ve konforlu değildir. Örneğin Yakutya'nın Verkhnoyansk şehrinde kışın sıcaklık eksi 45 santigrat dereceye düşüyor. Ancak Etiyopya'nın Dallol şehrinde durum tam tersi. Orada yıllık ortalama sıcaklık artı 34 derecedir.

3. Güney Afrika'daki altın madenlerinde insanların en zorlu koşullar altında çalıştığı kaydedildi. Madenciler, artı 65 santigrat derece sıcaklıkta üç kilometre derinlikte çalışıyor.

Termodinamik sıcaklık

Termodinamik sıcaklık(İngilizce) termodinamik sıcaklık, Almanca termodinamik Sıcaklık), veya mutlak sıcaklık(İngilizce) mutlak sıcaklık, Almanca mutlak sıcaklık), gövdeler (sistemler) arasındaki kendiliğinden ısı alışverişinin yönünü karakterize eden termodinamik sistemin durumunun tek fonksiyonudur.

Termodinamik sıcaklık, T harfiyle (\displaystyle T) gösterilir, kelvin cinsinden ölçülür (K ile gösterilir) ve mutlak termodinamik ölçekte (Kelvin ölçeği) ölçülür. Mutlak termodinamik ölçek, fizikte ve termodinamik denklemlerinde temel ölçektir.

Moleküler kinetik teori ise mutlak sıcaklığı, termodinamik denge koşulları altında ideal bir gaz moleküllerinin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisine bağlar:

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

burada m (\displaystyle m) ─ moleküler kütle, v ¯ (\displaystyle (\bar (v))) ─ moleküllerin öteleme hareketinin ortalama kare hızı, T (\displaystyle T) ─ mutlak sıcaklık, k (\displaystyle k ) ─ sabit Boltzmann.

Hikaye

Sıcaklık ölçümü, gelişiminde uzun ve zor bir yol kat etti. Sıcaklık doğrudan ölçülemediğinden, onu ölçmek için fonksiyonel olarak sıcaklığa bağlı olan termometrik cisimlerin özellikleri kullanıldı. Bu temelde, çeşitli sıcaklık ölçekleri geliştirildi. ampirik ve onların yardımıyla ölçülen sıcaklığa ampirik denir. Ampirik ölçeklerin önemli dezavantajları, süreklilik eksikliği ve farklı termometrik cisimler için sıcaklık değerleri arasındaki tutarsızlıktır: hem referans noktaları arasında hem de bunların ötesinde. Ampirik ölçeklerin sürekliliğinin olmaması, doğadaki özelliklerini tüm olası sıcaklık aralıklarında koruyabilen bir maddenin bulunmamasından kaynaklanmaktadır. 1848'de Thomson (Lord Kelvin), ideal bir ısı motorunun verimliliği kendi sınırları dahilinde aynı olacak şekilde bir sıcaklık ölçeği derecesi seçmeyi önerdi. Daha sonra 1854'te termometrik cisimlerin özelliklerinden bağımsız bir termodinamik ölçek oluşturmak için ters Carnot fonksiyonunu kullanmayı önerdi. Ancak bu fikrin pratikte uygulanmasının imkansız olduğu ortaya çıktı. 19. yüzyılın başında, sıcaklığı ölçmek için "mutlak" bir cihaz arayışında, Gay-Lussac ve Charles'ın ideal gaz yasalarına dayanan ideal bir gaz termometresi fikrine tekrar geri döndüler. Gaz termometresi uzun bir süre mutlak sıcaklığı yeniden üretmenin tek yoluydu. Mutlak sıcaklık ölçeğinin yeniden üretilmesindeki yeni yönler, temassız termometride Stefan-Boltzmann denkleminin ve temaslı termometride Harry (Harry) Nyquist denkleminin kullanımına dayanmaktadır.

Termodinamik sıcaklık ölçeği oluşturmanın fiziksel temeli

1. Termodinamik sıcaklık ölçeği prensip olarak Carnot teoremi temel alınarak oluşturulabilir; bu teorem, ideal bir ısı motorunun verimliliğinin, çalışma akışkanının doğasına ve motorun tasarımına bağlı olmadığını ve yalnızca sıcaklığa bağlı olduğunu belirtir. ısıtıcı ve buzdolabının sıcaklıkları.

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))),)

burada Q 1 (\displaystyle Q_(1)) çalışma akışkanının (ideal gaz) ısıtıcıdan aldığı ısı miktarıdır, Q 2 (\displaystyle Q_(2)) çalışma akışkanının ısıtmaya verdiği ısı miktarıdır. buzdolabı, T 1 , T 2 ( \displaystyle T_(1),T_(2)) - sırasıyla ısıtıcı ve buzdolabının sıcaklıkları.

Yukarıdaki denklemden aşağıdaki ilişki çıkar:

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

Bu ilişki oluşturmak için kullanılabilir. mutlak termodinamik sıcaklık. Carnot çevrimi Q 3'ün (\displaystyle Q_(3)) izotermal süreçlerinden biri suyun üçlü noktasının (referans noktası) sıcaklığında gerçekleştirilirse, keyfi olarak ─ T 3 = 273, 16 K, (\ displaystyle T_(3)=273(, )16\,K,) o zaman diğer sıcaklıklar T = 273, 16 Q Q 3 (\displaystyle T=273(,)16(\frac (Q)() formülüyle belirlenecektir. S_(3)))) . Bu şekilde oluşturulan sıcaklık ölçeğine denir. termodinamik Kelvin ölçeği. Ne yazık ki, ısı miktarının ölçülmesinin doğruluğu düşüktür ve bu da yukarıda anlatılan yöntemin pratikte uygulanmasına izin vermemektedir.

2. Termometrik cisim olarak ideal bir gaz kullanılırsa mutlak sıcaklık ölçeği oluşturulabilir. Aslında Clapeyron denklemi şu ilişkiyi ima eder:

T = pVR. (\displaystyle T=(\frac (pV)(R))).

Sabit hacimli kapalı bir kapta bulunan, özellikleri ideale yakın bir gazın basıncını ölçerseniz, bu şekilde bir sıcaklık ölçeği oluşturabilirsiniz. Ideal gaz. Bu ölçeğin avantajı ideal bir gazın V = c o n s t (\displaystyle V=const) noktasındaki basıncının sıcaklıkla doğrusal olarak değişmesidir. Yüksek oranda seyreltilmiş gazlar bile özellikleri açısından ideal bir gazdan biraz farklı olduğundan, ideal gaz ölçeğinin uygulanması bazı zorluklarla ilişkilidir.

3. Termodinamikle ilgili çeşitli ders kitapları, ideal gaz ölçeğinde ölçülen sıcaklığın termodinamik sıcaklıkla örtüştüğüne dair kanıtlar sağlar. Bununla birlikte, bir çekince koymak gerekir: Sayısal olarak termodinamik ve ideal gaz ölçeklerinin tamamen aynı olmasına rağmen, niteliksel açıdan aralarında temel bir fark vardır. Yalnızca termodinamik ölçek, termometrik maddenin özelliklerinden kesinlikle bağımsızdır.

4. Daha önce de belirtildiği gibi, ideal gaz ölçeğinin yanı sıra termodinamik ölçeğin de doğru şekilde yeniden üretilmesi ciddi zorluklarla doludur. İlk durumda, ideal bir ısı motorunun izotermal süreçlerinde sağlanan ve uzaklaştırılan ısı miktarının dikkatlice ölçülmesi gerekir. Bu tür bir ölçüm hatalıdır. Bir gaz termometresi kullanılarak 10 ila 1337 K aralığında termodinamik (ideal gaz) sıcaklık ölçeğinin çoğaltılması mümkündür. Daha yüksek sıcaklıklarda, gerçek gazın tankın duvarlarından yayılması fark edilir ve birkaç bin derecelik sıcaklıklarda çok atomlu gazlar atomlara ayrışır. Daha da yüksek sıcaklıklarda gerçek gazlar iyonize olur ve Clapeyron denklemine uymayan plazmaya dönüşür. Düşük basınçta helyumla doldurulmuş bir gaz termometresinin ölçebileceği en düşük sıcaklık 1 K'dir. Gaz termometrelerinin yeteneklerini aşan sıcaklıkları ölçmek için özel ölçüm yöntemleri kullanılır. Daha fazla ayrıntıya bakın. Termometri.

Akma noktasının belirlenmesi

Düşük sıcaklıklarda yakıt besleme sistemindeki ana rahatsızlıklar, yakıtın bulutlanma noktası ve akma noktası ile ilişkilidir. Benzinden farklı olarak dizel yakıtlar, başta parafinik (alkan) ve aromatik hidrokarbonlar olmak üzere yüksek erime noktasına sahip çok sayıda hidrokarbon içerebilir.

Sıcaklık düştükçe en çok eriyen hidrokarbonlar çeşitli şekillerde kristaller halinde yakıttan dışarı düşer ve yakıt bulanıklaşır. Yakıtın şeffaflığını kaybettiği en yüksek sıcaklığa denir. Bulut noktası. Aynı zamanda yakıt akışkanlık özelliğini kaybetmez. Sıcaklık arttıkça viskozite değeri bir miktar artar, ancak kaba filtreden geçen kristaller, ince filtre üzerinde yakıtı geçirmeyen bir film oluşturarak yakıt beslemesinin durmasına neden olur. Bulutlanma noktası kural olarak ortam sıcaklığının 3-5 °C altında olmalıdır. Dizel yakıtın daha da soğutulmasıyla, tek tek kristaller birleşerek tüm yakıta nüfuz eden ve onu bağlayan bir çerçeve oluşturur. Yakıt akışkanlığını kaybeder.

Yakıtın daha da soğutulmasıyla, yüksek erime noktalı hidrokarbon kristalleri birleşmeye başlar ve hücrelerde sıvı hidrokarbonların kaldığı uzaysal bir kafes oluşturur. Daha sonra ortaya çıkan yapı o kadar güçlendirilir ki yakıt akışkanlığını kaybeder - katılaşır. Yakıtın akışkanlığını kaybettiği en yüksek sıcaklığa akma noktası denir. Ortam sıcaklığının 8-12°C altında olmalıdır. Akma noktası Dizel yakıtın belirli koşullar altında soğutulduğunda bir test tüpüne döküldüğü sıcaklık, test tüpü dikeyden 45° açıyla eğildiğinde menisküsün konumunu 1 dakika içinde değiştirmediği dikkate alınır (GOST 20287-) 91). Dizel yakıtın akma noktası koşullu bir değerdir ve yalnızca yakıtın kullanım koşullarının belirlenmesinde kılavuz görevi görür.

Teçhizat: yakıtın bulutlanma noktasını belirleyen cihaz; laboratuvar tripodu; karışımları soğutmak için reaktifler (eksi 20 °C'ye kadar sıcaklıklar için tuzlu buz; eksi 20 °C'nin altındaki sıcaklıklar için alkol ve karbon dioksit - kuru buz); Test tüpü; yakıt numunesi; sülfürik asit.

Pirinç. 2.3. Yakıtın bulutlanma noktasını ve akma noktasını belirleyen cihaz: 1 - harici test tüpü; 2 - dahili test tüpü; 3 - fiş; 4 - termometre; 5 - karıştırıcı

İş emri:

Yakıtın bulutlanma noktasını belirlemenin özü, onu derinlemesine soğutmak ve durumundaki değişiklikleri görsel olarak gözlemlemektir. Akma noktasını belirlemenin özü, yakıtı hareketlilik kaybı noktasına kadar derinlemesine soğutmaktır.

1. Test edilecek yakıtı iyice karıştırın ve işarete kadar (alttan 40 mm işaret vardır) iç test tüpünün içine dökün. Test tüpünü bir mantar tıpa ve bir termometre ile kapatın. Termometreyi, cıva topu test tüpünün içinde alttan 15 mm ve duvarlardan eşit uzaklıkta olacak şekilde yerleştirin.

2. Test yakıtını şeffaflık standardı olarak kullanılan başka bir test tüpüne dökün.

3. Cihaz kabını, seviyesi test tüpündeki yakıt seviyesinin 30-40 mm üzerinde tutulması gereken bir soğutma karışımıyla doldurun. Test sırasında soğutucu karışımın sıcaklığı her zaman test edilen yakıtın sıcaklığının 15±2 °C altında olmalıdır.

4. İç boruyu yakıt ve termometre ile dış boruya sabitleyin. İç duvarların buğulanmasını önlemek için test tüplerinin arasına 0,5-1,0 ml sülfürik asit dökülür.

5. Monte edilmiş cihazı soğutma karışımına yerleştirin. Yakıtı soğurken sürekli karıştırın.

6. Beklenen bulutlanma noktasından 5 °C önce, test tüpünü soğutma karışımından çıkarın, alkole batırılmış pamukla hızla silin ve standartla karşılaştırın. Karşılaştırma tespitinin süresi 12 saniyeden fazla değildir.

7. Yakıt şeffaf standarda göre değişmediyse, test tüpü tekrar alet kabına indirilir ve her derece daha fazla gözlem yapılarak yakıtın sıcaklığı düşürülür. Şeffaf bir standartla yapılan bu karşılaştırmalı gözlemler, yakıt standarttan farklılaşmaya başlayana, yani içinde bulanıklık ortaya çıkana kadar gerçekleştirilir. Bilinmeyen bir yakıt numunesinin bulutlanma noktasını belirlerken öncelikle her 5 °C'de bir yakıtın durumunu gözlemleyerek bu sıcaklıkların değerlerini yaklaşık olarak belirleyin.

8. Madde 1 ve 2'ye göre yakıtın akma noktasını belirlemek için, test suyu alınmış (taze kalsine edilmiş kalsiyum klorür kullanılarak) yakıt içeren bir cihaz hazırlayın. Hazırlanan cihazı soğutucu içeren bir kaba yerleştirin. Soğutucu karışımın sıcaklığı, yakıtın beklenen akma noktasının 5 °C altında olmalıdır.

9. Soğutma karışımından çıkarmadan, cihazı 45° açıyla eğin ve test tüpündeki test yakıtı akma noktasına karşılık gelen sıcaklığa ulaşana kadar bir dakika bu konumda tutun.

10. Test tüpünü soğutma karışımından çıkarın, alkole batırılmış pamuk yünü ile duvarları silin ve yakıt menisküsünün kayıp kaymadığını gözlemleyin. Menisküs kaymamışsa, yakıt donmuş halde kalır ve bunun tersi de geçerlidir. Yakıt sıcaklığı yaklaşık olarak bilinmiyorsa, yakıt sıcaklığındaki her 5 °C'lik düşüşte menisküs deplasman testi yapılır. Bu durumda karışım sıcaklığı yakıt sıcaklığının 4-5° altında tutulur. Testten sonra cihazı ve çalışma alanını orijinal konumlarına getirin. Ortaya çıkan sıcaklığı GOST göstergeleriyle karşılaştırın.

Dizel yakıtın setan sayısının hesaplama yöntemiyle belirlenmesi

Dizel yakıtın kendiliğinden tutuşma yeteneği setan sayısı (CN) ile değerlendirilir. Yüksek hızlı dizel motorlar için yakıtların kendiliğinden tutuşmasını değerlendirme yöntemi, benzinin patlama direncini değerlendirme yöntemine benzer. Kendiliğinden tutuşmayı belirlemek için referans yakıt olarak iki hidrokarbon seçilmiştir: setan C16H34 ve alfametilnaftalin C10H7CH3. İlk hidrokarbonun kendiliğinden tutuşması geleneksel olarak 100, ikincisi ise 0 olarak alınır. Bunları karıştırarak, 0'dan 100'e kadar kendiliğinden tutuşan bir karışım elde edebilirsiniz. setan sayısı kendiliğinden tutuşma açısından test örneğine karşılık gelen, alfametilnaftalin ile karışımındaki setan yüzdesine sayısal olarak eşit olan koşullu bir gösterge olarak adlandırılır.

Dizel yakıtın setan sayısı flaş tesadüf yöntemiyle belirlenir (Şekil 2.4).

Modern motorların sorunsuz çalışması için setan sayısı yazın en az 45, kışın 50 olan yakıt gerekir.Setan sayısı 45'in altında olan dizel motorlar özellikle kışın sert, 45'in üzerinde ise yumuşak çalışır. Ancak setan sayısı 60'ın üzerinde olan yakıtların kullanılması, çalışma şiddetinin çok az değişmesi ve spesifik yakıt tüketiminin artması nedeniyle kârsızdır. İkincisi, merkezi frekans 55'in üzerine çıktığında, ateşleme gecikme süresinin (yakıtın motor silindirine verildiği andan yanmanın başlangıcına kadar geçen süre) o kadar küçük olması ve yakıtın nozülün yakınında ateşlenmesiyle açıklanmaktadır. ve enjeksiyon bölgesinden daha uzakta bulunan hava, yanma prosesine neredeyse hiç katılmıyor. Bunun sonucunda yakıt tam olarak yanmaz ve motor verimi düşer.

Dizel yakıt her zaman gerekli kendiliğinden tutuşmayı sağlamaz, bu nedenle setan sayısının arttırılmasına ihtiyaç vardır. İki ana yöntem vardır: kimyasal bileşimi değiştirmek ve özel katkı maddeleri eklemek.

Çeşitli ortam sıcaklıklarında soğuk motor çalıştırmanın güvenilirliğine gelince, bu, yakıtın CN'sinden çok motor tasarımına ve çalıştırma moduna bağlıdır. Yanma odasında 350-400 °C'nin altındaki sıcaklıklarda yanıcı karışım artık tutuşamayacaktır. Dizel krank milinin minimum başlangıç ​​hızı 100-120 dk-1 olmalıdır. Çalıştırma frekansı ne kadar yüksek olursa, basınçlı havanın sıcaklığı ve dolayısıyla motoru çalıştırma koşulları da o kadar yüksek olur.

Setan sayısı dizel yakıtı oluşturan hidrokarbonların içeriğine ve yapısına bağlıdır. Alkanların setan sayıları en yüksek, aromatik hidrokarbonlar ise en düşük sayılara sahiptir. Dizel yakıtın içerdiği hidrokarbonlar merkezi numaraya göre şu şekilde sıralanır: 1 - alkanlar, 2 - sikloalkanlar, 3 - izoalkanlar, 4 - aromatik hidrokarbonlar. Hidrokarbon moleküllerindeki karbon atomu sayısındaki artış, setan sayısında artışa yol açar. Dolayısıyla n-alkan içeriğindeki artış CN'de artışa yol açar. Ancak n-alkanların yüksek kristalleşme sıcaklığına sahip olması dizel yakıtın düşük sıcaklık özelliklerinde bozulmaya yol açmaktadır.

Özel oksijen içeren katkı maddelerinin dizel yakıta eklenmesi, aktif oksijenin kolayca salınmasını kolaylaştırır. Bu tür katkı maddeleri, yanma odasına girerken, ayrışması kendiliğinden tutuşma sürecini hızlandıran peroksit oluşumunu hızlandıran organik peroksitleri, nitrik asit esterlerini içerir. Böylece %1 izopropil nitrat ilavesi merkez sayısını 10-12 birim artırarak dizel motorların kışın çalıştırma özelliklerini iyileştirir. Bir yakıtın setan sayısı ile oktan sayısı arasında ampirik bir ilişki vardır.

CN = 60 - OC / 2, (2,4)

burada CN setan sayısıdır; OC - ​​oktan sayısı.

Oktan sayısı ne kadar yüksek olursa, setan sayısı o kadar düşük olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bu nedenle dizel yakıta benzin fraksiyonlarının eklenmesi her zaman setan sayısında bir azalmaya yol açar.

Setan sayısı aşağıdaki formül kullanılarak yaklaşık olarak hesaplanabilir (ortaya çıkan sonuç, gerçekte olandan 2-3 birim farklılık gösterir):

Ts.Ch. = 1,5879 · (ν 20 + 17,8) / ρ 20, (2,5)

burada ν 20, 20°C'de cSt cinsinden yakıt viskozitesidir; ρ 20 - 20°C'de yakıt yoğunluğu, g/cm3.

Sıcaklık nedir?

“Vücut ısısının ölçüsü” gibi cevaplar kabul edilmez))))))

Vitalik Obukhov

Sıcaklık (Latince temperatura'dan - uygun karıştırma, normal durum), termodinamik denge durumunda olan bir serbestlik derecesi başına makroskopik bir sistemin parçacıklarının ortalama kinetik enerjisini yaklaşık olarak karakterize eden fiziksel bir niceliktir.
SI sisteminde sıcaklık kelvin cinsinden ölçülür. Ancak pratikte santigrat dereceler, suyun önemli özellikleriyle (buzun erime sıcaklığı (0 ° C) ve kaynama noktası (100 ° C)) bağlantısı nedeniyle sıklıkla kullanılır. Çoğu iklim süreci, yaban hayatındaki süreçler vb. bu aralıkla ilişkili olduğundan bu uygundur.
Ayrıca Fahrenheit ölçekleri ve diğerleri de var.
Moleküler kinetik açıdan sıcaklık, sistemdeki tüm parçacık grubunun kaotik, termal hareketinin yoğunluğunu karakterize eden ve bir parçacığın öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisiyle orantılı olan fiziksel bir niceliktir.
Kinetik enerji, kütle ve hız arasındaki ilişki aşağıdaki formülle ifade edilir:
Ek = 1/2m v 2
Böylece aynı kütleye sahip ve aynı hıza sahip parçacıkların sıcaklığı da aynı olur.
Bir parçacığın ortalama kinetik enerjisi Boltzmann sabitinin termodinamik sıcaklığıyla ilişkilidir:
Eav = i/2kBT
Nerede:
i - serbestlik derecesi sayısı
kB = 1,380 6505(24) × 10−23 J/K - Boltzmann sabiti
T - sıcaklık;
Sıcaklık, sisteme birim miktarda ısı eklendiğinde sistemin entropisindeki (düzensizlik derecesi) değişimin tersidir: 1/T = ΔS/ΔQ.
[değiştir] Termodinamik yaklaşımın tarihi
"Sıcaklık" kelimesi, insanların daha fazla ısıtılmış cisimlerin daha az ısıtılmış cisimlerden daha fazla miktarda özel bir madde (kalori) içerdiğine inandıkları günlerde ortaya çıktı. Bu nedenle sıcaklık, vücut maddesi ve kalori karışımının gücü olarak algılanıyordu. Bu nedenle alkollü içeceklerin sertliği ve sıcaklığının ölçü birimlerine aynı derece denir.
Denge durumunda sıcaklık, sistemin tüm makroskopik parçaları için aynı değere sahiptir. Bir sistemdeki iki cisim aynı sıcaklığa sahipse, aralarında parçacıkların kinetik enerjisi (ısı) aktarımı olmaz. Sıcaklık farkı varsa, ısı, sıcaklığı daha yüksek olan bir cisimden daha düşük olan bir cisme doğru hareket eder, çünkü toplam entropi artar.
Sıcaklık aynı zamanda canlı dokunun ısı alıp almamasına bağlı olarak "sıcak" ve "soğuk" gibi öznel duyumlarla da ilişkilidir.
Bazı kuantum mekaniksel sistemler, resmi olarak negatif mutlak sıcaklığa karşılık gelen, enerji eklenmesiyle entropinin artmadığı ancak azaldığı bir durumda olabilir. Bununla birlikte, bu tür durumlar "mutlak sıfırın altında" değil, "sonsuzluğun üstündedir", çünkü böyle bir sistem pozitif sıcaklığa sahip bir cisimle temas ettiğinde, enerji sistemden vücuda aktarılır ve bunun tersi geçerli değildir (çünkü) daha fazla ayrıntı için bkz. Kuantum termodinamiği).
Sıcaklığın özellikleri fizik - termodinamik dalı tarafından incelenmektedir. Sıcaklık aynı zamanda kimya ve biyolojinin yanı sıra fiziğin diğer dalları da dahil olmak üzere bilimin birçok alanında önemli bir rol oynamaktadır.

kunduz

Eğer “parmaklarda” ise, bu, bir maddenin parçacıklarının ortalama enerjisinin bir ölçüsüdür. Eğer bir gaz veya sıvıdan bahsediyorsak - kinetik enerji, eğer katı bir maddeden bahsediyorsak, o zaman kafesteki parçacıkların titreşimlerinin enerjisidir.
Burada önemli olan bunun ortalama enerjinin bir ölçüsü olması, yani eğer parçacık sayısı çok azsa sıcaklık kavramı anlamını yitirir. Örneğin, uzayda: Etrafta yüzen her türden parçacık var, ancak enerjilerin ortalamasının anlamlı olması için bunlardan çok azı var.

Dimitri D.

Beaver prensipte doğru yazdı, yalnızca kafes içindeki parçacıkların titreşimleri de kinetik enerjidir. yani en kısa tanımı şu şekildedir:
Sıcaklık, bir maddenin yapısal parçacıklarının ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür.

Sıcaklık kolaydır!

Sıcaklık

Sıcaklık moleküllerin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür.
Sıcaklık, vücutların ısınma derecesini karakterize eder.

Sıcaklık ölçüm cihazı - termometre.
Çalışma prensibi termometre:
Sıcaklık ölçülürken, bir maddenin herhangi bir makroskopik parametresindeki (hacim, basınç, elektriksel direnç vb.) değişimin sıcaklığa bağımlılığı kullanılır.
Sıvı termometrelerde bu, sıvının hacmindeki bir değişikliktir.
İki ortam birbirine temas ettiğinde enerji daha çok ısınan ortamdan daha az ısıtılan ortama aktarılır.
Ölçüm işlemi sırasında vücut sıcaklığı ve termometre termal denge durumuna ulaşır.

Sıvı termometreler

Pratikte sıvı termometreler sıklıkla kullanılır: cıva (-35 o C ila +750 o C aralığında) ve alkol (-80 o C ila +70 o C arasında).
Sıcaklık değiştiğinde hacmini değiştirmek için sıvının özelliğini kullanırlar.
Bununla birlikte, her sıvının farklı sıcaklıklarda kendine özgü hacim değişimi (genleşme) özellikleri vardır.
Örneğin cıva ve alkol termometrelerinin okumalarının karşılaştırılması sonucunda yalnızca iki noktada (0 o C ve 100 o C sıcaklıklarda) tam bir eşleşme olacaktır.
Gaz termometrelerinin bu dezavantajları yoktur.

Gaz termometreleri

İlk gaz termometresi Fransız fizikçi J. Charles tarafından yaratıldı.

Avantajları gaz termometresi:
- tüm gazlar için geçerli olan, gaz hacmindeki veya basınçtaki değişimin sıcaklığa doğrusal bağımlılığı kullanılır
- 0,003 o C'den 0,02 o C'ye kadar ölçüm doğruluğu
- -271 o C ile +1027 o C arası sıcaklık aralığı.

Termal denge

Sıcaklıkları farklı iki cisim temas ettiğinde, iç enerji daha çok ısınan cisimden daha az ısınan cisme aktarılır ve her iki cismin sıcaklıkları eşitlenir.
Her iki gövdenin tüm makro parametrelerinin (hacim, basınç, sıcaklık) daha sonra sabit dış koşullar altında değişmeden kaldığı bir termal denge durumu oluşur.

Termal denge tüm makroskobik parametrelerin süresiz olarak uzun bir süre boyunca değişmeden kaldığı bir durumdur.
Bir cisimler sisteminin termal denge durumu sıcaklıkla karakterize edilir: birbirleriyle termal dengede olan sistemin tüm gövdeleri aynı sıcaklığa sahiptir.
Termal dengede, tüm gazların moleküllerinin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjilerinin aynı olduğu tespit edilmiştir;

Seyreltilmiş (ideal) gazlar için değer

ve yalnızca sıcaklığa bağlıdır, o zaman

burada k Boltzmann sabitidir

Bu bağımlılık, yeni bir sıcaklık ölçeğinin (sıcaklığı ölçmek için kullanılan maddeye bağlı olmayan mutlak bir sıcaklık ölçeği) tanıtılmasını mümkün kılar.

Mutlak sıcaklık ölçeği

İngiliz fizikçi W. Kelvin tarafından tanıtıldı
- negatif sıcaklık yok

Mutlak sıcaklığın SI birimi: [T] = 1K (Kelvin)
Mutlak ölçeğin sıfır sıcaklığı, doğadaki en düşük sıcaklık olan mutlak sıfırdır (0K = -273 o C). Şu anda en düşük sıcaklığa ulaşıldı - 0,0001K.
1K'nın değeri 1 o C'ye eşittir.

Mutlak ölçek ile Santigrat ölçeği arasındaki ilişki

Hatırlamak! Formüllerde mutlak sıcaklık “T” harfiyle, Celsius ölçeğindeki sıcaklık ise “t” harfiyle gösterilir.

Mutlak sıcaklığı girdikten sonra elde ederiz formüller için yeni ifadeler:

Moleküllerin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisi

Gaz basıncı - MKT'nin temel denklemi

Moleküllerin ortalama kare hızı

Sıcaklık, makroskobik bir sistemin termodinamik denge durumunu karakterize eden fiziksel bir niceliktir. Termodinamik dengede olan izole bir sistemin tüm parçaları için sıcaklık aynıdır. Yalıtılmış bir termodinamik sistem dengede değilse, zamanla enerjinin (ısı transferi) sistemin daha fazla ısıtılmış kısımlarından daha az ısıtılan kısımlarına geçişi, tüm sistem boyunca sıcaklık eşitlenmesine yol açar (termodinamiğin sıfır yasası). Denge koşulları altında sıcaklık, vücut parçacıklarının ortalama kinetik enerjisiyle orantılıdır.

Sıcaklık doğrudan ölçülemez. Sıcaklıktaki bir değişiklik, cisimlerin diğer fiziksel özelliklerindeki (hacim, basınç, elektrik direnci, emk, radyasyon yoğunluğu vb.) kendisiyle benzersiz bir şekilde ilişkili olan değişiklikler (sözde termodinamik özellikler) ile değerlendirilir. Sıcaklığın ölçülmesine yönelik herhangi bir yöntem, bir sıcaklık ölçeğinin tanımlanmasını içerir.

Sıcaklığın ölçülmesine yönelik yöntemler, ölçülen sıcaklıkların farklı aralıkları için farklıdır; bunlar, ölçüm koşullarına ve gerekli doğruluğa bağlıdır. Temaslı ve temassız olmak üzere iki ana gruba ayrılabilirler. Temas yöntemleri, ortamın sıcaklığını ölçen cihazın onunla termal dengede olması gerektiği gerçeğiyle karakterize edilir; onunla aynı sıcaklığa sahip. Sıcaklık ölçümüne yönelik tüm cihazların ana bileşenleri, termometrik özelliğin gerçekleştiği hassas eleman ve elemana bağlı ölçüm cihazıdır.

İdeal bir gazın moleküler kinetik teorisine göre sıcaklık, ideal bir gazın moleküllerinin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisini karakterize eden bir miktardır. Sıcaklığın termodinamik anlamını dikkate alarak herhangi bir cismin sıcaklığının ölçümünü ideal bir gaz moleküllerinin ortalama kinetik enerjisinin ölçümüne indirgeyebiliriz.

Ancak pratikte moleküllerin hızıyla ölçülen enerji değil, enerjiyle doğru orantılı olan gaz basıncıdır.

İdeal bir gazın moleküler kinetik teorisine göre sıcaklık T moleküllerin öteleme hareketinin ortalama kinetik enerjisinin bir ölçüsüdür:

Nerede
J/C– Boltzmann sabiti;

T– Kelvin cinsinden mutlak sıcaklık.

İdeal bir gazın moleküler kinetik teorisinin basınca bağımlılığını belirleyen temel denklemi Gaz moleküllerinin öteleme hareketinin kinetik enerjisinden şu şekildedir:

, (2)

Nerede – birim hacim başına molekül sayısı, yani konsantrasyon.

Denklem (1) ve (2)'yi kullanarak bağımlılığı elde ederiz

(3)

Basınç ve sıcaklık arasındaki ilişki, ideal bir gazın basıncının, onun mutlak sıcaklığı ve molekül konsantrasyonuyla orantılı olduğunu belirlememizi sağlar;

(4)

Sıcaklık ölçümü aşağıdaki iki deneysel gerçeğe dayanmaktadır:

a) her biri aynı üçüncü cisimle termal dengede olan iki cisim varsa, o zaman üç cisim de aynı sıcaklığa sahiptir;

b) sıcaklıktaki bir değişikliğe her zaman, vücudun durumunu karakterize eden sıcaklığın kendisi hariç, parametrelerden en az birinde sürekli bir değişiklik eşlik eder, örneğin: hacim, basınç, elektriksel iletkenlik, vb. bu hükümler, farklı cisimlerin sıcaklıklarını, onları kendinizle temas ettirmeden karşılaştırmanıza olanak tanır.

İkinci konum parametrelerden birini termometrik olarak seçmenizi sağlar.

Genel olarak sıcaklık, bir bütün olarak enerjinin entropisine göre türevi olarak tanımlanır. Bu şekilde tanımlanan sıcaklık her zaman pozitiftir (kinetik enerji her zaman pozitif olduğundan), buna termodinamik sıcaklık ölçeğinde sıcaklık veya sıcaklık denir ve gösterilir. T. Mutlak sıcaklığın SI (Uluslararası Birim Sistemi) birimi kelvindir ( İLE). Bkz. "Giriş". Sıcaklık genellikle Celsius ölçeğinde ölçülür (
), ile ilişkilidir T (İLE) eşitlik

;
(5)

Nerede
– gazın hacimsel genleşmesinin termal katsayısı.