Nhiệt độ là gì? Nhiệt độ là gì? Đơn vị của nhiệt độ là độ. Nhiệt độ của hơi nước và khí Nhiệt độ là đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái

Kế hoạch:

Giới thiệu

• 1 định nghĩa nhiệt động lực học
  • 1.1 Lịch sử của phương pháp nhiệt động lực học
• 2 Xác định nhiệt độ trong vật lý thống kê
• 3 Đo nhiệt độ
• 4 Đơn vị và thang đo nhiệt độ
  • 4.1 Thang đo nhiệt độ Kelvin
  • Thang đo 4,2 độ C
  • 4.3 độ F
• 5 Năng lượng của chuyển động nhiệt ở độ không tuyệt đối
  • 5.1 Nhiệt độ và bức xạ
  • 5.2 Thang đo Reaumur
• 6 Chuyển đổi từ các quy mô khác nhau
• 7 So sánh thang đo nhiệt độ
• 8 Đặc điểm của sự chuyển pha
• 9 Sự thật thú vị
Ghi chú
Văn học

Giới thiệu

Nhiệt độ(từ lat. nhiệt độ- trộn đúng, trạng thái bình thường) là đại lượng vật lý vô hướng đặc trưng cho động năng trung bình của các hạt của hệ vĩ mô ở trạng thái cân bằng nhiệt động trên một bậc tự do.

Thước đo nhiệt độ không phải là bản thân chuyển động mà là bản chất hỗn loạn của chuyển động này. Tính ngẫu nhiên của trạng thái của một vật quyết định trạng thái nhiệt độ của nó, và ý tưởng này (được Boltzmann phát triển lần đầu tiên) cho rằng một trạng thái nhiệt độ nhất định của một vật hoàn toàn không được xác định bởi năng lượng của chuyển động, mà bởi tính ngẫu nhiên của chuyển động này. , là khái niệm mới trong việc mô tả các hiện tượng nhiệt độ mà chúng ta phải sử dụng. ..

(P. L. Kapitsa)

Trong Hệ thống đơn vị quốc tế (SI), nhiệt độ nhiệt động lực học là một trong bảy đơn vị cơ bản và được biểu thị bằng kelvin. Các đại lượng SI dẫn xuất, có tên đặc biệt, bao gồm nhiệt độ Celcius, được đo bằng độ C. Trong thực tế, độ C thường được sử dụng do mối liên hệ lịch sử của chúng với các đặc tính quan trọng của nước - điểm nóng chảy của nước đá (0 °C) và điểm sôi (100 °C). Điều này thuận tiện vì hầu hết các quá trình khí hậu, các quá trình ở động vật hoang dã, v.v. đều liên quan đến phạm vi này. Sự thay đổi nhiệt độ một độ C tương đương với sự thay đổi nhiệt độ một Kelvin. Do đó, sau khi đưa ra định nghĩa mới về Kelvin vào năm 1967, nhiệt độ sôi của nước không còn đóng vai trò là điểm tham chiếu không đổi và như các phép đo chính xác cho thấy, nó không còn bằng 100 °C nữa mà gần bằng 99,975 ° C.

Ngoài ra còn có thang đo Fahrenheit và một số thang đo khác.

1. Định nghĩa nhiệt động lực học

Sự tồn tại trạng thái cân bằng được gọi là vị trí ban đầu đầu tiên của nhiệt động lực học. Vị trí ban đầu thứ hai của nhiệt động lực học là phát biểu rằng trạng thái cân bằng được đặc trưng bởi một đại lượng nhất định, đại lượng này khi tiếp xúc nhiệt của hai hệ cân bằng sẽ trở nên giống nhau đối với chúng do sự trao đổi năng lượng. Đại lượng này được gọi là nhiệt độ.

1.1. Lịch sử của phương pháp nhiệt động lực học

Từ “nhiệt độ” xuất hiện vào thời đó khi người ta tin rằng những vật thể nóng hơn chứa một lượng lớn chất đặc biệt - calo - hơn những vật thể ít nóng hơn. Do đó, nhiệt độ được coi là sức mạnh của hỗn hợp vật chất cơ thể và calo. Vì lý do này, đơn vị đo độ mạnh của đồ uống có cồn và nhiệt độ được gọi là độ.

Ở trạng thái cân bằng, nhiệt độ có cùng giá trị đối với mọi phần vĩ mô của hệ. Nếu hai vật trong một hệ có cùng nhiệt độ thì không có sự truyền động năng của các hạt (nhiệt) giữa chúng. Nếu có sự chênh lệch nhiệt độ thì nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn, vì tổng entropy tăng.

Nhiệt độ cũng liên quan đến cảm giác chủ quan “ấm” và “lạnh”, liên quan đến việc mô sống tỏa ra hay nhận nhiệt.

Một số hệ cơ học lượng tử có thể ở trạng thái trong đó entropy không tăng mà giảm khi bổ sung năng lượng, về mặt hình thức tương ứng với nhiệt độ tuyệt đối âm. Tuy nhiên, những trạng thái như vậy không phải là “dưới độ 0 tuyệt đối” mà là “trên vô cực”, vì khi một hệ như vậy tiếp xúc với một vật có nhiệt độ dương, năng lượng được truyền từ hệ sang vật chứ không phải ngược lại (đối với biết thêm chi tiết, xem Nhiệt động lực học lượng tử).

Các tính chất của nhiệt độ được nghiên cứu bởi ngành vật lý - nhiệt động lực học. Nhiệt độ cũng đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học, bao gồm các ngành vật lý khác, cũng như hóa học và sinh học.

2. Xác định nhiệt độ trong vật lý thống kê

Trong vật lý thống kê, nhiệt độ được xác định theo công thức

trong đó S là entropy, E là năng lượng của hệ nhiệt động. Giá trị T được đưa ra theo cách này là như nhau đối với các vật thể khác nhau ở trạng thái cân bằng nhiệt động. Khi hai vật tiếp xúc nhau, vật có giá trị T lớn sẽ truyền năng lượng cho vật kia.

3. Đo nhiệt độ

Để đo nhiệt độ nhiệt động, một thông số nhiệt động nhất định của chất đo nhiệt được chọn. Sự thay đổi thông số này rõ ràng có liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ. Một ví dụ cổ điển của nhiệt kế nhiệt động là nhiệt kế khí, trong đó nhiệt độ được xác định bằng cách đo áp suất khí trong một bình trụ có thể tích không đổi. Nhiệt kế bức xạ tuyệt đối, tiếng ồn và âm thanh cũng được biết đến.

Nhiệt kế nhiệt động là đơn vị rất phức tạp không thể sử dụng cho mục đích thực tế. Do đó, hầu hết các phép đo được thực hiện bằng nhiệt kế thực tế, chỉ là thứ yếu, vì chúng không thể liên hệ trực tiếp bất kỳ tính chất nào của một chất với nhiệt độ. Để có được hàm nội suy, chúng phải được hiệu chuẩn tại các điểm tham chiếu trên thang nhiệt độ quốc tế. Nhiệt kế thực tế chính xác nhất là nhiệt kế điện trở bạch kim. Dụng cụ đo nhiệt độ thường được hiệu chuẩn theo thang đo tương đối - độ C hoặc độ F.

Trong thực tế, nhiệt độ cũng được đo

• nhiệt kế chất lỏng và cơ khí,
• cặp nhiệt điện,
• Điện trở kế,

• nhiệt kế khí,
• hỏa kế.

Các phương pháp đo nhiệt độ mới nhất đã được phát triển, dựa trên việc đo các thông số của bức xạ laser.

4. Đơn vị, thang đo nhiệt độ

Vì nhiệt độ là động năng của các phân tử, nên rõ ràng là cách tự nhiên nhất là đo nó theo đơn vị năng lượng (nghĩa là trong hệ SI tính bằng joules). Tuy nhiên, phép đo nhiệt độ đã bắt đầu từ lâu trước khi lý thuyết động học phân tử ra đời, vì vậy thang đo thực tế đo nhiệt độ theo đơn vị thông thường - độ.

4.1. Thang đo nhiệt độ Kelvin

Khái niệm nhiệt độ tuyệt đối được đưa ra bởi W. Thomson (Kelvin), và do đó thang nhiệt độ tuyệt đối được gọi là thang Kelvin hay thang nhiệt độ nhiệt động lực học. Đơn vị của nhiệt độ tuyệt đối là Kelvin (K).

Thang nhiệt độ tuyệt đối được gọi như vậy vì thước đo trạng thái cơ bản của giới hạn dưới của nhiệt độ là độ không tuyệt đối, nghĩa là nhiệt độ thấp nhất có thể mà tại đó, về nguyên tắc, không thể trích năng lượng nhiệt từ một chất.

Độ không tuyệt đối được định nghĩa là 0 K, bằng −273,15 °C (chính xác).

Thang đo nhiệt độ Kelvin là thang đo bắt đầu từ độ không tuyệt đối.

Tầm quan trọng lớn là sự phát triển, dựa trên thang đo nhiệt động Kelvin, các thang đo thực tế quốc tế dựa trên các điểm tham chiếu - sự chuyển pha của các chất nguyên chất được xác định bằng phương pháp đo nhiệt độ cơ bản. Thang đo nhiệt độ quốc tế đầu tiên được ITS-27 thông qua vào năm 1927. Kể từ năm 1927, thang đo đã được xác định lại nhiều lần (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): nhiệt độ tham chiếu và phương pháp nội suy đã thay đổi, nhưng nguyên tắc vẫn giữ nguyên - cơ sở của thang đo là tập hợp các chuyển pha của các chất tinh khiết có giá trị nhất định về nhiệt độ nhiệt động và các dụng cụ nội suy được hiệu chuẩn tại các điểm này. Thang đo ITS-90 hiện đang có hiệu lực. Tài liệu chính (Quy định về thang đo) thiết lập định nghĩa Kelvin, các giá trị nhiệt độ chuyển pha (điểm tham chiếu) và phương pháp nội suy.

Thang nhiệt độ được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày - cả độ C và độ F (được sử dụng chủ yếu ở Hoa Kỳ) - không tuyệt đối và do đó bất tiện khi tiến hành thí nghiệm trong điều kiện nhiệt độ giảm xuống dưới điểm đóng băng của nước, đó là lý do tại sao nhiệt độ phải được biểu thị bằng âm con số. Đối với những trường hợp như vậy, thang đo nhiệt độ tuyệt đối đã được đưa ra.

Một trong số chúng được gọi là thang Rankine, và cái còn lại là thang nhiệt động tuyệt đối (thang Kelvin); nhiệt độ của chúng được đo tương ứng bằng độ Rankine (°Ra) và kelvins (K). Cả hai thang đo đều bắt đầu ở nhiệt độ không tuyệt đối. Chúng khác nhau ở chỗ giá của một vạch chia trên thang Kelvin bằng giá của một vạch chia trên thang đo độ C và giá của một vạch chia trên thang Rankine tương đương với giá của một vạch chia trên thang đo Fahrenheit. Điểm đóng băng của nước ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn tương ứng với 273,15 K, 0 ° C, 32 ° F.

Thang đo Kelvin gắn liền với điểm ba của nước (273,16 K) và hằng số Boltzmann phụ thuộc vào nó. Điều này tạo ra vấn đề về độ chính xác của việc giải thích các phép đo nhiệt độ cao. BIPM hiện đang xem xét khả năng chuyển sang một định nghĩa mới về Kelvin và cố định hằng số Boltzmann, thay vì tham chiếu đến nhiệt độ ba điểm. .

4.2. độ C

Trong công nghệ, y học, khí tượng học và trong cuộc sống hàng ngày, thang đo độ C được sử dụng, trong đó nhiệt độ của điểm ba của nước là 0,008 ° C, và do đó, điểm đóng băng của nước ở áp suất 1 atm là 0 ° C. Hiện nay, thang độ C được xác định thông qua thang Kelvin: giá của một vạch chia trên thang độ C bằng giá của một vạch chia trên thang Kelvin, t(°C) = T(K) - 273,15. Do đó, điểm sôi của nước, ban đầu được chọn bởi độ C làm điểm tham chiếu là 100 °C, đã mất đi ý nghĩa của nó, và các ước tính hiện đại đặt điểm sôi của nước ở áp suất khí quyển bình thường vào khoảng 99,975 °C. rất thuận tiện, vì nước rất phổ biến trên hành tinh của chúng ta và cuộc sống của chúng ta dựa vào nó. Điểm 0 độ C là một điểm đặc biệt đối với ngành khí tượng học vì nó gắn liền với sự đóng băng của nước trong khí quyển. Thang đo được đề xuất bởi Anders C vào năm 1742.

4.3. độ F

Ở Anh và đặc biệt là ở Mỹ, thang đo Fahrenheit được sử dụng. 0 độ C là 32 độ F, và một độ F là 9/5 độ C.

Định nghĩa hiện tại của thang đo Fahrenheit như sau: đó là thang đo nhiệt độ trong đó 1 độ (1 ° F) bằng 1/180 chênh lệch giữa điểm sôi của nước và nhiệt độ tan của băng ở áp suất khí quyển, và điểm tan của băng là +32 ° F. Nhiệt độ trên thang độ Fahrenheit có liên hệ với nhiệt độ trên thang độ C (t °C) theo tỷ lệ t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32. Đề xuất bởi G. Fahrenheit vào năm 1724 .

5. Năng lượng chuyển động nhiệt ở độ không tuyệt đối

Khi vật chất nguội đi, nhiều dạng năng lượng nhiệt và các hiệu ứng liên quan của chúng đồng thời giảm độ lớn. Vật chất chuyển từ trạng thái ít trật tự hơn sang trạng thái có trật tự hơn.

... khái niệm hiện đại về độ không tuyệt đối không phải là khái niệm đứng yên tuyệt đối; ngược lại, tại độ không tuyệt đối có thể có chuyển động - và nó tồn tại, nhưng nó là một trạng thái trật tự hoàn toàn ...

P. L. Kapitsa (Tính chất của heli lỏng)

Khí biến thành chất lỏng và sau đó kết tinh thành chất rắn (helium, thậm chí ở độ không tuyệt đối, vẫn ở trạng thái lỏng ở áp suất khí quyển). Chuyển động của các nguyên tử, phân tử chậm lại, động năng của chúng giảm. Điện trở của hầu hết các kim loại giảm do sự tán xạ electron trên các nguyên tử của mạng tinh thể dao động với biên độ nhỏ hơn. Do đó, ngay cả ở độ không tuyệt đối, các electron dẫn chuyển động giữa các nguyên tử với tốc độ Fermi cỡ 1 × 10 6 m/s.

Nhiệt độ mà tại đó các hạt vật chất có lượng chuyển động tối thiểu, chỉ được bảo toàn do chuyển động cơ học lượng tử, là nhiệt độ độ không tuyệt đối (T = 0K).

Không thể đạt được nhiệt độ không tuyệt đối. Nhiệt độ thấp nhất (450 ± 80) × 10 −12 K của ngưng tụ Bose-Einstein của các nguyên tử natri đã thu được vào năm 2003 bởi các nhà nghiên cứu từ MIT. Trong trường hợp này, cực đại của bức xạ nhiệt nằm trong vùng bước sóng khoảng 6400 km, nghĩa là xấp xỉ bán kính Trái đất.

5.1. Nhiệt độ và bức xạ

Năng lượng phát ra từ một vật tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ. Vì vậy, ở 300 K, lên tới 450 watt được phát ra từ một mét vuông bề mặt. Ví dụ, điều này giải thích hiện tượng bề mặt trái đất nguội đi vào ban đêm dưới nhiệt độ môi trường. Năng lượng bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen được mô tả bằng định luật Stefan-Boltzmann

5.2. Thang đo Reaumur

Được đề xuất vào năm 1730 bởi R. A. Reaumur, người đã mô tả nhiệt kế cồn do ông phát minh ra.

Đơn vị là độ Reaumur (°R), 1 °R bằng 1/80 khoảng nhiệt độ giữa các điểm tham chiếu - nhiệt độ tan của băng (0 °R) và nhiệt độ sôi của nước (80 °R)

1°R = 1,25°C.

Hiện nay, chiếc cân đã không còn được sử dụng, nó tồn tại lâu nhất ở Pháp, quê hương của tác giả.

6. Chuyển đổi từ các quy mô khác nhau

7. So sánh thang đo nhiệt độ

¹ Nhiệt độ trung bình bình thường của cơ thể con người là 36,6 °C ±0,7 °C hoặc 98,2 °F ±1,3 °F. Giá trị thường được trích dẫn là 98,6 ° F là sự chuyển đổi chính xác sang Fahrenheit của giá trị 37 ° C của Đức thế kỷ 19. Tuy nhiên, giá trị này không nằm trong phạm vi nhiệt độ trung bình bình thường của cơ thể con người, vì nhiệt độ của các bộ phận khác nhau trong cơ thể là khác nhau.

Một số giá trị trong bảng này đã được làm tròn.

8. Đặc điểm chuyển pha

Để mô tả các điểm chuyển pha của các chất khác nhau, các giá trị nhiệt độ sau được sử dụng:

• Nhiệt độ nóng chảy
• Nhiệt độ sôi
• Nhiệt độ ủ
• Nhiệt độ thiêu kết
• Nhiệt độ tổng hợp
• Nhiệt độ không khí
• Nhiệt độ đất
• Nhiệt độ tương đồng
• Gấp ba lần Điểm
• Nhiệt độ Debye (Nhiệt độ đặc trưng)
• Nhiệt độ Curie

9. Sự thật thú vị

Nhiệt độ thấp nhất trên Trái đất cho đến năm 1910 −68, Verkhoyansk

• Nhiệt độ cao nhất do con người tạo ra, ~10 nghìn tỷ. K (có thể so sánh với nhiệt độ của Vũ trụ trong những giây đầu tiên của cuộc đời) đạt được vào năm 2010 trong vụ va chạm của các ion chì được tăng tốc đến tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Thí nghiệm được thực hiện tại Máy Va chạm Hadron Lớn
• Nhiệt độ cao nhất có thể có về mặt lý thuyết là nhiệt độ Planck. Không thể tồn tại nhiệt độ cao hơn vì mọi thứ đều biến thành năng lượng (tất cả các hạt hạ nguyên tử sẽ sụp đổ). Nhiệt độ này xấp xỉ 1,41679(11)×10 32 K (khoảng 142 tỷ K).
• Nhiệt độ thấp nhất do con người tạo ra được Eric Cornell và Carl Wieman từ Mỹ thu được vào năm 1995 bằng cách làm lạnh các nguyên tử rubidium. . Nó ở trên độ không tuyệt đối ít hơn 1/170 tỷ của một phần K (5,9 × 10 −12 K).
• Bề mặt của Mặt trời có nhiệt độ khoảng 6000 K.
• Hạt của thực vật bậc cao vẫn tồn tại sau khi được làm lạnh đến −269 °C.

Ghi chú

1. GOST 8.417-2002. ĐƠN VỊ SỐ LƯỢNG - nolik.ru/systems/gost.htm
2. Khái niệm về nhiệt độ - nhiệt độ.ru/mtsh/mtsh.php?page=1
3. I. P. Bazarov. Nhiệt động lực học, M., Trường Cao đẳng, 1976, tr. 13-14.
4. Bạch kim - nhiệt độ.ru/mtsh/mtsh.php?page=81 nhiệt kế điện trở - thiết bị chính MTSH-90.
5. Đo nhiệt độ bằng laser - nhiệt độ.ru/newmet/newmet.php?page=0
6. Điểm tham chiếu MTSH-90 - nhiệt độ.ru/mtsh/mtsh.php?page=3
7. Phát triển định nghĩa mới về Kelvin - nhiệt độ.ru/kelvin/kelvin.php?page=2
8. D. A. Parshin, G. G. ZegryaĐiểm cốt lõi. Tính chất của một chất ở trạng thái tới hạn. Gấp ba lần Điểm. Chuyển pha loại thứ hai. Các phương pháp thu được nhiệt độ thấp. - edu.ioffe.spb.ru/edu/thermodinamics/lect11h.pdf. Nhiệt động lực học thống kê. Bài giảng 11. Đại học hàn lâm St. Petersburg.
9. Giới thiệu về các phép đo nhiệt độ cơ thể khác nhau - hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml (tiếng Anh)
10. BBC News - Máy va chạm Hadron lớn (LHC) tạo ra một "Vụ nổ lớn nhỏ" - www.bbc.co.uk/news/science-environment-11711228
11. Mọi thứ về mọi thứ. Hồ sơ nhiệt độ - tem-6.narod.ru/weather_record.html
12. Những điều kỳ diệu của khoa học - www.seti.ee/ff/34gin.swf

Văn học

• B. I. Spassky Lịch sử vật lý Phần I - osnovanija.narod.ru/History/Spas/T1_1.djvu. - Mátxcơva: “Trường trung học”, 1977.
• Sivukhin D.V. Nhiệt động lực học và vật lý phân tử. - Mátxcơva: “Khoa học”, 1990.

Điều nghịch lý là để đo nhiệt độ trong đời sống hàng ngày, trong công nghiệp và thậm chí trong khoa học ứng dụng, bạn không cần phải biết “nhiệt độ” là gì. Ý tưởng khá mơ hồ rằng “nhiệt độ là mức độ sưởi thi thể." Thật vậy, hầu hết các dụng cụ đo nhiệt độ thực tế đều đo các tính chất khác của các chất thay đổi theo mức độ gia nhiệt này, chẳng hạn như áp suất, thể tích, điện trở, v.v.. Sau đó, số đọc của chúng được chuyển đổi tự động hoặc thủ công thành đơn vị nhiệt độ.

Những người tò mò và sinh viên muốn hoặc bị buộc phải tìm ra nhiệt độ nào thường rơi vào phần tử nhiệt động lực học với các định luật 0, 1 và 2, chu trình Carnot và entropy. Phải thừa nhận rằng định nghĩa nhiệt độ như một thông số của động cơ nhiệt thuận nghịch lý tưởng, không phụ thuộc vào chất làm việc, thường không làm rõ ý nghĩa của chúng ta về khái niệm “nhiệt độ”.

Có vẻ “hữu hình” hơn là cách tiếp cận được gọi là lý thuyết động học phân tử, từ đó hình thành ý tưởng rằng nhiệt có thể được coi đơn giản là một trong các dạng năng lượng, cụ thể là động năng của nguyên tử và phân tử. Giá trị này, được tính trung bình trên một số lượng lớn các hạt chuyển động ngẫu nhiên, hóa ra là thước đo cái gọi là nhiệt độ cơ thể. Các phân tử của vật nóng chuyển động nhanh hơn các phân tử của vật lạnh.

Vì khái niệm nhiệt độ có liên quan chặt chẽ với động năng trung bình của các hạt nên việc sử dụng joule làm đơn vị đo của nó là điều đương nhiên. Tuy nhiên, năng lượng chuyển động nhiệt của các hạt rất nhỏ so với joule nên việc sử dụng đại lượng này là bất tiện. Chuyển động nhiệt được đo bằng đơn vị khác, được tính từ joules thông qua hệ số chuyển đổi "k".

Nếu nhiệt độ T được đo bằng kelvin (K) thì mối liên hệ của nó với động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các nguyên tử của khí lý tưởng có dạng

ek = (3/2) kt, (1)

Ở đâu k- hệ số chuyển đổi xác định phần nào của jun được chứa trong kelvin. Kích cỡ k gọi là hằng số Boltzmann.

Xét rằng áp suất cũng có thể được biểu thị dưới dạng năng lượng trung bình của chuyển động phân tử

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

Ở đâu n = N/V, V- thể tích chiếm bởi khí, N- tổng số phân tử trong khối lượng này

Phương trình trạng thái của khí lý tưởng sẽ là:

p = n kT

Nếu tổng số phân tử được biểu diễn dưới dạng N = µN A, Ở đâu µ - số mol khí N A- Số Avagadro, tức là số lượng hạt trên mỗi mol, bạn có thể dễ dàng thu được phương trình Clapeyron-Mendeleev nổi tiếng:

pV = µ RT, ở đâu R - hằng số khí mol R= N A .k

hoặc cho một nốt ruồi pV = N A. kt(3)

Do đó, nhiệt độ là một tham số được đưa vào phương trình trạng thái một cách giả tạo. Sử dụng phương trình trạng thái, nhiệt độ nhiệt động T có thể được xác định nếu biết tất cả các tham số và hằng số khác. Từ định nghĩa về nhiệt độ này, rõ ràng các giá trị của T sẽ phụ thuộc vào hằng số Boltzmann. Chúng ta có thể chọn một giá trị tùy ý cho hệ số tỷ lệ này và sau đó dựa vào nó không? KHÔNG. Rốt cuộc, do đó chúng ta có thể thu được một giá trị tùy ý cho điểm ba của nước, trong khi chúng ta sẽ thu được giá trị 273,16 K! Câu hỏi được đặt ra - tại sao chính xác là 273,16 K?

Những lý do cho điều này hoàn toàn là lịch sử, không phải vật chất. Thực tế là trong thang đo nhiệt độ đầu tiên, các giá trị chính xác đã được áp dụng cho hai trạng thái của nước cùng một lúc - điểm hóa rắn (0 ° C) và điểm sôi (100 ° C). Đây là những giá trị tùy ý được chọn để thuận tiện. Xét rằng một độ C bằng một độ Kelvin và đo nhiệt độ nhiệt động bằng nhiệt kế khí được hiệu chuẩn tại các điểm này, chúng tôi thu được giá trị 273,15 °C cho độ không tuyệt đối (0 °K) bằng phương pháp ngoại suy. Tất nhiên, giá trị này chỉ có thể được coi là chính xác nếu các phép đo bằng nhiệt kế khí hoàn toàn chính xác. Cái này sai. Do đó, bằng cách cố định giá trị 273,16 K cho điểm ba của nước và đo điểm sôi của nước bằng nhiệt kế khí tiên tiến hơn, bạn có thể thu được giá trị hơi khác khi sôi từ 100 ° C. Ví dụ: hiện tại giá trị thực tế nhất là 99,975 ° C. Và điều này chỉ là do công việc ban đầu với nhiệt kế khí đã đưa ra giá trị sai cho độ không tuyệt đối. Do đó, chúng ta cố định độ không tuyệt đối hoặc khoảng 100 °C giữa điểm đông đặc và điểm sôi của nước. Nếu chúng ta cố định khoảng thời gian và lặp lại các phép đo để ngoại suy về độ không tuyệt đối, chúng ta sẽ nhận được -273,22 °C.

Năm 1954, CIPM đã thông qua nghị quyết về việc chuyển sang định nghĩa mới về Kelvin, không liên quan gì đến khoảng 0 -100 °C. Trên thực tế, nó đã gán giá trị 273,16 K (0,01 °C) cho điểm ba của nước và “để điểm sôi của nước nổi tự do” ở khoảng 100 °C. Thay vì "độ Kelvin" cho đơn vị nhiệt độ, người ta chỉ đơn giản giới thiệu "kelvin".

Từ công thức (3), suy ra rằng bằng cách gán một giá trị cố định 273,16 K cho T ở trạng thái ổn định và có khả năng tái tạo tốt của hệ như điểm ba của nước, giá trị của hằng số k có thể được xác định bằng thực nghiệm. Cho đến gần đây, các giá trị thực nghiệm chính xác nhất của hằng số Boltzmann k đã thu được bằng phương pháp khí cực kỳ loãng.

Có các phương pháp khác để thu được hằng số Boltzmann, dựa trên việc sử dụng các định luật bao gồm tham số kT.

Đây là định luật Stefan-Boltzmann, theo đó tổng năng lượng của bức xạ nhiệt E(T) là hàm lũy thừa bậc bốn của CT.
Phương trình liên hệ bình phương tốc độ âm thanh trong một chất khí lý tưởng với 0 2 sự phụ thuộc tuyến tính với CT.
Phương trình tính điện áp nhiễu bình phương trung bình trên điện trở V 2, cũng phụ thuộc tuyến tính vào CT.

Cài đặt để thực hiện các phương pháp xác định trên CTđược gọi là dụng cụ đo nhiệt độ tuyệt đối hoặc dụng cụ đo nhiệt độ chính.

Vì vậy, có nhiều quy ước trong việc xác định giá trị nhiệt độ bằng kelvin thay vì bằng joules. Điều chính là hệ số tỷ lệ của chính nó k giữa các đơn vị nhiệt độ và năng lượng không phải là hằng số. Nó phụ thuộc vào độ chính xác của các phép đo nhiệt động hiện có thể đạt được. Cách tiếp cận này không thuận tiện lắm cho các nhiệt kế chính, đặc biệt là những nhiệt kế hoạt động ở phạm vi nhiệt độ xa điểm ba. Số đọc của chúng sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi giá trị của hằng số Boltzmann.

Mọi thay đổi trong thang nhiệt độ quốc tế thực tế đều là kết quả nghiên cứu khoa học của các trung tâm đo lường trên toàn thế giới. Sự ra đời của phiên bản mới của thang đo nhiệt độ ảnh hưởng đến việc hiệu chuẩn tất cả các dụng cụ đo nhiệt độ.

Mỗi người đều gặp phải khái niệm về nhiệt độ hàng ngày. Thuật ngữ này đã đi vào cuộc sống hàng ngày của chúng ta một cách vững chắc: chúng ta hâm nóng thức ăn trong lò vi sóng hoặc nấu thức ăn trong lò, chúng ta quan tâm đến thời tiết bên ngoài hoặc tìm hiểu xem nước sông có lạnh hay không - tất cả những điều này đều liên quan chặt chẽ đến khái niệm này . Nhiệt độ là gì, thông số vật lý này có ý nghĩa gì, nó được đo như thế nào? Chúng tôi sẽ trả lời những câu hỏi này và những câu hỏi khác trong bài viết.

Đại lượng vật lý

Chúng ta hãy xem nhiệt độ là bao nhiêu từ quan điểm của một hệ cô lập ở trạng thái cân bằng nhiệt động. Thuật ngữ này xuất phát từ tiếng Latin và có nghĩa là “hỗn hợp thích hợp”, “trạng thái bình thường”, “tỷ lệ”. Đại lượng này đặc trưng cho trạng thái cân bằng nhiệt động của bất kỳ hệ vĩ mô nào. Trong trường hợp một hệ cô lập mất cân bằng, theo thời gian sẽ có sự chuyển đổi năng lượng từ vật nóng hơn sang vật ít nóng hơn. Kết quả là sự cân bằng (thay đổi) nhiệt độ trong toàn hệ thống. Đây là định đề đầu tiên (định luật không) của nhiệt động lực học.

Nhiệt độ xác định sự phân bố các hạt cấu thành của hệ theo mức năng lượng và tốc độ, mức độ ion hóa của các chất, tính chất bức xạ điện từ cân bằng của các vật thể và tổng mật độ bức xạ thể tích. Vì đối với một hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt động, các tham số được liệt kê bằng nhau nên chúng thường được gọi là nhiệt độ của hệ.

Huyết tương

Ngoài các vật thể cân bằng, còn có những hệ thống trong đó trạng thái được đặc trưng bởi một số giá trị nhiệt độ không bằng nhau. Một ví dụ điển hình là plasma. Nó bao gồm các electron (hạt tích điện nhẹ) và các ion (hạt tích điện nặng). Khi chúng va chạm, một sự truyền năng lượng nhanh chóng xảy ra từ electron này sang electron khác và từ ion này sang ion khác. Nhưng giữa các yếu tố không đồng nhất có sự chuyển đổi chậm. Plasma có thể ở trạng thái trong đó các electron và ion riêng lẻ gần đạt trạng thái cân bằng. Trong trường hợp này, có thể giả sử nhiệt độ riêng biệt cho từng loại hạt. Tuy nhiên, các thông số này sẽ khác nhau.

Nam châm

Trong các vật thể trong đó các hạt có mômen từ, quá trình truyền năng lượng thường diễn ra chậm: từ bậc tự do tịnh tiến sang bậc tự do từ tính, gắn liền với khả năng thay đổi hướng của mômen. Hóa ra có những trạng thái mà cơ thể được đặc trưng bởi nhiệt độ không trùng với thông số động học. Nó tương ứng với chuyển động tịnh tiến của các hạt cơ bản. Nhiệt độ từ trường xác định một phần năng lượng bên trong. Nó có thể là cả tích cực và tiêu cực. Trong quá trình cân bằng, năng lượng sẽ được truyền từ các hạt có nhiệt độ cao hơn sang các hạt có nhiệt độ thấp hơn nếu chúng đều dương hoặc âm. Trong tình huống ngược lại, quá trình này sẽ diễn ra theo hướng ngược lại - nhiệt độ âm sẽ “cao hơn” nhiệt độ dương.

Tại sao điều này là cần thiết?

Điều nghịch lý là một người bình thường, để thực hiện quá trình đo cả trong đời sống hàng ngày và trong công nghiệp, thậm chí không cần biết nhiệt độ là gì. Chỉ cần trẻ hiểu rằng đây là mức độ nóng lên của một vật thể hoặc môi trường là đủ, đặc biệt là vì chúng ta đã quen thuộc với những thuật ngữ này từ khi còn nhỏ. Thật vậy, hầu hết các thiết bị thực tế được thiết kế để đo thông số này thực sự đo các tính chất khác của các chất thay đổi tùy thuộc vào mức độ gia nhiệt hoặc làm mát. Ví dụ: áp suất, điện trở, thể tích, v.v. Hơn nữa, các số đọc như vậy được tính toán lại theo cách thủ công hoặc tự động đến giá trị yêu cầu.

Hóa ra để xác định nhiệt độ thì không cần phải nghiên cứu vật lý. Hầu hết dân số trên hành tinh của chúng ta sống theo nguyên tắc này. Nếu TV đang hoạt động thì không cần phải hiểu các quá trình nhất thời của các thiết bị bán dẫn, nghiên cứu xem điện đến từ đâu trong ổ cắm hoặc tín hiệu đến đĩa vệ tinh như thế nào. Mọi người đã quen với việc ở mọi khu vực đều có những chuyên gia có thể sửa chữa hoặc gỡ lỗi hệ thống. Một người bình thường không muốn căng thẳng trí óc của mình, bởi vì sẽ tốt hơn nhiều nếu vừa xem một vở kịch truyền hình hoặc bóng đá trên “chiếc hộp” vừa nhấm nháp một cốc bia lạnh.

Và tôi muốn biết

Nhưng có những người, thường là sinh viên, vì tò mò hoặc vì cần thiết, buộc phải nghiên cứu vật lý và xác định nhiệt độ thực sự là bao nhiêu. Kết quả là, trong quá trình tìm kiếm, họ thấy mình đang ở trong rừng nhiệt động lực học và nghiên cứu các định luật số 0, thứ nhất và thứ hai của nó. Ngoài ra, trí óc tò mò sẽ phải hiểu được chu trình Carnot và entropy. Và khi kết thúc cuộc hành trình của mình, anh ta có thể sẽ thừa nhận rằng việc xác định nhiệt độ như một tham số của một hệ thống nhiệt thuận nghịch, không phụ thuộc vào loại chất hoạt động, sẽ không làm rõ thêm ý nghĩa của khái niệm này. Và tất cả đều giống nhau, phần nhìn thấy được sẽ có một số độ được hệ thống đơn vị quốc tế (SI) chấp nhận.

Nhiệt độ là động năng

Một cách tiếp cận “hữu hình” hơn được gọi là lý thuyết động học phân tử. Từ đó hình thành ý tưởng cho rằng nhiệt được coi là một dạng năng lượng. Ví dụ, động năng của các phân tử và nguyên tử, một thông số tính trung bình trên một số lượng lớn các hạt chuyển động hỗn loạn, hóa ra lại là thước đo của cái thường được gọi là nhiệt độ của một vật. Do đó, các hạt trong hệ thống được làm nóng chuyển động nhanh hơn trong hệ thống lạnh.

Vì thuật ngữ được đề cập có liên quan chặt chẽ với động năng trung bình của một nhóm hạt, nên việc sử dụng joule làm đơn vị đo nhiệt độ là điều hoàn toàn tự nhiên. Tuy nhiên, điều này không xảy ra, điều này được giải thích là do năng lượng chuyển động nhiệt của các hạt cơ bản rất nhỏ so với joule. Vì vậy, nó bất tiện khi sử dụng. Chuyển động nhiệt được đo bằng đơn vị tính từ joules bằng hệ số chuyển đổi đặc biệt.

Đơn vị nhiệt độ

Ngày nay, ba đơn vị chính được sử dụng để hiển thị thông số này. Ở nước ta, nhiệt độ thường được xác định bằng độ C. Đơn vị đo này dựa trên điểm hóa rắn của nước - giá trị tuyệt đối. Đó là điểm khởi đầu. Tức là nhiệt độ của nước tại đó băng bắt đầu hình thành bằng không. Trong trường hợp này, nước đóng vai trò là thước đo mẫu mực. Quy ước này đã được thông qua để thuận tiện. Giá trị tuyệt đối thứ hai là nhiệt độ hơi, tức là thời điểm nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí.

Đơn vị tiếp theo là độ Kelvin. Nguồn gốc của hệ thống này được coi là điểm không tuyệt đối. Vì vậy, một độ Kelvin bằng một độ C. Sự khác biệt duy nhất là điểm bắt đầu. Chúng ta thấy rằng 0 Kelvin sẽ bằng âm 273,16 độ C. Năm 1954, Đại hội đồng về Trọng lượng và Đo lường đã quyết định thay thế thuật ngữ "kelvin" cho đơn vị nhiệt độ bằng "kelvin".

Đơn vị đo lường được chấp nhận phổ biến thứ ba là độ F. Cho đến năm 1960, chúng được sử dụng rộng rãi ở tất cả các nước nói tiếng Anh. Tuy nhiên, đơn vị này vẫn được sử dụng trong đời sống hàng ngày ở Mỹ. Hệ thống này về cơ bản khác với những hệ thống được mô tả ở trên. Nhiệt độ đóng băng của hỗn hợp muối, amoniac và nước theo tỷ lệ 1:1:1 được lấy làm điểm bắt đầu. Vì vậy, trên thang đo Fahrenheit, điểm đóng băng của nước là cộng 32 độ và điểm sôi là cộng 212 độ. Trong hệ thống này, một độ bằng 1/180 chênh lệch giữa các nhiệt độ này. Do đó, phạm vi từ 0 đến +100 độ F tương ứng với phạm vi từ -18 đến +38 độ C.

Nhiệt độ không tuyệt đối

Chúng ta hãy tìm hiểu thông số này có ý nghĩa gì. Độ không tuyệt đối là giá trị nhiệt độ giới hạn tại đó áp suất của khí lý tưởng trở thành 0 đối với một thể tích cố định. Đây là giá trị thấp nhất trong tự nhiên. Như Mikhailo Lomonosov đã dự đoán, “đây là đợt lạnh lớn nhất hoặc mức độ cuối cùng”. Từ đó tuân theo định luật hóa học Avogadro: những thể tích khí bằng nhau, chịu cùng nhiệt độ và áp suất, chứa cùng số lượng phân tử. Điều gì tiếp theo từ điều này? Có một nhiệt độ tối thiểu của một chất khí mà tại đó áp suất hoặc thể tích của nó bằng không. Giá trị tuyệt đối này tương ứng với 0 Kelvin, hay 273 độ C.

Một số sự thật thú vị về hệ mặt trời

Nhiệt độ trên bề mặt Mặt trời lên tới 5700 Kelvin và ở trung tâm lõi - 15 triệu Kelvin. Các hành tinh trong hệ mặt trời khác nhau rất nhiều về mức độ sưởi ấm. Do đó, nhiệt độ lõi Trái đất của chúng ta xấp xỉ nhiệt độ trên bề mặt Mặt trời. Sao Mộc được coi là hành tinh nóng nhất. Nhiệt độ ở trung tâm lõi của nó cao gấp 5 lần so với nhiệt độ ở bề mặt Mặt trời. Nhưng giá trị thấp nhất của tham số được ghi lại trên bề mặt Mặt trăng - chỉ là 30 Kelvin. Giá trị này thậm chí còn thấp hơn trên bề mặt Sao Diêm Vương.

Sự thật về Trái đất

1. Nhiệt độ cao nhất được con người ghi nhận là 4 tỷ độ C. Giá trị này cao gấp 250 lần nhiệt độ lõi Mặt trời. Kỷ lục được thiết lập bởi Phòng thí nghiệm tự nhiên Brookhaven ở New York trong một máy va chạm ion dài khoảng 4 km.

2. Nhiệt độ trên hành tinh của chúng ta cũng không phải lúc nào cũng lý tưởng và dễ chịu. Ví dụ, tại thành phố Verkhnoyansk ở Yakutia, nhiệt độ vào mùa đông giảm xuống âm 45 độ C. Nhưng ở thành phố Dallol của Ethiopia, tình hình lại ngược lại. Ở đó nhiệt độ trung bình hàng năm là cộng thêm 34 độ.

3. Những điều kiện làm việc khắc nghiệt nhất được ghi nhận tại các mỏ vàng ở Nam Phi. Thợ mỏ làm việc ở độ sâu ba km ở nhiệt độ cộng 65 độ C.

Nhiệt độ nhiệt động

Nhiệt độ nhiệt động(Tiếng Anh) nhiệt độ nhiệt động, Tiếng Đức nhiệt động lực học Nhiệt độ), hoặc nhiệt độ tuyệt đối(Tiếng Anh) nhiệt độ tuyệt đối, Tiếng Đức nhiệt độ tuyệt đối) là hàm duy nhất về trạng thái của hệ nhiệt động đặc trưng cho hướng trao đổi nhiệt tự phát giữa các vật thể (hệ thống).

Nhiệt độ nhiệt động được ký hiệu bằng chữ T (\displaystyle T), được đo bằng kelvins (ký hiệu là K) và được đo trên thang nhiệt động tuyệt đối (thang Kelvin). Thang đo nhiệt động tuyệt đối là thang đo cơ bản trong vật lý và trong các phương trình nhiệt động lực học.

Về phần mình, lý thuyết động học phân tử kết nối nhiệt độ tuyệt đối với động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử khí lý tưởng trong điều kiện cân bằng nhiệt động:

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

trong đó m (\displaystyle m) ─ khối lượng phân tử, v ¯ (\displaystyle (\bar (v))) ─ căn bậc hai vận tốc bình phương của chuyển động tịnh tiến của các phân tử, T (\displaystyle T) ─ nhiệt độ tuyệt đối, k (\displaystyle k ) ─ hằng số Boltzmann.

Câu chuyện

Đo nhiệt độ đã trải qua một chặng đường dài và khó khăn trong quá trình phát triển của nó. Vì nhiệt độ không thể đo trực tiếp nên các đặc tính của vật đo nhiệt, phụ thuộc chức năng vào nhiệt độ, đã được sử dụng để đo nhiệt độ. Trên cơ sở đó, nhiều thang đo nhiệt độ khác nhau đã được phát triển, được gọi là thực nghiệm, và nhiệt độ đo được với sự trợ giúp của chúng được gọi là thực nghiệm. Nhược điểm đáng kể của thang đo thực nghiệm là chúng thiếu tính liên tục và sự khác biệt giữa các giá trị nhiệt độ đối với các vật thể đo nhiệt độ khác nhau: cả giữa các điểm tham chiếu và ngoài chúng. Sự thiếu tính liên tục của các thang đo thực nghiệm là do bản chất của một chất không có khả năng duy trì các đặc tính của nó trong toàn bộ phạm vi nhiệt độ có thể. Năm 1848, Thomson (Lord Kelvin) đề xuất chọn một thang đo nhiệt độ sao cho trong giới hạn của nó thì hiệu suất của một động cơ nhiệt lý tưởng sẽ như nhau. Sau đó, vào năm 1854, ông đề xuất sử dụng hàm Carnot nghịch đảo để xây dựng thang đo nhiệt động độc lập với các tính chất của vật đo nhiệt. Tuy nhiên, việc thực hiện ý tưởng này trên thực tế hóa ra là không thể. Vào đầu thế kỷ 19, để tìm kiếm một thiết bị “tuyệt đối” để đo nhiệt độ, họ lại quay trở lại ý tưởng về một nhiệt kế khí lý tưởng dựa trên các định luật về khí lý tưởng của Gay-Lussac và Charles. Nhiệt kế khí trong một thời gian dài là cách duy nhất để tái tạo nhiệt độ tuyệt đối. Các hướng mới trong việc tái tạo thang nhiệt độ tuyệt đối dựa trên việc sử dụng phương trình Stefan-Boltzmann trong phép đo nhiệt độ không tiếp xúc và phương trình Harry (Harry) Nyquist trong phép đo nhiệt độ tiếp xúc.

Cơ sở vật lý xây dựng thang đo nhiệt độ nhiệt động lực học

1. Về nguyên tắc, thang đo nhiệt độ nhiệt động có thể được xây dựng dựa trên định lý Carnot, trong đó phát biểu rằng hiệu suất của động cơ nhiệt lý tưởng không phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng làm việc và thiết kế của động cơ mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của máy sưởi và tủ lạnh.

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))),)

trong đó Q 1 (\displaystyle Q_(1)) là lượng nhiệt mà chất lỏng công tác (khí lý tưởng) nhận được từ bộ gia nhiệt, Q 2 (\displaystyle Q_(2)) là lượng nhiệt mà chất lỏng công tác truyền cho tủ lạnh, T 1 , T 2 ( \displaystyle T_(1),T_(2)) - nhiệt độ tương ứng của lò sưởi và tủ lạnh.

Từ phương trình trên ta có mối quan hệ sau:

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

Mối quan hệ này có thể được sử dụng để xây dựng nhiệt độ nhiệt động tuyệt đối. Nếu một trong các quá trình đẳng nhiệt của chu trình Carnot Q 3 (\displaystyle Q_(3)) được thực hiện ở nhiệt độ điểm ba của nước (điểm tham chiếu), đặt tùy ý ─ T 3 = 273, 16 K, (\ displaystyle T_(3)=273(, )16\,K,) thì mọi nhiệt độ khác sẽ được xác định theo công thức T = 273, 16 Q Q 3 (\displaystyle T=273(,)16(\frac (Q)( Q_(3)))) . Thang đo nhiệt độ được thiết lập theo cách này được gọi là thang đo nhiệt động Kelvin. Thật không may, độ chính xác của việc đo lượng nhiệt thấp, điều này không cho phép thực hiện phương pháp mô tả ở trên trong thực tế.

2. Thang đo nhiệt độ tuyệt đối có thể được xây dựng nếu sử dụng khí lý tưởng làm vật đo nhiệt độ. Trên thực tế, phương trình Clapeyron hàm ý mối quan hệ

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

Nếu bạn đo áp suất của một chất khí có đặc tính gần lý tưởng, nằm trong một bình kín có thể tích không đổi, thì bằng cách này, bạn có thể thiết lập thang nhiệt độ, được gọi là khí lý tưởng.Ưu điểm của thang đo này là áp suất của khí lý tưởng tại V = c o n s t (\displaystyle V=const) thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ. Vì ngay cả các loại khí có độ tinh khiết cao cũng khác nhau đôi chút về tính chất của chúng so với khí lý tưởng, nên việc thực hiện thang đo khí lý tưởng có liên quan đến một số khó khăn nhất định.

3. Nhiều sách giáo khoa về nhiệt động lực học cung cấp bằng chứng cho thấy nhiệt độ đo được trên thang đo khí lý tưởng trùng với nhiệt độ nhiệt động lực học. Tuy nhiên, cần phải bảo lưu: mặc dù thực tế là thang nhiệt động và khí lý tưởng hoàn toàn giống nhau về mặt số lượng, nhưng từ quan điểm định tính, có sự khác biệt cơ bản giữa chúng. Chỉ có thang đo nhiệt động là hoàn toàn độc lập với các tính chất của chất đo nhiệt.

4. Như đã chỉ ra, việc tái tạo chính xác thang đo nhiệt động cũng như thang đo khí lý tưởng gặp rất nhiều khó khăn nghiêm trọng. Trong trường hợp đầu tiên, cần đo cẩn thận lượng nhiệt được cung cấp và thải ra trong các quá trình đẳng nhiệt của động cơ nhiệt lý tưởng. Loại đo lường này là không chính xác. Có thể tái tạo thang nhiệt độ nhiệt động lực học (khí lý tưởng) trong khoảng từ 10 đến 1337 K bằng nhiệt kế khí. Ở nhiệt độ cao hơn, sự khuếch tán của khí thực qua thành bình là đáng chú ý và ở nhiệt độ vài nghìn độ, khí đa nguyên tử sẽ phân hủy thành các nguyên tử. Ở nhiệt độ cao hơn nữa, khí thực bị ion hóa và biến thành plasma, không tuân theo phương trình Clapeyron. Nhiệt độ thấp nhất có thể đo được bằng nhiệt kế khí chứa đầy khí heli ở áp suất thấp là 1 K. Để đo nhiệt độ vượt quá khả năng của nhiệt kế khí, người ta sử dụng các phương pháp đo đặc biệt. Xem thêm chi tiết. Nhiệt kế.

Xác định điểm đông đặc

Những nhiễu loạn chính trong hệ thống cung cấp nhiên liệu ở nhiệt độ thấp có liên quan đến điểm đục và điểm đông đặc của nhiên liệu. Không giống như xăng, nhiên liệu diesel có thể chứa khá nhiều hydrocacbon có nhiệt độ nóng chảy cao, chủ yếu là parafinic (alkan) và hydrocacbon thơm.

Khi nhiệt độ giảm xuống, phần lớn các hydrocacbon nóng chảy sẽ rơi ra khỏi nhiên liệu dưới dạng tinh thể có nhiều hình dạng khác nhau và nhiên liệu trở nên đục. Nhiệt độ cao nhất mà tại đó nhiên liệu mất đi độ trong suốt được gọi là điểm mây. Đồng thời, nhiên liệu không bị mất tính lưu động. Giá trị độ nhớt tăng nhẹ khi nhiệt độ tăng, tuy nhiên, các tinh thể xuyên qua bộ lọc thô tạo thành một lớp màng không thấm nhiên liệu trên bộ lọc mịn, dẫn đến việc ngừng cung cấp nhiên liệu. Theo quy định, điểm vẩn đục phải thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh từ 3-5°C. Với việc làm mát thêm nhiên liệu diesel, các tinh thể riêng lẻ kết hợp lại thành một khung thấm vào toàn bộ nhiên liệu, liên kết nó. Nhiên liệu mất tính lưu động.

Với việc làm mát nhiên liệu hơn nữa, các tinh thể hydrocacbon có nhiệt độ nóng chảy cao bắt đầu kết hợp lại, tạo thành một mạng không gian trong các ngăn chứa hydrocacbon lỏng. Sau đó, cấu trúc thu được được tăng cường đến mức nhiên liệu mất đi tính lưu động - nó đông đặc lại. Nhiệt độ cao nhất mà nhiên liệu mất tính lưu động được gọi là điểm đông đặc. Nhiệt độ phải thấp hơn nhiệt độ môi trường xung quanh từ 8-12°C. điểm đổ Nhiệt độ tại đó nhiên liệu diesel đổ vào ống nghiệm, khi được làm nguội trong những điều kiện nhất định, không làm thay đổi vị trí của mặt khum trong vòng 1 phút khi ống nghiệm nghiêng một góc 45° so với phương thẳng đứng được xem xét (GOST 20287- 91). Điểm đông đặc của nhiên liệu diesel là một giá trị có điều kiện và chỉ dùng làm hướng dẫn để xác định các điều kiện sử dụng nhiên liệu.

Thiết bị: thiết bị xác định điểm vẩn đục của nhiên liệu; chân máy phòng thí nghiệm; thuốc thử dùng cho hỗn hợp làm mát (đá muối cho nhiệt độ lên đến âm 20 °C; cồn và carbon dioxide - đá khô - cho nhiệt độ dưới âm 20 °C); ống nghiệm; mẫu nhiên liệu; axit sunfuric.

Cơm. 2.3. Thiết bị xác định điểm đục và điểm đông đặc của nhiên liệu: 1 - ống nghiệm ngoài; 2 - ống nghiệm bên trong; 3 - phích cắm; 4 - nhiệt kế; 5 - máy khuấy

Trình tự công việc:

Bản chất của việc xác định điểm vẩn đục của nhiên liệu là làm nguội sâu nhiên liệu và quan sát trực quan những thay đổi trong tình trạng của nhiên liệu. Bản chất của việc xác định điểm đông đặc là làm nguội sâu nhiên liệu đến mức mất khả năng di chuyển.

1. Trộn kỹ nhiên liệu cần kiểm tra và đổ vào ống nghiệm bên trong đến vạch (40 mm tính từ đáy có vạch). Đậy ống nghiệm bằng nút bần và nhiệt kế. Chèn nhiệt kế sao cho quả cầu thủy ngân nằm trong ống nghiệm, cách đáy 15 mm và cách thành ống một khoảng bằng nhau.

2. Đổ nhiên liệu thử vào một ống nghiệm khác, dùng làm chất chuẩn độ trong suốt.

3. Đổ đầy hỗn hợp làm mát vào bình thiết bị, mức hỗn hợp này phải được duy trì cao hơn mức nhiên liệu trong ống nghiệm 30-40 mm. Nhiệt độ của hỗn hợp chất làm mát trong quá trình thử nghiệm phải luôn thấp hơn nhiệt độ của nhiên liệu đang được thử nghiệm là 15 ± 2 °C.

4. Cố định ống bên trong bằng nhiên liệu và nhiệt kế ở ống ngoài. Để tránh làm mờ thành bên trong, đổ 0,5-1,0 ml axit sulfuric vào giữa các ống nghiệm.

5. Đặt thiết bị đã lắp ráp vào hỗn hợp làm mát. Khuấy nhiên liệu liên tục trong khi làm mát.

6. 5 ° C trước điểm đục dự kiến, lấy ống nghiệm ra khỏi hỗn hợp làm mát, lau nhanh bằng bông gòn tẩm cồn và so sánh với tiêu chuẩn. Thời gian xác định so sánh không quá 12 giây.

7. Nếu nhiên liệu không thay đổi so với tiêu chuẩn trong suốt thì ống nghiệm lại được hạ xuống bình chứa dụng cụ và tiến hành quan sát thêm theo từng độ, hạ nhiệt độ của nhiên liệu. Những quan sát so sánh này với một tiêu chuẩn minh bạch được thực hiện cho đến khi nhiên liệu bắt đầu khác với tiêu chuẩn, tức là khi xuất hiện độ đục trong đó. Khi xác định điểm vẩn đục của mẫu nhiên liệu chưa biết, trước tiên hãy thiết lập các giá trị gần đúng của các nhiệt độ này bằng cách quan sát trạng thái của nhiên liệu sau mỗi 5 °C.

8. Để xác định điểm đông đặc của nhiên liệu theo điểm 1 và 2, hãy chuẩn bị một thiết bị thử nghiệm với nhiên liệu đã khử nước (sử dụng canxi clorua mới nung). Đặt thiết bị đã chuẩn bị vào bình chứa chất làm mát. Nhiệt độ của hỗn hợp chất làm mát phải thấp hơn nhiệt độ đông đặc dự kiến ​​của nhiên liệu là 5°C.

9. Không lấy nó ra khỏi hỗn hợp làm mát, nghiêng thiết bị một góc 45° và giữ nó ở vị trí này trong một phút, cho đến khi nhiên liệu thử nghiệm trong ống nghiệm đạt đến nhiệt độ tương ứng với điểm đông đặc của nó.

10. Lấy ống nghiệm ra khỏi hỗn hợp làm mát, lau thành ống bằng bông gòn tẩm cồn và quan sát xem mặt khum nhiên liệu có bị dịch chuyển hay không. Nếu mặt khum không dịch chuyển thì nhiên liệu vẫn bị đóng băng và ngược lại. Nếu nhiệt độ nhiên liệu thậm chí còn chưa được biết đến một cách gần đúng thì thử nghiệm dịch chuyển mặt khum được thực hiện sau mỗi lần nhiệt độ nhiên liệu giảm 5 °C. Trong trường hợp này, nhiệt độ hỗn hợp được duy trì thấp hơn nhiệt độ nhiên liệu 4-5°. Sau khi kiểm tra, đưa thiết bị và nơi làm việc về vị trí ban đầu. So sánh nhiệt độ kết quả với các chỉ số GOST.

Xác định trị số cetan của nhiên liệu diesel bằng phương pháp tính toán

Khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu diesel được đánh giá bằng chỉ số cetan (CN). Phương pháp đánh giá khả năng tự bốc cháy của nhiên liệu cho động cơ diesel tốc độ cao cũng tương tự như phương pháp đánh giá khả năng chống kích nổ của xăng. Hai hydrocacbon được chọn làm nhiên liệu chuẩn để xác định khả năng tự bốc cháy là cetan C16H34 và alphamethylnaphthalene C10H7CH3. Độ bốc cháy tự phát của hydrocarbon thứ nhất thường được lấy bằng 100, thứ hai - bằng 0. Bằng cách trộn chúng, bạn có thể thu được hỗn hợp có khả năng bốc cháy tự phát từ 0 đến 100. Do đó, số Cetaneđược gọi là chất chỉ thị có điều kiện, về mặt số lượng bằng phần trăm xetan trong hỗn hợp của nó với alphamethylnaphthalene, về mặt tự bốc cháy tương ứng với mẫu thử.

Trị số cetan của nhiên liệu diesel được xác định bằng phương pháp trùng khớp nhanh (Hình 2.4).

Để động cơ hiện đại vận hành trơn tru, cần phải có nhiên liệu có trị số cetane ít nhất là 45 vào mùa hè và 50 vào mùa đông. Với trị số cetane dưới 45, động cơ diesel hoạt động khắc nghiệt, đặc biệt là vào mùa đông và trên 45 - nhẹ nhàng. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiên liệu có chỉ số cetane trên 60 là không có lợi, vì mức độ vận hành thay đổi không đáng kể và mức tiêu hao nhiên liệu cụ thể tăng lên. Điều thứ hai được giải thích là do khi tần số trung tâm tăng trên 55, thời gian trễ đánh lửa (thời gian từ lúc nhiên liệu được cung cấp vào xi lanh động cơ cho đến khi bắt đầu cháy) nhỏ đến mức nhiên liệu bốc cháy gần vòi phun. và không khí nằm xa vị trí phun hầu như không tham gia vào quá trình đốt cháy. Kết quả là nhiên liệu không cháy hết và hiệu suất động cơ giảm.

Nhiên liệu diesel không phải lúc nào cũng cung cấp khả năng tự cháy cần thiết nên cần phải tăng chỉ số cetane. Có hai phương pháp chính: thay đổi thành phần hóa học và đưa vào các chất phụ gia đặc biệt.

Về độ tin cậy của động cơ khởi động nguội ở các nhiệt độ môi trường khác nhau, nó phụ thuộc nhiều hơn vào thiết kế động cơ và chế độ khởi động so với CN của nhiên liệu. Ở nhiệt độ trong buồng cháy dưới 350-400°C, hỗn hợp dễ cháy sẽ không còn khả năng bắt lửa. Tốc độ khởi động tối thiểu của trục khuỷu diesel phải là 100-120 phút-1. Và tần số khởi động càng cao thì nhiệt độ của khí nén càng cao và do đó có điều kiện để khởi động động cơ.

Trị số cetan phụ thuộc vào hàm lượng và cấu trúc của các hydrocacbon tạo nên nhiên liệu diesel. Trị số xetan của ankan cao nhất, hiđrocacbon thơm có trị số thấp nhất. Các hydrocacbon có trong nhiên liệu diesel được sắp xếp theo số trung tâm như sau: 1 - ankan, 2 - xycloalkan, 3 - isoalkan, 4 - hydrocacbon thơm. Sự gia tăng số lượng nguyên tử carbon trong phân tử hydrocarbon dẫn đến sự gia tăng số lượng xetan. Do đó, sự gia tăng hàm lượng n-alkan dẫn đến sự gia tăng CN. Tuy nhiên, n-alkan có nhiệt độ kết tinh cao, dẫn đến sự suy giảm tính chất ở nhiệt độ thấp của nhiên liệu diesel.

Việc đưa các chất phụ gia chứa oxy đặc biệt vào nhiên liệu diesel tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải phóng oxy hoạt tính dễ dàng. Các chất phụ gia như vậy bao gồm peroxit hữu cơ, este của axit nitric, khi đi vào buồng đốt sẽ đẩy nhanh quá trình hình thành peroxit, sự phân hủy của chúng sẽ đẩy nhanh quá trình tự bốc cháy. Do đó, việc bổ sung 1% isopropyl nitrat làm tăng số trung tâm lên 10-12 đơn vị và cải thiện đặc tính khởi động của động cơ diesel trong mùa đông. Có một mối quan hệ thực nghiệm giữa trị số cetan của nhiên liệu và trị số octan của nó.

CN = 60 - OC/2, (2.4)

trong đó CN là trị số cetan; OC - ​​​​số octan.

Trị số octan càng cao thì trị số cetan càng thấp và ngược lại. Do đó, việc thêm các phần xăng vào nhiên liệu diesel luôn dẫn đến giảm chỉ số cetan của nó.

Số cetane có thể được tính gần đúng bằng công thức (kết quả thu được khác với kết quả thực tế 2-3 đơn vị):

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

trong đó ν 20 là độ nhớt của nhiên liệu tính bằng cSt ở 20°C; ρ 20 - mật độ nhiên liệu ở 20°C, g/cm3.

Nhiệt độ là gì?

Những câu trả lời như “đo nhiệt độ cơ thể” không được chấp nhận))))))

Vitalik Obukhov

Nhiệt độ (từ nhiệt độ Latin - trộn thích hợp, trạng thái bình thường) là một đại lượng vật lý đặc trưng gần đúng cho động năng trung bình của các hạt của hệ vĩ mô trên một bậc tự do, ở trạng thái cân bằng nhiệt động.
Trong hệ SI, nhiệt độ được đo bằng kelvin. Nhưng trong thực tế, độ C thường được sử dụng do chúng liên quan đến các đặc tính quan trọng của nước - nhiệt độ tan của nước đá (0°C) và nhiệt độ sôi (100°C). Điều này thuận tiện vì hầu hết các quá trình khí hậu, các quá trình ở động vật hoang dã, v.v. đều liên quan đến phạm vi này.
Ngoài ra còn có thang đo Fahrenheit và một số thang đo khác.
Nhiệt độ, theo quan điểm động học phân tử, là một đại lượng vật lý đặc trưng cho cường độ chuyển động nhiệt, hỗn loạn của toàn bộ tập hợp các hạt trong hệ và tỷ lệ thuận với động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của một hạt.
Mối quan hệ giữa động năng, khối lượng và tốc độ được thể hiện bằng công thức sau:
Ek = 1/2m v 2
Do đó, các hạt có cùng khối lượng và có cùng tốc độ thì có cùng nhiệt độ.
Động năng trung bình của một hạt có liên hệ với nhiệt độ nhiệt động của hằng số Boltzmann:
Eav = i/2kBT
Ở đâu:
i - số bậc tự do
kB = 1,380 6505(24) × 10−23 J/K - Hằng số Boltzmann
T - nhiệt độ;
Nhiệt độ là nghịch đảo của sự thay đổi entropy (mức độ mất trật tự) của một hệ khi thêm một đơn vị nhiệt vào hệ: 1/T = ΔS/ΔQ.
[sửa] Lịch sử của phương pháp nhiệt động lực học
Từ “nhiệt độ” xuất hiện vào thời đó khi người ta tin rằng những vật thể nóng hơn chứa một lượng lớn chất đặc biệt - calo - hơn những vật thể ít nóng hơn. Do đó, nhiệt độ được coi là sức mạnh của hỗn hợp vật chất cơ thể và calo. Vì lý do này, đơn vị đo độ mạnh của đồ uống có cồn và nhiệt độ được gọi là độ.
Ở trạng thái cân bằng, nhiệt độ có cùng giá trị đối với mọi phần vĩ mô của hệ. Nếu hai vật trong một hệ có cùng nhiệt độ thì không có sự truyền động năng của các hạt (nhiệt) giữa chúng. Nếu có sự chênh lệch nhiệt độ thì nhiệt sẽ truyền từ vật có nhiệt độ cao hơn sang vật có nhiệt độ thấp hơn, vì tổng entropy tăng.
Nhiệt độ cũng liên quan đến cảm giác chủ quan “ấm” và “lạnh”, liên quan đến việc mô sống tỏa ra hay nhận nhiệt.
Một số hệ cơ học lượng tử có thể ở trạng thái trong đó entropy không tăng mà giảm khi bổ sung năng lượng, về mặt hình thức tương ứng với nhiệt độ tuyệt đối âm. Tuy nhiên, những trạng thái như vậy không phải là “dưới độ 0 tuyệt đối” mà là “trên vô cực”, vì khi một hệ như vậy tiếp xúc với một vật có nhiệt độ dương, năng lượng được truyền từ hệ sang vật chứ không phải ngược lại (vì biết thêm chi tiết, xem Nhiệt động lực học lượng tử).
Các tính chất của nhiệt độ được nghiên cứu bởi ngành vật lý - nhiệt động lực học. Nhiệt độ cũng đóng một vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học, bao gồm các ngành vật lý khác, cũng như hóa học và sinh học.

hải ly

Nếu “trên ngón tay” thì nó là thước đo năng lượng trung bình của các hạt của một chất. Nếu chúng ta đang nói về chất khí hoặc chất lỏng - động năng, nếu về chất rắn, thì năng lượng dao động của các hạt trong mạng.
Điều quan trọng ở đây là đây là thước đo năng lượng trung bình, tức là nếu có quá ít hạt thì khái niệm nhiệt độ sẽ mất đi ý nghĩa. Ví dụ, trong không gian: có đủ loại hạt trôi nổi xung quanh đó, nhưng có quá ít hạt để có thể hiểu được năng lượng trung bình.

Dmitry D.

Hải ly đã viết đúng về nguyên tắc, chỉ dao động của các hạt trong mạng cũng có động năng. , do đó định nghĩa ngắn gọn nhất là:
nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của các hạt cấu trúc của một chất.

Nhiệt độ thật dễ dàng!

Nhiệt độ

Nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của các phân tử.
Nhiệt độ đặc trưng cho mức độ nóng lên của cơ thể.

Thiết bị đo nhiệt độ - nhiệt kế.
Nguyên lý hoạt động nhiệt kế:
Khi đo nhiệt độ, người ta sử dụng sự phụ thuộc của sự thay đổi trong bất kỳ thông số vĩ mô nào (thể tích, áp suất, điện trở, v.v.) của một chất vào nhiệt độ.
Trong nhiệt kế chất lỏng, đây là sự thay đổi thể tích chất lỏng.
Khi hai môi trường tiếp xúc với nhau, năng lượng được truyền từ môi trường nóng hơn sang môi trường ít nóng hơn.
Trong quá trình đo, nhiệt độ cơ thể và nhiệt kế đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt.

Nhiệt kế chất lỏng

Trong thực tế, nhiệt kế lỏng thường được sử dụng: thủy ngân (trong khoảng từ -35 o C đến +750 o C) và rượu (từ -80 o C đến +70 o C).
Họ sử dụng tính chất của chất lỏng để thay đổi thể tích của nó khi nhiệt độ thay đổi.
Tuy nhiên, mỗi chất lỏng đều có đặc điểm riêng về sự thay đổi thể tích (giãn nở) ở các nhiệt độ khác nhau.
Ví dụ, do so sánh số đọc của nhiệt kế thủy ngân và rượu, kết quả trùng khớp chính xác sẽ chỉ có ở hai điểm (ở nhiệt độ 0 o C và 100 o C).
Nhiệt kế gas không có những nhược điểm này.

Nhiệt kế khí

Nhiệt kế khí đầu tiên được tạo ra bởi nhà vật lý người Pháp J. Charles.

Thuận lợi nhiệt kế khí:
- sử dụng sự phụ thuộc tuyến tính của sự thay đổi thể tích khí hoặc áp suất vào nhiệt độ, có giá trị đối với tất cả các loại khí
- độ chính xác đo từ 0,003 o C đến 0,02 o C
- dải nhiệt độ từ -271 o C đến +1027 o C.

Cân bằng nhiệt

Khi hai vật có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc với nhau, năng lượng bên trong được truyền từ vật nóng hơn sang vật ít nóng hơn và nhiệt độ của cả hai vật đều cân bằng.
Một trạng thái cân bằng nhiệt xảy ra, trong đó tất cả các thông số vĩ mô (thể tích, áp suất, nhiệt độ) của cả hai vật thể sau đó không thay đổi trong các điều kiện bên ngoài không đổi.

Cân bằng nhiệt là trạng thái trong đó tất cả các thông số vĩ mô không thay đổi trong một thời gian dài vô tận.
Trạng thái cân bằng nhiệt của một hệ các vật thể được đặc trưng bởi nhiệt độ: tất cả các vật thể của hệ cân bằng nhiệt với nhau đều có cùng nhiệt độ.
Người ta đã chứng minh rằng ở trạng thái cân bằng nhiệt, động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử của tất cả các chất khí là như nhau, tức là

Đối với khí loãng (lý tưởng), giá trị

và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ thì

trong đó k là hằng số Boltzmann

Sự phụ thuộc này giúp có thể đưa ra thang nhiệt độ mới - thang nhiệt độ tuyệt đối không phụ thuộc vào chất được sử dụng để đo nhiệt độ.

Thang đo nhiệt độ tuyệt đối

Được giới thiệu bởi nhà vật lý người Anh W. Kelvin
- không có nhiệt độ âm

Đơn vị SI của nhiệt độ tuyệt đối: [T] = 1K (Kelvin)
Nhiệt độ 0 của thang đo tuyệt đối là nhiệt độ 0 tuyệt đối (0K = -273 o C), nhiệt độ thấp nhất trong tự nhiên. Hiện tại, nhiệt độ thấp nhất đã đạt tới - 0,0001K.
Giá trị của 1K bằng 1 o C.

Mối quan hệ giữa thang đo tuyệt đối và thang đo độ C

Nhớ! Trong các công thức, nhiệt độ tuyệt đối được ký hiệu bằng chữ “T” và nhiệt độ trên thang độ C bằng chữ “t”.

Sau khi giới thiệu nhiệt độ tuyệt đối, chúng tôi nhận được biểu thức mới cho công thức:

Động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của phân tử

Áp suất khí - phương trình cơ bản của MKT

Tốc độ bình phương trung bình của phân tử

Nhiệt độ là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trạng thái cân bằng nhiệt động của một hệ vĩ mô. Nhiệt độ là như nhau đối với mọi phần của một hệ cô lập ở trạng thái cân bằng nhiệt động. Nếu một hệ nhiệt động cô lập không ở trạng thái cân bằng, thì theo thời gian, sự chuyển đổi năng lượng (truyền nhiệt) từ các phần nóng hơn của hệ sang phần ít nóng hơn sẽ dẫn đến sự cân bằng nhiệt độ trong toàn bộ hệ thống (định luật nhiệt động lực học bằng 0). Trong điều kiện cân bằng, nhiệt độ tỷ lệ thuận với động năng trung bình của các phân tử trong vật.

Nhiệt độ không thể đo trực tiếp. Sự thay đổi về nhiệt độ được đánh giá bằng những thay đổi về các đặc tính vật lý khác của vật thể (thể tích, áp suất, điện trở, sức điện động, cường độ bức xạ, v.v.) có liên quan duy nhất đến nó (cái gọi là các đặc tính nhiệt động). Bất kỳ phương pháp đo nhiệt độ nào cũng liên quan đến việc xác định thang đo nhiệt độ.

Các phương pháp đo nhiệt độ khác nhau đối với các phạm vi nhiệt độ đo khác nhau, chúng phụ thuộc vào điều kiện đo và độ chính xác cần thiết. Chúng có thể được chia thành hai nhóm chính: tiếp xúc và không tiếp xúc. Các phương pháp tiếp xúc được đặc trưng bởi thực tế là thiết bị đo nhiệt độ của môi trường phải ở trạng thái cân bằng nhiệt với nó, tức là. có cùng nhiệt độ với cô ấy. Các thành phần chính của tất cả các thiết bị đo nhiệt độ là phần tử nhạy cảm, nơi nhận ra đặc tính đo nhiệt độ và thiết bị đo liên quan đến phần tử.

Theo lý thuyết động học phân tử của khí lý tưởng, nhiệt độ là đại lượng đặc trưng cho động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử khí lý tưởng. Khi tính đến ý nghĩa nhiệt động lực học của nhiệt độ, chúng ta có thể quy phép đo nhiệt độ của bất kỳ vật nào thành phép đo động năng trung bình của các phân tử của khí lý tưởng.

Tuy nhiên, trong thực tế, năng lượng của các phân tử không được đo bằng tốc độ của chúng mà là áp suất khí, tỷ lệ thuận với năng lượng.

Theo thuyết động học phân tử của khí lý tưởng, nhiệt độ T là thước đo động năng trung bình của chuyển động tịnh tiến của các phân tử:

Ở đâu
J/C– hằng số Boltzmann;

T– nhiệt độ tuyệt đối ở Kelvin.

Phương trình cơ bản của thuyết động học phân tử của khí lý tưởng, thiết lập sự phụ thuộc của áp suất từ động năng chuyển động tịnh tiến của các phân tử khí, có dạng:

, (2)

Ở đâu – số lượng phân tử trên một đơn vị thể tích, tức là sự tập trung.

Sử dụng phương trình (1) và (2), chúng ta thu được sự phụ thuộc

(3)

giữa áp suất và nhiệt độ, điều này cho phép chúng ta chứng minh rằng áp suất của một loại khí lý tưởng tỷ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối và nồng độ của các phân tử, trong đó

(4)

Đo nhiệt độ dựa trên hai dữ kiện thực nghiệm sau:

a) nếu có hai vật, mỗi vật cân bằng nhiệt với cùng một vật thứ ba thì cả ba vật đều có cùng nhiệt độ;

b) sự thay đổi nhiệt độ luôn đi kèm với sự thay đổi liên tục của ít nhất một trong các thông số, không tính chính nhiệt độ, đặc trưng cho trạng thái của cơ thể, ví dụ: thể tích, áp suất, độ dẫn điện, v.v. những quy định này cho phép bạn so sánh nhiệt độ của các vật thể khác nhau mà không cần tự mình đưa chúng tiếp xúc.

Vị trí thứ hai cho phép bạn chọn một trong các thông số làm nhiệt kế.

Nói chung, nhiệt độ được định nghĩa là đạo hàm của năng lượng nói chung đối với entropy của nó. Nhiệt độ được xác định theo cách này luôn dương (vì động năng luôn dương), nên nó được gọi là nhiệt độ hoặc nhiệt độ trên thang nhiệt độ nhiệt động lực học và được ký hiệu là T. Đơn vị SI (Hệ thống đơn vị quốc tế) của nhiệt độ tuyệt đối là kelvin ( ĐẾN). Xem phần "Giới thiệu". Nhiệt độ thường được đo theo thang độ C (
), nó liên kết với T (ĐẾN) đẳng thức

;
(5)

Ở đâu
- hệ số giãn nở thể tích của khí.