Уикипедия

Температура: Разлика между версии

Интерактивен преглед на историята
← По-стара редакцияПо-нова редакция →
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
ВизуаленУикитекст
BotNinja (беседа | приноси)
Ботове
562 695 редакции
м форматиране: 1x А|А(Б)
м препратка; форматиране: 16x тире, 9x тире-числа, 4x кавички, 7 интервала (ползвайки Advisor)
Ред 1:
{{Термодинамика}}
'''Температурата''' (означава се със символа '''T''') ({{lang-la|temperatura — – правилно смесване, нормално състояние}}) е [[физична величина]], характеризираща средната [[кинетична енергия]] на частиците от дадена макроскопична система, намираща се в състояние на [[термодинамично равновесие]]. Тя е свързана също със субективните усещания за топло и студено, а количествено се измерва с [[термометър|термометри]], които могат да бъдат калибрирани да показват температурата в най-различни температурни скали.
 
Температурата е физично свойство на [[Материя (физика)|материята]], което количествено изразява общите понятия за горещо и студено. Предмети с ниска температура са студени, а с различни степени на по-високи температури са по-топли или горещи. Когато пътя за пренос на топлина между тях е отворен, [[топлина]]та спонтанно тече от тела с по-висока температура към тела с по-ниска температура. Дебитът се увеличава с температурната разлика, а не с топлинна енергия, тя ще се обменя между тела със същата температура, които след това се казва, че са в „[[топлинно равновесие]]“. В термодинамичната система, в която [[ентропия]]та се счита за независима външна контролираща променлива, [[константа]], или термодинамичната температура се определя като производната на [[вътрешна енергия|вътрешната енергия]] по отношението на ентропията. В един [[идеален газ]], съставните молекули не показват вътрешни възбуждания. Те се движат по [[закони на Нютон|първия закон на Нютон]] за движението, свободно и независимо един от друг, освен по време на сблъсъци, които продължават пренебрежимо кратко време. Температурата на идеален газ е пропорционална на средната транслационна кинетична енергия на молекулите.
Ред 8:
[[Амплитуда]]та на температурните вибрации се увеличава с температурата. Температурата играе важна роля във всички области на природните науки, като [[физика]], [[геология]], [[химия]], атмосферни науки и [[биология]].
 
В равновесно състояние температурата има еднаква стойност за всички макроскопични части на системата. Ако в системата две тела имат еднаква температура, [[Кинетична енергия|кинетичната енергия]] на техните частици не се предава между телата. Ако има разлика между температурите, то определено количество топлина се предава от тялото с по-висока температура към тялото с по-ниска температура, до изравняване на температурите. Това количество топлина се определя от [[Първи закон на термодинамиката|Първия закон на термодинамиката]]<ref name=dugdale>{{cite book
|author=J. S. Dugdale
|title=Entropy and its Physical Interpretation
Ред 16:
|page=13
|quote=This law is the basis of temperature.
}}</ref> и свойствата на температурата се изучават от раздела [[термодинамика]].<ref>''Сивухин Д. В.'' Термодинамика и молекулярная физика. — – Москва: „Наука“, 1990.</ref> Температурата също така играе важна роля в много области на науката като [[физика]]та, [[химия]]та и [[биология]]та.
 
Температурата е едно от основните понятия в областта на [[термодинамика]]та. Особено важни в тази област са разликите в температурата между различни части, защото тези различия са движещата сила за [[топлина]],<ref>{{cite web
Ред 28:
 
== Исторически данни за произхода на названието температура ==
Думата температура възниква по времето, когато хората смятат, че в по-нагрятите тела се съдържа по-голямо количество от някакво особено вещество – — “„[[Калорична теория|топлород]]”“, отколкото в по-малко нагрятите. Затова температурата се възприема по това време (подобно на алкохолните напитки) като показател (градус, степен) за „топлородното“ съдържание в сместа, съставена от веществото на тялото и топлорода. По тази причина единиците за измерване на алкохолното съдържание на спиртните напитки и температурата се наричат еднакво — – [[градусГрадус Целзий|градуси]]и.
 
== Основна теория ==
За разлика от количеството топлина, температурата може да се разглежда като мярка за качеството „топлина”„топлина“ на тялото. Когато две системи са с една и съща температура, няма директен пренос на топлина, тя възниква спонтанно от [[проводимост]] или [[радиация]] между тях. Когато съществува температурна разлика между тях и има термично-проводяща или радиационна връзка между тях, се осъществява спонтанен пренос на топлина от по-топлата система към по-студената система, докато те станат в топлинно равновесие. Преноса на топлина се осъществява чрез [[топлопроводимост]] или чрез топлинна радиация. Експерименталните физици, като например Галилей и Нютон, са установили, че има безкрайно много емпирични температурни скали.
 
== Употреба в науката ==
Ред 54:
За аксиоматичното третиране на термодинамичното равновесие от 1930 г. насам става обичайно да се ползва нулевия закон за термодинамиката. Обичайно посоченият минималистичен вариант на такъв закон постулира, че всички тела, които са термично свързани така, че да са в топлинно равновесие, имат една и съща температура по дефиниция, но не установяват температурата като определено количество под формата на реално мащабно число.
 
По-обобщена версия на този закон разглежда емпиричната температура като диаграма на горещината. Докато нулевият закон позволява съществуването на много различни емпирични температурни скали, вторият закон на термодинамиката подбира единна скала, предпочитана абсолютна температура, уникална и единствена до произволно избран скален фактор, наречена термодинамична температура<ref name="Truesdell 1980">Truesdell, C.A. (1980). ''The Tragicomical History of Thermodynamics, 1822- – 1854'', Springer, New York, ISBN 0-387-90403-4, Sections 11 B, 11H, pages 306–310306 – 310, 320- – 332.</ref><ref name="Maxwell 1872 155-158">Maxwell, J.C. (1872). ''Theory of Heat'', third edition, Longmans, Green, London, pages 155- – 158.</ref><ref name="Tait 1884 68-69">Tait, P.G. (1884). ''Heat'', Macmillan, London, Chapter VII, Section 95, pages 68- – 69.</ref><ref name=buchdahl>{{cite book
|author=H.A. Buchdahl
|title=The Concepts of Classical Thermodynamics
Ред 60:
|publisher=Cambridge University Press
|page=73
}}</ref><ref>Kondepudi, D. (2008). ''Introduction to Modern Thermodynamics'', Wiley, Chichester, ISBN 978-0-470-01598-8, Section 32., pages 106- – 108.</ref>. Ако вътрешната енергия се разглежда като функция на обема и [[ентропия]]та на хомогенна система в термодинамично равновесие, термодинамичната абсолютна температура се явява частна производна на вътрешната енергия по отношение на ентропията при постоянен обем. Неговата естествена начална производна или нулева точка е абсолютната нула, при която ентропията на всяка система е най-малка. Въпреки че това е най-ниската абсолютна температура, описана от модела, третият закон на термодинамиката постулира, че абсолютната нула не може да бъде достигната от никоя физична система.
 
=== Подход към температурата в статистическата механика ===
Ред 66:
Статистическата механика осигурява микроскопично тълкуване на температурата, въз основа на макроскопични системи, състоящи се от много частици, като молекули и йони от различни видове. Тя обяснява макроскопичните явления от гледна точка на механиката за молекулите и йоните и дава статистически оценки на съвместните им съединения.
 
На молекулярно ниво, температурата е резултат от движението на частиците, които изграждат материала. Движещите се частици носят [[кинетична енергия]]. Температурата се покачва, вследствие на това движение и нарастване на кинетичната енергия. Движението може да бъде транслационно движение на частиците, или енергията на частиците се дължи на молекулни вибрации или възбуждане на [[електрон]]а на енергийно ниво. Въпреки че се изисква много специализирано лабораторно оборудване за директното засичане транслационните термични движения, термичните сблъсъци на атоми или молекули с малките частици, суспендирани в течност създават [[брауново движение|Брауновото движение]], което може да се види с обикновен [[микроскоп]]. Термичните движения на атомите са много бързи и с температури близки до абсолютната. Например, когато учените в NIST постигат рекорд за определяне на ниска температура от 700 НК (1 NK = 10- – 9 K) през 1994 г., те са използвали лазерно оборудване за да се създаде оптична решетка с адиабатно хладни цезиеви атоми. След това те изключват лазерите и измерват директно атомната скорост от седем милиметра в секунда, за да се изчисли температурата им.
 
Молекули, като [[кислород]] (O<sup>2</sup>), имат повече [[степени на свобода]] отколкото единичните сферични атоми: те се подлагат на ротационните и вибрационните движения, както и на преводи. Топлината води до увеличаване на температурата а това се дължи на увеличение на средната транслационна енергия на молекулите. Така молекулният газ ще изисква повече енергия за да увеличи температурата си с определена стойност, т.е., ще има по-голям топлинен капацитет от моноатомен газ.
Ред 79:
 
: <math> C = \frac{\Delta Q}{\Delta T}. </math>
където ∆Q е въведената топлина, ∆T - – промяната в температурата, а C - – специфичният топлинен капацитет на материала.
 
Когато пробата се нагрява, което означава, че получава топлинна енергия от външен източник, част от получената топлина се преобразува в кинетична енергия, а останалата част - – в други форми на [[вътрешна енергия]], специфични за материала. Превръщането в кинетична енергия кара тялото да повиши температурата си.
 
Ако топлинната мощност се измерва за определено количество вещество, специфичната топлина е мярка за количеството топлина, което се пренася, за да се повиши температурата на единица количество с една единица температура. Например, за да се повиши температурата на 1 килограм вода с един [[келвин]] (равен на един [[градус Целзий]]), се изискват 4186 джаула за килограм (J/kg).
Ред 96:
Основната единица за температура в [[Международната система единици]] ([[SI]]) e [[келвин]]ът, една от седемте основни единици, и се означава с K. Един келвин представлява 1/273,16 част от термодинамичната температура на тройната точка на водата (това е точката, при която [[вода]]та, [[лед]]ът и водната пара съществуват в равновесие). Температурата 0 K или −273,15 °C се нарича [[абсолютна нула]] и съответства на точката, в която молекулите и атомите имат възможно най-малката топлинна енергия и топлинното движение престава в класическото описание на термодинамиката.<ref>[http://temperatures.ru/kelvin/kelvin.php?page=2 Разработка нового определения кельвина]</ref>
 
Скалата на Келвин е кръстена на инженера и физика [[Уилям Томсън]], 1-ви барон Келвин (1824- – 1907), който пише за необходимостта от "„''абсолютна термометрична скала''"“. Докато деленията на температурните скали Фаренхайт и Целзий се наричат „градуси“, деленията на скалата на Келвин са просто „келвини“ и не се изписват със символа за градус (°). Келвинът се използва предимно във физичните науки. Важна температурна единица в теоретичната физика е [[температура на Планк|температурата на Планк]]:
 
:<math>T_P = \frac{m_P c^2}{k} = \sqrt{\frac{\hbar c^5}{G k^2}}</math> (1 E30 K|1,41679 × 10<sup>32</sup> [[Келвин|K]]).
 
=== Целзий ===
Във всекидневния живот най-удобна, най-разпространена и най-често използвана в света е скалата на Целзий (наречена на името на шведския астроном [[Андерс Целзий]], [[1701]] – [[1744]]). Тази скала е емпирична и по нея 0,01 °C е [[тройна точка|тройната точка]] на водата, а един градус е 1/273,16 част от температурната разлика между тройната точка на водата и [[абсолютна нула|абсолютната нула]]. Преди 1954 г. ска&#768;лата е дефинирана с точката на замръзване на водата — – 0 °C и точката и&#768; на кипене — – 100 °C при [[атмосферно налягане]] от 1 [[атмосфера (единица)|атмосфера]] (на ниво [[морско равнище]]).
 
Температурна разлика от 1 °C по тази скала е равна на температурната разлика от 1 К, така че скалата по същество е еднаква с келвиновата скала, но е изместена с температурата, при която водата замръзва (273,15 K). Така че за превръщане на градусите по Целзий в келвини може да се използва уравнението:
Ред 107:
 
=== Фаренхайт ===
В [[Съединени американски щати|САЩ]] все още широко се използва скалата на [[Фаренхайт]] (наред с прехода към скалата на Целзий). По тази скала точката на замръзване на водата отговаря на 32 °F, а точката на кипене — – на 212 °F. Връзката между скалите на Целзий и Фаренхайт се дава от формулите:
 
: <math>t_F = {9 \over 5}\cdot t_C + 32</math>
Ред 113:
 
=== Реомюр ===
През 1730 година френският учен [[Рене-Антоан Реомюр]] предлага температурна скала, наречена по-късно на негово име. Ска̀лата на термометъра се определя от точката на замръзване и от точката на кипене на водата и е разделена на 80 градуса: 0 °R — – температура на замръзване на водата; 80 °R — – температура на кипене на водата. Връзката между градусите по скалата на Реомюр и по скалата на Целзий се дава с формулата:
: <math>1 R = 1,25 C</math>
 
Реомюр е изобретател на спиртния термометър.
{|border="1" cellpadding="3" cellspacing="0" style="margin-right:20px; background-color: #F9F9F9;" class=prettytable
|+Формули за превръщане на температурни единици
|-
Ред 192:
|-
|}
Най-високата температура, създадена от човека, е около 10 трилиона K (която е сравнима с температурата на [[Вселена]]та в първата секунда от създаването и&#768;) и е постигната през 2010 г. при сблъсъка на оловни йони, ускорени почти до [[скорост на светлината|скоростта на светлината]]. Експериментът е проведен с [[Голям адронен ускорител|Големия адронен ускорител]].<ref>[http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-11711228 BBC News — – Large Hadron Collider (LHC) generates a 'mini-Big Bang'<!-- Заголовок добавлен ботом -->]</ref>
 
Най-високата теоретично възможна температура е температурата на Планк. По-висока от тази температура не може да съществува, тъй като допълнително внесена енергия в система, нагрята до такава температура не повишава скоростта на частиците, а само генерира нови частици при сблъсъци, като броят на частиците в системата расте (всички субатомни частици се разпадат) а с това расте и масата на системата. Може да се предположи, че това е температурата на "кипене"„кипене“ на физическия вакуум. Тази температура е приблизително равна на 1,41679(11){{e|32}} К.
 
Най-ниската температура, създадена от човека, е получена в [[1995]] г. от [[Ерик Корнел]] и [[Карл Уиман]] от Съединените щати по време на охлаждане на атомите на [[рубидий]].<ref>[http://tem-6.narod.ru/weather_record.html Всё про всё. Рекорды температуры]</ref><ref>[http://www.seti.ee/ff/34gin.swf Чудеса науки]</ref>. Тя е над абсолютната нула с по-малко от 1 / 170 000 000 000 K (5,9 {{e|-12}} K).
 
Рекордно ниска температура на повърхността на земята −89.2 °С е регистрирана на съветската вътрешноконтинентална научна станция Восток, [[Антарктида]] (3488 метра над морското ниво) на 21 юли 1983 година<ref> Кравчук П. А.[http://uk.wikipedia.org/wiki/Кравчук_Петро_Авксентійович] Рекорды природы. — – Любешов: Эрудит, 1993. — – 216 с.</ref>. Рекордно висока температура на повърхността на земята + 56,7 ˚C е регистрирана на 10 юли 1913 година в ранчо Гринланд в [[Долина на смъртта|Долината на смъртта]] ([[Калифорния]], [[САЩ]])<ref>[http://wmo.asu.edu/ WMO Weather & Climate Extremes Map], Arizona State University</ref><ref>[http://science.compulenta.ru/708155/ Старый температурный рекорд оспорен]</ref>.
{{br}}
 
=== Сравнение на някои температури в различни температурни скали ===
Нормалната средна температура на човешкото тяло е 36,6 °C ±0,7 °C, или 98,2 °F ±1,3 °F. Точното преобразуване на 98,6 °F е прието в [[Германия]] през 19 век да съответства на 37 °C. Въпреки това това значение не влиза в диапазона на нормалната средна температура на човешкото тяло, тъй като температурата на различните части е различна<ref>[http://hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml Temperature of a Healthy Human (Body Temperature)]</ref>.
 
Ред 290:
== Измерване на температурата ==
[[Файл:Hotel Baron thermometer.jpg|мини|Външен термометър от 1920 г. в гр. Алепо, Сирия]]
Уредите за измерване на температурата се наричат термометри. За практическо измерване на температурата се избира някой термодинамичен параметър (например [[температурно разширение|температурното разширение]]) на определено термометрично вещество (газ, течност или твърдо вещество, например [[живак]] или [[спирт]]). Изменението на този параметър еднозначно се свързва с изменението на температурата. Съществуват термометри, които използват и други физични свойства, например електричното съпротивление.
 
В миналото в медицинските термометри най-често се използва [[живак]], който обаче е голям замърсител на околната среда и не е безвреден. По тази причина са предприети законодателни мерки за ограничаване на използването му.<ref>[http://novini.dir.bg/2007/07/10/news1875336.html ''ЕС забрани живака в барометрите и термометрите'']</ref> <ref>[http://www.europarl.europa.eu/news/expert/infopress_page/064-8949-190-07-28-911-20070706IPR08897-09-07-2007-2007-false/default_en.htm ''Без живак в измервателните уреди - – съобщение на Европейския парламент (на англ.)'']</ref>
 
== Вижте още ==
Взето от „https://bg.wikipedia.org/wiki/Температура“.