Temperaturskalen. Internationale Temperaturskala

TEMPERATURSKALA

TEMPERATURSKALA, abgestufte Skala zur Messung der Temperatur. Um eine Temperaturskala zu erstellen, ist die Auswahl eines thermometrischen Parameters erforderlich, der linear mit der Temperatur variiert (z. B. das Volumen eines Gases bei konstantem Druck oder die Ausdehnung einer Flüssigkeit in einem Rohr), zwei oder mehr feste, leicht reproduzierbare Punkte (z. B (z. B. Siede- und Gefrierpunkt von Wasser) und definieren Sie beliebige Unterteilungen (Grade genannt) zwischen festen Punkten. Als thermometrische Parameter werden üblicherweise die Ausdehnung von Gas, Alkohol, Quecksilber, der elektrische Widerstand und die Wellenlänge des Lichts verwendet. Die gebräuchlichsten Temperaturskalen sind FARENHEIT, CELSIUS (Celsius) und KELVIN (oder absolut); Sie werden mit °F, °C und K abgekürzt. Die Fahrenheit-Skala verwendete ursprünglich den Gefrierpunkt von Wasser (als 32 °F angenommen) und die Temperatur als Fixpunkte. menschlicher Körper(96°F, später 98,6°F). Der Abstand zwischen ihnen wurde in 64 Grad unterteilt; Der Siedepunkt von Wasser wird durch Extrapolation auf 212°F bestimmt. Die Celsius-Skala verwendet den Gefrier- und Siedepunkt von Wasser mit 0 °C bzw. 100 °C; das Intervall wird durch 100 Grad geteilt. Null auf der Kelvin- oder thermodynamischen Skala (-273,15 °C, -459,67 °F)

Wissenschaftliches und technisches Enzyklopädisches Wörterbuch.

Sehen Sie, was „TEMPERATURSKALA“ in anderen Wörterbüchern ist:

TEMPERATURSKALA- eine Reihe numerischer Punkte auf der Thermometerskala, die innerhalb eines Temperaturintervalls verteilt sind, das durch zwei Punkte konstanter Temperatur begrenzt wird und als Hauptbezugspunkte dient (normalerweise für dieselben physikalischen Zustände, zum Beispiel Temperatur ... ... Große Polytechnische Enzyklopädie

Temperaturskala- - [A.S. Goldberg. Englisch-Russisches Energiewörterbuch. 2006] Themen: Energie im Allgemeinen EN Temperaturskala ...

Temperaturskala- Temperaturen skalieren Statusas T sritis Energetika apibrėžtis Verčių, nurodančių atitinkamų temperatūros matavimo vienetų seką, visuma. atitikmenys: engl. Temperaturskala vok. Temperaturskala, f rus. Temperaturskala, f pranc. échelle de… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Temperaturskala- Temperaturskala... Wörterbuch der chemischen Synonyme I

Nun zur Messung der Temperatur von Luft, Wasser, Körper usw. Wir verwenden die CELSIUS-Skala, bei der ein Grad 1/100 der Differenz zwischen der Temperatur von kochendem Wasser und schmelzendem Eis entspricht. Es gibt auch eine REOMUR-Skala, bei der ein Grad 1/80 entspricht... ... Enzyklopädie des russischen Lebens des 19. Jahrhunderts

Kelvin-Temperaturskala- Thermodynamische Temperaturskala (TC), bei der 0°K=–273,16°C (1K=1°C). Syn.: absolute Temperaturskala; Kelvin-Skala... Wörterbuch der Geographie

Fahrenheit-Temperaturskala- Temperaturskala mit einem Gefrierpunkt von Wasser von 32 °F und einem Siedepunkt von 212 °F [Umrechnung in die Celsius-Temperaturskala (C) erfolgt mit der Formel: C=(F 32)5/9] ... Wörterbuch der Geographie

Celsius-Temperaturskala- Temperaturskala (t°C), vorgeschlagen vom schwedischen Astronomen A. Celsius, die das Intervall zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser in 100 Teile teilt, sodass der Gefrierpunkt von Wasser bei normalem Atmosphärendruck 0° beträgt C, und ... ... Wörterbuch der Geographie

Réaumur-Temperaturskala- Reaumur-Thermometer - Themen Öl- und Gasindustrie Synonyme Reaumur-Thermometer DE Reaumur-Skala ... Leitfaden für technische Übersetzer

Rankine-Temperaturskala- - [A.S. Goldberg. Englisch-Russisches Energiewörterbuch. 2006] Energiethemen im Allgemeinen EN Rankine-Skala ... Leitfaden für technische Übersetzer

Das Material in diesem Artikel gibt einen Eindruck davon wichtiges Konzept wie die Temperatur. Lassen Sie uns eine Definition geben, das Prinzip der Temperaturänderung und das Diagramm zur Erstellung von Temperaturskalen betrachten.

Was ist Temperatur?

Temperatur ist eine skalare physikalische Größe, die den Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts eines makroskopischen Körpersystems beschreibt.

Der Begriff Temperatur wird auch als physikalische Größe verwendet, die den Grad der Erwärmung eines Körpers bestimmt, doch allein eine solche Interpretation reicht nicht aus, um die Bedeutung des Begriffs zu verstehen. Alle physikalischen Konzepte beziehen sich auf bestimmte Grundgesetze und erhalten nur in Übereinstimmung mit diesen Gesetzen eine Bedeutung. In diesem Fall ist der Begriff Temperatur mit dem Konzept des thermischen Gleichgewichts und mit dem Gesetz der makroskopischen Irreversibilität verbunden.

Das Phänomen des thermodynamischen Gleichgewichts der Körper, aus denen das System besteht, weist auf das Vorhandensein der gleichen Temperatur dieser Körper hin. Es ist nur indirekt möglich, die Temperatur zu messen, indem man deren Temperaturabhängigkeit zugrunde legt physikalische Eigenschaften Körper, die direkt gemessen werden können.

Definition 2

Als Stoffe oder Körper werden Stoffe oder Körper bezeichnet, die zur Ermittlung eines Temperaturwertes dienen thermometrisch.

Nehmen wir an, zwei wärmeisolierte Körper werden in thermischen Kontakt gebracht. Ein Körper überträgt einen Energiefluss auf einen anderen: Der Prozess der Wärmeübertragung beginnt. In diesem Fall hat der Körper, der Wärme abgibt, eine entsprechend höhere Temperatur als der Körper, der den Wärmestrom „aufnimmt“. Es ist offensichtlich, dass der Wärmeübertragungsprozess nach einiger Zeit stoppt und ein thermisches Gleichgewicht eintritt: Es wird davon ausgegangen, dass die Temperaturen der Körper relativ zueinander ausgeglichen sind, ihre Werte liegen irgendwo im Intervall zwischen den anfänglichen Temperaturwerten . Somit dient die Temperatur als Marker für das thermische Gleichgewicht. Es stellt sich heraus, dass jeder Wert t, der die Anforderungen erfüllt:

1. t 1 > t 2 , wenn eine Wärmeübertragung vom ersten Körper zum zweiten erfolgt;
2. t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2 , wenn das thermische Gleichgewicht hergestellt ist, kann es als Temperatur angenommen werden.

Wir stellen außerdem fest, dass das thermische Gleichgewicht von Körpern dem Gesetz der Transitivität unterliegt.

Definition 3

Gesetz der Transitivität: Wenn zwei Körper mit einem dritten im Gleichgewicht sind, dann stehen sie auch untereinander im thermischen Gleichgewicht.

Ein wichtiges Merkmal dieser Temperaturdefinition ist ihre Mehrdeutigkeit. Durch die Wahl unterschiedlicher Werte zur Erfüllung der festgelegten Anforderungen (die sich auf die Art und Weise der Temperaturmessung auswirken) ist es möglich, unterschiedliche Temperaturskalen zu erhalten.

Definition 4

Temperaturskala ist eine Methode zur Aufteilung eines Temperaturintervalls in Teile.

Schauen wir uns ein Beispiel an.

Beispiel 1

Ein bekanntes Gerät zur Temperaturmessung ist ein Thermometer. Nehmen wir zur Überlegung Thermometer verschiedene Geräte. Die erste wird durch eine Quecksilbersäule in der Kapillare des Thermometers dargestellt, und der Temperaturwert wird hier durch die Länge dieser Säule bestimmt, die die oben angegebenen Bedingungen 1 und 2 erfüllt.

Und noch eine Möglichkeit, die Temperatur zu messen: mit einem Thermoelement – ​​einem Stromkreis mit einem Galvanometer und zwei Verbindungen unterschiedlicher Metalle (Abbildung 1 ).

Abbildung 1

Eine Verbindungsstelle befindet sich in einer Umgebung mit einer festen Temperatur (in unserem Beispiel ist dies schmelzendes Eis), die andere befindet sich in einer Umgebung, deren Temperatur bestimmt werden muss. Ein Zeichen der Temperatur ist hier die EMK des Thermoelements.

Diese Methoden zur Temperaturmessung liefern nicht die gleichen Ergebnisse. Und für den Übergang von einer Temperatur zur anderen sollte eine Kalibrierungskurve erstellt werden, die die Abhängigkeit der EMK des Thermoelements von der Länge der Quecksilbersäule festlegt. In diesem Fall wird die einheitliche Skala eines Quecksilberthermometers in eine ungleichmäßige Skala eines Thermoelements umgewandelt (oder umgekehrt). Die einheitlichen Temperaturmessskalen eines Quecksilberthermometers und eines Thermoelements erzeugen zwei völlig unterschiedliche Temperaturskalen, auf denen ein Körper im gleichen Zustand unterschiedliche Temperaturen aufweist. Es ist auch möglich, Thermometer zu berücksichtigen, die im Design identisch sind, aber unterschiedliche „Thermokörper“ haben (z. B. Quecksilber und Alkohol): In diesem Fall werden wir nicht die gleichen Temperaturskalen beobachten. Der Graph der Länge der Quecksilbersäule gegenüber der Länge der Alkoholsäule ist nicht linear.

Aus dem oben Gesagten können wir schließen, dass der Begriff der Temperatur, der auf den Gesetzen des thermischen Gleichgewichts basiert, mehrdeutig ist. Diese Temperatur ist empirisch und hängt von der Messmethode ab. Als „Nullpunkt“ der empirischen Temperaturskala wird ein beliebiger Punkt angenommen. Nach der Definition der empirischen Temperatur gilt physikalische Bedeutung trägt nur einen Temperaturunterschied oder dessen Änderung. Jede empirische Temperaturskala wird mithilfe von Korrekturen, die die Art der Beziehung zwischen der thermometrischen Eigenschaft und der thermodynamischen Temperatur berücksichtigen, in eine thermodynamische Temperaturskala umgewandelt.

Um eine Temperaturskala für die Messung zu erstellen, werden zwei feste Referenzpunkte zwei numerischen Temperaturwerten zugeordnet. Danach wird die Differenz der den Referenzpunkten zugeordneten Zahlenwerte durch einen zufällig ausgewählten Wert dividiert benötigte Menge Teile, was eine Temperatureinheit ergibt.

Die als Ausgangspunkt und Maßeinheit verwendeten Ausgangswerte sind die Übergangstemperaturen chemisch reiner Stoffe aus einem Aggregatzustand zum anderen zum Beispiel die Schmelztemperatur von Eis t 0 und der Siedepunkt von Wasser t k bei normalem Atmosphärendruck (Pa ≈ 10 5 Pa). Die Größen t 0 und t k haben verschiedene Bedeutungen V verschiedene Arten Temperaturmessskalen:

• Nach der Celsius-Skala (Celsius-Skala) beträgt der Siedepunkt von Wasser tk = 100 °C, der Schmelzpunkt von Eis t0 = 0 °C. In der Celsius-Skala liegt die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser bei 0,01 °C ein Druck von 0,06 atm.

Tripelpunkt des Wassers- eine solche Temperatur und ein solcher Druck, bei dem alle drei Aggregatzustände von Wasser gleichzeitig im Gleichgewicht vorliegen können: flüssig, fest (Eis) und Dampf.

• Nach der Fahrenheit-Skala beträgt der Siedepunkt von Wasser tk = 212 °F; Schmelztemperatur von Eis t 0 = 32 °C.

Der in Grad Celsius und Fahrenheit ausgedrückte Temperaturunterschied wird nach folgendem Ausdruck ausgeglichen:

t°C 100 = t°F - 32.180 oder t°F = 1,8°C + 32.

Null auf dieser Skala ist definiert als der Gefrierpunkt einer Mischung aus Wasser, Ammoniak und Salz im Verhältnis 1:1:1.

• Nach der Kelvin-Skala: Siedepunkt von Wasser t k = 373 K; Schmelztemperatur von Eis t 0 = 273 K. Hier wird die Temperatur vom absoluten Nullpunkt (t = 273,15 °C) gemessen und als thermodynamische oder absolute Temperatur bezeichnet. T = 0 K – dieser Temperaturwert entspricht der absoluten Abwesenheit thermischer Schwankungen.

Temperaturwerte auf der Celsius-Skala und auf der Kelvin-Skala werden nach folgendem Ausdruck miteinander in Beziehung gesetzt:

T(K) = t°C + 273,15°C.

• Nach der Reaumur-Skala: Siedepunkt von Wasser tk = 80 ° R; Schmelztemperatur von Eis t 0 = 0 ° R. Réaumurs Thermometer verwendete Alkohol; An im Moment Die Waage wird fast nie verwendet.

Die in Grad Celsius und Grad Réaumur ausgedrückten Temperaturen hängen wie folgt zusammen:

1°C = 0,8°R.

• Nach der Rankine-Skala: Siedepunkt von Wasser t k = 671,67 ° R a ; Schmelztemperatur von Eis t0 = 491,67 ° R a. Der Skalenanfang entspricht dem absoluten Nullpunkt. Die Gradzahl zwischen den Referenzpunkten des Gefrierens und Kochens von Wasser auf der Rankine-Skala ist identisch mit der Fahrenheit-Skala und beträgt 180.

Kelvin- und Rankine-Temperaturen hängen zusammen durch:

°R a = °F + 459,67.

Grad Fahrenheit können nach folgender Formel in Grad Rankine umgerechnet werden:

°R a = °F + 459,67.

Am anwendbarsten im Alltag und technische Geräte Celsius-Skala (die Skaleneinheit ist Grad Celsius, angegeben als °C).

In der Physik verwenden sie die thermodynamische Temperatur, was nicht nur praktisch ist, sondern auch eine tiefe physikalische Bedeutung hat, da sie als die durchschnittliche kinetische Energie eines Moleküls definiert ist. Die Einheit der thermodynamischen Temperatur ist das Grad Kelvin (bis 1968) oder jetzt einfach Kelvin (K), was eine der Grundeinheiten in CI ist. Die Temperatur T = 0 K wird, wie oben erwähnt, als absolute Nulltemperatur bezeichnet.

Im Allgemeinen basiert die moderne Thermometrie auf der idealen Gasskala: Als thermometrischer Wert wird der Druck angenommen. Die Skala des Gasthermometers ist absolut (T = 0, p = 0). Bei der Lösung praktischer Probleme ist es am häufigsten erforderlich, diese Temperaturskala zu verwenden.

Beispiel 2

Es wird angenommen, dass eine für eine Person angenehme Raumtemperatur im Bereich von + 18 ° C bis + 22 ° C liegt. Es ist notwendig, die Grenzen des Komforttemperaturintervalls gemäß der thermodynamischen Skala zu berechnen.

Lösung

Nehmen wir das Verhältnis T (K) = t ° C + 273,15 ° C als Grundlage.

Berechnen wir die Unter- und Obergrenze der Komforttemperatur auf einer thermodynamischen Skala:

T = 18 + 273 ≈ 291 (K); T = 22 + 273 ≈ 295 (K) .

Antwort: Die Grenzen des Komforttemperaturintervalls auf der thermodynamischen Skala liegen im Bereich von 291 K bis 295 K.

Beispiel 3

Es muss ermittelt werden, bei welcher Temperatur die Thermometerwerte auf der Celsius-Skala und auf der Fahrenheit-Skala gleich sind.

Lösung

Abbildung 2

Nehmen wir das Verhältnis t ° F = 1,8 t ° C + 32 als Grundlage.

Je nach den Bedingungen des Problems sind die Temperaturen gleich, dann lässt sich der folgende Ausdruck formulieren:

x = 1,8 x + 32.

Definieren wir die Variable x aus dem resultierenden Datensatz:

x = - 32 0, 8 = - 40 °C.

Antwort: Bei einer Temperatur von - 40 ° C (oder - 40 ° F) sind die Thermometerwerte auf der Celsius- und der Fahrenheit-Skala gleich.

Wenn Sie einen Fehler im Text bemerken, markieren Sie ihn bitte und drücken Sie Strg+Eingabetaste

Temperatur wird auch genannt physikalische Größe, charakterisiert den Grad der Erwärmung des Körpers, aber dies reicht nicht aus, um die Bedeutung und Bedeutung des Temperaturbegriffs zu verstehen. In diesem Satz handelt es sich lediglich um eine Ersetzung eines Begriffs durch einen anderen und nicht um einen verständlicheren. Normalerweise sind physikalische Konzepte mit einigen Grundgesetzen verbunden und erlangen erst im Zusammenhang mit diesen Gesetzen Bedeutung. Der Begriff der Temperatur ist mit dem Begriff des thermischen Gleichgewichts und damit mit dem Gesetz der makroskopischen Irreversibilität verbunden.

Temperaturänderung

Im thermodynamischen Gleichgewicht haben alle das System bildenden Körper die gleiche Temperatur. Die Temperatur kann nur indirekt gemessen werden, basierend auf der Temperaturabhängigkeit solcher physikalischen Eigenschaften von Körpern, die direkt gemessen werden können. Die hierfür verwendeten Stoffe (Körper) werden thermometrisch genannt.

Bringen Sie zwei wärmeisolierte Körper in thermischen Kontakt. Ein Energiefluss wird von einem Körper zum anderen strömen und es findet ein Prozess der Wärmeübertragung statt. In diesem Fall geht man davon aus, dass der Körper, der Wärme abgibt, eine höhere Temperatur hat als der Körper, zu dem der Wärmestrom strömt. Natürlich stoppt der Energiefluss nach einiger Zeit und es stellt sich ein thermisches Gleichgewicht ein. Es wird davon ausgegangen, dass sich die Körpertemperaturen irgendwo im Intervall zwischen den anfänglichen Temperaturwerten ausgleichen und einpendeln. Es stellt sich also heraus, dass die Temperatur ein bestimmter Indikator für das thermische Gleichgewicht ist. Es stellt sich heraus, dass jeder Wert t, der die Anforderungen erfüllt:

1. $t_1>t_2$, wenn der Wärmefluss vom ersten Körper zum zweiten geht;
2. $t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, kann als Temperatur angenommen werden, wenn sich ein thermisches Gleichgewicht einstellt.

Es wird angenommen, dass das thermische Gleichgewicht von Körpern dem Gesetz der Transitivität gehorcht: Stehen zwei Körper mit einem dritten im Gleichgewicht, dann stehen sie auch untereinander im thermischen Gleichgewicht.

Das wichtigste Merkmal der obigen Temperaturdefinition ist ihre Mehrdeutigkeit. Wir können die Größen, die den Anforderungen genügen, auf unterschiedliche Weise auswählen (was sich in der Art und Weise widerspiegelt, wie wir die Temperatur messen) und am Ende zu unterschiedlichen Temperaturskalen kommen. Temperaturskalen sind Möglichkeiten, Temperaturintervalle in Teile zu unterteilen.

Lassen Sie uns Beispiele nennen. Wie Sie wissen, ist ein Gerät zur Temperaturmessung ein Thermometer. Betrachten wir zwei Arten von Thermometern unterschiedlicher Geräte. In einem Fall spielt die Länge der Quecksilbersäule in der Kapillare des Thermometers die Rolle der Körpertemperatur, wenn sich das Thermometer im thermischen Gleichgewicht mit dem Körper befindet, dessen Temperatur wir messen. Die Länge der Quecksilbersäule erfüllt die oben aufgeführten Bedingungen 1 und 2, die für die Temperatur gelten.

Es gibt eine andere Möglichkeit, die Temperatur zu messen: mit einem Thermoelement. Ein Thermoelement ist ein Stromkreis mit einem Galvanometer und zwei Verbindungen unterschiedlicher Metalle (Abb. 1). Eine Verbindung wird in ein Medium mit fester Temperatur, beispielsweise schmelzendes Eis, gelegt, die andere in ein Medium, dessen Temperatur bestimmt werden muss. Als Temperaturindikator gilt in diesem Fall die EMK des Thermoelements. Diese beiden Methoden zur Temperaturmessung liefern nicht die gleichen Ergebnisse. Und um von einer Temperatur zur anderen zu gelangen, muss eine Kalibrierungskurve erstellt werden, die die Abhängigkeit der EMK des Thermoelements von der Länge der Quecksilbersäule festlegt. Dann wird die einheitliche Skala des Quecksilberthermometers in eine ungleichmäßige Skala des Thermoelements umgewandelt (oder umgekehrt). Die einheitlichen Skalen eines Quecksilberthermometers und eines Thermoelements bilden zwei völlig unterschiedliche Temperaturskalen, auf denen ein Körper im gleichen Zustand unterschiedliche Temperaturen aufweist. Sie können Thermometer gleicher Bauart, aber mit unterschiedlichen „Thermokörpern“ (z. B. Quecksilber und Alkohol) verwenden. Auch ihre Temperaturskalen stimmen nicht überein. Der Graph der Länge der Quecksilbersäule gegenüber der Länge der Alkoholsäule ist nicht linear.

Daraus folgt, dass das Konzept der Temperatur, das auf den Gesetzen des thermischen Gleichgewichts basiert, nicht einzigartig ist. Diese Temperatur wird als empirisch bezeichnet und hängt von der Methode der Temperaturmessung ab. Der Nullpunkt der empirischen Temperaturskala wird immer willkürlich festgelegt. Nach der Definition der empirischen Temperatur hat nur die Temperaturdifferenz, also ihre Änderung, eine physikalische Bedeutung. Jede empirische Temperaturskala wird auf eine thermodynamische Temperaturskala reduziert, indem Korrekturen eingeführt werden, die die Art der Beziehung zwischen der thermometrischen Eigenschaft und der thermodynamischen Temperatur berücksichtigen.

Temperaturskalen

Zur Konstruktion einer Temperaturskala werden numerische Temperaturwerte zwei festen Bezugspunkten zugeordnet. Teilen Sie dann die Temperaturdifferenz zwischen den Referenzpunkten in eine zufällig ausgewählte Anzahl von Teilen auf, um eine Temperaturmesseinheit zu erhalten. Als Anfangswerte, die beim Aufbau einer Temperaturskala zur Feststellung des Ursprungs und seiner Einheit dienen – Grad, werden die Übergangstemperaturen chemisch reiner Stoffe von einem Aggregatzustand in einen anderen verwendet, beispielsweise die Schmelztemperatur von Eis $t_0 $ und der Siedepunkt von Wasser $t_k$ bei normalem Atmosphärendruck ($\ca. 10^5Pa).$ Die Größen $t_0\ und\ t_k$ haben unterschiedliche Bedeutungen:

• auf der Celsius-Skala (Celsius-Skala): Siedepunkt von Wasser $t_k=100^0C$, Schmelzpunkt von Eis $t_0=0^0C$. Die Celsius-Skala ist eine Skala, in der die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser 0,010 °C bei einem Druck von 0,06 atm beträgt. (Der Tripelpunkt von Wasser ist eine bestimmte Temperatur und ein bestimmter Druck, bei denen Wasser, sein Dampf und Eis gleichzeitig im Gleichgewicht existieren können.);
• auf der Fahrenheit-Skala der Siedepunkt von Wasser $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ – der Schmelzpunkt von Eis;

Die Beziehung zwischen Temperaturen, ausgedrückt in Grad Celsius und Fahrenheit, ist:

\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ oder\ t^0F=1.8t^0C+32\ \left(1\right);\ ]

Der Nullpunkt dieser Skala wird durch den Gefrierpunkt einer Mischung aus Wasser, Salz und Ammoniak im Verhältnis 1:1:1 bestimmt.

• auf der Kelvin-Skala: Die Temperatur wird vom absoluten Nullpunkt (t=-273,50 °C) gemessen und als thermodynamische oder absolute Temperatur bezeichnet. T=0K ist ein Zustand, der dem völligen Fehlen thermischer Schwankungen entspricht. Der Siedepunkt von Wasser auf dieser Skala beträgt $t_k=373K$, der Schmelzpunkt von Eis beträgt $t_0=273K$. Zusammenhang zwischen Kelvin-Temperatur und Celsius-Temperatur:
\
• Nach der Reaumur-Skala liegt der Siedepunkt von Wasser bei $t_k=80^0R$, der Schmelzpunkt von Eis bei $t_0=0^0R.$ Die Skala ist praktisch außer Gebrauch. Das Verhältnis zwischen Temperaturen ausgedrückt in Grad Celsius und Grad Réaumur:
\

Reaumurs Thermometer verwendete Alkohol.

• Gemäß der Rankine-Skala beträgt der Siedepunkt von Wasser $t_k=671,67^(0\ )Ra$, der Schmelzpunkt von Eis beträgt $t_0=(491,67)^0Ra.$ Die Skala beginnt beim absoluten Nullpunkt. Die Gradzahl zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser auf der Fahrenheit- und Rankine-Skala ist gleich und beträgt 180.

Die Beziehung zwischen Kelvin und Grad Rankine: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, Grad Fahrenheit werden mit der Formel in Grad Rankine umgerechnet:

\[^0Ra=^0F+459.67\left(4\right);\]

In der Technik und im Alltag werden Temperaturen auf der Celsius-Skala verwendet. Die Einheit dieser Skala heißt Grad Celsius ($^0C).\ $ In der Physik verwendet man die thermodynamische Temperatur, was nicht nur praktischer ist, sondern auch eine tiefe physikalische Bedeutung hat, da sie durch die durchschnittliche kinetische Energie bestimmt wird des Moleküls. Die Einheit der thermodynamischen Temperatur, das Grad Kelvin (bis 1968), oder jetzt einfach Kelvin (K), ist eine der Basiseinheiten im SI. Die Temperatur T=0K wird als absolute Nulltemperatur bezeichnet. Die moderne Thermometrie basiert auf der idealen Gasskala, wobei der Druck als thermometrische Größe verwendet wird. Die Skala des Gasthermometers ist absolut (T=0, p=0). Bei der Lösung von Problemen müssen Sie am häufigsten diese Temperaturskala verwenden.

Die derzeit bekanntesten Temperaturskalen sind die Skalen Fahrenheit, Celsius und Kelvin.

Temperaturskala in Fahrenheit am beliebtesten in den USA. Die Temperatur wird in Grad gemessen, zum Beispiel 48,2°F (achtundvierzig Komma zwei Grad Fahrenheit). Das Symbol F zeigt an, dass die Fahrenheit-Skala verwendet wird.

Die Europäer sind daran gewöhnt Celsius-Temperaturskala, das auch die Temperatur in Grad misst, zum Beispiel 48,2°C (achtundvierzig Komma zwei Grad Celsius), das Symbol C zeigt an, dass die Celsius-Skala verwendet wird.

Wissenschaftler sind es eher gewohnt, damit zu operieren Kelvin-Temperaturskala. Bis 1968 wurde Kelvin offiziell als Kelvin-Grad bezeichnet, dann entschied man sich, den auf der Kelvin-Skala gemessenen Temperaturwert einfach in Kelvin (ohne Grad) zu benennen, zum Beispiel 48,2 K (achtundvierzig und zwei Kelvin).

Daniel Gabriel Fahrenheit erfand seine Waage im 18. Jahrhundert, als er in Amsterdam Thermometer herstellte. Als Nullpunkt der Temperatur nahm Fahrenheit die Temperatur einer gefrorenen Salzlösung an, die damals zur Erzielung niedriger Temperaturen unter Laborbedingungen verwendet wurde. Der deutsche Physiker legte den Wert von 32 °F für den Schmelzpunkt von Eis und den Gefrierpunkt von Wasser fest (bei steigenden bzw. fallenden Temperaturen). Laut der resultierenden Skala liegt der Siedepunkt von Wasser bei 212°F.

Im selben 18. Jahrhundert ein schwedischer Wissenschaftler Anders Celsius erfand seine eigene Temperaturskala, die auf dem Gefrierpunkt (0°C) und dem Siedepunkt (100°C) basiert. sauberes Wasser bei normalem Atmosphärendruck.

Die Kelvin-Skala wurde im 19. Jahrhundert von einem britischen Wissenschaftler erfunden William Thomson, der anschließend den Ehrentitel Baron Kelvin erhielt. Thomson basierte seine Temperaturskala auf dem Konzept des absoluten Nullpunkts. Später wurde die Kelvin-Skala zur Hauptskala der Physik, und jetzt werden die Systeme Fahrenheit und Celsius dadurch bestimmt.

Im Kern charakterisiert die Temperatur eines Objekts das Maß der Bewegung seiner Moleküle – je schneller sich die Moleküle bewegen, desto höher ist die Temperatur des Objekts und umgekehrt. Je niedriger die Temperatur, desto langsamer bewegen sich die Moleküle. Beim absoluten Nullpunkt (0 K) stoppen die Moleküle (was in der Natur nicht passieren kann). Aus diesem Grund ist es unmöglich, den absoluten Nullpunkt oder noch tiefere Temperaturen zu erreichen.

Es muss gesagt werden, dass die Graduierungen der Kelvin- und Celsius-Skalen gleich sind (ein Grad Celsius entspricht einem Kelvin) und 0 K = -273,15 °C.

Somit ist die Verknüpfung der Temperaturskalen Kelvin und Celsius sehr einfach:

K = C+273,15 C = K-273,15

Versuchen wir, die Skalen Celsius und Fahrenheit zu verbinden.

Wie Sie wissen, gefriert Wasser bei 32 °F und 0 °C: 32°F=0°C. Wasser kocht bei 212°F und 100°C: 212°F=100°C.

Für 180 Grad Fahrenheit ergeben sich also 100 Grad Celsius (Verhältnis 9/5): 212°F-32°F=100°C-0°C.

Zu beachten ist auch, dass der Nullpunkt der Celsius-Skala dem 32-Grad-Punkt der Fahrenheit-Skala entspricht.

Unter Berücksichtigung der oben genannten Entsprechungen zwischen den beiden Skalen leiten wir die Formel zur Umrechnung der Temperatur von einer Skala in eine andere ab:

C = (5/9) (F-32) F = (9/5) C+32

Wenn Sie sich entscheiden dieses System Gleichungen, das können wir herausfinden -40°C = -40°F- Dies ist die einzige Temperatur, bei der die Werte beider Skalen übereinstimmen.

In ähnlicher Weise verbinden wir die Kelvin- und Fahrenheit-Skalen:

F = (9/5)·(K-273,15)+32 = (9/5)K-459,67 K = (5/9)·(F+459,67)

Molekularkinetische Bestimmung

Temperaturmessung

Um die Temperatur zu messen, wird ein bestimmter thermodynamischer Parameter der thermometrischen Substanz ausgewählt. Eine Änderung dieses Parameters ist eindeutig mit einer Temperaturänderung verbunden.

In der Praxis wird die Temperatur mit gemessen

Temperatureinheiten und Skala

Da es sich bei der Temperatur um die kinetische Energie von Molekülen handelt, ist es klar, dass es am natürlichsten ist, sie in Energieeinheiten (d. h. im SI-System in Joule) zu messen. Die Temperaturmessung begann jedoch lange vor der Entstehung der molekularkinetischen Theorie, sodass praktische Skalen die Temperatur in herkömmlichen Einheiten messen – Grad.

Kelvin-Temperaturskala

Das Konzept der absoluten Temperatur wurde von W. Thomson (Kelvin) eingeführt, und daher wird die absolute Temperaturskala Kelvin-Skala oder thermodynamische Temperaturskala genannt. Die Einheit der absoluten Temperatur ist Kelvin (K).

Die absolute Temperaturskala wird so genannt, weil das Maß für den Grundzustand der unteren Temperaturgrenze der absolute Nullpunkt ist, also die tiefstmögliche Temperatur, bei der es prinzipiell unmöglich ist, einem Stoff Wärmeenergie zu entziehen.

Der absolute Nullpunkt ist als 0 K definiert, was ungefähr –273,15 °C entspricht.

Die Kelvin-Temperaturskala ist eine Temperaturskala, deren Ausgangspunkt beim absoluten Nullpunkt liegt.

Im Alltag verwendete Temperaturskalen – sowohl Celsius als auch Fahrenheit (hauptsächlich in den USA verwendet) – sind nicht absolut und daher unpraktisch, wenn Experimente unter Bedingungen durchgeführt werden, bei denen die Temperatur unter den Gefrierpunkt von Wasser fällt, weshalb die Temperatur angegeben werden muss negative Zahl. Für solche Fälle wurden absolute Temperaturskalen eingeführt.

Eine davon heißt Rankine-Skala und die andere heißt absolute thermodynamische Skala (Kelvin-Skala); Ihre Temperaturen werden in Grad Rankine (°Ra) bzw. Kelvin (K) gemessen. Beide Skalen beginnen bei der absoluten Nulltemperatur. Sie unterscheiden sich darin, dass ein Kelvin einem Grad Celsius und ein Rankine-Grad einem Grad Fahrenheit entspricht.

Der Gefrierpunkt von Wasser bei normalem Atmosphärendruck entspricht 273,15 K. Die Anzahl der Grad Celsius und Kelvin zwischen dem Gefrier- und dem Siedepunkt von Wasser ist gleich und beträgt 100. Daher werden Grad Celsius mit der Formel K = in Kelvin umgerechnet °C + 273,15.

Celsius

Fahrenheit

In England und insbesondere in den USA wird die Fahrenheit-Skala verwendet. Null Grad Celsius sind 32 Grad Fahrenheit und ein Grad Fahrenheit sind 5/9 Grad Celsius.

Derzeit akzeptiert folgende Definition Fahrenheit-Skala: Hierbei handelt es sich um eine Temperaturskala, bei der 1 Grad (1 °F) 1/180 der Differenz zwischen dem Siedepunkt von Wasser und dem Schmelzpunkt von Eis bei Atmosphärendruck entspricht und der Schmelzpunkt von Eis + ist 32 °F. Die Temperatur auf der Fahrenheit-Skala steht im Verhältnis zur Temperatur auf der Celsius-Skala (t °C) im Verhältnis t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 9/5 °C + 32. Vorgeschlagen von G. Fahrenheit im Jahr 1724.

Energie der thermischen Bewegung am absoluten Nullpunkt

Wenn Materie abkühlt, nimmt die Stärke vieler Formen thermischer Energie und der damit verbundenen Effekte gleichzeitig ab. Materie bewegt sich von einem weniger geordneten Zustand in einen geordneteren Zustand. Das Gas wird flüssig und kristallisiert dann zu einem Feststoff (Helium bleibt bei Atmosphärendruck auch beim absoluten Nullpunkt in flüssigem Zustand). Die Bewegung von Atomen und Molekülen verlangsamt sich, ihre kinetische Energie nimmt ab. Der Widerstand der meisten Metalle nimmt aufgrund einer geringeren Elektronenstreuung durch Atome ab, die mit einer geringeren Amplitude schwingen Kristallgitter. Selbst beim absoluten Nullpunkt bewegen sich Leitungselektronen zwischen Atomen mit einer Fermi-Geschwindigkeit in der Größenordnung von 1x10 6 m/s.

Die Temperatur, bei der Materieteilchen ein Minimum an Bewegung aufweisen, die nur aufgrund der quantenmechanischen Bewegung erhalten bleibt, ist die Temperatur des absoluten Nullpunkts (T = 0 K).

Der absolute Nullpunkt kann nicht erreicht werden. Am meisten niedrige Temperatur(450±80)x10 -12 K Bose-Einstein-Kondensat aus Natriumatomen wurde 2003 von Forschern des MIT erhalten. In diesem Fall liegt der Höhepunkt der Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich in der Größenordnung von 6400 km, also etwa im Erdradius.

Temperatur aus thermodynamischer Sicht

Es gibt viele verschiedene Temperaturskalen. Die Temperatur wurde einst sehr willkürlich bestimmt. Die Temperatur wurde durch in gleichen Abständen an den Rohrwänden angebrachte Markierungen gemessen, in denen sich das Wasser beim Erhitzen ausdehnte. Dann beschlossen sie, die Temperatur zu messen und stellten fest, dass die Gradabstände nicht gleich waren. Die Thermodynamik liefert eine Definition der Temperatur, die nicht von bestimmten Eigenschaften des Stoffes abhängt.

Lassen Sie uns die Funktion vorstellen F(T), die nicht von den Eigenschaften des Stoffes abhängt. Aus der Thermodynamik folgt, dass wenn einige Wärmekraftmaschine und nimmt die Wärmemenge auf Q 1 um T 1 erzeugt Wärme Q S bei einer Temperatur von einem Grad, und das andere Auto hat die Wärme absorbiert Q 2 um T 2, erzeugt die gleiche Wärme Q S Bei einer Temperatur von einem Grad saugt die Maschine dann auf Q 1 um T 1 sollte auf Temperatur sein T 2 erzeugen Wärme Q 2 .

Natürlich zwischen der Hitze Q und Temperatur T es gibt Abhängigkeit und Wärme Q 1 muss proportional sein Q S. Somit jede Menge Wärme Q S, abgegeben bei einer Temperatur von einem Grad, entspricht der Wärmemenge, die die Maschine bei einer Temperatur aufnimmt T, gleich Q S, multipliziert mit einer steigenden Funktion F Temperaturen:

Da die gefundene Funktion mit der Temperatur zunimmt, können wir davon ausgehen, dass sie selbst die Temperatur misst, ausgehend von Standardtemperatur ein Grad. Dies bedeutet, dass Sie die Körpertemperatur ermitteln können, indem Sie die Wärmemenge bestimmen, die von einer Wärmekraftmaschine absorbiert wird, die im Intervall zwischen der Körpertemperatur und der Temperatur von einem Grad arbeitet. Die so ermittelte Temperatur wird als absolute thermodynamische Temperatur bezeichnet und ist unabhängig von den Eigenschaften des Stoffes. Somit gilt für eine reversible Wärmekraftmaschine die folgende Gleichung:

Für ein System, in dem Entropie S könnte eine Funktion sein S(E) seine Energie E Die thermodynamische Temperatur ist definiert als:

Temperatur und Strahlung

Mit steigender Temperatur nimmt die vom erhitzten Körper abgegebene Energie zu. Die Strahlungsenergie eines absolut schwarzen Körpers wird durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben

Reaumur-Skala

Im selben Jahr von R. A. Reaumur vorgeschlagen, der das von ihm erfundene Alkoholthermometer beschrieb.

Die Einheit ist der Grad Réaumur (°R), 1 °R entspricht 1/80 des Temperaturintervalls zwischen den Referenzpunkten – der Schmelztemperatur von Eis (0 °R) und dem Siedepunkt von Wasser (80 °R).

1°R = 1,25°C.

Mittlerweile wird die Waage nicht mehr verwendet; in Frankreich, dem Heimatland des Autors, hat sie am längsten überlebt.

Übergänge aus verschiedenen Maßstäben

Vergleich von Temperaturskalen

¹ Die normale durchschnittliche menschliche Körpertemperatur beträgt 36,6 °C ±0,7 °C bzw. 98,2 °F ±1,3 °F. Der üblicherweise angegebene Wert von 98,6 °F ist eine exakte Umrechnung des deutschen Wertes von 37 °C aus dem 19. Jahrhundert. Dieser Wert liegt jedoch nicht im Bereich der normalen durchschnittlichen menschlichen Körpertemperatur, da die Temperatur verschiedene Teile verschiedene Körper