Termodynamisk temperatur

Termodynamisk temperatur ( engelsk termodynamisk temperatur , tysk thermodynamische Temperatur ), eller absolut temperatur ( engelsk absolut temperatur , tysk absolut temperatur ) er den eneste funktion af tilstanden af et termodynamisk system , der karakteriserer retningen af spontan varmeudveksling mellem legemer (systemer) [1 ] [2] .

Termodynamisk temperatur er angivet med bogstavet , målt i kelvin (angivet med K) og måles på den absolutte termodynamiske skala (Kelvin-skala). Den absolutte termodynamiske skala er hovedskalaen i fysik og i termodynamikkens ligninger. $T$

Den molekylære kinetiske teori forbinder på sin side den absolutte temperatur med den gennemsnitlige kinetiske energi af den translationelle bevægelse af ideelle gasmolekyler under termodynamisk ligevægt:

{\frac {1}{2}}m{\bar {v}}^{2}={\frac {3}{2}}kT,

hvor er massen af molekylet, er rod - middel-kvadrat-hastigheden af molekylers translationelle bevægelse , er den absolutte temperatur, er Boltzmann - konstanten . $m$ ${\bar {v))$ $T$ $k$

Historie

Temperaturmåling er kommet langt og vanskeligt i sin udvikling. Da temperaturen ikke kan måles direkte, blev termometriske legemers egenskaber , som var funktionelt afhængige af temperaturen, brugt til at måle den. På dette grundlag blev der udviklet forskellige temperaturskalaer, som blev kaldt empiriske , og temperaturen målt med deres hjælp kaldes empirisk. Væsentlige ulemper ved empiriske skalaer er manglen på deres kontinuitet og uoverensstemmelsen mellem temperaturværdierne for forskellige termometriske legemer: både mellem referencepunkterne og ud over dem. Manglen på kontinuitet af empiriske skalaer er forbundet med fraværet i naturen af et stof, der er i stand til at opretholde dets egenskaber over hele området af mulige temperaturer. I 1848 foreslog Thomson (Lord Kelvin) at vælge en grad af temperaturskalaen på en sådan måde, at effektiviteten af en ideel varmemotor inden for dens grænser ville være den samme. Senere, i 1854, foreslog han at bruge den omvendte Carnot-funktion til at konstruere en termodynamisk skala, der ikke afhænger af termometriske legemers egenskaber. Den praktiske implementering af denne idé viste sig imidlertid at være umulig. I begyndelsen af det 19. århundrede, på jagt efter et "absolut" instrument til måling af temperatur, vendte de igen tilbage til ideen om et ideelt gastermometer baseret på lovene fra Gay-Lussac og Charles. Gastermometeret var i lang tid den eneste måde at gengive absolut temperatur. Nye retninger i reproduktionen af den absolutte temperaturskala er baseret på brugen af Stefan-Boltzmann-ligningen i berøringsfri termometri og Harry (Harry) Nyquist-ligningen i kontakttermometri. [3]

Fysisk grundlag for at konstruere en termodynamisk temperaturskala

1. Den termodynamiske temperaturskala kan i princippet bygges ud fra Carnots sætning , som siger, at effektiviteten af en ideel varmemotor ikke afhænger af arten af arbejdsvæsken og motorens design, og kun afhænger af temperaturerne på varmelegeme og køleskab.

\eta ={\frac {Q_{1}-Q_{2}}{Q_{1}}}={\frac {T_{1}-T_{2}}{T_{1}}},

hvor er mængden af varme, der modtages af arbejdsvæsken (idealgas) fra varmelegemet, er mængden af varme, der afgives af arbejdsvæsken til køleskabet, er temperaturerne på henholdsvis varmeapparatet og køleskabet. $Q_1$ $Q_{2}$ $T_{1},T_{2}$

Fra ovenstående ligning følger sammenhængen:

{\frac {Q_{1}}{Q_{2}}}={\frac {T_{1}}{T_{2}}}.

Denne relation kan bruges til at konstruere den absolutte termodynamiske temperatur . Hvis en af de isotermiske processer i Carnot-cyklussen udføres ved temperaturen af det tredobbelte vands (referencepunkt) indstillet vilkårligt, så vil enhver anden temperatur blive bestemt af formlen . [4] Den således etablerede temperaturskala kaldes den termodynamiske Kelvin-skala . Desværre er nøjagtigheden af at måle mængden af varme ikke høj, hvilket ikke tillader ovenstående metode at blive implementeret i praksis. $Q_{3}$ $T_{3}=273{,}16\,K,$ ${\displaystyle T=273{,}16{\frac {Q}{Q_{3))))$

2. En absolut temperaturskala kan bygges, hvis en ideel gas bruges som termometrisk legeme. Faktisk følger forholdet af Clapeyron-ligningen

T={\frac {pV}{R}}.

Måler man trykket af en gas, der i egenskaber er tæt på ideal, placeret i en forseglet beholder med konstant volumen, så kan man på denne måde indstille temperaturskalaen, som kaldes den ideelle gasskala. Fordelen ved denne skala er, at trykket af en ideel gas ændres lineært med temperaturen. Da selv meget sjældne gasser i deres egenskaber adskiller sig noget fra en ideel gas, er implementeringen af den ideelle gasskala forbundet med visse vanskeligheder. $V=konst$

3. Forskellige lærebøger om termodynamik giver bevis for, at temperaturen målt på den ideelle gasskala falder sammen med den termodynamiske temperatur. Det skal dog bemærkes, at på trods af at de termodynamiske og ideelle gasskalaer numerisk er helt identiske, er der fra et kvalitativt synspunkt en grundlæggende forskel mellem dem. Kun den termodynamiske skala er fuldstændig uafhængig af det termometriske stofs egenskaber.

4. Som allerede nævnt er den nøjagtige reproduktion af den termodynamiske skala, såvel som den ideelle gasskala, forbundet med alvorlige vanskeligheder. I det første tilfælde er det nødvendigt at omhyggeligt måle mængden af varme, der tilføres og fjernes i de isotermiske processer i en ideel varmemotor. Den slags målinger er unøjagtige. Gengivelse af den termodynamiske (ideelle gas) temperaturskala i området fra 10 til 1337 K er mulig ved hjælp af et gastermometer. Ved højere temperaturer er diffusionen af en rigtig gas gennem tankens vægge mærkbar, og ved temperaturer på flere tusinde grader nedbrydes polyatomiske gasser til atomer. Ved endnu højere temperaturer ioniseres rigtige gasser og bliver til plasma, som ikke overholder Clapeyron-ligningen. Den laveste temperatur, der kan måles med et gastermometer fyldt med helium ved lavt tryk, er 1 K. For at måle temperaturer ud over gastermometres muligheder anvendes specielle målemetoder. Se termometri for detaljer .

Noter

↑ Belokon N. I. Grundlæggende principper for termodynamik, 1968 , s. 10.55.
↑ Kirillin V. A. Technical thermodynamics, 1983 , s. 5.
↑ Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Cryogenic physics and technology, 2006 , s. 174-175.
↑ Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Cryogenic physics and technology, 2006 , s. 17-18.

Litteratur

Ukrainian Soviet Encyclopedia : i 12 bind = Ukrainian Radian Encyclopedia (ukrainsk) / Ed. M. Bazhan . - 2. visning. - K . : Mål. udgave af URE, 1974-1985.
Lille bjergencyklopædi . I 3 bind = Lille håndleksikon / (På ukrainsk). Ed. V.S. Beletsky . - Donetsk: Donbass, 2004. - ISBN 966-7804-14-3 .
Belokon N. I. Termodynamik. - M. : Gosenergoizdat, 1954. - 417 s.
Belokon NI Grundlæggende principper for termodynamik. - M . : Nedra, 1968. - 112 s.
Kirillin V. A. Teknisk termodynamik. — M. : Energoatomizdat, 1983. — 414 s.
Vukalovich MP, Novikov II Teknisk termodynamik. - M . : Energi, 1968. - 497 s.
Sivukhin DV Almen kursus i fysik. T. II. Termodynamik og molekylær fysik. - M. : Fizmatlit, 2005. - 544 s. - ISBN 5-9221-0601-5 .
Bazarov I.P. Termodynamik. - M . : Højere skole, 1991. - 376 s. - ISBN 5-06-000626-3 .
Rizak V., Rizak I., Rudavsky E. Kryogen fysik og teknologi. - K . : Naukova Dumka, 2006. - 512 s. — ISBN 966-00-480-X.

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk norsk Stor russer
I bibliografiske kataloger	GND : 4141118-3