A hőmérséklet egy fizikai paraméter mérése egy hőmérővel és tanulmányozták Termometria . A mindennapi életben ez kapcsolódik a érzetek a hideg és meleg , így a hőátvitel között az emberi test és a környezete. A fizikában többféleképpen definiálható: a részecskék termikus keverési fokának növekvő függvényeként ( a gázok kinetikai elméletében ), a több rendszer közötti hőátadás egyensúlyával vagy az entrópiától (a termodinamikában és a statisztikai fizikában ). . A hőmérséklet fontos változó más tudományágakban: meteorológia és klimatológia , orvostudomány és kémia .
A leggyakoribb hőmérsékleti skála a Celsius fok , amelyben a jég (vízből képződött) 0 ° C-on megolvad, és a víz 100 ° C körüli hőmérsékleten forral fel normál nyomáson. A birodalmi rendszer (birodalmi) egységeket használó országokban a Fahrenheit fokot használjuk, amikor a jég 32 ° F-on megolvad, a víz pedig 212 ° F-on forr . A Nemzetközi Egységrendszer (SI) tudományos felhasználású és abszolút nullától definiált egysége a kelvin , amelynek beosztása szinte megegyezik a Celsius-fok fokozatával .
Létra | ° C | ° F | K |
---|---|---|---|
Abszolút nulla | -273,15 | -459,67 | 0 |
Egyesülés | 0 | +32 | +273,15 |
Forró | +99.9839 | +212 | +373.1339 |
Az anyagot alkotó részecskék ( molekulák vagy atomok ) soha nem nyugszanak. Állandó rezgésben vannak, ezért bizonyos mozgási energiával rendelkeznek . A hőmérséklet a részecskék mikroszkopikus keverési fokának közvetett mértéke. Ezenkívül az anyagtól üres, de a fény terjedésével járó tér energiát is tartalmaz. Jó körülmények között ehhez a sugárzáshoz olyan hőmérséklet társítható, amely az azt alkotó részecskék átlagos energiáját méri. A hősugárzás fontos példája a fekete testé , amelynek példáját olyan csillagok adják, amelyek sugárzása felfedi a felszínén lévő atomok hőmérsékletét.
Amikor két test kapcsolatba kerül, spontán módon cserélik ki a hőenergiát : a két test egyikében olyan részecskék vannak, amelyeknek nagyobb a mozgási energiája. Azáltal, hogy kapcsolatba hozzák őket, a részecskék közötti sokkok ezt a mikroszkopikus mozgási energiát továbbítják egyik testből a másikba. Ezt az energiaátadást nevezik a fizikai tudományokban hőnek .
A gázok esetében a kinetikai elmélet a következőképpen határozza meg a hőmérsékletet:
T=13kB∫dv→o(v→)(v→-U→)2{\ displaystyle T = {\ frac {1} {3k_ {B}}} \ int d {\ overrightarrow {v}} \, p ({\ overrightarrow {v}}) \, ({\ overrightarrow {v}} - {\ overrightarrow {U}}) ^ {2}} vagy:Ezek az energiaátadások spontán módon a hőegyensúly állapotához vezetnek, ahol a két jelenlévő test hőmérséklete azonos.
A fizika és a kémia területén általában szokásos hőmérsékletről beszélünk egy aktuális, átlagos hőmérsékletre. Például azt mondjuk, hogy „a víz szobahőmérsékleten folyékony” . De ez a név nem túl formalizált és az érték a szokásos hőmérséklet ritkán megadva (leggyakrabban közösen értékelték a 18- , hogy 25- ° C ).
A normál hőmérsékleten általában azt jelenti, a 0 a jelenlegi skála: általában 0 ° C-on .
A tipikus nyári óránkénti felhőszakadást követő párolgás Európában körülbelül két fokkal csökkenti a hőmérsékletet.
A termodinamikában a hőmérsékletet egy rendszer teljes energiájából határozzák meg (amelyet ebben az összefüggésben belső energiának nevezünk ), valamint azon állapotok számából, amelyeknek ez az energia egy állandó értékére vonatkozhat, amelyet az entrópia fogalma ad meg . Ezután a termodinamikai hőmérsékletről beszélünk , amelyet Kelvins-ben mérünk, és amelynek minimuma abszolút nulla , a kvantumtulajdonságok miatt a gyakorlatban nem elérhető . 450 p K ( azaz 0,45 n K vagy 0,000 000 000 45 K ), azaz −273,149 999 999 55 ° C , a rekord, amelyet 2003-ban ért el a Massachusettsi Műszaki Intézet (MIT) kutatólaboratóriumában egy csapat vezetésével. a fizikai Nobel-díjas Wolfgang Ketterle .
Egyes fizikai kísérletekben a hőmérséklet termodinamikai meghatározása alapján történő kiszámítása kivételesen negatív értékekhez vezethet. Ezek a negatív értékek rendkívül alacsonyak (néhány picokelvin és néhány nanokelvin közötti nagyságrendűek). Bizonyos nagyon sajátos kvantumrendszerek mérésében jelennek meg, amelyek entrópiája, miután elérte a maximumot, csökkenni kezd, mivel több energia adódik hozzájuk. A mínuszjel tehát csak azért jelenik meg, mert a képletben használt variáció iránya megfordult. Azok a minták, amelyeknél ilyen negatív abszolút hőmérsékletet mértek , nem "hidegebbek", mint az abszolút nulla, mivel hőt szolgáltatnának bármely más rendszernek, amely érintkezésbe kerül velük. A negatív abszolút hőmérsékletek nem azt is jelentik, hogy a hőmérséklet egy bizonyos ponton átment volna az abszolút nullán, "az utóbbit nem lehet elérni".
Forrás.
A hőmérsékleti skála elkészítéséhez az ókori tudósok két ellentétes esetet kerestek: "hideg" és "meleg".
Gabriel Fahrenheit.
Anders Celsius.
Lord Kelvin.
A nemzetközi hőmérsékleti törvényes egység a kelvin K szimbólummal (vegye figyelembe a ° szimbólum hiányát, mert ez nem mérési skála). Vannak más korábbi és még mindig használt mérőrendszerek: Celsius, Centigrade, Fahrenheit és Rankine skálák.
A Kelvin a víz hármaspontjából határozzák meg : egy kelvin megegyezik a víz hármaspontjának hőmérsékletének 1 ⁄ 273,16- szorosával. Az abszolút nulla megfelel a mikroszkopikus keverés teljes hiányának határértékének és –273,15 ° C hőmérsékletnek ; de soha nem érhetjük el (gondoljuk úgy, hogy a fizikai entitás inkább 1 / T, és soha nem érhetjük el a végtelenséget). Ez az egység a hőmérsékletek abszolút skálájának meghatározására szolgál. A Celsius-fok a kelvin, amely eltávolítjuk 273,15 K . A egység ° C . Ez az abszolút skála egyszerű fordítása (lásd alább). A víz hármaspontjának hőmérsékletét így 0,01 ° C-ra állítjuk be . Centigrade mérleg a mérési skála olyan, hogy 0 és 100 fix. Centigrádnak hívják, mert a két referenciapont 100 ° -ra van egymástól. A kettő között a higany tágulása határozza meg a skálát. Például a Celsius-fokos skálán a nulla megfelel az olvadó jég hőmérsékletének, a 100 Celsius-fok pedig a víz forrás hőmérsékletének 1 atmoszféra nyomáson. A Fahrenheit- skála szimbóluma ° F. A víz megszilárdulási hőmérséklete és forráspontja között 180 ° F tartományt rendel . A Celsius-skálából következik egy affin függvény (lásd alább). A víz fagyáspontját 32 ° F-ra , forráspontját 212 ° F-ra állítja . A Rankine skála ez az abszolút skála egyszerű homotetikája , amelynek tényezője 9/5 (lásd alább). ÁtalakításAz alábbi táblázat összefoglalja a hőmérséklet átalakításának képleteit a különböző skálák között.
Tól től : | Kelvin | Celsius | Fahrenheit | Rankine | Reaumur | |
---|---|---|---|---|---|---|
. | ||||||
Hőfok | kelvin | Celsius | Celsius fok (történelmi) | Eredeti fahrenheit | Történelmi fahrenheit | Modern (jelenlegi) Fahrenheit | Rankine | Delisle | Newton | Reaumur | Rømer |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Abszolút nulla . | 0 | −273.15 | −273.197 | −459,67 | 0 | 559,725 | −90.14 | −218.52 | −135,90 | ||
A legkisebb természetes hőmérséklet, amelyet távérzékeléssel rögzítettek a Föld felszínén (nem in situ ). | 180,0 | −93.2 | −135.8 | 323.9 | 289.8 | −30.8 | −74,6 | −41.4 | |||
Víz / Fahrenheit só keverék . | 0 | ||||||||||
A modern Celsius-skála eredete. | 273.15 | 0 | 32 | 491,67 | 150 | 0 | 0 | 7.5 | |||
A víz olvadáspontja ( standard nyomáson ). | 273 150 089 (10) | 0,000 089 (10) | 0 | 32 | 32 | 32 000 160 (18) | 491 670 160 (18) | 150 | ≈ 0 | ≈ 0 | ≈ 7.5 |
A víz hármaspontjának hőmérséklete . | 273,1600 (1) | 0.0100 (1) | 32.0180 (18) | ||||||||
Átlagos hőmérséklet a Föld felszínén. | 288 | 15 | 59 | 518,67 | 127.5 | 4.95 | 12. | 15.375 | |||
Az emberi test átlagos hőmérséklete. | 309.95 | 36.8 | 98.24 | 557.91 | 94.8 | 12,144 | 29.44 | 26.82 | |||
A Föld felszínén regisztrált legmagasabb természetes hőmérséklet. | 329,8 | 56.7 | 134 | 593,67 | 67.5 | 18.7 | 45.3 | 33.94 | |||
Vízgőzölési hőmérséklet ( standard nyomáson ). | 373,133 9 | 99.983 9 | 100 | ≈ 212. | 212 | 211,971 | 671,641 | 0 | 33 | 80 | 60 |
Olvadáspont a titán . | 1,941 | 1,668 | 3 034 | 3 494 | −2 352 | 550 | 1334 | 883 | |||
Becsült hőmérséklet a Nap felszínén . | 5.800 | 5 526 | 9 980 | 10,440 | −8 140 | 1,823 | 4,421 | 2,909 | |||
|
A meteorológia területén a légkör hőmérsékletét gyakran T ° -nak írják . Közel a talajhoz, a talaj felett két méterrel menedékházba kerül . Szélhőmérsékletről beszélünk, a szél hatására érezhető hőmérséklet kifejezésére, amelyet más néven szubjektív hőmérsékletnek, meleg vagy hideg érzetnek vagy akár a szél hőmérsékletének is nevezünk (további részletekért lásd: Szélhűlés ).
A száraz hőmérséklet megfelel a nedvességtől és sugárzástól védett hőmérő által adott klasszikus hőmérsékletnek. A nedves levegő diagramján az állandó hőmérsékleti görbe függőleges vonal.
A nedves hőmérsékletet vagy a nedves hőmérsékletet hőmérővel mérjük , amelyen a víz elpárolog. Általában nedves habot használnak, amelyet szellőztetni kell. A nedves hőmérséklet mindig alacsonyabb, mint a száraz hőmérséklet; annál egyenletesebbek, mivel a relatív páratartalom közel 100%. A száraz és nedves hőmérséklet egyidejű mérésére szolgáló eszköz a pszichrométer .
Lásd még:
Ami a beltéri levegő minőségét és az emberek egészségét illeti, a jól szabályozott hőmérséklet alapvető fontosságú. Valóban, túl magas, elősegíti a poratkák és penészgombák fejlődését . Megfelelően szabályozva jelentős energia- és közvetett pénzügyi megtakarításokat tesz lehetővé.
Számos meghatározása létezik a hőmérsékletnek, mihelyt az adott tárgy nincs hőegyensúlyban. Jellegzetes nevekkel azonosítjuk a különböző hőmérsékleteket, amelyek a test tulajdonságainak hirtelen változását jelzik. További részletek : Hőmérséklet (pontosítás) .
A kultúrától függően a környezet, az élőhely, a ruházat, a tárgyak vagy az étel melegsége különböző dolgokat idéz elő, és elősegíti a különböző társadalmi viselkedést. A "meleg" vagy "hideg" szavak vagy olyan kifejezések, mint a "hideg kezek meleg szív" mutatják a meleg mögöttes jelentőségét az emberi interakciókban.
Kísérletek kimutatták, hogy az a személy, aki forró csésze kávét tart, hajlamosabb másokat melegebbnek és gondoskodóbbnak találni, mintha jeges kávét tartana. Egy forró kávé elfogyasztása után könnyebben felajánlja az ajándékot a körülötte élőknek, miközben egy jeges kávé elfogyasztása után hajlamos vigyázni magára.