دمای چیست؟ واحد درجه حرارت در درجه است دمای بخار و گاز

هر فرد به طور روزانه با مفهوم دما مواجه می شود. این اصطلاح به طور کلی در زندگی روزمره ما وارد شده است: ما مواد غذایی را در اجاق مایکروویو گرم می کنیم، غذا را در اجاق تهیه می کنیم، به آب و هوای خیابان علاقه مند هستیم یا دریابیم که آیا آب در رودخانه سرد است - که همگی نزدیک به این مفهوم است. و چه درجه حرارت، این پارامتر فیزیکی چیست، در چه اندازه اندازه گیری می شود؟ این و سؤالات دیگر در این مقاله پاسخ داده خواهد شد.

مقدار فیزیکی

بیایید در نظر بگیریم که دما از نقطه نظر یک سیستم جدا شده در تعادل ترمودینامیکی است. این اصطلاح از لاتین به دست آمد و به معنای "مخلوط مناسب"، "حالت عادی"، "تناسب" است. این مقدار وضعیت متعادل ترمودینامیکی هر سیستم ماکروسکوپی را مشخص می کند. در مورد زمانی که سیستم جدا شده از تعادل بیرون می آید، انرژی از اشیای گرم تر عبور می کند تا زمانیکه حرارت کمتری داشته باشد. در نتیجه یک تغییر درجه حرارت (تغییر) در کل سیستم است. این اولین قضیه (نقطه صفر) ترمودینامیک است.

درجه حرارت توزیع ذرات تشکیل دهنده سیستم را از لحاظ سطوح و سرعت انرژی، میزان یونیزاسیون مواد، خواص تابش الکترومغناطیسی تعادل بدنها، تراکم کل حجم تابش تعیین می کند. از آنجا که برای سیستم که در تعادل ترمودینامیکی است، پارامترهای ذکر شده برابر است، آنها معمولا درجه حرارت سیستم نامیده می شود.

پلاسما

علاوه بر بدن تعادل، سیستم هایی وجود دارد که در آن دولت با مقادیر مختلف دما که برابر با یکدیگر نیست مشخص می شود. مثال خوب پلاسما است. این شامل الکترونها (ذرات باردار نور) و یونها (ذرات باردار سنگین) است. در برخورد آنها، انتقال سریع انرژی از الکترون به الکترون و یون به یون وجود دارد. اما بین عناصر ناهمگن یک انتقال آهسته وجود دارد. پلاسما می تواند در حالت ای باشد که الکترون ها و یون ها به طور جداگانه نزدیک به تعادل باشند. در این مورد، می توان دمای دمایی هر نوع ذرات را به دست آورد. با این حال، این پارامترها بین خودشان متفاوت خواهد بود.

آهن ربا

در بدن هایی که ذرات یک لحظه مغناطیسی دارند، انتقال انرژی معمولا به آرامی اتفاق می افتد: از لحاظ ترجمه به درجه آزادی مغناطیسی، که با امکان تغییر جهت لحظه ای همراه است. به نظر می رسد که حالت هایی وجود دارد که بدن با درجه حرارت مشخص می شود که با پارامتر جنبشی همخوانی ندارد. این مربوط به حرکت انتقال ذرات ابتدایی است. دمای مغناطیسی بخشی از انرژی داخلی را تعیین می کند. این می تواند مثبت یا منفی باشد. در فرایند انعطاف پذیری، انرژی از ذرات با مقدار بزرگتر به ذرات با ارزش درجه حرارت پایین تر منتقل خواهد شد، اگر آنها هر دو مثبت یا منفی است. در یک وضعیت تند و زننده، این روند در جهت مخالف ادامه می یابد - دمای منفی "بالاتر" از مثبت است.

و چرا این لازم است؟

پارادوکس این است که به طور متوسط افراد به منظور انجام فرایند اندازه گیری هر دو در زندگی روزمره و در صنعت، حتی نمی دانند که چه درجه حرارت است. این برای او کافی خواهد بود که درک کند که این درجه حرارت یک شی یا محیط است، به خصوص از آنجایی که ما از این دوران از دوران کودکی با این شرایط آشنا هستیم. در واقع، اکثر ابزارهای عملی طراحی شده برای اندازه گیری این پارامتر دیگر خواص مواد دیگر را که از درجه حرارت یا خنک کننده متغیر هستند اندازه گیری می کنند. به عنوان مثال، فشار، مقاومت الکتریکی، حجم و غیره. علاوه بر این، چنین قرائنی به صورت دستی یا به صورت خودکار به مقدار مورد نظر محاسبه می شود.

به نظر می رسد برای تعیین درجه حرارت، بدون نیاز به مطالعه فیزیک وجود دارد. با این اصل، اکثر جمعیت سیاره ما زندگی می کنند. اگر تلویزیون کار می کند، نیازی به درک فرایندهای متناوب دستگاه های نیمه هادی نیست، برای مطالعه اینکه جایی که برق از آن خارج می شود یا چگونه سیگنال به ظرف ماهواره ای می رسد، وجود ندارد . مردم از این واقعیت استفاده می کنند که در هر منطقه متخصصانی هستند که می توانند سیستم را تعمیر یا اشکالزدایی کنند. فيلسوف نمي خواهد مغز او را تحت فشار قرار دهد، زيرا بهتر است که اپرا صابون يا فوتبال را در جعبه تماشا کنيد و آبجو سرد را بپوشانيد.

و من می خواهم بدانم

اما افرادی وجود دارند که اغلب آنها دانشجویان هستند، یا به اندازه ی کنجکاوی خود، و یا لزوما باید به مطالعه فیزیک و تعیین درجه حرارت واقعی بپردازند. در نتیجه، در جستجوی آنها، آنها به جنگل ترمودینامیک سقوط می کنند و قوانین صفر، اول و دوم را بررسی می کنند. علاوه بر این، ذهن کنجکاو باید چرخه کارنو و آنتروپی را درک کند. و در پایان سفر او قطعا به رسمیت می شناسد که تعریف دما به عنوان پارامتر سیستم حرارتی برگشت پذیر که به نوع ماده کار بستگی ندارد، به معنای این مفهوم روشن نمی شود. با این حال، بخش قابل ملاحظه ای خواهد بود که برخی از درجه های مورد قبول توسط سیستم بین المللی واحد (SI).

دما به عنوان انرژی جنبشی

بیشتر "ملموس" روشی است که نظریه مولکولی-جنبشی نامیده می شود. از آن نمایندگی تشکیل شده است که گرما به عنوان یکی از اشکال انرژی در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال، انرژی جنبشی مولکول ها و اتم ها، پارامتری که به طور میانگین بر تعداد زیادی از ذرات متحرک حرکت می کند، به معنی چگونگی درجه حرارت بدن است. بدین ترتیب ذرات سیستم گرمایی سریعتر از آنهایی که سرد می شوند حرکت می کنند.

از آنجایی که اصطلاح مورد نظر نزدیک به انرژی جنبشی میانگین یک گروه ذرات مرتبط است، طبیعی است که از جول به عنوان یک واحد اندازه گیری دما استفاده شود. با این وجود، این اتفاق نمی افتد، که با این واقعیت توضیح داده می شود که انرژی حرکت حرارتی ذرات ابتدایی نسبت به جول بسیار کوچک است. بنابراین، استفاده از آن ناخوشایند است. حرکت حرارتی با استفاده از یک عامل تبدیل ویژه در واحد های حاصل از جول ها اندازه گیری می شود.

واحد های دما

تا به امروز سه واحد اساسی برای نمایش این پارامتر وجود دارد. در کشور ما درجه حرارت معمولا در درجه سانتیگراد تعیین می شود. در قلب این واحد اندازه گیری، نقطه تثبیت آب است - ارزش مطلق. این مبدأ است به عبارت دیگر، دمای آب که یخ شروع به تشکیل آن صفر است. در این مورد، آب به عنوان یک معیار مدل عمل می کند. این مقدار شرطی برای راحتی در نظر گرفته شد. دومین مقدار مطلق، درجه حرارت بخار است، یعنی زمانی که آب از حالت مایع به حالت گاز منتقل می شود.

واحد بعدی درجه کالوین است. منشاء این سیستم نقطه صفر مطلق است . بنابراین، یک درجه کلوین برابر با یک درجه سلسیوس است. تنها تفاوت منشاء است. ما این صفر را برای کلوین می خواهیم برابر با 273.16 درجه سانتیگراد است. در سال 1954، در کنفرانس عمومی وزن و اندازه گیری، تصمیم گرفت که اصطلاح "درجه کلوین" را برای واحد دمای توسط "کلوین" جایگزین کند.

سومین واحد اندازه گیری مشترک درجه فارنهایت است. تا سال 1960، آنها به طور گسترده در همه کشورهای انگلیسی زبان مورد استفاده قرار گرفتند. با این حال، حتی امروزه در زندگی روزمره در ایالات متحده از این واحد استفاده می شود. سیستم اساسا متفاوت از آنهایی است که در بالا شرح داده شده است. برای نقطه مرجع، دمای انجماد ترکیبی از نمک، آمونیاک و آب در نسبت 1: 1: 1 به تصویب رسید. بنابراین، در مقیاس فارنهایت، نقطه انجماد آب به علاوه 32 درجه و جوش - به علاوه 212 درجه است. در این سیستم، یک درجه 1/180 از تفاوت این درجه حرارت است. بنابراین، محدوده 0 تا 100 درجه فارنهایت مربوط به محدوده -18 تا 38 درجه سلسیوس است.

درجه صفر مطلق

بیایید ببینیم این گزینه چه معنایی دارد صفر مطلق مقدار دما محدود است که در آن فشار گاز ایده آل برای یک حجم ثابت از بین می رود. این کمترین مقدار در طبیعت است. همانطور که میهیلو لومونسوف پیش بینی کرد، "این بزرگترین یا آخرین درجه سردی است." این موضوع از قانون شیمیایی آگوادرو پیروی می کند: در مقادیر برابر گازها، تحت شرایط مشابه دمای و فشار، همان تعداد مولکول ها وجود دارد. چه چیزی از این نتیجه می گیرد؟ حداقل دمای گاز وجود دارد که فشار و حجم آن از بین می رود. این مقدار مطلق با توجه به Kelvin یا 273 درجه سلسیوس صفر است.

برخی حقایق جالب در مورد منظومه شمسی

دما در سطح خورشید به 5700 کلوین می رسد و در مرکز هسته - 15 میلیون کلوین. سیاره منظومه شمسی به لحاظ سطح گرما بسیار متفاوت است. بنابراین، دمای هسته زمین ما در حدود همانند سطح خورشید است. سیاره داغ ترین مشتری است. دما در مرکز هسته آن پنج برابر بیشتر از سطح خورشید است. اما کمترین مقدار پارامتر در سطح ماه ثابت شد - تنها 30 کلوین بود. این مقدار حتی کمتر از سطح پلوتو است.

آمار در مورد زمین

1. بالاترین دمای ثبت شده یک فرد 4 میلیارد درجه سانتیگراد است. این مقدار 250 برابر بیشتر از دمای هسته خورشید است. ضبط شده توسط آزمایشگاه طبیعی نیویورک Brookhaven در یخ زدگی، طول آن حدود 4 کیلومتر است.

2. دما در سیاره ما هم همیشه ایده آل و راحت نیست. به عنوان مثال، در شهر Verkhnoyansk در Yakutia، درجه حرارت در زمستان می رسد به منفی 45 درجه سانتیگراد است. اما در شهر اتیوپی از Dallall وضعیت مخالف. وجود دارد، متوسط سالانه درجه حرارت به علاوه 34 درجه است.

3. شرایط شدید ترین که مردم کار می کنند در معادن طلا در آفریقای جنوبی ثبت شده است. معدنچیان در عمق 3 کیلومتری در دمای 65 درجه سانتیگراد کار می کنند.