З незапам’ятних часів людина аналізував, холодно чи тепло, придумував кошти для зігріву себе і свого житла, удосконалював одяг, навчався добувати вогонь і так далі. Проте тільки недавно (в масштабах світової історії) ступінь холоду або тепла почали вимірювати і оцінювати. Був придуманий спеціальний термін – “температура”. Ступінь нагрівання тіл почали характеризувати саме через це визначення. Який фізичний зміст температури? Що взагалі таке – температура? Як її визначити, яким чином ці та інші питання будуть обговорюватися нижче.
Що означає термін “температура”?
Перш ніж обговорювати фізичний зміст температури, необхідно дізнатися, що ж це таке. Отже, багатьом давно відомо, що можна отримати опік, доторкнувшись до розпеченого предмета, або, навпаки, замороженого (наприклад, у разі заморожування рідким азотом). І ні для кого не секрет, що труби під час опалювального сезону гаряче, ніж у літній період (відключення радіаторів). Саме такий показник як ступінь нагрівання того чи іншого об’єкта виражає температура. В термодинаміці розглядається не тільки фізичний зміст температури, але і більш точне визначення, спосіб вимірювання.
Термодинаміка
Що ж таке “термодинаміка”? Відповідь і простий, і складний. Це один з розділів такої науки як фізика. Він (цей розділ присвячений вивченню властивостей (найбільш загальних) макросистем і способів перетворення і передачі енергії в них. Макросистеми – це системи, які, по-перше, складаються з дуже великого числа атомів і молекул, іншими словами, мікрочасток. По-друге, вони порівнюються з навколишніми предметами розмірами.
Фізичний зміст температури полягає в простому реченні: температура – це міра середньої кінетичної енергії. Дане твердження випливає з основного рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеальних газів. Правда, в цьому рівнянні бере участь тиск, однак нехитрі маніпуляції дозволяють висловити тиск через температуру:
- p = nkT = 1/3nmv2;
- (E) = (mv2 )/2 = 2/3kT.
Таким рівнянням і виражається фізичний зміст температури.
Абсолютна температура. Що це таке?
Термодинамічну температуру іноді називають абсолютною, так як вона відраховується від абсолютного нуля, досягти якого на сьогоднішній день (та й навряд чи коли-небудь) не представляється можливим. Абсолютний нуль – це мінімальна можлива температура не тільки на Землі, але і в цілому у Всесвіті. Одиницями виміру абсолютної температури є Кельвины.
Для того щоб перевести звичні градуси Цельсія в градуси Кельвіна, всього лише необхідно до величині в градусах Цельсія додати 273. Фізичний зміст абсолютної температури нічим не відрізняється від попереднього опису. Навіть можна сказати, що визначення вище призначене для абсолютної температури – у зазначеній формулі Т вимірюється в градусах Кельвіна.
Вимірювання
Зовсім не будь-яку фізичну величину можна безпосередньо виміряти. Температура, наприклад, відноситься до таких параметрів термодинамічної системи як неизмеряемые прямим способом. Їх отримують побічно. Для вимірювання потрібно справний термометр (в народі часто називають градусником), спиртової або ртутний – не має значення. Потім необхідно забезпечити контактування термометра з аналізованим об’єктом (повітря нерідко виступає в цій якості).
Після встановлення рівноваги в системі “об’єкт-термометр” можна фіксувати показання термометра. Необхідно відзначити, що не тільки рідинні, але і інші різновиди градусників існують на сьогоднішній день. Звичайно, що може бути непрямого в прямому взаємодії термометра з аналізованим зразком. Однак потрібно пам’ятати, що шкали термометрів досить відносні.
