Her insan her gün sıcaklık kavramıyla karşı karşıyadır. Terim günlük hayatımıza sıkı sıkıya girdi: yiyecekleri mikrodalgada ısıtıyoruz veya fırında yemek pişiriyoruz, dışarıdaki havayla ilgileniyoruz veya nehirdeki suyun soğuk olup olmadığını öğreniyoruz - tüm bunlar bu kavramla yakından ilgilidir. Ve sıcaklık nedir, bu fiziksel parametre ne anlama geliyor, ne şekilde ölçülüyor? Bu ve buna benzer soruları yazımızda cevaplayacağız.
Fiziksel miktar
Termodinamik dengede yalıtılmış bir sistem açısından sıcaklığın ne olduğunu düşünelim. Terim Latince'den gelir ve "uygun karıştırma", "normal durum", "orantılılık" anlamına gelir. Bu değer, herhangi bir makroskopik sistemin termodinamik denge durumunu karakterize eder. Yalıtılmış bir sistemin denge dışında olması durumunda, zamanla daha fazla ısıtılan nesnelerden daha az ısıtılan nesnelere bir enerji geçişi olur. Sonuç, sistem genelinde sıcaklığın eşitlenmesidir (değişim). Bu, termodinamiğin ilk varsayımıdır (sıfır ilkesi).
Sıcaklık belirlersistemi oluşturan parçacıkların enerji seviyelerine ve hızlarına göre dağılımı, maddelerin iyonlaşma derecesi, cisimlerin denge elektromanyetik radyasyonunun özellikleri, radyasyonun toplam hacimsel yoğunluğu. Termodinamik dengede olan bir sistem için listelenen parametreler eşit olduğundan, genellikle sistemin sıcaklığı olarak adlandırılırlar.
Plazma
Denge cisimlerinin yanı sıra, durumun birbirine eşit olmayan birkaç sıcaklık değeri ile karakterize edildiği sistemler vardır. Plazma iyi bir örnektir. Elektronlardan (hafif yüklü parçacıklar) ve iyonlardan (ağır yüklü parçacıklardan) oluşur. Çarpıştıklarında, enerji hızla elektrondan elektrona ve iyondan iyona aktarılır. Ancak heterojen unsurlar arasında yavaş bir geçiş vardır. Plazma, elektronların ve iyonların ayrı ayrı dengeye yakın olduğu bir durumda olabilir. Bu durumda her bir parçacık türü için ayrı sıcaklıklar alınabilir. Ancak bu parametreler birbirinden farklı olacaktır.
Mıknatıslar
Parçacıkların bir manyetik momente sahip olduğu cisimlerde, enerji aktarımı genellikle yavaş gerçekleşir: anın yönlerini değiştirme olasılığı ile ilişkili olan translasyondan manyetik serbestlik derecelerine. Vücudun kinetik parametreyle uyuşmayan bir sıcaklıkla karakterize edildiği durumlar olduğu ortaya çıktı. Temel parçacıkların öteleme hareketine karşılık gelir. Manyetik sıcaklık, iç enerjinin bir kısmını belirler. Olumlu veya olumsuz olabilirolumsuz. Hizalama işlemi sırasında, hem pozitif hem de negatif ise, daha yüksek değerli parçacıklardan daha düşük sıcaklık değerine sahip parçacıklara enerji aktarılacaktır. Aksi takdirde, bu işlem ters yönde ilerleyecektir - negatif sıcaklık, pozitif olandan "yüksek" olacaktır.
Bu neden gerekli?
Paradoks, ortalama bir insanın hem günlük hayatta hem de endüstride ölçüm sürecini gerçekleştirmek için sıcaklığın ne olduğunu bilmesine bile gerek olmaması gerçeğinde yatmaktadır. Özellikle çocukluktan beri bu terimlere aşina olduğumuz için bunun bir nesnenin veya ortamın ısınma derecesi olduğunu anlaması yeterli olacaktır. Aslında, bu parametreyi ölçmek için tasarlanan pratik cihazların çoğu, ısıtma veya soğutma seviyesi ile değişen maddelerin diğer özelliklerini gerçekten ölçer. Örneğin, basınç, elektrik direnci, hacim vb. Ayrıca, bu tür okumalar manuel veya otomatik olarak istenen değere dönüştürülür.
Sıcaklığı belirlemek için fizik çalışmasına gerek olmadığı ortaya çıktı. Gezegenimizin nüfusunun çoğu bu prensibe göre yaşıyor. TV açıksa, yarı iletken cihazların geçici süreçlerini anlamaya, elektriğin prizden nereden geldiğini veya sinyalin uydu çanağına nasıl ulaştığını araştırmaya gerek yoktur. İnsanlar, her alanda sistemi düzeltebilecek veya hatalarını giderebilecek uzmanların bulunmasına alıştı. Meslekten olmayan kişi beynini zorlamak istemiyor, çünkü yudumlarken "kutuda" bir pembe dizi veya futbol izlemek daha iyi neredesoğuk bira.
bilmek istiyorum
Fakat insanlar var, çoğunlukla öğrenciler, merakları ölçüsünde ya da zorunluluktan dolayı fizik okumaya ve sıcaklığın gerçekte ne olduğunu belirlemeye zorlanır. Sonuç olarak, araştırmalarında termodinamiğin vahşi alanlarına düşerler ve sıfır, birinci ve ikinci yasalarını incelerler. Ayrıca, meraklı bir zihin, Carnot döngülerini ve entropiyi kavramak zorunda kalacaktır. Ve yolculuğunun sonunda, sıcaklığın, çalışan maddenin türüne bağlı olmayan, tersine çevrilebilir bir termal sistemin bir parametresi olarak tanımlanmasının, bu kavramın duygusuna netlik katmayacağını kesinlikle kabul edecektir. Ve yine de, görünen kısım, uluslararası birimler sistemi (SI) tarafından kabul edilen bazı dereceler olacaktır.
Kinetik enerji olarak sıcaklık
Daha "somut", moleküler-kinetik teori olarak adlandırılan yaklaşımdır. Isının enerji biçimlerinden biri olarak kabul edildiği fikrini oluşturur. Örneğin, moleküllerin ve atomların kinetik enerjisi, çok sayıda rastgele hareket eden parçacık üzerinden ortalaması alınan bir parametre, genellikle bir cismin sıcaklığı olarak adlandırılan şeyin bir ölçüsü olarak ortaya çıkıyor. Böylece, ısıtılmış bir sistemin parçacıkları soğuk olandan daha hızlı hareket eder.
İncelenen terim bir grup parçacığın ortalama kinetik enerjisiyle yakından ilişkili olduğundan, sıcaklık birimi olarak joule kullanmak oldukça doğal olacaktır. Bununla birlikte, bu gerçekleşmez, bu, temel ısıl hareketin enerjisinin olduğu gerçeğiyle açıklanır.parçacıklar joule'ye göre çok küçüktür. Bu nedenle kullanımı sakıncalıdır. Termal hareket, özel bir dönüştürme faktörü aracılığıyla joule'den türetilen birimlerle ölçülür.
Sıcaklık birimleri
Bugün, bu parametreyi görüntülemek için üç temel birim kullanılmaktadır. Ülkemizde sıcaklık genellikle santigrat derece ile ölçülür. Bu ölçü birimi suyun donma noktasına dayanmaktadır - mutlak bir değer. O başlangıç noktasıdır. Yani buzun oluşmaya başladığı suyun sıcaklığı sıfırdır. Bu durumda, su örnek bir önlem olarak hizmet eder. Bu sözleşme kolaylık sağlamak için kabul edilmiştir. İkinci mutlak değer buhar sıcaklığıdır, yani suyun sıvı halden gaz hale geçtiği an.
Bir sonraki birim Kelvin. Bu sistemin referans noktası mutlak sıfır noktası olarak kabul edilir. Yani bir derece Kelvin bir derece Celsius'a eşittir. Fark sadece geri sayımın başlangıcıdır. Kelvin'deki sıfırın eksi 273.16 santigrat dereceye eşit olacağını elde ederiz. 1954 yılında, Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansında, sıcaklık birimi için "derece Kelvin" teriminin "kelvin" ile değiştirilmesine karar verildi.
Üçüncü yaygın ölçü birimi Fahrenhayt'tır. 1960 yılına kadar, İngilizce konuşulan tüm ülkelerde yaygın olarak kullanıldılar. Ancak bugün Amerika Birleşik Devletleri'nde günlük yaşamda bu üniteyi kullanın. Sistem, yukarıda açıklananlardan temel olarak farklıdır. Başlangıç noktası olarak alınan1:1:1 oranında tuz, amonyak ve su karışımının donma noktası. Yani Fahrenheit ölçeğinde suyun donma noktası artı 32 derece ve kaynama noktası artı 212 derecedir. Bu sistemde bir derece, bu sıcaklıklar arasındaki farkın 1/180'ine eşittir. Yani, 0 ila +100 derece Fahrenhayt aralığı, -18 ila +38 Santigrat aralığına karşılık gelir.
Mutlak sıfır sıcaklık
Bu parametrenin ne anlama geldiğini anlayalım. Mutlak sıfır, ideal bir gazın basıncının sabit bir hacimde kaybolduğu sınırlayıcı sıcaklıktır. Bu, doğadaki en düşük değerdir. Mikhailo Lomonosov'un tahmin ettiği gibi, "bu en büyük veya son derece soğuktur." Avogadro'nun kimyasal yasası bundan çıkar: aynı sıcaklık ve basınçta eşit hacimde gazlar aynı sayıda molekül içerir. Bundan ne çıkar? Bir gazın, basıncının veya hacminin kaybolduğu bir minimum sıcaklığı vardır. Bu mutlak değer, sıfır Kelvin veya 273 santigrat dereceye karşılık gelir.
Güneş sistemi hakkında bazı ilginç gerçekler
Güneş'in yüzeyindeki sıcaklık 5700 Kelvin'e ulaşır ve çekirdeğin merkezinde - 15 milyon Kelvin. Güneş sisteminin gezegenleri, ısınma seviyesi açısından birbirinden çok farklıdır. Yani, Dünyamızın çekirdeğinin sıcaklığı, Güneş'in yüzeyindeki ile yaklaşık olarak aynıdır. Jüpiter en sıcak gezegen olarak kabul edilir. Çekirdeğinin merkezindeki sıcaklık, Güneş'in yüzeyinden beş kat daha yüksektir. Ve işte parametrenin en düşük değeriayın yüzeyinde kaydedildi - sadece 30 kelvin idi. Bu değer, Plüton'un yüzeyinden bile daha düşüktür.
Dünya Gerçekleri
1. Bir kişi tarafından kaydedilen en yüksek sıcaklık 4 milyar santigrat derece idi. Bu değer, Güneş'in çekirdeğinin sıcaklığından 250 kat daha fazladır. Rekor, yaklaşık 4 kilometre uzunluğundaki iyon çarpıştırıcısında New York Brookhaven Doğal Laboratuvarı tarafından belirlendi.
2. Gezegenimizdeki sıcaklık da her zaman ideal ve rahat değildir. Örneğin, Yakutya'daki Verkhnoyansk şehrinde, kışın sıcaklık eksi 45 santigrat dereceye düşer. Ancak Etiyopya'nın Dallol şehrinde durum tersine döndü. Orada, yıllık ortalama sıcaklık artı 34 derece.
3. İnsanların çalıştığı en uç koşullar, Güney Afrika'daki altın madenlerinde kaydedilmiştir. Madenciler, artı 65 santigrat derece sıcaklıkta üç kilometre derinlikte çalışıyor.
