Термодинамическая температура

1.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Абсолютная шкала Кельвина, физический смысл температуры как меры кинетической энергии
молекул и фундаментальное понятие абсолютного нуля.

2.

ПОНЯТИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ В ФИЗИКЕ
Температура — фундаментальная физическая величина,
характеризующая степень нагретости тел и состояние их
термодинамического равновесия.
Субъективное восприятие: понятия «холодно» и
«горячо»
обманчивы и зависят от теплопроводности
контактирующего материала.
Термодинамическое
равновесие: если две
изолированные системы приведены в контакт,
теплообмен
прекращается при выравнивании
температур.
Направление потока тепла: теплота
самопроизвольно переходит исключительно от тела с
большей температурой к телу с меньшей.

3.

ОГРАНИЧЕНИЯ ЭМПИРИЧЕСКИХ ШКАЛ
Зависимость от рабочего вещества: Шкалы Цельсия и Фаренгейта опираются на свойства конкретных жидкостей (ртуть,
спирт) и их коэффициенты теплового расширения.
Нелинейность расширения: Ни одно реальное вещество не расширяется строго пропорционально во всем интервале
температур, что дает погрешности.
Произвольный выбор нуля: Нулевая отметка шкалы Цельсия (замерзание воды при 1 атм) случайна и не отражает
фундаментальных свойств материи.
Потребность в инварианте: Науке требовалась шкала, не зависящая от свойств какого-либо отдельного вещества в
природе.

4.

ШКАЛА ЛОРДА КЕЛЬВИНА
Абсолютный термодинамический подход
В 1848 году британский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин)
обосновал шкалу температур, полностью свободную от
специфических свойств термометрических тел.
Она опирается на закон сохранения энергии и коэффициент полезного
действия идеального обратимого цикла Карно.

5.

АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ
Предельное состояние охлаждения
Абсолютный нуль — это предельно низкая температура, при которой давление
0К
идеального газа при постоянном объеме обращается в нуль.
СВЯЗЬ АБСОЛЮТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Т (К) И ШКАЛЫ ЦЕЛЬСИЯ T (°C)
−273,15 °C • АБСОЛЮТНЫЙ НУЛЬ
Физическая суть: При 0 К полностью замирает хаотическое поступательное движение
молекул вещества. Отрицательных абсолютных температур в классической
термодинамике не существует.

6.

МИКРОСКОПИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ТЕМПЕРАТУРЫ
Связь макроскопического термодинамического параметра со средней кинетической
энергией микрочастиц вещества.

7.

СРАВНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ШКАЛ
Физическое состояние
Кельвин (К)
Цельсий (°C)
Фаренгейт (°F)
Абсолютный нуль
0K
−273,15 °C
−459,67 °F
Кипение жидкого азота
77,36 K
−195,79 °C
−320,42 °F
Замерзание чистой воды (1 атм)
273,15 K
0,00 °C
+32,00 °F
Тройная точка воды
273,16 K
+0,01 °C
+32,018 °F
Кипение воды (1 атм)
373,15 K
+100,00 °C
+212,00 °F

8.

ШКАЛА ТЕМПЕРАТУР ВО ВСЕЛЕННОЙ (К)
Абсолютная температура охватывает диапазон от долей милликельвина в квантовых лабораториях до миллионов кельвинов в недрах звезд.