Астрономия физика космология квантовая механика
· 12 мар 2023
В микроэлектронвольтах или Джоулях, это энергетическая температура. Используется в теоретических исследованиях. На практике это очень неудобно. Например, среднюю температуру в Москве пришлось бы выражать числом 10^(-21) Дж.
К выражению температуры в градусах Цельсия и Кельвина пришли не сразу. Нужна была величина, которая характеризовала бы интенсивность теплового движения, или меру нагретости тела. Кроме того эта величина должна была характеризовать состояние теплового равновесия. Для удовлетворения таким условиям лучше всего подходила величина обратная производной энтропии по внутренней энергии при постоянном объеме: T=1/S' или T=ΔU/ΔS при V=const. Это и есть абсолютная, или термодинамическая температура в современной физике. Она не имеет отрицательных значений.
К энергетической температуре можно прийти и от термодинамической, если в формуле выше заменить ΔU на количество теплоты Q. При V=const они равны. Тогда Q=TΔS. В таком случае выбор шкалы температуры зависит от подхода в определении постоянной Больцмана k. Если принять k=1, то энтропия окажется безразмерной величиной и термодинамическая температура будет выражаться в Джоулях.
В 1954 году на конференции мерам и весам было решено выбрать термодинамическую температуру в качестве основной. Её шкалу определили на основе одной опорной точки. Это тройная точка воды, которая соответствует температуре (273,16 К), при которой в тепловом равновесии могут находиться три её агрегатных состояния-вода, лед и пар. По шкале Цельсия это 0,01°С. Хотя соотношение Т= t + 273,16 К по прежнему остается в силе, шкала Цельсия стала производной, и её значения от 0 до 100°С утратили смысл в опорных точках. Они соответствуют только приближенным значениям плавления льда и кипения воды.
Из истории термометров. К измерению температуры люди приучились задолго до введения самого понятия температуры. Первый термометр (точнее напоминающий его), был изобретён Галилеем в 1592 году - термоскоп. Но у него не было шкалы привязанной к конкретному физическому процессу. Каждый исследователь пользовался своей шкалой для измерения "степени теплоты". Это затрудняло сопоставление данных для их обработки, что снижало научную ценность накопленных фактов разными исследователями.
Первые практически удобные термометры были изготовлены немецким физиком Д.Г.Фаренгейтом в 1709 году. Это был спиртовый термометр. За первую опорную точку (нулевую температуру) он принял температуру смеси воды, льда и нашатыря. За вторую опорную точку он принял температуру тела своей жены +). Интервал между этими точками он разделил на 100 равных частей. Каждое деление он назвал градусом: 1° по Фаренгейту, или 1°F. В дальнейшем он заменил спирт в термометре на ртуть, выбрав температуру кипения воды в качестве верхней опорной точки. Ей соответствовало значение 212 °F.
Наибольшее распространение в мире получили термометры со шкалой Цельсия, введенный шведским астрономом в 1742 году. В качестве опорных точек он выбрал точки замерзания и кипения воды, разделив её на сто равных частей. Кстати, изначально А.Цельсий присвоил 100° точке замерзания воды, а 0° точке кипения. Через 8 лет Штрёмер поменял местами эти числа на шкале, и привёл стоградусную шкалу к привычному нам виду.