Temperatura termodynamiczna

 

Definicja temperatury wg J. C. Maxwella — temperatura ciała jest jego stanem cieplnym rozpatrywanym w odniesieniu do jego zdolności przekazywania ciepła innym ciałom  — kojarzy sie z doznaniami, jakie towarzysza dotknięciu lub zbliżeniu sie do ciał materialnych.
Przypisywanie różnych wartości liczbowych stanom cieplnym ciał stosuje sie do budowy skal temperatur, przy czym temperatura charakteryzuje stan równowagi termodynamicznej układu makroskopowego.

Temperatura termodynamiczna

Opis makroskopowy (fenomenologiczny) Opis mikroskopowy lub kinetyczno-molekularny
Informuje o tym, jak ciepłe lub zimne jest ciało. Określona jest przez średnią energię kinetyczną ruchu chaotycznego molekuł ciała.
Większej prędkości molekuł odpowiada wyższa temperatura układu.

 

Podstawową wielkością charakteryzującą zjawiska cieplne jest temperatura, która wskazuje kierunek przepływu energii cieplnej.
Temperatura jest niczym innym jak miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek gazu i że energia cząsteczek gazu zależy wyłącznie od temperatury.
Z teorii kinetyczno-molekularnej wynika, że temperatura jest tym wyższa, im szybciej poruszają się cząsteczki danego ciała. Temperatura jest wprost proporcjonalna do średniej energii kinetycznej cząsteczek ciała.


Przypisywanie różnych wartości liczbowych stanom cieplnym ciał stosuje się do budowy skal temperatur, przy czym temperatura charakteryzuje stan równowagi termodynamicznej układu makroskopowego.


Skale temperatury można zdefiniować korzystając z szeregu własności termicznych układu. Skala i wielkość podziału (czyli stopień) mogą być ustalone w odniesieniu do takich zjawisk fizycznych jak: topnienie, krzepniecie itp. W praktyce każdą substancję, mającą pewną własność fizyczną zależną od temperatury, można przyjąć za podstawę budowy termometru.

Idealnym rozwiązaniem byłoby opracowanie skali temperatury słusznej w dowolnym zakresie i niezależnej od zastosowanej substancji termometrycznej. Skalą tego rodzaju jest skala termodynamiczna lub Kelwina, która wykorzystuje odwracalny cykl Carnota.
Temperaturę zaś temperaturą termodynamiczną lub Kelwina.

Jeżeli źródło daje w każdym obiegu tą samą ilość ciepła Q1, wówczas ciepło Q2 oddane chłodnicy będzie mieć wartość zależną tylko od temperatury chłodnicy T2, niezależną od rodzaju ciała czynnego. Miarą temperatury chłodnicy jest ilość ciepła oddana do chłodnicy. Analogicznie miarą temperatury źródła ciepła T1 jest ilość ciepła pobierana ze źródła.

Za definicję termodynamicznej skali temperatur przyjmuje się równość:


T1

T2
=
Q1

Q2

Iloraz temperatur dowolnych zbiorników ciepła można wyznaczyć mierząc przenoszenie ciepła podczas jednego cyklu Carnota.


Temperaturę termodynamiczną można odtworzyć za pomocą termometru gazowego, w którym substancją termometryczną jest gaz doskonały. Miarą temperatury mogłaby być zmiana ciśnienia przy stałej objętości lub zmiana objętości przy stałym ciśnieniu.
Jednostką temperatury w układzie SI jest 1K (kelwin), jest to jednostka temperatury termodynamicznej równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody.





 Ireneusz Owczarek  ©  2011 - 2013