ТЕМПЕРАТУРА

Температура - параметр теплового состояния, одна из 3 термодинамических состояний вещества (PV=RT), её значение определяется средней кинетической энергией движения молекул среды. Однако, для данной Т энергия каждой отдельной молекулы может существенно отличаться от средней. Понятие температуры является статистическим и применимо только к объему из очень большого числа молекул. В разреженной материи законы статистики неприменимы. Т такого пространства определяется мощностью пронизывающих его потоков лучистой энергии и равна температуре абсолютно черного тела с такой же мощностью излучения.

Источники первых (для человека) сведений о Т субъективны – ощущение тепла и прохлады, жары и холода со всеми неприятными усилениями и ослаблениями ощущений (замерз, обжегся, “у него температура”). В то же время температура является основным технологическим параметром, в значительной мере определяющим процессы во всех сферах техники.

История: слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Определить температуру – сопоставить с неким эталоном, но она не является непосредственно измеряемой величиной; её значение определяют по температурному изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества. Выбрав термометрическое вещество и свойство, необходимо задать начальную точку отсчёта и размер единицы температуры. Так определяют температурные шкалы (ТШ), - системы сопоставимых числовых значений температуры. В ТШ обычно фиксируют две основные температуры, соответствующие точкам фазовых равновесий (реперные или постоянные точки - высокостабильные значения, соответствующие фазовым переходам вещества между газообразным, жидким и твердым состоянием) однокомпонентных систем, расстояние между которыми называется основным температурным интервалом шкалы. В качестве реперных точек используют: тройную точку воды (равновесие между газообразным, жидким и твердым состоянием), точки кипения воды, водорода и кислорода, точки затвердевания серебра, золота и др. Размер единицы измерения (единицы температуры) устанавливают как определённую долю основного интервала. За начало отсчёта ТШ часто принимают одну из реперных точек. Например, в шкале Цельсия за нулевое значение (0°C) принята температура таяния льда (точнее тройная точка воды); основной интервал между точками плавления и кипения воды разделён на 100 равных частей – это единица шкалы 1°C

Принципиальный недостаток эмпирической ТШ - зависимость от термометрического вещества - отсутствует у термодинамической шкалы, основанной на втором начале термодинамики. При определении абсолютной термодинамической шкалы (Кельвина) исходят из цикла Карно. Если в цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту Q1 при температуре T1 и отдаёт теплоту Q2 при температуре Т2, то отношение T1 /T2 = Q1 /Q2 не зависит от свойств рабочего тела и позволяет по доступным для измерений величинам Q1 и Q2 определять абсолютную температуру.

Шкала Кельвина. Основная в СИ. Используется в термодинамике. За начало - абсолютный ноль (0 К) принято состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела, температура выше 3-ой точки на 0,01 град является значением 273,16 К, а один кельвин равен 1/273,16 интервала от абсолютного нуля до тройной точки воды.

Шкала Цельсия. Широко используется в России, за 0° принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта. Используется в Англии и, в особенности, в США. В ней на 100 градусов разделён интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия. В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1°F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 9/5 °С + 32. В США и некоторых странах, где применяется ТШ Фаренгейта, используют также абсолютную шкалу Ранкина (Ренкина) - (аналог Кельвина). Соотношение между кельвином и градусом Ранкина: nK = 1,8n°Ra (9/5), по этой шкале точка таяния льда соответствует 491,67 °Ra, точка кипения воды 671,67 °Ra.

Шкала Реомюра. Предложена в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр. Единица — градус Реомюра (°R), 1°R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0°R) и кипения воды (80°R) 1 °R = 1,25°C. В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.