|
'''Термодинами́ческая температу́ра''' или '''абсолю́тная температу́ра''' ({{lang-en|thermodynamic temperature}}, {{lang-de|thermodynamische Temperatur}};), или '''абсолю́тная температу́ра''' ({{lang-en|absolute temperature}}, {{lang-de|absolute Temperatur}}) является единственной функцией состояния термодинамической системы, которая характеризует направление самопроизвольного теплообмена между телами (системами){{sfn| ''Белоконь Н. И.'' Основные принципы термодинамики|1968| с=10;, 55.}} {{sfn| ''Кириллин В. А.'' Техническая термодинамика|1983| с=5}}.
Термодинамическая температура обозначается буквой <math> T</math>, измеряется в [[градус Кельвина|КельвинахКельвин]] <math>ах (обозначается{{nbsp}}K)</math> и отсчитывается по абсолютной термодинамической шкале (шкале (Кельвина). Абсолютная термодинамическая шкала является основной шкалой в физике и в уравнениях термодинамики.
Молекулярно-кинетическая теория, со своей стороны, связывает абсолютную температуру со средней кинетической энергией поступательного движения молекул идеального газа в условиях термодинамического равновесия:
: <math>\frac{1}{2} m\bar{v}^2 = \frac{3}{2}kT,</math>,
где <math> m</math> ─ масса молекулы, <math> \bar{v} </math> ─ [[Распределение Максвелла|средняя квадратичная скорость поступательного движения молекул]], <math> T</math> ─ абсолютная температура, <math>k</math> ─ [[постоянная Больцмана]].
== История ==
Измерение температуры прошло долгий и трудный путь в своём развитии. Так как температура не может быть измерена непосредственно, то для её измерения использовали свойства термометрических тел, которые находились в функциональной зависимости от температуры. На этой основе были разработаны различные температурные шкалы, которые получили название ''эмпирических'', а измеренная с их помощью температура называется эмпирической. Существенными недостатками эмпирических шкал являются отсутствие их непрерывности и несовпадение значений температур для разных термометрических тел: как между реперными точками, так и за их пределами. Отсутствие непрерывности эмпирических шкал связано с отсутствием в природе вещества, которое способно сохранять свои свойства во всём диапазоне возможных температур. В 1848 г.году Томсон (лорд Кельвин) предложил выбрать градус температурной шкалы таким образом, чтобы в её пределах эффективность идеальной тепловой машины была одинаковой. В дальнейшем, в 1854 г.году он предложил использовать обратную функцию Карно для построения термодинамической шкалы, не зависящей от свойств термометрических тел. Однако, практическая реализация этой идеи оказалась невозможной. В начале XIX века в поисках «абсолютного» прибора для измерения температуры снова вернулись к идее идеального газового термометра, основанного на законах идеальных газов Гей-Люссака и Шарля. Газовый термометр в течение долгого времени был единственным способом воспроизведения абсолютной температуры. Новые направления в воспроизведении абсолютной температурной шкалы основаны на использовании уравнения Стефана ─ Больцмана в бесконтактной термометрии и уравнения Гарри (Харри) Найквиста ─ в контактной. {{sfn|''Різак В., Різак, І., Різак,Рудавський Е. Рудавській. '' Кріогенна фізика і техніка (укр.) |2006| с=174, 175.}}
== Физические основы построения термодинамической шкалы температур. ==
1. Термодинамическая шкала температур принципиально может быть построена на основании теоремы Карно, которая утверждает, что коэффициент полезного действия идеального теплового двигателя не зависит от природы рабочего тела и конструкции двигателя, и зависит только от температур нагревателя и холодильника.
<math>\eta=\frac{Q_1-Q_2} {Q_1}=\frac{T_1-T_2} {T_1},</math>
где <math>Q_1</math> – — количество теплоты , полученной рабочим телом (идеальным газом) от нагревателя, <math>Q_2</math> – — количество теплоты, отданное рабочим телом холодильнику, <math>T_1, T_2</math> – — температуры нагревателя и холодильника, соответственно.
Из приведённого выше уравнения следует соотношение:
<math>\frac{ Q_{1} }{ Q_{2} } = \frac{ T_{1} }{ T_{2} }</math>
Это соотношение может быть использовано для построения ''абсолютной термодинамической температуры''. Если один из изотермических процессов [[Цикл Карно | цикла Карно]] <math>Q_3</math> проводить при температуре тройной точки воды (реперная точка), установленной произвольно ─ <math>T_3=273{,}16 \,K,</math> то любая другая температура будет определяться по формуле <math>T=273{,}16 \frac{Q}{ Q_{3} }</math>. {{sfn|''Різак В., Різак, І. Різак, Рудавський Е. Рудавській. '' Кріогенна фізика і техніка (укр.) |2006| с=17, 18.}} Установленная таким образом температурная шкала называется ''термодинамической шкалой Кельвина''. К сожаленью, точность измерения количества теплоты невысока, что не позволяет реализовать вышеописанный способ на практике.
2. Абсолютная температурная шкала может быть построена, если использовать в качестве термометрического тела идеальный газ. В самом деле, из уравнения Клапейрона вытекает соотношение
: <math>T=\frac{pV}{R}</math>
Если измерять давление газа, близкого по свойствам к идеальному, находящегося в герметичном сосуде постоянного объёма, то таким способом можно установить температурую шкалу, которая носит название ''идеально-газовой.'' Преимущество этой шкалы состоит в том, что давление идеального газа при <math>V=const</math> изменяется линейно с температурой. Поскольку даже сильно разреженные газы по своим свойствам несколько отличаются от идеального газа, то реализация идеально - газовой шкалы связана с определёнными трудностями.
3. В различных учебниках по термодинамике приводятся доказательства того, что температура, измеренная по идеально-газовой шкале, совпадает с термодинамической температурой. Следует, однако, оговориться: несмотря на то, что численно термодинамическая и идеально-газовая шкалы абсолютно идентичны, с качественной точки зрения между ними есть принципиальная разница. Только термодинамическая шкала является абсолютно независимой от свойств термометрического вещества.
4. Как уже было указано, точное воспроизведение термодинамической шкалы, а также идеально-газовой, сопряжено с серьёзными трудностями. В первом случае необходимо тщательно измерять количество теплоты, которая подводится и отводится в изотермических процессах идеального теплового двигателя. Такого рода измерения неточны. ВоспроизедениеВоспроизведение термодинамической (идеально-газовой) температурной шкалы в диапазоне от {{nbsp}}10 до {{num|1337 <math>|K</math>}} возможно с помощью газового термометра. При более высоких температурах заметно проявляется диффузия реального газа сквозь стенки резервуара, а при температурах в несколько тысяч градусов многоатомные газы распадаются на атомы. При ещё больших температурах реальные газы ионизируются и превращаются в плазму, которая не подчиняется уравнению Клапейрона. Наиболее низкая температура, которая может быть измерена газовым термометром, заполненным гелием при низком давлении равна <math>1K</math>{{num|1|K}}. Для измерения температур за пределами возможностей газовых термометров используют специальные методы измерения. Подробнее см. ''[[Термометрия]]''.
== Примечания ==
* {{УРЕ}}
* {{МГЕ|nocat=1}}
* {{книга |автор =Белоконь Н. И. | заглавие =Термодинамика| |место =М. | издательство =Госэнергоиздат | год =1954 |том= | страниц=417 |серия= |isbn= |ref =''Белоконь Н. И.,'' Термодинамика|1954}}
* {{книга |автор =Белоконь Н. И. | заглавие =Основные принципы термодинамики | место =М. | издательство =Недра | год =1968 |том= | страниц =112 |серия= |isbn= |ref =''Белоконь Н. И.,'' Основные принципы термодинамики|1968}}
* {{книга |автор=Кириллин В. А. |заглавие=Техническая термодинамика| |место=М. |издательство=Энергоатомиздат |год=1983 |том= |страниц=414 |серия= |isbn= |ref=''Кириллин В. А.'' Техническая термодинамика|1983}}
* {{книга |автор=Вукалович М. П., Новиков И. И. |заглавие=Техническая термодинамика| |место=М. |издательство=Энергия | год=1968 |том= |страниц=497 |серия= |isbn= |ref=''Вукалович М. П., Новиков И. И.'' Техническая термодинамика|1968}}
* {{книга |автор =[[Сивухин, Дмитрий Васильевич|Сивухин Д. В.]] | заглавие =Общий курс физики. Т. {{nbsp}}II. Термодинамика и молекулярная физика |издательство=Физматлит =ФИЗМАТЛИТ| год =2005 |место =М.| |страниц =544 |isbn =5-9221-0601-5 |ref =''Сивухин Д. В.|'' Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика | 2005}}
* {{книга |автор=Базаров И. П. | заглавие =Термодинамика | издательство =Высшая школа| |год=1991| |место=М. | страниц =376 |isbn=5-06-000626-3 |ref=''Базаров, И. П.'' Термодинамика}}
* {{книга |автор=Різак В., Різак І., Рудавський Е. | заглавие =Кріогенна фізика і техніка | издательство =Наукова думка | год =2006| |место =К.| |страниц=512 |isbn=966-00-480-X |ref=''Різак В., Різак І., Рудавський Е.'' Кріогенна фізика і техніка}}
{{Нет полных библиографических описаний}}
| 