Реперная точка медицины №1.

Реперная точка медицины №1.

На реперных точках построена Международная температурная шкала (ITS, МТПШ), их число в МПТШ-68 составляло 11, а в современной МТШ-90 ( ITS-90 ) — 18. Реперными точками на шкале Цельсия когда-то были: температура замерзания (0°С) и кипения воды (100°С) на уровне моря. В настоящее время шкала Цельсия использует единственную реперную точку — температуру таяния льда (0°С), масштаб обеспечивается фиксированием градуса Цельсия равным 1 Кельвин (поэтому температура кипения воды при нормальном давлении составляет примерно 99,975°С).

Самая высокая возможная температура. Какая самая большая температура во Вселенной?

Если самая низкая температура во Вселенной является 0К (Кельвин), то тогда какая самая большая? Существует ли верхний предел температуры? Если да, то какой? В этой статье мы постараемся кратко объяснить вам это.

Абсолютный нуль

Абсолютный нуль по шкале Цельсия соответствует значению -273,16℃. При такой низкой температуре термодинамическая система находится в самом низком энергетическом состоянии. Более того, при данном состоянии прекращаются поступательное, вращательное и колебательное движения атомов. При такой температуре все вещества переходят в кристаллическое состояние, кроме гелия, поскольку его атомная масса очень мала и энергия взаимодействия между атомами тоже мала.

При температуре абсолютного нуля можно наблюдать различные интересные эффекты, такие как: сверхтекучесть, сверхпроводимость и т.д. Поскольку при данной температуре энтропия системы равна нулю, то данная температура не достижима. Мы можем только приблизиться к такой температуре, используя лазеры. В 2000 году учёным даже удалось добиться температуры 0,1×10-9К. А совсем недавно учёные Массачусетского технологического института охладили молекулы лишь до 500 миллиардных частиц выше абсолютного нуля.

Максимальная температура во Вселенной

Современные физики теоретики считают, что верхний предел температуры во Вселенной, при которой частицы достигают максимума своей тепловой энергии, всё же существует. Эта температура называется Планковской температурой и составляет 1,41679×1032К. Именно таких высоких значений температуры достигла Вселенная в первые доли секунды после Большого взрыва.

При температуре выше планковской энергия частиц становится настолько большой, что гравитационные силы между ними сравнимы с другими фундаментальными взаимодействиями. Это означает, что гравитационные силы этих частиц станут столь большими, что они смогут образовать чёрную дыру.

Возможно ли достичь температуры Планка?

Самая высокая температура, с которой мы когда-либо сталкивались, образуется при столкновении двух частиц в Большом адронном коллайдере. При столкновении двух частиц с близко световой скоростью выделяется невероятно большое количество энергии. Температура на доли секунды достигает несколько триллионов градусов Кельвина. Данная температура намного больше, чем достигаемая при ядерном взрыве или даже взрыве сверхновой.

В 2010 году на БАК провели один эксперимент где целью было получение кварк-глюонной плазмы. Именно она наполняла Вселенную в первые секунды после Большого взрыва. Чтобы создать эти условия, учёные разогнали ионы свинца и столкнули их на околосветовой скорости. Температура при столкновении достигала 10 триллионов градусов Кельвина. Конечно, данное состояние просуществовало несколько миллисекунд, но и это дало множество полезных данных.

Следовательно, физики считают, что верхний предел температуры существует и она составляет 1,41679×1032K. Именно такую температуру имела Вселенная в первые доли секунды после Большого взрыва. К сожалению, данная температура невероятно велика и чтобы достичь её нужно колоссальное количество энергии, к которой вряд ли мы сможем хотя бы приблизиться.

Происхождение слова температура. Температура

I

Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, соразмерность, нормальное состояние)

физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Т. одинакова для всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии термодинамическом (См. Равновесие термодинамическое ) . Если изолированная система не находится в равновесии, то с течением времени переход энергии (теплопередача) от более нагретых частей системы к менее нагретым приводит к выравниванию Т. во всей системе (первый постулат, или нулевое начало термодинамики (См. Термодинамика )) . Т. определяет: распределение образующих систему частиц по уровням энергии (См. Уровни энергии ) (см. Больцмана статистика ) и распределение частиц по скоростям (см. Максвелла распределение ) ; степень ионизации вещества (см. Саха формула ) ; свойства равновесного электромагнитного излучения тел — спектральную плотность излучения (см. Планка закон излучения ) , полную объёмную плотность излучения (см. Стефана — Больцмана закон излучения ) и т. д. Т., входящую в качестве параметра в распределение Больцмана, часто называют Т. возбуждения, в распределение Максвелла — кинетической Т., в формулу Саха — ионизационной Т., в закон Стефана — Больцмана — радиационной температурой (См. Радиационная температура ) . Поскольку для системы, находящейся в термодинамическом равновесии, все эти параметры равны друг другу, их называют просто температурой системы. В кинетической теории газов (См. Кинетическая теория газов ) и др. разделах статистической механики Т. количественно определяется так, что средняя кинетическая энергия поступательного движения частицы (обладающей тремя степенями свободы) равна³/₂ кТ, где k — Больцмана постоянная , Т — температура тела. В общем случае Т. определяется как производная от энергии тела в целом по его энтропии (См. Энтропия ) . Такая Т. всегда положительна (поскольку кинетическая энергия положительна), её называют абсолютной Т. или Т. по термодинамической температурной шкале. За единицу абсолютной Т. в Международной системе единиц (См. Международная система единиц ) (СИ) принят Кельвин (К). Часто Т. измеряют по шкале Цельсия ( t ) , значения t связаны с Т равенством t = Т – 273,15 К (градус Цельсия равен Кельвину). Методы измерения Т. рассмотрены в статьях Термометрия , Термометр .

Градусы по кельвину. Сравнение двух температурных величин

Принятая абсолютная температурная величина 0 К взята за начало отсчёта по шкале Кельвина. Вплоть до 1968 г. новая мера градусной величины именовалась «градусом Кельвина», по подобию с «градусом Цельсия». Впоследствии научное сообщество, во главе с Генеральной комиссией, ответственной за обозначения мер и весов, официально переименовала температурную единицу в «кельвин», с сокращённым обозначением «К» и относительной величиной к Цельсию (^оС) равной: С/К = 1/274,15.

Существующая шкала температур Кельвина применяется чаще в научном мире, в химии, математике и физике, в частности – термодинамике. Далеко не всем понятно определение, что под К понимается термодинамическая температура тройной точки воды. И если простому обывателю знания температурных режимов необходимы на уровне погоды или приготовления пищи, то учёные используют в своих экспериментах ту систему, которая для конкретной работы представляется наиболее удобной.

Изучение технических определений, использующих данные шкалы Кельвина, введено в программу физико-математических вузов, или применяется для школьных классов с углублённым изучением данных предметов. Температурная шкала Кельвина как раз является более рациональной, нежели общераспространённая шкала Цельсия, при таких случаях, как, например, измерение цветовой температуры в лампах накаливания, осветительных приборах профессионального назначения (можно встретить обозначения 3000K; 6000K на фотокамерах, что говорит о яркости, качестве, др. температурных характеристиках прибора).

Температура доклад. История изобретения термометра

История термодинамики началась, когда в 1592 году Галилео Галилей создал первый прибор для наблюдений за изменениями температуры, назвав его термоскопом. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной стеклянной трубкой. Шарик нагревали, а конец трубки опускали в воду. Когда шарик охлаждался, давление в нем уменьшалось, и вода в трубке под действием атмосферного давления поднималась на определенную высоту вверх. При потеплении уровень воды в трубки опускался вниз. Недостатком прибора было то, что по нему можно было судить только об относительной степени нагрева или охлаждения тела, так как шкалы у него еще не было.

Позднее флорентийские ученые усовершенствовали термоскоп Галилея, добавив к нему шкалу из бусин и откачав из шарика воздух.

В 17 веке воздушный термоскоп был преобразован в спиртовой флорентийским ученым Торричелли. Прибор был перевернут шариком вниз, сосуд с водой удалили, а в трубку налили спирт. Действие прибора основывалось на расширении спирта при нагревании, - теперь показания не зависели от атмосферного давления. Это был один из первых жидкостных термометров.

На тот момент показания приборов еще не согласовывались друг с другом, поскольку никакой конкретной системы при градуировке шкал не учитывалось. В 1694 году Карло Ренальдини предложил принять в качестве двух крайних точек температуру таяния льда и температуру кипения воды.

В 1714 году Д.Г. Фаренгейт изготовил ртутный термометр. На шкале он обозначил три фиксированные точки: нижняя, 32 °F - температура замерзания солевого раствора, 96 ° - температура тела человека, верхняя 212 ° F - температура кипения воды. Термометром Фаренгейта пользовались в англоязычных странах вплоть до 70-х годов 20 века, а в США пользуются и до сих пор.

Еще одна шкала была предложена французским ученым Реомюром в 1730 году. Он делал опыты со спиртовым термометром и пришел к выводу, что шкала может быть построена в соответствии с тепловым расширением спирта. Установив, что применяемый им спирт, смешанный с водой в пропорции 5: 1, расширяется в отношении 1000: 1080 при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, ученый предложил использовать шкалу от 0 до 80 градусов. Приняв за 0 ° температуру таяния льда, а за 80 ° температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

В 1742 году шведский ученый Андрес Цельсий предложил шкалу для ртутного термометра, в которой промежуток между крайними точками был разделен на 100 градусов. При этом сначала температура кипения воды была обозначена как 0 °, а температура таяния льда как 100 °. Однако в таком виде шкала оказалась не очень удобной, и позднее астрономом М. Штремером и ботаником К. Линнеем было принято решение поменять крайние точки местами.

М.В. Ломоносовым был предложен жидкостный термометр, имеющий шкалу со 150 делениями от точки плавления льда до точки кипения воды. И.Г. Ламберту принадлежит создание воздушного термометра со шкалой 375 °, где за один градус принималась одна тысячная часть расширения объема воздуха. Были также попытки создать термометр на основе расширения твердых тел. Так в 1747 голландец П. Мушенбруг использовал расширение железного бруска для измерения температуры плавления ряда металлов.

К концу 18 века количество различных температурных шкал значительно увеличилось. По данным "Пилометрии" Ламберта на тот момент их насчитывалось 19.

Температурные шкалы, о которых шла речь выше, отличает то, что точка отсчета для них была выбрана произвольно. В начале 19 века английским ученым лордом Кельвином была предложена абсолютная термодинамическая шкала. Одновременно Кельвин обосновал понятие абсолютного нуля, обозначив им температуру, при которой прекращается тепловое движение молекул. По Цельсию это - 273,15 °С.

Температура и способы ее измерения. Температура и ее измерение

Температура — физическая величина, характеризующая тепловое состояние тел.

В окружающем нас мире происходят различные явления, связанные с нагреванием и охлажде­нием тел. Их называют тепловыми явлениями. Так, при нагревании холодная вода сначала стано­вится теплой, а затем горячей; вынутая из пламени металлическая деталь постепенно охлаждает­ся и т. д. Степень нагретости тела, или его тепловое состояние, мы обозначаем словами «теплый», «холодный», «горячий». Для количественной оценки этого состояния и служит температура.

Температура — один из макроскопических параметров системы. В физике тела, состоящие из очень большого числа атомов или молекул, называютмакроскопическими. Размеры макроскопи­ческих тел во много раз превышают размеры атомов. Все окружающие тела — от стола или газа в воздушном шарике до песчинки — макроскопические тела.

Величины, характеризующие состояние макроскопических тел без учета их молекулярного строения, называют макроскопическими параметрами. К ним относятся объем, давление, темпе­ратура, концентрация частиц, масса, плотность, намагниченность и т. д. Температура — один из важнейших макроскопических параметров системы (газа, в частности).

Температура — характеристика теплового равновесия системы.

Известно, что для определения температуры среды следует поместить в эту среду термометр и подождать до тех пор, пока температура термометра не перестанет изменяться, приняв значе­ние, равное температуре окружающей среды. Другими словами, необходимо некоторое время для установления между средой и термометром теплового равновесия.

Тепловым, или термодинамическим, равновесием называют такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными. Это означает, что не меняются объем и давление в системе, не происходят фазовые превращения, не меняется темпе­ратура.

Однако микроскопические процессы при тепловом равновесии не прекращаются: скорости мо­лекул меняются, они перемещаются, сталкиваются.

Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел —термодинамическая сис­тема — может находиться в различных состояниях теплового равновесия. В каждом из этих состояний температура имеет свое вполне определенное значение. Другие величины могут иметь разные (но постоянные) значения. Например, давление сжатого газа в баллоне будет отличаться от давления в помещении и при температурном равновесии всей системы тел в этом помещении.

Температура характеризует состояние теплового равновесия макроскопической системы: во всех частях системы, находящихся в состоянии теплового равновесия, температура имеет одно и то же значение (это единственный макроскопический параметр, обладающий таким свойством).

Если два тела имеют одинаковую температуру, между ними не происходит теплообмен, если разную — теплообмен происходит, причем тепло передается от более нагретого тела к менее на­гретому до полного выравнивания температур.

Измерение температуры основано на зависимости какой-либо физической величины (напри­мер, объема) от температуры. Эта зависимость и используется в температурной шкале термомет­ра — прибора, служащего для измерения температуры.

Действие термометра основано на тепловом расширении вещества. При нагревании столбик используемого в термометре вещества (например, ртути или спирта) увеличивается, при охлаж­дении — уменьшается. Использующиеся в быту термометры позволяют выразить температуру вещества в градусах Цельсия (°С).

А. Цельсий (1701-1744) — шведский ученый, предложивший использовать стоградусную шкалу температур. В температурной шкале Цельсия за нуль (с середины XVIII в.) принимается температура тающего льда, а за 100 градусов — температура кипения воды при нормальном ат­мосферном давлении.

Поскольку различные жидкости расширяются с повышением температуры по-разному, то тем­пературные шкалы в термометрах с разными жидкостями различны.

Поэтому в физике используют идеальную газовую шкалу температур,основанную на зави­симости объема (при постоянном давлении) или давления (при постоянном объеме) газа от тем­пературы.

Температура физика формула. История термодинамического подхода

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.

В равновесном состоянии температура имеет одинаковое значение для всех макроскопических частей системы. Если в системе два тела имеют одинаковую температуру, то между ними не происходит передачи кинетической энергии частиц ( тепла ). Если же существует разница температур, то тепло переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой.

Температура связана также с субъективными ощущениями «тепла» и «холода», связанными с тем, отдаёт ли живая ткань тепло или получает его.

Некоторые квантовомеханические системы могут находиться в состоянии, при котором энтропия не возрастает, а убывает при добавлении энергии, что формально соответствует отрицательной абсолютной температуре. Однако такие состояния находятся не «ниже абсолютного нуля», а «выше бесконечности», поскольку при контакте такой системы с телом, обладающим положительной температурой, энергия передаётся от системы к телу, а не наоборот (подробнее см. Отрицательная абсолютная температура ).

Свойства температуры изучает раздел физики  — термодинамика . Температура также играет важную роль во многих областях науки, включая другие разделы физики, а также химию и биологию .

Формула кельвина. Очевидный парадокс

Уравнение, подобное уравнению уравнение Кельвина может быть получено для растворимости мелких частиц или капель в жидкости посредством связи между давлением пара и растворимостью, таким образом, уравнение Кельвина также применяется к твердым телам, слаборастворимым жидкостям и их растворам, если парциальное давление $p\; \{\backslash \; displaystyle\; p\}$заменяется растворимостью твердого вещества (или второй жидкости) на заданном радиусе,$r\; \{\backslash \; displaystyle\; r\}$и$p\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; p\_\; \{0\}\}$растворимостью на плоской поверхности. Следовательно, маленькие частицы (например, маленькие капли) более растворимы, чем более крупные.

Эти результаты привели к проблеме, как новые фазы могут возникнуть из старых. Например, если контейнер, заполненный водяным паром при давлении немного ниже давления насыщения, внезапно охлаждается, возможно, за счет адиабатического расширения, как в камере Вильсона , пар может стать перенасыщенным по сравнению с жидкой водой. Тогда он находится в метастабильном состоянии, и мы можем ожидать, что произойдет конденсация. Разумная молекулярная модель конденсации, казалось бы, состоит в том, что две или три молекулы водяного пара объединяются, образуя крошечную каплю, и что это ядро ​​конденсации затем растет за счет аккреции, когда в него попадают дополнительные молекулы пара. Уравнение Кельвина, однако, показывает, что крошечная капля, подобная этому ядру, имея всего несколько ангстрёмов в диаметре, будет иметь давление пара, во много раз превышающее давление пара жидкости в объеме. Что касается крошечных ядер, пар вообще не был бы пересыщенным. Такие зародыши должны немедленно повторно испариться, и появление новой фазы при равновесном давлении или даже умеренно превышающем его должно быть невозможным. Следовательно, перенасыщение должно быть в несколько раз выше, чем нормальное значение насыщения, чтобы произошло спонтанное зародышеобразование.