ყველა ადამიანი ყოველდღიურად აწყდება ტემპერატურის კონცეფციას. ტერმინი მტკიცედ შემოვიდა ჩვენს ყოველდღიურ ცხოვრებაში: ჩვენ ვაცხელებთ საკვებს მიკროტალღურ ღუმელში ან ვამზადებთ საკვებს ღუმელში, გვაინტერესებს გარეთ ამინდი ან გავარკვიეთ ცივია თუ არა მდინარეში წყალი - ეს ყველაფერი მჭიდროდ არის დაკავშირებული ამ კონცეფციასთან. და რა არის ტემპერატურა, რას ნიშნავს ეს ფიზიკური პარამეტრი, რა გზით იზომება? ამ და სხვა კითხვებზე პასუხს გავცემთ სტატიაში.
ფიზიკური რაოდენობა
მოდით განვიხილოთ რა არის ტემპერატურა თერმოდინამიკური წონასწორობის იზოლირებული სისტემის თვალსაზრისით. ტერმინი მომდინარეობს ლათინური ენიდან და ნიშნავს "სწორ შერევას", "ნორმალურ მდგომარეობას", "პროპორციულობას". ეს მნიშვნელობა ახასიათებს ნებისმიერი მაკროსკოპული სისტემის თერმოდინამიკური წონასწორობის მდგომარეობას. იმ შემთხვევაში, როდესაც იზოლირებული სისტემა წონასწორობის გარეშეა, დროთა განმავლობაში ხდება ენერგიის გადასვლა უფრო გახურებული ობიექტებიდან ნაკლებად გაცხელებულებზე. შედეგი არის ტემპერატურის გათანაბრება (ცვლა) მთელ სისტემაში. ეს არის თერმოდინამიკის პირველი პოსტულატი (ნულოვანი პრინციპი).
ტემპერატურა განსაზღვრავსსისტემის შემადგენელი ნაწილაკების განაწილება ენერგიის დონეებითა და სიჩქარით, ნივთიერებების იონიზაციის ხარისხი, სხეულების წონასწორული ელექტრომაგნიტური გამოსხივების თვისებები, გამოსხივების მთლიანი მოცულობითი სიმკვრივე. ვინაიდან სისტემისთვის, რომელიც თერმოდინამიკურ წონასწორობაშია, ჩამოთვლილი პარამეტრები ტოლია, მათ ჩვეულებრივ უწოდებენ სისტემის ტემპერატურას.
პლაზმა
წონასწორული სხეულების გარდა, არსებობს სისტემები, რომლებშიც მდგომარეობა ხასიათდება რამდენიმე ტემპერატურული მნიშვნელობით, რომლებიც ერთმანეთის ტოლი არ არის. პლაზმა კარგი მაგალითია. იგი შედგება ელექტრონების (მსუბუქი დამუხტული ნაწილაკები) და იონებისგან (მძიმე დამუხტული ნაწილაკები). როდესაც ისინი ერთმანეთს ეჯახებიან, ენერგია სწრაფად გადადის ელექტრონიდან ელექტრონზე და იონიდან იონზე. მაგრამ ჰეტეროგენულ ელემენტებს შორის არის ნელი გადასვლა. პლაზმა შეიძლება იყოს ისეთ მდგომარეობაში, როდესაც ელექტრონები და იონები ინდივიდუალურად ახლოს არიან წონასწორობასთან. ამ შემთხვევაში, თითოეული სახის ნაწილაკებისთვის შესაძლებელია ცალკე ტემპერატურის აღება. თუმცა, ეს პარამეტრები განსხვავდება ერთმანეთისგან.
მაგნიტები
სხეულებში, რომლებშიც ნაწილაკებს აქვთ მაგნიტური მომენტი, ენერგიის გადაცემა ჩვეულებრივ ნელა ხდება: თავისუფლების ტრანსლაციისგან მაგნიტურ ხარისხებამდე, რაც დაკავშირებულია მომენტის მიმართულებების შეცვლის შესაძლებლობასთან. გამოდის, რომ არის მდგომარეობები, რომლებშიც სხეულს ახასიათებს ტემპერატურა, რომელიც არ ემთხვევა კინეტიკურ პარამეტრს. იგი შეესაბამება ელემენტარული ნაწილაკების მთარგმნელობით მოძრაობას. მაგნიტური ტემპერატურა განსაზღვრავს შიდა ენერგიის ნაწილს. ეს შეიძლება იყოს დადებითი ანუარყოფითი. გასწორების პროცესის დროს ენერგია გადაეცემა უფრო მაღალი მნიშვნელობის მქონე ნაწილაკებიდან დაბალი ტემპერატურის მნიშვნელობის მქონე ნაწილაკებზე, თუ ისინი ორივე დადებითი ან უარყოფითია. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ეს პროცესი საპირისპირო მიმართულებით წარიმართება - უარყოფითი ტემპერატურა იქნება „უფრო მაღალი“ვიდრე დადებითი.
რატომ არის ეს საჭირო?
პარადოქსი იმაში მდგომარეობს, რომ საშუალო ადამიანმა, რათა განახორციელოს გაზომვის პროცესი როგორც ყოველდღიურ ცხოვრებაში, ასევე ინდუსტრიაში, არც კი უნდა იცოდეს რა არის ტემპერატურა. მისთვის საკმარისი იქნება იმის გაგება, რომ ეს არის ობიექტის ან გარემოს გაცხელების ხარისხი, მით უმეტეს, რომ ჩვენ ბავშვობიდან ვიცნობთ ამ ტერმინებს. მართლაც, ამ პარამეტრის გასაზომად შექმნილი პრაქტიკული მოწყობილობების უმეტესობა რეალურად ზომავს ნივთიერებების სხვა თვისებებს, რომლებიც იცვლება გათბობის ან გაგრილების დონის მიხედვით. მაგალითად, წნევა, ელექტრული წინაღობა, მოცულობა და ა.შ. გარდა ამისა, ასეთი მაჩვენებლები ხელით ან ავტომატურად გარდაიქმნება სასურველ მნიშვნელობაზე.
გამოდის, რომ ტემპერატურის დასადგენად ფიზიკის შესწავლა არ არის საჭირო. ჩვენი პლანეტის მოსახლეობის უმეტესობა ამ პრინციპით ცხოვრობს. თუ ტელევიზორი ჩართულია, მაშინ არ არის საჭირო ნახევარგამტარული მოწყობილობების გარდამავალი პროცესების გაგება, იმის შესწავლა, თუ საიდან მოდის ელექტროენერგია გამოსასვლელში ან როგორ მოდის სიგნალი სატელიტურ თეფშზე. ხალხი მიჩვეულია იმ ფაქტს, რომ ყველა სფეროში არიან სპეციალისტები, რომლებსაც შეუძლიათ სისტემის გამოსწორება ან გამართვა. ერისკაცს არ სურს ტვინის დაძაბვა, რადგან სად ჯობია საპნის ოპერის ყურება ან ფეხბურთის ყურება "ბოქსზე" წრუპვისას.ცივი ლუდი.
მინდა ვიცოდე
მაგრამ არიან ადამიანები, ყველაზე ხშირად სტუდენტები, რომლებიც ცნობისმოყვარეობის ან აუცილებლობის გამო იძულებულნი არიან ისწავლონ ფიზიკა და დაადგინონ, რა ტემპერატურაა სინამდვილეში. შედეგად, ძიებისას ისინი ხვდებიან თერმოდინამიკის ველურ ბუნებაში და სწავლობენ მის ნულოვან, პირველ და მეორე კანონებს. გარდა ამისა, ცნობისმოყვარე გონებას მოუწევს კარნოს ციკლების და ენტროპიის გაგება. და მოგზაურობის დასასრულს, ის აუცილებლად აღიარებს, რომ ტემპერატურის განმარტება, როგორც შექცევადი თერმული სისტემის პარამეტრი, რომელიც არ არის დამოკიდებული სამუშაო ნივთიერების ტიპზე, არ შემატებს სიცხადეს ამ კონცეფციის განცდას. და მაინც, ხილული ნაწილი იქნება გარკვეული გრადუსი მიღებული ერთეულების საერთაშორისო სისტემის მიერ (SI).
ტემპერატურა როგორც კინეტიკური ენერგია
უფრო ხელშესახები არის მიდგომა, რომელსაც მოლეკულურ-კინეტიკური თეორია ჰქვია. იგი აყალიბებს აზრს, რომ სითბო განიხილება, როგორც ენერგიის ერთ-ერთი ფორმა. მაგალითად, მოლეკულების და ატომების კინეტიკური ენერგია, პარამეტრი, რომელიც საშუალოდ არის შეფასებული შემთხვევით მოძრავი ნაწილაკების უზარმაზარ რაოდენობაზე, არის საზომი, რასაც ჩვეულებრივ უწოდებენ სხეულის ტემპერატურას. ამრიგად, გაცხელებული სისტემის ნაწილაკები უფრო სწრაფად მოძრაობენ, ვიდრე ცივი.
რადგან განხილული ტერმინი მჭიდროდ არის დაკავშირებული ნაწილაკების ჯგუფის საშუალო კინეტიკურ ენერგიასთან, სავსებით ბუნებრივი იქნებოდა ჯოულის გამოყენება ტემპერატურის ერთეულად. თუმცა ეს არ ხდება, რაც აიხსნება იმით, რომ ელემენტარული თერმული მოძრაობის ენერგიანაწილაკები ძალიან მცირეა ჯოულთან შედარებით. ამიტომ მისი გამოყენება მოუხერხებელია. თერმული მოძრაობა იზომება ჯოულებიდან მიღებული ერთეულებით სპეციალური კონვერტაციის ფაქტორის საშუალებით.
ტემპერატურის ერთეული
დღეს ამ პარამეტრის საჩვენებლად გამოიყენება სამი ძირითადი ერთეული. ჩვენს ქვეყანაში ტემპერატურა ჩვეულებრივ ცელსიუს გრადუსით იზომება. გაზომვის ეს ერთეული ეფუძნება წყლის გაყინვის წერტილს - აბსოლუტურ მნიშვნელობას. ის არის ამოსავალი წერტილი. ანუ წყლის ტემპერატურა, რომლის დროსაც ყინული იწყებს ფორმირებას, არის ნული. ამ შემთხვევაში წყალი სამაგალითო ღონისძიებაა. ეს კონვენცია მიღებულია მოხერხებულობისთვის. მეორე აბსოლუტური მნიშვნელობა არის ორთქლის ტემპერატურა, ანუ მომენტი, როდესაც წყალი თხევადი მდგომარეობიდან აირისებურ მდგომარეობაში გადადის.
შემდეგი ერთეული არის კელვინი. ამ სისტემის საცნობარო პუნქტად ითვლება აბსოლუტური ნულის წერტილი. ასე რომ, ერთი გრადუსი კელვინი უდრის ცელსიუსის ერთ გრადუსს. განსხვავება მხოლოდ ათვლის დასაწყისია. მივიღებთ, რომ ნული კელვინში იქნება მინუს 273,16 გრადუსი ცელსიუსის ტოლი. 1954 წელს წონისა და ზომების გენერალურ კონფერენციაზე გადაწყდა ტემპერატურის ერთეულის ტერმინი „კელვინის გრადუსი“შეეცვალათ „კელვინით“.
საზომი მესამე საერთო ერთეული არის ფარენჰეიტი. 1960 წლამდე ისინი ფართოდ გამოიყენებოდა ყველა ინგლისურენოვან ქვეყანაში. თუმცა, დღეს შეერთებულ შტატებში ყოველდღიურ ცხოვრებაში გამოიყენეთ ეს ერთეული. სისტემა ძირეულად განსხვავდება ზემოთ აღწერილიდან. აღებული როგორც ამოსავალი წერტილიმარილის, ამიაკის და წყლის ნარევის გაყინვის წერტილი 1:1:1 თანაფარდობით. ასე რომ, ფარენჰაიტის შკალაზე, წყლის გაყინვის წერტილი არის პლუს 32 გრადუსი, ხოლო დუღილის წერტილი არის პლუს 212 გრადუსი. ამ სისტემაში ერთი გრადუსი უდრის ამ ტემპერატურებს შორის სხვაობის 1/180-ს. ასე რომ, დიაპაზონი 0-დან +100 გრადუსამდე ფარენჰეიტამდე შეესაბამება -18-დან +38 ცელსიუსამდე დიაპაზონს.
აბსოლუტური ნულოვანი ტემპერატურა
მოდით გავიგოთ რას ნიშნავს ეს პარამეტრი. აბსოლუტური ნული არის შემზღუდველი ტემპერატურა, რომლის დროსაც იდეალური გაზის წნევა ქრება ფიქსირებული მოცულობით. ეს არის ყველაზე დაბალი ღირებულება ბუნებაში. როგორც მიხაილო ლომონოსოვმა იწინასწარმეტყველა, „ეს არის სიცივის უდიდესი ან ბოლო ხარისხი“. აქედან გამომდინარეობს ავოგადროს ქიმიური კანონი: გაზების თანაბარი მოცულობა იმავე ტემპერატურასა და წნევაზე შეიცავს მოლეკულების ერთსა და იმავე რაოდენობას. რა მოჰყვება აქედან? არის გაზის მინიმალური ტემპერატურა, რომლის დროსაც მისი წნევა ან მოცულობა ქრება. ეს აბსოლუტური მნიშვნელობა შეესაბამება ნულ კელვინს, ანუ 273 გრადუს ცელსიუსს.
რამდენიმე საინტერესო ფაქტი მზის სისტემის შესახებ
მზის ზედაპირზე ტემპერატურა 5700 კელვინს აღწევს, ხოლო ბირთვის ცენტრში - 15 მილიონ კელვინს. მზის სისტემის პლანეტები ძალიან განსხვავდებიან ერთმანეთისგან გათბობის დონით. ასე რომ, ჩვენი დედამიწის ბირთვის ტემპერატურა დაახლოებით იგივეა, რაც მზის ზედაპირზე. იუპიტერი ითვლება ყველაზე ცხელ პლანეტად. მისი ბირთვის ცენტრში ტემპერატურა ხუთჯერ მეტია, ვიდრე მზის ზედაპირზე. და აქ არის პარამეტრის ყველაზე დაბალი მნიშვნელობადაფიქსირდა მთვარის ზედაპირზე - ეს იყო მხოლოდ 30 კელვინი. ეს მნიშვნელობა კიდევ უფრო დაბალია, ვიდრე პლუტონის ზედაპირზე.
ფაქტები დედამიწის შესახებ
1. ადამიანის მიერ დაფიქსირებული ყველაზე მაღალი ტემპერატურა იყო 4 მილიარდი გრადუსი ცელსიუსი. ეს მნიშვნელობა 250-ჯერ აღემატება მზის ბირთვის ტემპერატურას. რეკორდი ნიუ-იორკის ბრუკჰავენის ბუნებრივმა ლაბორატორიამ დაამყარა იონთა კოლაიდერში, რომლის სიგრძე დაახლოებით 4 კილომეტრია.
2. ტემპერატურა ჩვენს პლანეტაზე ასევე ყოველთვის არ არის იდეალური და კომფორტული. მაგალითად, იაკუტიის ქალაქ ვერხნოიანსკში ზამთარში ტემპერატურა მინუს 45 გრადუს ცელსიუსამდე ეცემა. მაგრამ ეთიოპიის ქალაქ დალოლში სიტუაცია საპირისპიროა. იქ საშუალო წლიური ტემპერატურა პლუს 34 გრადუსია.
3. ყველაზე ექსტრემალური პირობები, რომლებშიც ადამიანები მუშაობენ, ფიქსირდება სამხრეთ აფრიკის ოქროს მაღაროებში. მაღაროელები მუშაობენ სამი კილომეტრის სიღრმეზე პლუს 65 გრადუს ცელსიუს ტემპერატურაზე.
