Tin tổng hợp

Nhiệt độ – Wikipedia tiếng Việt

Sự đổi khác trung bình hàng ngày của nhiệt độ khung hình con người

Nhiệt độ là tính chất vật lý của vật chất hiểu nôm na là thang đo độ “nóng” và “lạnh”. Nó là biểu hiện của nhiệt năng, có trong mọi vật chất, là nguồn gốc của sự xuất hiện nhiệt, một dòng năng lượng, khi một vật thể tiếp xúc với vật khác lạnh hơn.

Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế. Nhiệt kế được hiệu chuẩn trong các thang nhiệt độ khác nhau mà trước đây đã sử dụng các điểm chuẩn và chất đo nhiệt khác nhau để định nghĩa. Thang đo nhiệt độ phổ biến nhất là thang đo Celsius (trước đây gọi là C, ký hiệu là °C), các thang đo Fahrenheit (ký hiệu là °F), và thang đo Kelvin (ký hiệu là K). Thang đo Kelvin chủ yếu sử dụng cho các mục đích khoa học của công ước của Hệ đơn vị quốc tế (SI).

Nhiệt độ kim chỉ nan thấp nhất là độ không tuyệt đối, tại đó không hề rút thêm nhiệt năng từ một vật thể. Bằng thực nghiệm, người ta thấy con người chỉ hoàn toàn có thể tiếp cận đến rất gần, nhưng không hề đạt tới nhiệt độ này. Điều này được công nhận trong định luật thứ ba của nhiệt động lực học .Nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong tổng thể những nghành nghề dịch vụ khoa học tự nhiên, gồm có vật lý, hóa học, khoa học Trái Đất, thiên văn học, y học, sinh học, sinh thái xanh và địa lý cũng như hầu hết những góc nhìn của đời sống hàng ngày .
Nhiều quy trình vật lý tương quan đến nhiệt độ, ví dụ điển hình như :
Các thang đo nhiệt độ khác nhau theo hai cách : điểm được chọn là 0 độ và độ lớn của những đơn vị chức năng hoặc độ tăng dần trên thang đo .

Table of Contents

Các loại thang đo thường được sử dụng[sửa|sửa mã nguồn]

Thang độ C ( °C ) được sử dụng để đo nhiệt độ thông dụng ở hầu hết những nước trên quốc tế. Đó là một thang đo thực nghiệm được tăng trưởng bởi một tân tiến lịch sử dân tộc, dẫn đến điểm 0 °C của nó được xác lập theo điểm ngừng hoạt động của nước và những độ bổ trợ được xác lập sao cho 100 °C là điểm sôi của nước ở áp suất khí quyển tại mực nước biển. Vì khoảng cách 100 độ này, nó được gọi là thang độ bách phân. [ 3 ] Kể từ khi tiêu chuẩn hóa kelvin trong Hệ thống đơn vị chức năng quốc tế, sau đó nó đã được xác lập lại theo những điểm cố định và thắt chặt tương tự trên thang Kelvin, và do đó nhiệt độ tăng một độ C giống như tăng một độ kelvin, mặc dầu chúng khác nhau bởi một hiệu số xê dịch 273,15 .Hoa Kỳ thường sử dụng thang đo Fahrenheit, trên đó nước ngừng hoạt động ở 32 °F và sôi ở 212 °F ở áp suất khí quyển mực nước biển. )

Độ không tuyệt đối[sửa|sửa mã nguồn]

Ở nhiệt độ không tuyệt đối, không hề rút được bất kể nguồn năng lượng nào nữa khỏi vật chất dưới dạng nhiệt, một trong thực tiễn được biểu lộ trong định luật thứ ba của nhiệt động lực học. Ở nhiệt độ này, vật chất không chứa nhiệt năng vĩ mô, nhưng vẫn có nguồn năng lượng điểm không cơ lượng tử như nguyên tắc bất định đã Dự kiến. Điều này không đi vào định nghĩa của nhiệt độ tuyệt đối. Về mặt thực nghiệm, độ không tuyệt đối chỉ hoàn toàn có thể được tiếp cận rất gần, nhưng không khi nào hoàn toàn có thể đạt được trên trong thực tiễn. Nếu hoàn toàn có thể làm nguội một mạng lưới hệ thống đến độ không tuyệt đối, tổng thể hoạt động cổ xưa của những hạt của nó sẽ ngừng lại và chúng sẽ trọn vẹn nghỉ ngơi theo nghĩa cổ xưa này. Độ không tuyệt đối, được định nghĩa là 0 K, giao động bằng – 273.15 °C, hoặc – 459.67 °F

Thang đo tuyệt đối[sửa|sửa mã nguồn]

Đề cập đến hằng số Boltzmann, đến phân bổ Maxwell – Boltzmann, và định nghĩa cơ học thống kê Boltzmann về entropy, khác với định nghĩa Gibbs, [ 4 ] cho những hạt vi mô hoạt động độc lập, không tính đến thế năng giữa những hạt, theo thỏa thuận hợp tác quốc tế, nhiệt độ thang đo được xác lập và được cho là tuyệt đối vì nó không nhờ vào vào những đặc tính của những chất và chính sách nhiệt kế đơn cử. Ngoài độ không tuyệt đối, nó không có nhiệt độ tham chiếu. Nó được gọi là thang đo Kelvin, được sử dụng thoáng rộng trong khoa học và công nghệ tiên tiến. Kelvin ( từ được viết bằng chữ thường k ) là đơn vị chức năng nhiệt độ trong Hệ đơn vị quốc tế ( SI ). Nhiệt độ của một vật ở trạng thái cân đối nhiệt động học luôn luôn dương, so với độ không tuyệt đối .Bên cạnh thang đo Kelvin đã được quốc tế thống nhất, còn có một thang đo nhiệt độ nhiệt động lực học, do Kelvin ý tưởng, cũng với số 0 của nó ở nhiệt độ không tuyệt đối, nhưng tương quan trực tiếp đến những khái niệm nhiệt động lực học vĩ mô thuần túy, gồm có entropy vĩ mô, mặc dầu về mặt kính hiển vi hoàn toàn có thể coi là định nghĩa cơ học thống kê Gibbs về entropy cho tập hợp chính tắc, có tính đến thế năng giữa những hạt, cũng như hoạt động của những hạt độc lập, để nó hoàn toàn có thể tính đến những phép đo nhiệt độ gần độ không tuyệt đối. [ 4 ] Thang đo này có nhiệt độ chuẩn tại điểm ba trạng thái của nước, giá trị số của nhiệt độ này được xác lập bằng những phép đo sử dụng thang đo Kelvin đã được quốc tế thống nhất nói trên .

Thang Kelvin quốc tế[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiều phép đo khoa học sử dụng thang nhiệt độ Kelvin ( ký hiệu đơn vị chức năng : K ), được đặt tên để vinh danh nhà vật lý tiên phong đã định nghĩa nó. Đây là một thang đo tuyệt đối. Điểm 0 bằng số của nó, 0 K, ở nhiệt độ không tuyệt đối. Kể từ tháng 5 năm 2019, mức độ của nó đã được xác lập trải qua triết lý động học hạt và cơ học thống kê. Trong Hệ đơn vị quốc tế ( SI ), độ lớn của kelvin được xác lập trải qua những phép đo thực nghiệm khác nhau về nguồn năng lượng động học trung bình của những hạt vi mô. Nó được nhìn nhận bằng số theo hằng số Boltzmann, giá trị của hằng số này được xác lập là cố định và thắt chặt theo quy ước quốc tế. [ 5 ] [ 6 ]

Thang đo nhiệt độ cơ học thống kê so với nhiệt độ động lực học

[sửa|sửa mã nguồn]

Kể từ tháng 5 năm 2019, độ lớn của kelvin được xác lập tương quan đến những hiện tượng kỳ lạ vi mô, được đặc trưng theo cơ học thống kê. Trước đó, kể từ năm 1954, Hệ thống Đơn vị Quốc tế đã xác lập thang đo và đơn vị chức năng cho kelvin là nhiệt độ nhiệt động lực học, bằng cách sử dụng nhiệt độ tái lập đáng đáng tin cậy của điểm ba của nước làm điểm chuẩn thứ hai, điểm chuẩn tiên phong là 0 K ở độ không tuyệt đối .Trong lịch sử vẻ vang, nhiệt độ ba điểm của nước được xác lập bằng 273,16 đơn vị chức năng của gia số đo. Ngày nay nó là một đại lượng được thống kê giám sát theo kinh nghiệm tay nghề. Điểm ngừng hoạt động của nước ở áp suất khí quyển mực nước biển xảy ra ở khoảng chừng 273.15 °C = 0 °C

Phân loại thang đo[sửa|sửa mã nguồn]

Có nhiều loại thang đo nhiệt độ. Có thể thuận tiện khi phân loại chúng theo kinh nghiệm tay nghề và triết lý. Các thang đo nhiệt độ theo kinh nghiệm tay nghề có lịch sử vẻ vang truyền kiếp hơn, trong khi những thang đo dựa trên kim chỉ nan đã Open vào giữa thế kỷ XIX. [ 7 ] [ 8 ]

Thang đo thực nghiệm[sửa|sửa mã nguồn]

Thang đo nhiệt độ theo kinh nghiệm tay nghề dựa trực tiếp vào những phép đo những đặc tính vật lý vĩ mô đơn thuần của vật tư. Ví dụ, chiều dài của một cột thủy ngân, được số lượng giới hạn trong ống mao dẫn có thành thủy tinh, nhờ vào phần nhiều vào nhiệt độ, và là cơ sở của nhiệt kế thủy ngân trong thủy tinh rất có ích. Các thang đo như vậy chỉ có giá trị trong khoanh vùng phạm vi nhiệt độ thuận tiện. Ví dụ, trên nhiệt độ sôi của thủy ngân, nhiệt kế thủy ngân trong thủy tinh là không hề triển khai được. Hầu hết những vật tư nở ra khi nhiệt độ tăng, nhưng 1 số ít vật tư, ví dụ điển hình như nước, co lại khi nhiệt độ tăng trong một số ít khoanh vùng phạm vi đơn cử, và sau đó chúng phần đông không có ích như vật tư đo nhiệt. Một vật tư không được sử dụng làm nhiệt kế ở gần một trong những nhiệt độ đổi khác pha, ví dụ như điểm sôi của nó .Bất chấp những hạn chế này, hầu hết những nhiệt kế thực tiễn thường được sử dụng là loại dựa trên kinh nghiệm tay nghề. Đặc biệt, nó được sử dụng để đo nhiệt lượng, góp thêm phần to lớn vào việc mày mò ra nhiệt động lực học. Tuy nhiên, nhiệt kế thực nghiệm có những hạn chế nghiêm trọng khi được coi là cơ sở cho vật lý kim chỉ nan. Nhiệt kế dựa trên thực nghiệm, ngoài cơ sở là phép đo trực tiếp đơn thuần về những đặc tính vật lý thường thì của vật tư nhiệt, hoàn toàn có thể được hiệu chuẩn lại, bằng cách sử dụng lý luận vật lý kim chỉ nan, và điều này hoàn toàn có thể lan rộng ra khoanh vùng phạm vi rất đầy đủ của chúng .

Thang đo triết lý[sửa|sửa mã nguồn]

Các thang đo nhiệt độ dựa trên kim chỉ nan dựa trực tiếp vào những lập luận lý thuyết, đặc biệt quan trọng là những triết lý động học và nhiệt động lực học. Chúng không ít được hiện thực hóa một cách lý tưởng trong những thiết bị và vật tư thực tiễn khả thi. Các thang đo nhiệt độ dựa trên kim chỉ nan được sử dụng để phân phối những tiêu chuẩn hiệu chuẩn cho những nhiệt kế dựa trên kinh nghiệm tay nghề trong thực tiễn .

Quy mô cơ học thống kê vi mô[sửa|sửa mã nguồn]

Trong vật lý, thang đo nhiệt độ thường thì được quốc tế chấp thuận đồng ý được gọi là thang Kelvin. Nó được hiệu chuẩn trải qua giá trị được quốc tế chấp thuận đồng ý và pháp luật của hằng số Boltzmann, [ 5 ] đề cập đến hoạt động của những hạt cực nhỏ, ví dụ điển hình như nguyên tử, phân tử và electron, thành phần trong khung hình có nhiệt độ cần đo. trái lại với thang nhiệt độ nhiệt động lực học do Kelvin ý tưởng, nhiệt độ Kelvin thường thì lúc bấy giờ không được xác lập trải qua việc so sánh với nhiệt độ của trạng thái chuẩn của vật chuẩn, cũng như nhiệt động lực học vĩ mô .Ngoài nhiệt độ không tuyệt đối, nhiệt độ Kelvin của một vật thể ở trạng thái cân đối nhiệt động lực học bên trong được xác lập bằng những phép đo về những đặc thù vật lý được lựa chọn tương thích của nó, ví dụ điển hình như đã biết đúng mực kim chỉ nan lý giải về hằng số Boltzmann. Hằng số đó đề cập đến những loại hoạt động được chọn của những hạt cực nhỏ trong cấu trúc của khung hình. Trong những loại hoạt động đó, những hạt hoạt động riêng không liên quan gì đến nhau, không có sự tương tác lẫn nhau. Các hoạt động như vậy thường bị gián đoạn do va chạm giữa những hạt, nhưng so với phép đo nhiệt độ, những hoạt động được chọn sao cho giữa những va chạm, những đoạn không tương tác của quỹ đạo của chúng được biết là hoàn toàn có thể đo được đúng chuẩn. Vì mục tiêu này, thế năng giữa những hạt bị bỏ lỡ .Trong khí lý tưởng, và trong những vật thể hiểu theo triết lý khác, nhiệt độ Kelvin được định nghĩa là tỷ suất thuận với động năng trung bình của những hạt vi mô hoạt động không tương tác, hoàn toàn có thể được đo bằng những kỹ thuật thích hợp. Hằng số tỷ suất là bội số đơn thuần của hằng số Boltzmann. Nếu những phân tử, nguyên tử hoặc điện tử, [ 9 ] [ 10 ] được phát ra từ một vật tư và tốc độ của chúng được đo, thì phổ tốc độ của chúng thường gần như tuân theo một định luật triết lý được gọi là phân bổ Maxwell – Boltzmann, một phép đo có cơ sở. nhiệt độ mà luật vận dụng. [ 11 ] Vẫn chưa có thí nghiệm thành công xuất sắc nào thuộc loại tương tự như sử dụng trực tiếp phân bổ Fermi – Dirac để đo nhiệt, nhưng có lẽ rằng điều đó sẽ đạt được trong tương lai. [ 12 ]Tốc độ âm thanh trong chất khí hoàn toàn có thể được tính theo triết lý từ đặc thù phân tử của chất khí, từ nhiệt độ và áp suất của nó, và từ giá trị của hằng số Boltzmann. Đối với một chất khí có đặc tính phân tử và áp suất đã biết, điều này phân phối mối quan hệ giữa nhiệt độ và hằng số Boltzmann. Những đại lượng đó hoàn toàn có thể được biết hoặc thống kê giám sát đúng mực hơn những biến nhiệt động lực học hoàn toàn có thể xác lập trạng thái của một mẫu nước tại điểm ba của nó. Do đó, lấy giá trị của hằng số Boltzmann làm tham chiếu hầu hết được xác lập của giá trị được xác lập đúng mực, phép đo vận tốc âm thanh hoàn toàn có thể phân phối một phép đo đúng chuẩn hơn về nhiệt độ của chất khí. [ 13 ]Phép đo phổ bức xạ điện từ từ vật đen ba chiều lý tưởng hoàn toàn có thể cung ứng phép đo nhiệt độ đúng mực vì tần số bức xạ phổ cực lớn của bức xạ vật đen tỷ suất thuận với nhiệt độ của vật đen ; đây được gọi là định luật di dời Wien và có lý giải kim chỉ nan trong định luật Planck và định luật Bose – Einstein .Phép đo phổ hiệu suất nhiễu do một điện trở điện tạo ra cũng hoàn toàn có thể phân phối phép đo nhiệt độ đúng chuẩn. Điện trở có hai đầu cuối và thực ra là phần thân một chiều. Định luật Bose-Einstein cho trường hợp này chỉ ra rằng hiệu suất nhiễu tỷ suất thuận với nhiệt độ của điện trở và giá trị của điện trở và độ rộng dải nhiễu. Trong một dải tần nhất định, hiệu suất nhiễu có góp phần bằng nhau từ mọi tần số và được gọi là nhiễu Johnson. Nếu biết giá trị của điện trở thì nhiệt độ hoàn toàn có thể được tìm thấy. [ 14 ] [ 15 ]

Thang đo nhiệt động lực học vĩ mô[sửa|sửa mã nguồn]

Về mặt lịch sử dân tộc, cho đến tháng 5 năm 2019, định nghĩa về thang đo Kelvin được Kelvin ý tưởng ra, dựa trên tỷ suất nguồn năng lượng trong những quy trình trong động cơ Carnot lý tưởng, trọn vẹn là về mặt nhiệt động lực học vĩ mô. Động cơ Carnot đó hoạt động giải trí giữa hai nhiệt độ, nhiệt độ của khung hình có nhiệt độ cần đo và một tham chiếu, của khung hình ở nhiệt độ của điểm ba của nước. Sau đó, nhiệt độ chuẩn, nhiệt độ của điểm ba, được xác lập là đúng chuẩn 27316 K Kể từ tháng 5 năm 2019, giá trị đó không được cố định và thắt chặt theo định nghĩa, mà được đo lường và thống kê trải qua những hiện tượng kỳ lạ vi mô, tương quan đến hằng số Boltzmann, như đã miêu tả ở trên. Định nghĩa cơ học thống kê vi mô không có nhiệt độ tham chiếu .

Khí lý tưởng[sửa|sửa mã nguồn]

Vật liệu hoàn toàn có thể dựa trên thang nhiệt độ xác lập vĩ mô là khí lý tưởng. Áp suất do một thể tích và khối lượng cố định và thắt chặt của khí lý tưởng tính năng tỷ suất thuận với nhiệt độ của nó. Một số khí tự nhiên bộc lộ những đặc tính gần như lý tưởng trong khoanh vùng phạm vi nhiệt độ thích hợp nên chúng hoàn toàn có thể được sử dụng để đo nhiệt ; điều này rất quan trọng trong quy trình tăng trưởng của nhiệt động lực học và thời nay vẫn có tầm quan trọng thực tiễn. [ 16 ] [ 17 ] Tuy nhiên, nhiệt kế khí lý tưởng không hoàn hảo nhất về mặt triết lý cho nhiệt động lực học. Điều này là do entropi của khí lý tưởng ở nhiệt độ không tuyệt đối của nó không phải là một đại lượng bán xác lập dương, điều này làm cho chất khí vi phạm định luật thứ ba của nhiệt động lực học. Trái ngược với vật tư thực, khí lý tưởng không hóa lỏng hoặc đông đặc, mặc dầu nó có lạnh đến đâu. Theo cách khác, định luật khí lý tưởng, đề cập đến số lượng giới hạn của nhiệt độ cao vô hạn và áp suất bằng không ; những điều kiện kèm theo này bảo vệ hoạt động không tương tác của những phân tử cấu thành. [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]

Cách tiếp cận triết lý động học[sửa|sửa mã nguồn]

Độ lớn của kelvin hiện được xác lập theo kim chỉ nan động học, suy ra từ giá trị của hằng số Boltzmann .

Lý thuyết động học cung cấp một cái nhìn vi mô về nhiệt độ cho một số vật chất, đặc biệt là chất khí, dựa trên hệ thống vĩ mô ‘được cấu tạo bởi nhiều hạt cực nhỏ, chẳng hạn như phân tử và ion của nhiều loài khác nhau, các hạt của một loài đều giống nhau. Nó giải thích các hiện tượng vĩ mô thông qua cơ học cổ điển của các hạt vi mô. Định lý trang bị của lý thuyết động năng khẳng định rằng mỗi bậc tự do cổ điển của một hạt chuyển động tự do có động năng trung bình là kBT/2 trong đó kB hằng số Boltzmann. Chuyển động tịnh tiến của hạt có ba bậc tự do, do đó, ngoại trừ ở nhiệt độ rất thấp nơi hiệu ứng lượng tử chiếm ưu thế, động năng tịnh tiến trung bình của hạt chuyển động tự do trong hệ có nhiệt độ T sẽ là 3kBT/2.

Các phân tử, ví dụ điển hình như oxy ( O2 ), có nhiều bậc tự do hơn những nguyên tử hình cầu đơn lẻ : chúng trải qua những hoạt động quay và xê dịch cũng như hoạt động tịnh tiến. Đun nóng làm tăng nhiệt độ do động năng tịnh tiến trung bình của những phân tử tăng lên. Hệ thống sưởi cũng sẽ khiến nguồn năng lượng tương quan đến những chính sách giao động và quay tăng lên trải qua phân vùng trang bị. Do đó, một chất khí diatomic sẽ cần nhiều nguồn năng lượng nguồn vào hơn để tăng nhiệt độ của nó lên một lượng nhất định, tức là nó sẽ có nhiệt dung lớn hơn một chất khí đơn nguyên .Như đã nói ở trên, vận tốc âm thanh trong chất khí hoàn toàn có thể được tính từ đặc thù phân tử của chất khí, từ nhiệt độ và áp suất của nó, và từ giá trị của hằng số Boltzmann. Lấy giá trị của hằng số Boltzmann làm tham chiếu hầu hết được xác lập của giá trị được xác lập đúng mực, phép đo vận tốc âm thanh hoàn toàn có thể cung ứng một phép đo đúng chuẩn hơn về nhiệt độ của chất khí. [ 13 ]Có thể đo động năng trung bình của những hạt vi mô cấu thành nếu chúng được phép thoát ra khỏi khối lượng lớn của hệ, qua một lỗ nhỏ trên thành chứa. Phổ của tốc độ phải được đo và tính trung bình từ đó. Không nhất thiết trường hợp những hạt thoát ra và được đo có phân bổ tốc độ giống như những hạt còn lại trong mạng lưới hệ thống, nhưng đôi lúc hoàn toàn có thể có một mẫu tốt .

Cách tiếp cận nhiệt động lực học[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiệt độ là một trong những đại lượng chính trong điều tra và nghiên cứu nhiệt động lực học. Trước đây, độ lớn của kelvin được định nghĩa theo thuật ngữ nhiệt động lực học, nhưng thời nay, như đã đề cập ở trên, nó được định nghĩa theo triết lý động học .

Nhiệt độ nhiệt động lực học được cho là tuyệt đối vì hai lý do. Một là đặc tính hình thức của nó độc lập với các đặc tính của vật liệu cụ thể. Lý do khác là số 0 của nó, theo một nghĩa nào đó, là tuyệt đối, ở chỗ nó biểu thị sự vắng mặt của chuyển động cổ điển vi mô của các hạt cấu thành của vật chất, do đó chúng có nhiệt lượng riêng giới hạn bằng 0 đối với nhiệt độ không, theo định luật thứ ba của nhiệt động lực học. Tuy nhiên, nhiệt độ nhiệt động học trên thực tế có một giá trị số xác định đã được lựa chọn tùy ý theo truyền thống và phụ thuộc vào tính chất của một vật liệu cụ thể; nó chỉ đơn giản là ít tùy ý hơn các thang “độ” tương đối như độ C và độ F. Là một thang đo tuyệt đối với một điểm cố định (không), chỉ có một bậc tự do còn lại cho sự lựa chọn tùy ý, thay vì hai bậc như trong thang tương đối. Đối với thang đo Kelvin kể từ tháng 5 năm 2019, theo quy ước quốc tế, lựa chọn đã được thực hiện để sử dụng kiến thức về các phương thức hoạt động của các thiết bị đo nhiệt khác nhau, dựa trên các lý thuyết động học vi mô về chuyển động phân tử. Thang số được giải quyết bằng một định nghĩa thông thường về giá trị của hằng số Boltzmann, liên hệ giữa nhiệt độ vĩ mô với động năng vi mô trung bình của các hạt như phân tử. Giá trị số của nó là tùy ý và tồn tại một thang nhiệt độ tuyệt đối thay thế, ít được sử dụng rộng rãi hơn được gọi là thang Rankine, được tạo ra để phù hợp với thang Fahrenheit vì Kelvin là độ C.

Định nghĩa nhiệt động lực học của nhiệt độ là do Kelvin. Nó được đóng khung dưới dạng một thiết bị lý tưởng hóa được gọi là động cơ Carnot, được tưởng tượng là chạy trong một chu kỳ liên tục giả tưởng của các quá trình liên tiếp đi qua một chu kỳ các trạng thái của cơ thể hoạt động của nó. Động cơ nhận một lượng nhiệt Q1 từ bình nóng và truyền nhiệt lượng nhỏ hơn Q2 cho bình lạnh. Sự khác biệt về năng lượng được chuyển, khi nhiệt động lực học, đến một bình chứa làm việc, và được coi là sản lượng của động cơ. Chu kỳ được tưởng tượng là chạy chậm đến mức tại mỗi điểm của chu kỳ, cơ thể làm việc ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học. Do đó, các quá trình liên tiếp mà chu kỳ được hình dung là chạy thuận nghịch mà không tạo ra entropi. Khi đó lượng entropi lấy vào từ bình nóng khi cơ thể làm việc được đốt nóng bằng lượng được truyền vào bình lạnh khi cơ thể làm việc được làm lạnh. Sau đó, nhiệt độ tuyệt đối hoặc nhiệt động lực học, T1 và T2, của các bể chứa được xác định sao cho

T 1 T 2 = − Q. 1 Q. 2. { \ displaystyle { \ frac { T_ { 1 } } { T_ { 2 } } } = – { \ frac { Q_ { 1 } } { Q_ { 2 } } }. }{\displaystyle {\frac {T_{1}}{T_{2}}}=-{\frac {Q_{1}}{Q_{2}}}.}

(1)

Định luật 0 của nhiệt động lực học cho phép định nghĩa này được sử dụng để đo nhiệt độ tuyệt đối hoặc nhiệt động lực học của một vật thể chăm sóc tùy ý, bằng cách làm cho vật chứa nhiệt khác có cùng nhiệt độ với vật thể chăm sóc .Công trình bắt đầu của Kelvin đưa ra giả thuyết về nhiệt độ tuyệt đối được xuất bản vào năm 1848. Nó được dựa trên khu công trình của Carnot, trước khi kiến thiết xây dựng định luật tiên phong của nhiệt động lực học. Carnot không hiểu rõ về nhiệt, và không có khái niệm đơn cử về entropi. Ông viết về ‘ caloric ‘, và nói rằng tổng thể calo đi từ bể chứa nóng được chuyển vào bể chứa lạnh. Kelvin đã viết trong bài báo năm 1848 của mình rằng quy mô của ông là tuyệt đối theo nghĩa là nó được định nghĩa ” độc lập với những thuộc tính của bất kể loại vật chất đơn cử nào “. Ấn phẩm sau cuối của ông, đưa ra định nghĩa vừa nêu, được in năm 1853, một bản sao của bài đọc của ông năm 1851. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]Các cụ thể số đo trước đây được xử lý bằng cách biến một trong những bể chứa nhiệt trở thành một ô ở điểm ba của nước, được xác lập là có nhiệt độ tuyệt đối là 273,16 K. [ 25 ] Ngày nay, thay vào đó, giá trị số được lấy từ phép đo trải qua thống kê vi mô của định nghĩa quốc tế cơ học như trên .

Biến số sâu xa[sửa|sửa mã nguồn]

Theo thuật ngữ nhiệt động lực học, nhiệt độ là một biến số sâu xa vì nó bằng thông số vi phân của một biến bao quát so với một biến rộng khác, so với một vật nhất định. Do đó, nó có kích cỡ của một tỷ suất của hai biến lan rộng ra. Trong nhiệt động lực học, hai vật thể thường được coi là liên kết với nhau bằng cách tiếp xúc với một bức tường chung, có một số ít đặc thù thẩm thấu đơn cử. Độ thấm đơn cử như vậy hoàn toàn có thể được coi là một biến sâu xa đơn cử. Một ví dụ là bức tường diathermic chỉ hoàn toàn có thể thấm qua nhiệt ; biến nâng cao cho trường hợp này là nhiệt độ. Khi hai khung hình đã tiếp xúc trong một thời hạn rất dài, và đã không thay đổi ở trạng thái không thay đổi vĩnh viễn, thì những biến nâng cao tương quan trong hai khung hình là bằng nhau ; so với một bức tường hai lớp, phát biểu này nhiều lúc được gọi là định luật số 0 của nhiệt động lực học. [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]

Đặc biệt, khi vật thể được mô tả bằng cách nêu nội năng của nó U, một biến mở rộng, như một hàm của entropy S của nó, cũng là một biến mở rộng, và các biến trạng thái khác V, N, với U = U (S, V, N), thì nhiệt độ bằng đạo hàm riêng của nội năng đối với entropy:[27][28][29]

T = ( ∂ U ∂ S ) V, N. { \ displaystyle T = \ left ( { \ frac { \ partial U } { \ partial S } } \ right ) _ { V, N }. }{\displaystyle T=\left({\frac {\partial U}{\partial S}}\right)_{V,N}.}

(2)

Tương tự như vậy, khi vật thể được mô tả bằng cách nêu entropi S của nó như một hàm của nội năng U và các biến trạng thái khác V, N, với S = S (U, V, N), thì nghịch đảo của nhiệt độ bằng đạo hàm riêng của entropi đối với nội năng:[27][29][30]

1 T = ( ∂ S ∂ U ) V, N. { \ displaystyle { \ frac { 1 } { T } } = \ left ( { \ frac { \ partial S } { \ partial U } } \ right ) _ { V, N }. }{\displaystyle {\frac {1}{T}}=\left({\frac {\partial S}{\partial U}}\right)_{V,N}.}

(3)

Định nghĩa trên, phương trình ( 1 ), về nhiệt độ tuyệt đối là do Kelvin. Nó đề cập đến những mạng lưới hệ thống ngừng hoạt động để chuyển vật chất, và đặc biệt quan trọng chú trọng đến những quy trình tiến độ thực nghiệm trực tiếp. Phần trình diễn về nhiệt động lực học của Gibbs mở màn ở mức độ trừu tượng hơn và đề cập đến những mạng lưới hệ thống mở ra cho việc chuyển giao vật chất ; trong sự tăng trưởng này của nhiệt động lực học, những phương trình ( 2 ) và ( 3 ) ở trên thực sự là những định nghĩa sửa chữa thay thế cho nhiệt độ. [ 31 ]

Cân bằng nhiệt động lực học cục bộ[sửa|sửa mã nguồn]

Các thiên thể trong quốc tế thực thường không ở trạng thái cân đối nhiệt động và không như nhau. Để nghiên cứu và điều tra bằng những giải pháp nhiệt động lực học không hề đảo ngược cổ xưa, một khung hình thường được phân loại theo khoảng trống và thời hạn về mặt khái niệm thành những ‘ tế bào ‘ có size nhỏ. Nếu những điều kiện kèm theo cân đối nhiệt động lực học cổ xưa so với vật chất được cung ứng gần đúng trong một ‘ ô ‘ như vậy, thì nó là như nhau và sống sót một nhiệt độ cho nó. Nếu điều này xảy ra với mọi ‘ tế bào ‘ của khung hình, thì trạng thái cân đối nhiệt động cục bộ được cho là chiếm lợi thế trong hàng loạt khung hình. [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]

Chẳng hạn, nếu nói về biến mở rộng U, hoặc biến mở rộng S, thì nó có mật độ trên một đơn vị thể tích, hoặc đại lượng trên một đơn vị khối lượng của hệ thống, nhưng không có ý nghĩa gì khi nói về mật độ nhiệt độ trên một đơn vị thể tích hoặc đại lượng nhiệt độ trên một đơn vị khối lượng của hệ thống. Mặt khác, không có ý nghĩa gì khi nói về nội năng tại một điểm, trong khi khi cân bằng nhiệt động lực học cục bộ chiếm ưu thế, thì việc nói về nhiệt độ tại một điểm là hoàn toàn hợp lý. Do đó, nhiệt độ có thể thay đổi theo từng điểm trong một môi trường không ở trạng thái cân bằng nhiệt động toàn cục, nhưng trong đó có cân bằng nhiệt động cục bộ.

Do đó, khi trạng thái cân đối nhiệt động cục bộ chiếm lợi thế trong một vật thể, nhiệt độ hoàn toàn có thể được coi là một đặc tính cục bộ đổi khác theo khoảng trống trong vật thể đó, và điều này là do nhiệt độ là một biến số sâu .

Lý thuyết cơ bản[sửa|sửa mã nguồn]

Nhiệt độ là thước đo chất lượng trạng thái của vật chất.[37] Chất lượng có thể được coi là một thực thể trừu tượng hơn bất kỳ thang nhiệt độ cụ thể nào đo lường nó, và được một số tác giả gọi là độ nóng.[38] Chất lượng của độ nóng chỉ trạng thái của vật lhấtt chỉ ở một địa phương cụ thể, và nói chung, ngoài các vật thể được giữ ở trạng thái cân bằng nhiệt động ổn định, độ nóng thay đổi theo từng nơi. Không nhất thiết phải có trường hợp vật liệu ở một địa điểm cụ thể ở trạng thái ổn định và gần như đồng nhất đủ để cho phép vật liệu đó có độ nóng hoặc nhiệt độ xác định rõ. Độ nóng có thể được biểu diễn một cách trừu tượng dưới dạng đa tạp một chiều. Mỗi thang nhiệt độ hợp lệ đều có một bản đồ riêng của nó trong biểu đồ độ nóng.[39][40]

Khi hai mạng lưới hệ thống tiếp xúc nhiệt ở cùng một nhiệt độ thì không có sự truyền nhiệt nào giữa chúng. Khi có sự chênh lệch nhiệt độ, nhiệt sẽ tự phát chảy từ mạng lưới hệ thống ấm hơn sang mạng lưới hệ thống lạnh hơn cho đến khi chúng ở trạng thái cân đối nhiệt. Sự truyền nhiệt như vậy xảy ra bằng dẫn truyền nhiệt hoặc bức xạ nhiệt. [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]Các nhà vật lý thực nghiệm, ví dụ như Galileo và Newton, [ 49 ] nhận thấy rằng có vô hạn những thang đo nhiệt độ thực nghiệm. Tuy nhiên, định luật 0 của nhiệt động lực học nói rằng toàn bộ chúng đều đo lường và thống kê với chất lượng như nhau. Điều này có nghĩa là so với một vật thể ở trạng thái cân đối nhiệt động bên trong, mọi nhiệt kế đã được hiệu chuẩn đúng mực, thuộc bất kể loại nào, khi đo nhiệt độ của vật thể, đều sẽ ghi lại một và cùng một nhiệt độ. Đối với một vật thể không ở trạng thái cân đối nhiệt động bên trong, những nhiệt kế khác nhau hoàn toàn có thể ghi lại những nhiệt độ khác nhau, tùy thuộc vào chính sách hoạt động giải trí của những nhiệt kế .

Các vật thể ở trạng thái cân đối nhiệt động lực học[sửa|sửa mã nguồn]

Đối với vật lý thực nghiệm, độ nóng có nghĩa là, khi so sánh bất kể hai vật thể nhất định nào trong những cân đối nhiệt động lực học riêng không liên quan gì đến nhau tương ứng của chúng, hai nhiệt kế thực nghiệm bất kể đã cho tương thích với những số đọc thang số sẽ chấp thuận đồng ý với nhau về vật nóng hơn trong hai vật thể đã cho hoặc chúng có cùng nhiệt độ. [ 50 ] Điều này không nhu yếu hai nhiệt kế phải có quan hệ tuyến tính giữa những số đọc thang đo của chúng, nhưng nó nhu yếu rằng mối quan hệ giữa những số đọc của chúng phải là đơn điệu. [ 51 ] [ 52 ] Có thể có một cảm xúc rõ ràng về độ nóng lớn hơn, độc lập với nhiệt lượng, nhiệt động lực học và những đặc thù của những vật tư đơn cử, từ định luật di dời Wien của bức xạ nhiệt : nhiệt độ của một bể bức xạ nhiệt tỷ suất với một hằng số phổ quát, với tần số cực lớn của phổ tần số của nó ; tần số này luôn dương, nhưng hoàn toàn có thể có những giá trị có khuynh hướng bằng không. Bức xạ nhiệt khởi đầu được xác lập cho một khoang ở trạng thái cân đối nhiệt động. Các dữ kiện vật lý này biện minh cho một công bố toán học rằng độ nóng sống sót trên một đa tạp một chiều có thứ tự. Đây là đặc thù cơ bản của nhiệt độ và nhiệt kế so với những vật thể ở trạng thái cân đối nhiệt động lực học của chính chúng. [ 7 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 53 ] [ 54 ]Ngoại trừ một hệ đang trải qua sự biến hóa tiến trình bậc nhất, ví dụ điển hình như sự tan chảy của băng, khi một hệ kín nhận nhiệt, không biến hóa thể tích và không đổi khác trường ngoại lực ảnh hưởng tác động lên nó, nhiệt độ của nó tăng lên. Đối với một mạng lưới hệ thống trải qua sự biến hóa pha chậm đến mức hoàn toàn có thể bỏ lỡ việc rời khỏi trạng thái cân đối nhiệt động lực học, thì nhiệt độ của nó không đổi khi mạng lưới hệ thống được phân phối nhiệt tiềm ẩn. trái lại, sự mất nhiệt từ một hệ kín, không đổi khác pha, không biến hóa thể tích và không đổi khác trường ngoại lực công dụng lên nó, làm giảm nhiệt độ của nó. [ 55 ]

Các vật thể ở trạng thái không thay đổi nhưng không ở trạng thái cân đối nhiệt động lực học[sửa|sửa mã nguồn]

Trong khi so với những vật thể ở trạng thái cân đối nhiệt động lực học của riêng chúng, khái niệm nhiệt độ nhu yếu toàn bộ những nhiệt kế thực nghiệm phải đồng ý chấp thuận là nhiệt kế nào trong hai vật thể nóng hơn hoặc chúng có cùng nhiệt độ, nhu yếu này không bảo đảm an toàn cho những vật thể đang ở trạng thái không thay đổi. trạng thái mặc dầu không ở trạng thái cân đối nhiệt động. Sau đó, rất hoàn toàn có thể là những nhiệt kế thực nghiệm khác nhau không thống nhất về việc cái nào nóng hơn, và nếu đúng như vậy, thì tối thiểu một trong những vật thể không có nhiệt độ nhiệt động lực học tuyệt đối được xác lập rõ ràng. Tuy nhiên, bất kể thân máy nhất định nào và bất kể nhiệt kế thực nghiệm thích hợp nào vẫn hoàn toàn có thể tương hỗ những khái niệm về độ nóng và nhiệt độ thực nghiệm, không tuyệt đối, cho một khoanh vùng phạm vi quá trình thích hợp. Đây là một yếu tố để điều tra và nghiên cứu trong nhiệt động lực học không cân đối .

Các vật thể không ở trạng thái không thay đổi[sửa|sửa mã nguồn]

Khi một vật thể không ở trạng thái không thay đổi, thì khái niệm về nhiệt độ thậm chí còn còn kém bảo đảm an toàn hơn so với một vật thể ở trạng thái không thay đổi không ở trạng thái cân đối nhiệt động lực học. Đây cũng là một yếu tố cần nghiên cứu và điều tra trong nhiệt động lực học không cân đối .

Tiên đề cân đối nhiệt động lực học[sửa|sửa mã nguồn]

Để giải quyết và xử lý tiên đề về cân đối nhiệt động lực học, từ những năm 1930, người ta thường đề cập đến định luật số 0 của nhiệt động lực học. Phiên bản tối giản được công bố thường thì của định luật như vậy chỉ giả định rằng toàn bộ những vật thể, khi liên kết nhiệt sẽ ở trạng thái cân đối nhiệt, theo định nghĩa phải được cho là có cùng nhiệt độ, nhưng bản thân nó không thiết lập nhiệt độ như một đại lượng được biểu lộ dưới dạng thực số trên thang điểm. Một phiên bản thông tin vật lý hơn của định luật như vậy xem nhiệt độ thực nghiệm như một biểu đồ trên đa tạp độ nóng. [ 39 ] [ 54 ] [ 56 ] Trong khi định luật số 0 cho phép định nghĩa nhiều thang nhiệt độ thực nghiệm khác nhau, thì định luật thứ hai của nhiệt động lực học chọn định nghĩa về một nhiệt độ tuyệt đối ưu tiên duy nhất, duy nhất cho đến một thông số tỷ suất tùy ý, khi đó được gọi là nhiệt độ nhiệt động lực học. [ 7 ] [ 39 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] [ 60 ] Nếu nội năng được coi là hàm của thể tích và entropi của một hệ giống hệt ở trạng thái cân đối nhiệt động lực học, thì nhiệt độ tuyệt đối nhiệt động lực học Open dưới dạng đạo hàm riêng của nội năng so với entropi ở thể tích không đổi. Điểm gốc tự nhiên, nội tại hoặc điểm rỗng của nó là độ không tuyệt đối mà tại đó entropy của bất kể mạng lưới hệ thống nào là nhỏ nhất. Mặc dù đây là nhiệt độ tuyệt đối thấp nhất được miêu tả bởi quy mô, định luật thứ ba của nhiệt động lực học cho rằng không hề đạt được độ không tuyệt đối bởi bất kể hệ vật lý nào .

Khi một năng lượng truyền đến hoặc từ một cơ thể chỉ là nhiệt, trạng thái của cơ thể sẽ thay đổi. Tùy thuộc vào môi trường xung quanh và các bức tường ngăn cách chúng với cơ thể, cơ thể có thể có những thay đổi khác nhau. Chúng bao gồm các phản ứng hóa học, tăng áp suất, tăng nhiệt độ và thay đổi pha. Đối với mỗi loại biến đổi trong điều kiện xác định, nhiệt dung là tỉ số giữa nhiệt lượng truyền với độ lớn của sự thay đổi. Ví dụ, nếu sự thay đổi là sự tăng nhiệt độ ở thể tích không đổi, không thay đổi pha và không thay đổi hóa học, thì nhiệt độ của cơ thể tăng lên và áp suất của nó tăng lên. Nhiệt lượng truyền, ΔQ, chia cho sự thay đổi nhiệt độ quan sát được, ΔT, là nhiệt dung của vật thể ở thể tích không đổi:

C

V

=

Δ
Q

Δ
T

.

{\displaystyle C_{V}={\frac {\Delta Q}{\Delta T}}.}

{\displaystyle C_{V}={\frac {\Delta Q}{\Delta T}}.}

Nếu nhiệt dung được đo cho một lượng chất xác lập rõ thì nhiệt dung riêng là nhiệt lượng thiết yếu để tăng nhiệt độ của một lượng chất đó thêm một đơn vị chức năng nhiệt độ. Ví dụ, để tăng nhiệt độ của nước thêm một kelvin ( bằng một độ C ) thì cần 4186 jun trên kilogam ( J / kg ) .

−17 °C

Một nhiệt kế độ C nổi bật đo nhiệt độ ngày mùa đông là

Phép đo nhiệt độ bằng cách sử dụng nhiệt kế khoa học hiện đại và thang đo nhiệt độ ít nhất là vào đầu thế kỷ 18, khi Gabriel Fahrenheit điều chỉnh nhiệt kế (chuyển sang thủy ngân) và một thang đo do Ole Christensen Rømer phát triển. Thang đo Fahrenheit vẫn đang được sử dụng ở Hoa Kỳ cho các ứng dụng phi khoa học.

Nhiệt độ được đo bằng nhiệt kế hoàn toàn có thể được hiệu chuẩn theo nhiều thang nhiệt độ. Ở hầu hết quốc tế ( ngoại trừ Belize, Myanmar, Liberia và Hoa Kỳ ), thang độ C được sử dụng cho hầu hết những mục tiêu đo nhiệt độ. Hầu hết những nhà khoa học đo nhiệt độ bằng thang độ C và nhiệt độ nhiệt động lực học bằng thang Kelvin, là độ lệch thang độ C sao cho điểm rỗng của nó bằng 0 K = − 27315 °C, hoặc độ không tuyệt đối. Nhiều nghành nghề dịch vụ kỹ thuật ở Hoa Kỳ, đặc biệt quan trọng là công nghệ cao và những thông số kỹ thuật kỹ thuật của liên bang Hoa Kỳ ( gia dụng và quân sự chiến lược ), cũng sử dụng thang đo Kelvin và độ C. Các nghành nghề dịch vụ kỹ thuật khác ở Mỹ cũng dựa vào thang đo Rankine ( thang đo độ F đã đổi khác ) khi thao tác trong những nghành tương quan đến nhiệt động lực học như đốt cháy .

Các đơn vị chức năng[sửa|sửa mã nguồn]

Đơn vị cơ bản của nhiệt độ trong Hệ đơn vị quốc tế ( SI ) là Kelvin. Nó có ký hiệu K .Đối với những ứng dụng hàng ngày, thường thuận tiện khi sử dụng thang độ C, trong đó 0 °C tương ứng rất gần với điểm đóng băng của nước và 100 °C là điểm sôi của nó ở mực nước biển. Bởi vì những giọt chất lỏng thường sống sót trong những đám mây ở nhiệt độ dưới 0 °C, 0 °C được xác lập rõ hơn là điểm nóng chảy của nước đá. Trong thang đo này, chênh lệch nhiệt độ 1 độ C giống như 1 kelvin tăng 1 kelvin, nhưng thang đo được bù đắp bởi nhiệt độ tại đó nước đá tan chảy ( 27315 K ) .Theo thỏa thuận hợp tác quốc tế, [ 61 ] cho đến tháng 5 năm 2019, thang độ Kelvin và độ C được xác lập bằng hai điểm cố định và thắt chặt : độ không tuyệt đối và điểm ba của Nước đại dương trung bình tiêu chuẩn Vienna, là nước được pha chế đặc biệt quan trọng với sự trộn lẫn đơn cử của những đồng vị hydro và oxy. Độ không tuyệt đối được định nghĩa đúng mực là 0 K và − 27315 °C Đó là nhiệt độ tại đó tổng thể hoạt động tịnh tiến cổ xưa của những hạt gồm có vật chất chấm hết và chúng ở trạng thái nghỉ trọn vẹn trong quy mô cổ xưa. Tuy nhiên, về mặt cơ học lượng tử, hoạt động điểm 0 vẫn còn và có một nguồn năng lượng link, nguồn năng lượng điểm không. Vật chất ở trạng thái cơ bản, [ 62 ] và không chứa nhiệt năng. Nhiệt độ 27316 K và 001 °C được định nghĩa là điểm ba của nước. Định nghĩa này ship hàng những mục tiêu sau : nó cố định và thắt chặt độ lớn của kelvin là đúng mực 1 phần trong 273,16 phần của sự độc lạ giữa độ không tuyệt đối và điểm ba của nước ; nó xác lập rằng một kelvin có độ lớn đúng chuẩn bằng một độ trên thang độ C ; và nó thiết lập sự độc lạ giữa những điểm rỗng của những thang đo này là 27315 K ( 0 K = − 27315 °C và 27316 K = 001 °C ). Kể từ năm 2019, đã có một định nghĩa mới dựa trên hằng số Boltzmann, [ 63 ] nhưng những thang đo hầu hết không biến hóa .Ở Hoa Kỳ, thang đo Fahrenheit được sử dụng thoáng đãng. Trên thang điểm này, điểm ngừng hoạt động của nước tương ứng với 32 °F và điểm sôi đến 212 °F Thang đo Rankine, vẫn được sử dụng trong những nghành kỹ thuật hóa học ở Hoa Kỳ, là một thang đo tuyệt đối dựa trên gia số Fahrenheit .
Bảng sau đây cho thấy những công thức quy đổi nhiệt độ cho những quy đổi sang và từ thang độ C .

Vật lý plasma[sửa|sửa mã nguồn]

Lĩnh vực vật lý plasma đề cập đến các hiện tượng có bản chất điện từ liên quan đến nhiệt độ rất cao. Thông thường, biểu thị nhiệt độ dưới dạng năng lượng bằng đơn vị electronvolt (eV) hoặc kiloelectronvolt (keV). Năng lượng, có thứ nguyên khác với nhiệt độ, sau đó được tính là tích của hằng số Boltzmann và nhiệt độ,

E
=

k

B

T

{\displaystyle E=k_{\text{B}}T}

{\displaystyle E=k_{\text{B}}T}. Sau đó, 1 eV tương ứng với 11605 K.Trong quá trình nghiên cứu vật chất QCD, người ta thường gặp các nhiệt độ có bậc vài trăm MeV, tương đương với khoảng 1012 K.

Nền tảng triết lý[sửa|sửa mã nguồn]

Về mặt lịch sử vẻ vang, có 1 số ít cách tiếp cận khoa học để lý giải nhiệt độ : diễn đạt nhiệt động lực học cổ xưa dựa trên những biến thực nghiệm vĩ mô hoàn toàn có thể đo được trong phòng thí nghiệm ; kim chỉ nan động học của khí tương quan đến miêu tả vĩ mô với sự phân bổ Xác Suất của nguồn năng lượng hoạt động của những hạt khí ; và một lý giải vi mô dựa trên vật lý thống kê và cơ học lượng tử. Ngoài ra, những chiêu thức giải quyết và xử lý toán học khắt khe và thuần túy đã cung ứng một cách tiếp cận tiên đề so với nhiệt động lực học và nhiệt độ cổ xưa. [ 64 ] Vật lý thống kê phân phối sự hiểu biết thâm thúy hơn bằng cách miêu tả hành vi nguyên tử của vật chất và suy ra những đặc thù vĩ mô từ những trung bình thống kê của những trạng thái vi mô, gồm có cả trạng thái cổ xưa và lượng tử. Trong diễn đạt vật lý cơ bản, sử dụng những đơn vị chức năng tự nhiên, nhiệt độ hoàn toàn có thể được đo trực tiếp bằng đơn vị chức năng nguồn năng lượng. Tuy nhiên, trong những mạng lưới hệ thống thống kê giám sát thực tiễn dành cho khoa học, công nghệ tiên tiến và thương mại, ví dụ điển hình như hệ đơn vị chức năng mét tân tiến, miêu tả vĩ mô và hiển vi có mối quan hệ với nhau bởi hằng số Boltzmann, một thông số tỷ suất cân đối nhiệt độ với động năng trung bình vi mô .Mô tả vi mô trong cơ học thống kê dựa trên một quy mô nghiên cứu và phân tích một mạng lưới hệ thống thành những hạt vật chất cơ bản của nó hoặc thành một tập hợp những giao động cơ cổ xưa hoặc cơ lượng tử và coi mạng lưới hệ thống như một tập hợp thống kê của những vi vật chất. Là một tập hợp những hạt vật chất cổ xưa, nhiệt độ là thước đo nguồn năng lượng trung bình của hoạt động, gọi là động năng, của những hạt, mặc dầu ở dạng rắn, lỏng, khí hay plasmas. Động năng, một khái niệm của cơ học cổ xưa, là một nửa khối lượng của một hạt nhân với bình phương vận tốc của nó. Trong cách lý giải cơ học về hoạt động nhiệt này, động năng của những hạt vật chất hoàn toàn có thể nằm trong tốc độ của những hạt hoạt động tịnh tiến hoặc xê dịch của chúng hoặc trong quán tính của những chính sách quay của chúng. Trong những chất khí tuyệt vời và hoàn hảo nhất về mặt giải phẫu và, gần đúng, trong hầu hết những chất khí, nhiệt độ là thước đo động năng trung bình của hạt. Nó cũng xác lập hàm phân phối Phần Trăm của nguồn năng lượng. Trong vật chất cô đặc, và đặc biệt quan trọng là chất rắn, miêu tả cơ học thuần túy này thường ít hữu dụng hơn và quy mô giao động cung ứng diễn đạt tốt hơn để lý giải những hiện tượng kỳ lạ cơ lượng tử. Nhiệt độ xác lập sự chiếm hữu thống kê của những vi hạt trong quần thể. Định nghĩa vi mô của nhiệt độ chỉ có ý nghĩa trong số lượng giới hạn nhiệt động lực học, nghĩa là so với những tập hợp lớn của những trạng thái hoặc những hạt, để phân phối những nhu yếu của quy mô thống kê .Động năng cũng được coi là một thành phần của nhiệt năng. Năng lượng nhiệt hoàn toàn có thể được phân loại thành những thành phần độc lập do bậc tự do của những hạt hoặc những phương pháp của bộ xê dịch trong hệ nhiệt động lực học. Nhìn chung, số lượng những bậc tự do mà có sẵn cho equipartitioning nguồn năng lượng phụ thuộc vào vào nhiệt độ, tức là khu vực nguồn năng lượng của tương tác đang được xem xét. Đối với chất rắn, nhiệt năng tương quan hầu hết với giao động của những nguyên tử hoặc phân tử của nó về vị trí cân đối của chúng. Trong một chất khí lý tưởng, động năng chỉ được tìm thấy trong hoạt động tịnh tiến của những hạt. Trong những mạng lưới hệ thống khác, chuyển động giao động và chuyển động quay cũng góp phần bậc tự do .

Thuyết động học chất khí[sửa|sửa mã nguồn]

Có thể hiểu kim chỉ nan về nhiệt độ trong khí lý tưởng từ triết lý Động họcMaxwell và Boltzmann đã tăng trưởng một kim chỉ nan động học mang lại sự hiểu biết cơ bản về nhiệt độ trong chất khí. [ 65 ] Lý thuyết này cũng lý giải định luật khí lý tưởng và nhiệt dung quan sát được của những chất khí đơn thể ( hoặc ‘ khí trơ ‘ ). [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] Đồ thị của áp suất và nhiệt độ cho ba mẫu khí khác nhau được ngoại suy về độ không tuyệt đối

Định luật khí lý tưởng dựa trên các mối quan hệ thực nghiệm quan sát được giữa áp suất (p), thể tích (V) và nhiệt độ (T), và được công nhận từ rất lâu trước khi lý thuyết động học của chất khí được phát triển (xem định luật Boyle và Charles). Định luật khí lý tưởng phát biểu như sau:[69]

p
V
=
n
R
T
,

{\displaystyle pV=nRT,}

{\displaystyle pV=nRT,}

với n là số mol khí và R = 8,314462618… J⋅mol−1⋅K−1[70]. .   J⋅mol −1 ⋅K −1 [70] là hằng số khí.

Mối quan hệ này cho tất cả chúng ta gợi ý tiên phong rằng có một số không tuyệt đối trong thang nhiệt độ, chính do nó chỉ đúng nếu nhiệt độ được đo trên một thang tuyệt đối như Kelvin’s. Định luật khí lý tưởng cho phép người ta đo nhiệt độ trên thang đo tuyệt đối này bằng nhiệt kế khí. Nhiệt độ tính bằng kelvins hoàn toàn có thể được định nghĩa là áp suất tính bằng pascal của một mol khí trong bình chứa một mét khối, chia cho hằng số khí .Mặc dù nó không phải là một thiết bị đặc biệt quan trọng thuận tiện, nhưng nhiệt kế khí phân phối một cơ sở kim chỉ nan thiết yếu để tổng thể những nhiệt kế hoàn toàn có thể được hiệu chuẩn. Trong thực tiễn, không hề sử dụng nhiệt kế khí để đo nhiệt độ không tuyệt đối vì những chất khí có khuynh hướng ngưng tụ thành chất lỏng rất lâu trước khi nhiệt độ bằng không. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể ngoại suy về độ không tuyệt đối bằng cách sử dụng định luật khí lý tưởng, như bộc lộ trong hình .Lý thuyết động học giả định rằng áp suất là do lực link với những nguyên tử riêng không liên quan gì đến nhau ảnh hưởng tác động lên những bức tường, và toàn bộ nguồn năng lượng là động năng tịnh tiến. Sử dụng một lập luận đối xứng phức tạp, [ 71 ] Boltzmann đã suy ra cái mà thời nay được gọi là hàm phân phối Xác Suất Maxwell-Boltzmann cho tốc độ của những hạt trong khí lý tưởng. Từ hàm phân phối Phần Trăm đó, động năng trung bình ( trên mỗi hạt ) của khí lý tưởng dạng đơn nguyên tử là [ 67 ] [ 72 ]

E

k

=

1
2

m

v

rms

2

=

3
2

k

B

T
,

{\displaystyle E_{\text{k}}={\frac {1}{2}}mv_{\text{rms}}^{2}={\frac {3}{2}}k_{\text{B}}T,}

{\displaystyle E_{\text{k}}={\frac {1}{2}}mv_{\text{rms}}^{2}={\frac {3}{2}}k_{\text{B}}T,}

trong đó hằng số Boltzmann k B là hằng số khí lý tưởng chia cho số Avogadro, và

v

rms

=

v

2

{\displaystyle v_{\text{rms}}={\sqrt {\left\langle v^{2}\right\rangle }}}

{\displaystyle v_{\text{rms}}={\sqrt {\left\langle v^{2}\right\rangle }}} là tốc độ căn bậc hai bình phương trung bình. Do đó, định luật khí lý tưởng phát biểu rằng nội năng tỷ lệ thuận với nhiệt độ.[73] Tỷ lệ thuận giữa nhiệt độ và nội năng là một trường hợp đặc biệt của định lý phân chia, và chỉ nằm trong giới hạn cổ điển của khí lý tưởng. Nó không giữ cho hầu hết các chất, mặc dù đúng là nhiệt độ là một hàm đơn điệu (không giảm) của nội năng.

Định luật 0 của nhiệt động lực học[sửa|sửa mã nguồn]

Khi hai vật thể cô lập khác được liên kết với nhau bằng một con đường vật chất cứng không thấm vào vật chất, thì sẽ có sự truyền nguồn năng lượng tự phát dưới dạng nhiệt từ vật nóng hơn sang vật lạnh hơn của chúng. Cuối cùng, chúng đạt đến trạng thái cân đối nhiệt lẫn nhau, trong đó quy trình truyền nhiệt chấm hết, và những biến trạng thái tương ứng của những vật thể đã không thay đổi trở nên không biến hóa .Một phát biểu của định luật 0 của nhiệt động lực học là nếu hai hệ đều ở trạng thái cân đối nhiệt với hệ thứ ba, thì chúng cũng cân đối nhiệt với nhau .Tuyên bố này giúp xác lập nhiệt độ nhưng bản thân nó không hoàn thành xong định nghĩa. Nhiệt độ thực nghiệm là một thang số cho độ nóng của hệ nhiệt động lực học. Tính nóng như vậy hoàn toàn có thể được định nghĩa là sống sót trên một ống góp một chiều, trải dài giữa nóng và lạnh. Đôi khi định luật số 0 được phát biểu gồm có sự sống sót của đa tạp độ nóng phổ quát duy nhất, và những thang số trên đó, để cung ứng một định nghĩa khá đầy đủ về nhiệt độ thực nghiệm. [ 56 ] Để tương thích với phép đo nhiệt thực nghiệm, vật tư phải có mối quan hệ đơn điệu giữa độ nóng và 1 số ít biến trạng thái dễ đo, ví dụ điển hình như áp suất hoặc thể tích, khi tổng thể những tọa độ tương quan khác được cố định và thắt chặt. Một mạng lưới hệ thống đặc biệt quan trọng thích hợp là khí lý tưởng, hoàn toàn có thể phân phối thang nhiệt độ tương thích với thang Kelvin tuyệt đối. Thang đo Kelvin được xác lập trên cơ sở định luật thứ hai của nhiệt động lực học .

Định luật thứ hai của nhiệt động lực học[sửa|sửa mã nguồn]

Để thay thế sửa chữa cho việc xem xét hoặc xác lập định luật số 0 của nhiệt động lực học, sự tăng trưởng lịch sử vẻ vang trong nhiệt động lực học là xác lập nhiệt độ theo định luật thứ hai của nhiệt động lực học tương quan đến entropy. Định luật thứ hai công bố rằng bất kể quy trình nào cũng sẽ dẫn đến không đổi khác hoặc làm tăng thực entropy của ngoài hành tinh. Điều này hoàn toàn có thể hiểu theo nghĩa Phần Trăm .

Ví dụ, trong một loạt các lần tung đồng xu, một hệ thống có thứ tự hoàn hảo sẽ là một hệ thống trong đó mọi lần tung đều xuất hiện mặt ngửa hoặc mọi lần tung đều có mặt sấp. Điều này có nghĩa là kết quả luôn là kết quả giống nhau 100%. Ngược lại, nhiều kết quả hỗn hợp (rối loạn) có thể xảy ra và số lượng của chúng tăng lên theo mỗi lần tung. Cuối cùng, sự kết hợp của ~ 50% ngửa và ~ 50% sấp chiếm ưu thế và thu được một kết quả khác biệt đáng kể với 50/50 ngày càng trở nên khó xảy ra. Do đó hệ thống tiến triển một cách tự nhiên đến trạng thái rối loạn tối đa hoặc rối loạn entropy.

Vì nhiệt độ chi phối sự truyền nhiệt giữa hai hệ thống và vũ trụ có xu hướng tiến tới cực đại của entropi, người ta cho rằng có một số mối quan hệ giữa nhiệt độ và entropi. Động cơ nhiệt là thiết bị biến đổi nhiệt năng thành cơ năng mang lại hiệu quả công việc. và phân tích động cơ nhiệt Carnot cung cấp các mối quan hệ cần thiết. Công của động cơ nhiệt ứng với hiệu giữa nhiệt lượng đưa vào hệ ở nhiệt độ cao qH và nhiệt lượng trích ra ở nhiệt độ thấp qC. Hiệu suất là công chia cho nhiệt lượng đầu vào:

efficiency = w cy q H = q H − q C q H = 1 − q C q H, { \ displaystyle { \ text { efficiency } } = { \ frac { w_ { \ text { cy } } } { q_ { \ text { H } } } } = { \ frac { q_ { \ text { H } } – q_ { \ text { C } } } { q_ { \ text { H } } } } = 1 – { \ frac { q_ { \ text { C } } } { q_ { \ text { H } } } }, }{\displaystyle {\text{efficiency}}={\frac {w_{\text{cy}}}{q_{\text{H}}}}={\frac {q_{\text{H}}-q_{\text{C}}}{q_{\text{H}}}}=1-{\frac {q_{\text{C}}}{q_{\text{H}}}},}

(4)

trong đó w cy là công việc được thực hiện mỗi chu kỳ. Hiệu suất chỉ phụ thuộc vào q C / q H. Vì q C và q H tương ứng với sự truyền nhiệt ở các nhiệt độ T C và T H tương ứng, q C / q H nên một số hàm của các nhiệt độ này:

q C q H = f ( T H, T C ). { \ displaystyle { \ frac { q_ { \ text { C } } } { q_ { \ text { H } } } } = f \ left ( T_ { \ text { H } }, T_ { \ text { C } } \ right ). }{\displaystyle {\frac {q_{\text{C}}}{q_{\text{H}}}}=f\left(T_{\text{H}},T_{\text{C}}\right).}

(5)

Định lý Carnot phát biểu rằng tất cả các động cơ đảo chiều hoạt động giữa cùng một bình chứa nhiệt đều có hiệu suất như nhau. Do đó, động cơ nhiệt hoạt động trong khoảng thời gian từ T 1 đến T 3 phải có cùng hiệu suất với động cơ gồm hai chu kỳ, một giữa T 1 và T 2, và chu kỳ thứ hai giữa T 2 và T 3. Điều này chỉ có thể xảy ra nếu

q

13

=

q

1

q

2

q

2

q

3

,

{\displaystyle q_{13}={\frac {q_{1}q_{2}}{q_{2}q_{3}}},}

{\displaystyle q_{13}={\frac {q_{1}q_{2}}{q_{2}q_{3}}},}

nghĩa là

q

13

=
f

(

T

1

,

T

3

)

=
f

(

T

1

,

T

2

)

f

(

T

2

,

T

3

)

.

{\displaystyle q_{13}=f\left(T_{1},T_{3}\right)=f\left(T_{1},T_{2}\right)f\left(T_{2},T_{3}\right).}

{\displaystyle q_{13}=f\left(T_{1},T_{3}\right)=f\left(T_{1},T_{2}\right)f\left(T_{2},T_{3}\right).}

Vì chức năng thứ nhất độc lập với T 2 nên nhiệt độ này phải triệt tiêu ở phía bên phải, nghĩa là f (T 1, T 3) có dạng g (T 1) / g (T 3) (tức là f(T1, T3) = f(T1, T2)f(T2, T3) = g(T1)/g(T2) · g(T2)/g(T3) = g(T1)/g(T3)), trong đó g là hàm của một nhiệt độ duy nhất. Một thang nhiệt độ hiện có thể được chọn với thuộc tính thỏa mãn

q C q H = T C T H. { \ displaystyle { \ frac { q_ { \ text { C } } } { q_ { \ text { H } } } } = { \ frac { T_ { \ text { C } } } { T_ { \ text { H } } } }. }{\displaystyle {\frac {q_{\text{C}}}{q_{\text{H}}}}={\frac {T_{\text{C}}}{T_{\text{H}}}}.}

(6)

Việc thay thế sửa chữa ( 6 ) trở lại ( 4 ) cho một mối quan hệ so với hiệu suất về mặt nhiệt độ :

efficiency = 1 − q C q H = 1 − T C T H. { \ displaystyle { \ text { efficiency } } = 1 – { \ frac { q_ { \ text { C } } } { q_ { \ text { H } } } } = 1 – { \ frac { T_ { \ text { C } } } { T_ { \ text { H } } } }. }{\displaystyle {\text{efficiency}}=1-{\frac {q_{\text{C}}}{q_{\text{H}}}}=1-{\frac {T_{\text{C}}}{T_{\text{H}}}}.}

(7)

Đối với T C = 0 hiệu suất là 100% và hiệu suất đó lớn hơn 100% dưới 0K. Vì hiệu suất lớn hơn 100% vi phạm định luật đầu tiên của nhiệt động lực học, điều này ngụ ý rằng 0K là nhiệt độ nhỏ nhất có thể. Trên thực tế, nhiệt độ thấp nhất từng thu được trong một hệ thống vĩ mô là 20 nK, đã đạt được vào năm 1995 tại NIST. Trừ phần bên phải của (5) khỏi phần giữa và sắp xếp lại ta được

q

H

T

H

q

C

T

C

=

,

{\displaystyle {\frac {q_{\text{H}}}{T_{\text{H}}}}-{\frac {q_{\text{C}}}{T_{\text{C}}}}=0,}

{\displaystyle {\frac {q_{\text{H}}}{T_{\text{H}}}}-{\frac {q_{\text{C}}}{T_{\text{C}}}}=0,}

trong đó dấu trừ cho biết nhiệt thoát ra từ hệ thống. Mối quan hệ này cho thấy sự tồn tại của một hàm trạng thái, S, được xác định bởi

d S = d q rev T, { \ displaystyle dS = { \ frac { dq_ { \ text { rev } } } { T } }, }{\displaystyle dS={\frac {dq_{\text{rev}}}{T}},}

(8)

trong đó chỉ số phụ chỉ ra một quy trình hoàn toàn có thể đảo ngược. Sự biến hóa của công dụng trạng thái này xung quanh bất kể chu kỳ luân hồi nào cũng bằng không, như thiết yếu cho bất kể công dụng trạng thái nào. Hàm này tương ứng với entropy của mạng lưới hệ thống, đã được miêu tả trước đây. Sắp xếp lại ( 8 ) đưa ra một công thức cho nhiệt độ về những thành phần bán nghịch đảo vô số thập phân hư cấu của entropi và nhiệt :

T = d q rev d S. { \ displaystyle T = { \ frac { dq_ { \ text { rev } } } { dS } }. }{\displaystyle T={\frac {dq_{\text{rev}}}{dS}}.}

(9)

Đối với một hệ, trong đó entropi S (E) là một hàm của năng lượng E của nó, nhiệt độ T được cho bởi

T − 1 = d d E S ( E ), { \ displaystyle T ^ { – 1 } = { \ frac { d } { dE } } S ( E ), }{\displaystyle T^{-1}={\frac {d}{dE}}S(E),}

 

(10)

tức là nghịch đảo của nhiệt độ là vận tốc tăng của entropi so với nguồn năng lượng .

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Xem thêm bài viết thuộc chuyên mục: Tin tổng hợp
Xem thêm  20 thành ngữ tiếng Anh về tiền bạc độc đáo và ý nghĩa | Edu2Review

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button