Chaque personne est confrontée chaque jour au concept de température. Le terme est fermement entré dans notre vie quotidienne: nous chauffons des aliments au micro-ondes ou cuisons des aliments au four, nous nous intéressons au temps qu'il fait à l'extérieur ou découvrons si l'eau de la rivière est froide - tout cela est étroitement lié à ce concept. Et qu'est-ce que la température, que signifie ce paramètre physique, de quelle manière est-il mesuré ? Nous répondrons à ces questions et à d'autres dans l'article.
Quantité physique
Considérons ce qu'est la température du point de vue d'un système isolé en équilibre thermodynamique. Le terme vient du latin et signifie "mélange correct", "état normal", "proportionnalité". Cette valeur caractérise l'état d'équilibre thermodynamique de tout système macroscopique. Dans le cas où un système isolé est hors d'équilibre, au fil du temps, il y a une transition d'énergie des objets les plus chauffés vers les moins chauffés. Le résultat est une égalisation (changement) de température dans tout le système. C'est le premier postulat (principe zéro) de la thermodynamique.
La température déterminerépartition des particules constitutives du système par niveaux d'énergie et vitesses, degré d'ionisation des substances, propriétés du rayonnement électromagnétique à l'équilibre des corps, densité volumétrique totale du rayonnement. Étant donné que pour un système en équilibre thermodynamique, les paramètres répertoriés sont égaux, ils sont généralement appelés la température du système.
Plasma
Outre les corps en équilibre, il existe des systèmes dans lesquels l'état est caractérisé par plusieurs valeurs de température qui ne sont pas égales les unes aux autres. Le plasma en est un bon exemple. Il est composé d'électrons (particules chargées légères) et d'ions (particules chargées lourdes). Lorsqu'ils entrent en collision, l'énergie est rapidement transférée d'électron en électron et d'ion en ion. Mais entre des éléments hétérogènes, il y a une transition lente. Le plasma peut être dans un état dans lequel les électrons et les ions sont individuellement proches de l'équilibre. Dans ce cas, des températures distinctes pour chaque type de particules peuvent être prises. Cependant, ces paramètres seront différents les uns des autres.
Aimants
Dans les corps dans lesquels les particules ont un moment magnétique, le transfert d'énergie se produit généralement lentement: des degrés de liberté de translation aux degrés de liberté magnétiques, qui sont associés à la possibilité de changer les directions du moment. Il s'avère qu'il existe des états dans lesquels le corps est caractérisé par une température qui ne coïncide pas avec le paramètre cinétique. Il correspond au mouvement de translation des particules élémentaires. La température magnétique détermine une partie de l'énergie interne. Il peut être positif ounégatif. Pendant le processus d'alignement, l'énergie sera transférée des particules avec une valeur plus élevée aux particules avec une valeur de température plus basse si elles sont à la fois positives ou négatives. Sinon, ce processus se déroulera dans la direction opposée - la température négative sera "plus élevée" que la température positive.
Pourquoi est-ce nécessaire ?
Le paradoxe réside dans le fait que la personne moyenne, pour effectuer le processus de mesure à la fois dans la vie quotidienne et dans l'industrie, n'a même pas besoin de savoir quelle est la température. Il lui suffira de comprendre qu'il s'agit du degré d'échauffement d'un objet ou d'un environnement, d'autant plus que nous connaissons ces termes depuis l'enfance. En effet, la plupart des appareils pratiques conçus pour mesurer ce paramètre mesurent en fait d'autres propriétés des substances qui changent avec le niveau de chauffage ou de refroidissement. Par exemple, la pression, la résistance électrique, le volume, etc. De plus, ces lectures sont converties manuellement ou automatiquement à la valeur souhaitée.
Il s'avère que pour déterminer la température, il n'est pas nécessaire d'étudier la physique. La plupart de la population de notre planète vit selon ce principe. Si le téléviseur est allumé, il n'est pas nécessaire de comprendre les processus transitoires des dispositifs à semi-conducteurs, d'étudier d'où vient l'électricité dans la prise ou comment le signal arrive à l'antenne parabolique. Les gens sont habitués au fait que dans chaque domaine, il y a des spécialistes qui peuvent réparer ou déboguer le système. Le profane ne veut pas forcer son cerveau, car où est-il préférable de regarder un feuilleton ou un football sur la "boîte" en sirotantbière froide.
Je veux savoir
Mais il y a des gens, le plus souvent des étudiants, qui, soit par curiosité, soit par nécessité, sont obligés d'étudier la physique et de déterminer ce qu'est réellement la température. En conséquence, dans leur recherche, ils tombent dans le désert de la thermodynamique et étudient ses lois zéro, première et seconde. De plus, un esprit curieux devra comprendre les cycles de Carnot et l'entropie. Et à la fin de son voyage, il admettra sûrement que la définition de la température comme paramètre d'un système thermique réversible, qui ne dépend pas du type de substance de travail, n'ajoutera pas de clarté au sentiment de ce concept. Et tout de même, la partie visible sera quelques degrés acceptés par le système international d'unités (SI).
La température comme énergie cinétique
Plus "tangible" est l'approche qui s'appelle la théorie moléculaire-cinétique. Il forme l'idée que la chaleur est considérée comme l'une des formes d'énergie. Par exemple, l'énergie cinétique des molécules et des atomes, un paramètre moyenné sur un grand nombre de particules en mouvement aléatoire, s'avère être une mesure de ce qu'on appelle communément la température d'un corps. Ainsi, les particules d'un système chauffé se déplacent plus vite qu'un système froid.
Puisque le terme considéré est étroitement lié à l'énergie cinétique moyenne d'un groupe de particules, il serait tout à fait naturel d'utiliser le joule comme unité de température. Cependant, cela ne se produit pas, ce qui s'explique par le fait que l'énergie du mouvement thermique des éléments élémentairesparticules est très faible par rapport au joule. Par conséquent, son utilisation est peu pratique. Le mouvement thermique est mesuré en unités dérivées des joules au moyen d'un facteur de conversion spécial.
Unités de température
Aujourd'hui, trois unités de base sont utilisées pour afficher ce paramètre. Dans notre pays, la température est généralement mesurée en degrés Celsius. Cette unité de mesure est basée sur le point de congélation de l'eau - une valeur absolue. Elle est le point de départ. Autrement dit, la température de l'eau à laquelle la glace commence à se former est nulle. Dans ce cas, l'eau sert de mesure exemplaire. Cette convention a été adoptée par commodité. La deuxième valeur absolue est la température de la vapeur, c'est-à-dire le moment où l'eau passe d'un état liquide à un état gazeux.
L'unité suivante est Kelvin. Le point de référence de ce système est considéré comme le point de zéro absolu. Ainsi, un degré Kelvin est égal à un degré Celsius. La différence n'est que le début du compte à rebours. Nous obtenons que zéro en Kelvin sera égal à moins 273,16 degrés Celsius. En 1954, lors de la Conférence générale des poids et mesures, il a été décidé de remplacer le terme "degré Kelvin" pour l'unité de température par "kelvin".
La troisième unité de mesure courante est le Fahrenheit. Jusqu'en 1960, ils étaient largement utilisés dans tous les pays anglophones. Cependant, aujourd'hui, dans la vie quotidienne aux États-Unis, utilisez cet appareil. Le système est fondamentalement différent de ceux décrits ci-dessus. Pris comme point de départpoint de congélation d'un mélange de sel, d'ammoniac et d'eau dans un rapport de 1:1:1. Ainsi, sur l'échelle Fahrenheit, le point de congélation de l'eau est de plus 32 degrés et le point d'ébullition est de plus 212 degrés. Dans ce système, un degré est égal à 1/180 de la différence entre ces températures. Ainsi, la plage de 0 à +100 degrés Fahrenheit correspond à la plage de -18 à +38 Celsius.
Température zéro absolu
Comprenons ce que signifie ce paramètre. Le zéro absolu est la température limite à laquelle la pression d'un gaz parfait s'annule à un volume fixe. C'est la valeur la plus basse dans la nature. Comme Mikhailo Lomonosov l'avait prédit, "c'est le plus grand ou le dernier degré de froid". La loi chimique d'Avogadro en découle: des volumes égaux de gaz à la même température et à la même pression contiennent le même nombre de molécules. Qu'en découle-t-il ? Il existe une température minimale d'un gaz à laquelle sa pression ou son volume s'annule. Cette valeur absolue correspond à zéro Kelvin, soit 273 degrés Celsius.
Quelques faits intéressants sur le système solaire
La température à la surface du Soleil atteint 5700 Kelvin, et au centre du noyau - 15 millions de Kelvin. Les planètes du système solaire sont très différentes les unes des autres en termes de niveau de chauffage. Ainsi, la température du noyau de notre Terre est à peu près la même qu'à la surface du Soleil. Jupiter est considérée comme la planète la plus chaude. La température au centre de son noyau est cinq fois plus élevée qu'à la surface du Soleil. Et voici la valeur la plus basse du paramètreenregistré à la surface de la lune - il n'était que de 30 kelvins. Cette valeur est encore plus faible qu'à la surface de Pluton.
Faits sur la Terre
1. La température la plus élevée enregistrée par une personne était de 4 milliards de degrés Celsius. Cette valeur est 250 fois supérieure à la température du noyau du Soleil. Le record a été établi par le New York Brookhaven Natural Laboratory dans le collisionneur d'ions, qui mesure environ 4 kilomètres de long.
2. La température sur notre planète n'est pas non plus toujours idéale et confortable. Par exemple, dans la ville de Verkhnoyansk en Iakoutie, la température en hiver descend à moins 45 degrés Celsius. Mais dans la ville éthiopienne de Dallol, la situation est inversée. Là-bas, la température annuelle moyenne est de plus 34 degrés.
3. Les conditions les plus extrêmes dans lesquelles les gens travaillent sont enregistrées dans les mines d'or en Afrique du Sud. Les mineurs travaillent à une profondeur de trois kilomètres à une température de plus de 65 degrés Celsius.
