Temperatură.Scări de temperatură
Temperatura este proprietatea fizică a unui sistem, prin care se constată dacă este mai cald sau mai rece. Astfel, materialul cu o temperatură mai ridicată este mai cald, iar cel cu o temperatură joasă mai rece. Ea indică viteza cu care atomii ce alcătuiesc o substanță care se mișcă, în cazul încălzirii viteza lor crescând. Oamenii de știință afirmă că la o temperatură extrem de scăzută, numită zero absolut, atomii sau moleculele și-ar înceta mișcarea complet. Temperatura împreună cu lumina face parte din factorii ecologici.
Temperatura este un parametru fundamental de stare care caracterizează starea termică a unui corp, mai exact, starea de echilibru termodinamic. Condițiile stării de echilibru termodinamic sunt exprimate prin cele două postulate ale termodinamicii: -Primul postulat, denumit și principiul general al termodinamicii, se referă la faptul că un sistem izolat ajunge totdeauna, după un interval de timp, în starea de echilibru termodinamic și nu poate ieși, singur, de la sine, din această stare: Conform acestui postulat, dacă un sistem izolat este scos din starea de echilibru termodinamic, el va reveni la condițiile stării de echilibru după un interval de timp, numit timp de relaxare. -Al doilea postulat, numit și principiul zero al termodinamicii, precizează proprietățiile sistemului aflat în stare de echilibru termodinamic, prin două formulări echivalente:
Element în listă cu puncte orice mărime de stare a unui sistem aflat în condiții de echilibru termodinamic poate fi determinată în funcție de parametrii de stare externi ai sistemului și de o mărime ce caracterizează starea interioară a sistemului, numită temperatură
Element în listă cu puncte două sisteme termodinamice aflate în echilibru termic cu un al treilea sistem, se găsesc în echilibru între ele.
Temperatura empirică
Experimental se constată că dacă două sisteme termodinamice A și B sunt puse în contact termic (între ele este posibil un schimb de căldură) atunci sistemele ori rămân mai departe în starea de echilibru termodinamic inițial, ori stările de echilibru ale sistemelor sunt perturbate, iar după un anumit timp, în urma schimbului de căldură, se stabilește o altă stare de echilibru termodinamic pentru sistemele A si B. Dacă punem apoi sistemul compus (A+B) în contact termic cu un al treilea sistem C, fie că echilibrul stabilit între sistemele A și B nu se modifică, fie că acest echilibru este perturbat și după un anumit timp toate cele trei sisteme trec într-o nouă stare de echilibru termodinamic. Astfel este pusă în evidență proprietatea de tranzitivitate a echilibrului termodinamic. Starea de echilibru termodinamic a unui sistem este determinată de parametrii externi și de o mărime θ numită temperatură empirică, ce caracterizează starea internă a sistemului. Se spune ca temperatura este un parametru de stare al sistemului. Temperatura este o mărime scalară.
Temperatura empirică la echilibru este aceeași pentru toate sistemele aflate în contact termic și rămâne neschimbată după întreruperea contactului termic. Proprietatea de tranzivitate a echilibrului termic permite compararea valorilor parametrului θ pentru diferite sisteme folosind un alt corp ca intermediar. Prin urmare, dacă două sisteme puse în contact nu-și schimbă starile termodinamice inițiale, cele două sisteme sunt caracterizate de aceeași temperatură empirică θ, iar dacă stările inițiale se schimbă, atunci cele două corpuri au temperaturi empirice diferite.
Unități de măsură
| Convertire din | în | Formulă |
|---|---|---|
| Celsius | Fahrenheit | °F = °C × 1,8 + 32 |
| Fahrenheit | Celsius | °C = (°F – 32) / 1,8 |
| Celsius | Kelvin | K = °C + 273,15 |
| kelvin | Celsius | °C = K – 273,15 |
Unitatea de măsură în Sistemul Internațional (SI) este kelvinul (K).
Temperatura 0 K este cea numită zero absolut și este punctul în care moleculele și atomii au cea mai mică energie termică. De obicei se folosesc două scări de temperatură, scara Celsius, cu precădere în țările europene și scara Fahrenheit, în Statele Unite. Acestea se definesc cu ajutorul scării Kelvin care constituie scara fundamentală a temperaturilor în știință și tehnică.
Un grad Celsius reprezintă a 1/273,16-a parte din intervalul cuprins între punctul triplu al apei (0,01 °C) și punctul de zero absolut (-273,15 °C), la presiune normală. Raportul de conversiune:
T(°C)=T(K) - 273,15
T(°F) = 9/5 T(K) - 459,67
| Reacție termonucleară cu carbon | 5× 108 |
| Reacție termonucleară cu heliu | 108 |
| Soare în interior | 107 |
| Coroana solară | 106 |
| Nebuloase vizibile | 104 |
| Suprafața Soarelui | 6× 103 |
| Punctul de topire al wolframului | 3,6× 103 |
| Punctul de topire al plumbului | 6 × 102 |
| Punctul de înghețare al apei | 2,7× 102 |
| Punctul de fierbere al oxigenului (1 atm) | 9× 10 |
| Punctul de fierbere al hidrogenului | (1 atm) 2× 10 |
| Punctul de fierbere al heliului | (1 atm) 4,2 |
Scară de temperatură Rankine
Scara de temperatură Rankine este o scară termodinamică de temperatură, denumită după fizicianul și inginerul englez William John Macquorn Rankine, cel care a propus-o în anul 1859.
Unitatea de măsură pentru temperatură pe această scară este gradul Rankine cu simbolul °R[1] (sau °Ra dacă este necesară deosebirea ei de gradul Rømer sau Réaumur ). Originea scării Rankine, ca și a scării Kelvin este temperatura zero absolut, dar gradul Rankine este definit ca egal cu un grad Fahrenheit, la fel cum gradul Celsius este unitatea de măsură adoptată pe scara Kelvin. Temperatura −459.67 °F este egal exact cu 0 °R.
Scara de temperatură Rankine are o utilizare restrânsă, fiind folosit pentru exprimarea temperaturii pe scara termodinamică în anumite domenii inginerești în SUA și Canada .[2]Lumea științifică, inclusiv din SUA și Canada utilizează în primul rând kelvinul.[2] National Institute of Standards and Technology nu recomandă folosirea gradelor Rankine în publicațiile NIST .[1]
Câteva din temperaturile remarcabile, exprimate pe scara Rankine și alte scări uzuale sunt prezentate în tabelul următor.
| kelvin | Celsius | Fahrenheit | Rankine | |
|---|---|---|---|---|
| Zero absolut (prin definiție) | 0 K | −273.15 °C | −459.67 °F | 0 °R |
| Punctul de topire al gheții[3] | 273.15 K | 0 °C | 32 °F | 491.67 °R |
| Punctul triplu al apei (prin definiție) | 273.16 K | 0.01 °C | 32.018 °F | 491.688 °R |
| Punctul de fierbere al apei[4] | 373.1339 K | 99.9839 °C | 211.9710 °F | 671.641 °R |
Scara Celsius
In anul 1742, suedezul Anders Celsius (1701-1744) a
propus o scara „inversa” scarii Celsius moderne, unde zero era temperatura de
fierbere, iar 100 cea de inghet a apei.Celsius a folosit doua puncte fixe in
scara sa: temperatura de topire a apei si temperatura defierbere a
apei.Experimentele pentru o buna calibrare a termometrului s-au desfasurat pe
parcursul a douaierni. Repetand experimentul iarasi si iarasi, el a descoperit
ca gheata se topeste intotdeaunala acelasi punct de calibrare marcat pe
termometru. El a descoperit un punct similar lafierberea apei, punctul de
evaporare a apei.Cand Celsius a decis sa foloseasca propria scara de
temperatura, el a ales punctul de fierberea apei pure la 0 °C (212 °F) si
punctul de inghet (solidificare) la 100 °C (32 °F).Un an mai tarziu, Jean
Pierre Cristin a propus o versiune inversata a scarii, cu punctul deinghet la 0
°C (32 °F) si punctul de fierbere la 100 °C (212 °F), denumind-o Centigrad.
Scara Fahrenheit
Una dintre
primele scari a fost cea conceputa de fizicianul german Gabriel
DanielFahrenheit(1686- 1763), care situeaza, la presiune atmosferica standard,
punctul deinghet si de topire al ghetii la 32 grade F si punctul de fierbere al
apei la 212 grade F.In anul 1714 a construit doua termometre cu alcool cu care
se putea masura relativ precis.In acelasi an a folosit si mercur in
termometre.Pentru termometrele sale folosea mai multe scale, dintre care ultima
- denumita ulteriorcu numele lui - lua ca puncte fundamentale trei temperaturi:
1.Primul punct
reprezenta temperatura unui amestec de apa, gheata si sare de bucatarie,notata
cu 0.2.
Al doilea - temperatura unui amestec de apa si gheata, notata cu 32,3.
Al
treilea- temperatura apei care fierbe, notata cu 212. (La unele scale mai
vechifolosea si temperatura corpului omenesc sanatos ca unul din punctele
fundamentale. )
Gradul Fahrenheit este o unitate tolerata. Se mai utilizeaza in
tarile anglo - americane.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu