2.2.4. Температура

Температура - представляет собой меру нагретости тел. В быту температуру отождествляют с понятиями тепло – теплый и холодно - холодный.

В технической термодинамике под температурой понимается величина, пропорциональная энергии движения молекул и атомов данного тела.

Для твердого тела с жесткой кристаллической решеткой температура будет пропорциональна внутренней энергии колебательного движения атомов в молекуле.

Для жидкого и газообразного тела абсолютная температура прямо пропорциональна средней кинетической энергии беспорядочного движения молекулы, приходящейся на одну степень свободы ее движения (поступательного). Эту зависимость для газов можно выразить в виде:

(2.10)

где Т – абсолютная температура в К;

m – масса одной молекулы в кг;

W – средняя скорость поступательного движения молекулы на одну степень свободы, м/с;

α – коэффициент пропорциональности.

Температура определяет направление перехода тепловой энергии (теплоты). Теплота переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс энергетического обмена будет самопроизвольно протекать до полного выравнивания температур обоих тел. При этом, у первого тела температура будет уменьшаться, а у второго увеличиваться до установления термического равновесия.

Температура, также как и давление, относится к интенсивным параметрам, ее измерение осуществляется с использованием экстенсивных свойств вещества. Например, через изменение объема в жидкостных термометрах или электрического сопротивления в термометрах сопротивления , через изменение эдс в спае термопары и т.п.

На практике используются две температурные шкалы (рис.2.7). Абсолютная шкала температур Кельвина - ее нижняя граница соответствует точке абсолютного нуля, где отсутсвует молекулярное движение (практически недостижима) и единственной экспериментальной точкой принята тройная точка воды, лежащая выше точки таяния льда при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт.ст.) на 0,01 градуса, этой точке присвоено значение температуры 273,16 К. Это значение выбрано для того, чтобы разность температур кипения и таяния химически чистой воды при нормальном физическом давлении составляла сто градусов. Температура в Кельвинах соответствует системе СИ и обозначается Т К.

Вторая - стоградусная шкала температур Цельсия широко используется в практике. Эта шкала имеет две опытные точки 0 ⁰С и 100 ⁰С, она всем хорошо известна. Температура по ней обозначается как t ⁰С. Между абсолютной температурой по шкале Кельвина и температурой по шкале Цельсия имеется соотношение:

(2.11)

Из (2.11) следует, что 0 ⁰С соответствует +273,15 К; а 0 К соответствует -273,15 ⁰С.

В англоязычных странах и США используется шкала Фаренгейта, для которой справедливо соотношение F = 1,8t + 32.

В дальнейшем изложении материала будет использоваться абсолютная шкала температур Кельвина, как и требует Международная система единиц (СИ). В тех случаях, где практическая целесообразность диктует использование шкалы Цельсия, она будет приводиться совместно со шкалой Кельвина.