Относительная температура как найти абсолютную

Относительная температура: что это такое и как ее измерить?

Относительная температура — это отношение измеряемой температуры к некоторой опорной температуре. Эта величина позволяет определять изменение температуры без необходимости знать абсолютную температуру.

Для измерения относительной температуры используют различные инструменты, включая термометры и термодатчики. Термометры могут быть ртутными, алкогольными или цифровыми, а термодатчики могут быть термопарными или терморезистивными.

Для измерения относительной температуры с помощью термометра или термодатчика, необходимо иметь опорную точку, которая обычно устанавливается при калибровке инструмента. Например, при измерении температуры жидкости можно использовать термометр с опорной точкой при 0 градусах Цельсия.

Кроме того, для преобразования относительной температуры в различные шкалы температур, используют соответствующие формулы. Например, относительная температура в градусах Цельсия может быть преобразована в температуру в градусах Фаренгейта с помощью формулы:

(°F = (°C × 1.8) + 32)

Или в температуру в градусах Кельвина с помощью формулы:

(K = °C + 273.15)

Относительная температура также может быть использована для измерения изменений температуры во времени или пространстве. Например, в науке и инженерии относительная температура используется для измерения изменения температуры в различных точках объекта или в разные моменты времени.

Важно понимать, что относительная температура не является абсолютной температурой, поэтому необходимо иметь точную опорную точку для ее измерения. Также важно правильно преобразовывать относительную температуру в различные шкалы температур, чтобы получить точные значения.

Измерение относительной температуры

Существует несколько способов измерения относительной температуры, включая:

Термометры
Термодатчики

Термометры

Термометры могут быть ртутными, алкогольными или цифровыми. Ртутные термометры измеряют температуру, используя ртуть в стеклянном трубчатом индикаторе, алкогольные термометры используют спирт вместо ртути, а цифровые термометры используют электронные датчики для измерения температуры.

Для измерения относительной температуры с помощью термометра, необходимо иметь точную опорную точку, которая обычно устанавливается при калибровке инструмента. Например, при измерении температуры жидкости можно использовать термометр с опорной точкой при 0 градусах Цельсия.

Термодатчики

Термодатчики могут быть термопарными или терморезистивными. Термопары используют два металлических провода разных материалов, которые создают электрическую разность потенциалов в зависимости от разницы температур между проводами. Терморезистивные датчики используют материалы, у которых изменяется электрическое сопротивление в зависимости от температуры.

Для измерения относительной температуры с помощью термодатчика, необходимо также иметь точную опорную точку, которая обычно устанавливается при калибровке инструмента. Например, для термопары типа K, опорной точкой может быть температура при 0 градусах Цельсия.

Преобразование относительной температуры в различные шкалы температур

Относительная температура может быть преобразована в различные шкалы температур, такие как кельвин, цельсий и фаренгейт. Для преобразования относительной температуры в градусы Цельсия, используется формула:

(°C = (T — T₀) / α)

где T — измеряемая температура, T₀ — опорная температура, α — коэффициент температурного расширения.

Для преобразования относительной температуры в градусы Фаренгейта, используется формула:

(°F = (T — T₀) / α * 1.8 + 32)

Для преобразования относительной температуры в градусы Кельвина, используется формула:

(K = T — T₀ + 273.15)

Заключение

Относительная температура — это важная величина, используемая для измерения изменений температуры без необходимости знать абсолютную температуру. Для ее измерения используются различные инструменты, такие как термометры и термодатчики, а для преобразования в различные шкалы температур используют соответствующие формулы. Важно иметь точную опорную точку и правильно преобразовывать относительную температуру, чтобы получить точные значения.

Источник

ВикиЧтение

Термодинамика
Данина Татьяна

06. Абсолютная и относительная температура

Любую частицу и любой химический элемент можно охарактеризовать при помощи абсолютной и относительной температуры.

Абсолютная температура – это внешнее проявление качества, изначально присущее любой частице и любому элементу, вне возможного процесса трансформации.

Относительная температура – это внешнее проявление качества, которое приобретает частица или элемент под влиянием процесса трансформации. Чем больше величина степени трансформации, тем выше относительная температура.

У частиц и элементов разного качества абсолютная температура различная. Относительная температура одних частиц и элементов может совпадать с абсолютной температурой других частиц и элементов.

Существует Закон, связывающий абсолютную и относительную температуру:

Величина относительной температуры элементарной частицы или химического элемента может быть только больше, но не меньше величины их абсолютной температуры.

Можно назвать его Законом Абсолютной и Относительной температур.

Этот же Закон можно сформулировать иначе.

Абсолютная температура частицы или элемента может только повышаться, а относительная – как повышаться, так и понижаться.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Температура

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: тепловое равновесие, абсолютная температура.

Мы часто используем слово «температура» в повседневной речи. А что такое температура? В данной статье мы объясним физический смысл этого понятия.

В молекулярной физике и термодинамике рассматриваются макроскопические тела, т. е. тела, состоящие из огромного числа частиц. Например, в стакане воды содержится порядка $10^{25}$ молекул. Такое грандиозное число с трудом поддаётся осмыслению.

Термодинамическая система

Термодинамической системой называется макроскопическое тело или система тел, которые могут взаимодействовать друг с другом и с окружающими телами. Стакан с водой — пример термодинамической системы.

Термодинамическая система состоит из столь большого числа частиц, что совершенно невозможно описывать её поведение путём рассмотрения движения каждой молекулы в отдельности. Однако именно грандиозность числа молекул делает ненужным такое описание.

Оказывается, что состояние термодинамической системы можно характеризовать небольшим числом макроскопических параметров — величин, относящимся к системе в целом, а не к отдельным атомам или молекулам. Такими макроскопическими параметрами являются давление, объём, температура, плотность, теплоёмкость, удельное сопротивление и др.

Состояние термодинамической системы, при котором все макроскопические параметры остаются неизменными с течением времени, называется тепловым равновесием. В состоянии теплового равновесия прекращаются все макроскопические процессы: диффузия, теплопередача, фазовые переходы химические реакции и т. д.(Следует отметить, что тепловое равновесие является динамическим равновесием. Так, при тепловом равновесии жидкости и её насыщенного пара весьма интенсивно идут взаимные превращения жидкости и пара. Но это — процессы молекулярного масштаба, они происходят с одинаковыми скоростями и компенсируют друг друга. На макроскопическом уровне количество жидкости и пара со временем не меняется).

Термодинамическая система называется изолированной, если она не может обмениваться энергией с окружающими телами. Чай в термосе — типичный пример изолированной системы.

Тепловое равновесие

Фундаментальный постулат, вытекающий из многочисленных опытных данных, гласит: каково бы ни было начальное состояние тел изолированной системы, со временем в ней устанавливается тепловое равновесие. Таким образом, тепловое равновесие — это состояние, в которое любая система, изолированная от окружающей среды, самопроизвольно переходит через достаточно большой промежуток времени.

Температура как раз и является величиной, характеризующей состояние теплового равновесия термодинамической системы.

Температура — это макроскопический параметр, значения которого одинаковы для всех частей термодинамической системы, находящейся в состоянии теплового равновесия. Попросту говоря, температура — это то, что является одинаковым для любых двух тел, которые находятся в тепловом равновесии друг с другом. При тепловом контакте тел с одинаковыми температурами между ними не будет происходить обмен энергией (теплообмен).

В общем же случае при установлении между телами теплового контакта теплообмен начнётся. Говорят, что тело, которое отдаёт энергию, имеет более высокую температуру, а тело, которое получает энергию — более низкую температуру. Температура, таким образом, указывает направление теплообмена между телами. В процессе теплообмена температура первого тела начнёт уменьшаться, температура второго тела — увеличиваться; при выравнивании температур теплообмен прекратится — наступит тепловое равновесие.

Особенность температуры заключается в том, что она не аддитивна: температура тела не равна сумме температур его частей. Этим температура отличается от таких физических величин, как масса, длина или объём. И по этой причине температуру нельзя измерить путём сравнения с эталоном.

Измеряют температуру с помощью термометра.

Для создания термометра выбирают какое-либо вещество (термометрическое вещество), какую-либо характеристику этого вещества (термометрическую величину), и используют зависимость термометрической величины от температуры. При этом выбор термометрического вещества и термометрической величины может быть весьма произвольным.

Так, в бытовых жидкостных термометрах термометрическим веществом является ртуть (или спирт), а термометрической величиной — длина столбика жидкости. Здесь используется линейная зависимость объёма жидкости от температуры.

В идеально-газовых термометрах используется линейная зависимость давления разреженного газа (близкого по своим свойствам к идеальному) от температуры.

Действие электрических термометров (термометров сопротивления) основано на температурной зависимости сопротивления чистых металлов, сплавов и полупроводников.

В процессе измерения температуры термометр приводится в тепловой контакт(В области температур выше $rm 1000^{circ}C$ (раскалённые газы, расплавленные металлы) используются бесконтактные высокотемпературные термометры — пирометры. Их действие основано на измерении интенсивности теплового излучения в оптическом диапазоне.) с телом, температура которого определяется. Показания термометра после наступления теплового равновесия — это и есть температура тела. При этом термометр показывает свою температуру!

Температурная шкала. Абсолютная температура

При установлении единицы температуры чаще всего поступают следующим образом. Берут две температуры (так называемые реперные точки) — температуру таяния льда и температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Первой температуре приписывают значение , второй — значение 100 , а интервал между ними делят на 100 равных частей. Каждую из частей называют градусом (обозначают $rm vphantom{1}^{circ}C$ ), а полученную таким образом температурную шкалу — шкалой Цельсия.

При измерениях по шкале Цельсия с помощью жидкостных термометров возникает одна трудность: разные жидкости при изменении температуры изменяют свой объём по-разному. Поэтому два термометра с различными жидкостями, приведённые в тепловой контакт с одним и тем же телом, могут показать разные температуры. От данного недостатка свободны идеально-газовые термометры — зависимость давления разреженного газа от температуры не зависит от вещества самого газа.

Кроме того, для температурной шкалы идеально-газового термометра существует естественное начало отсчёта (исчезает произвол выбора реперной точки!): это та предельно низкая температура, при которой давление идеального газа постоянного объёма обращается в нуль. Эта температура называется абсолютным нулём температур.

Температурная шкала, началом отсчёта которой является абсолютный нуль, а единицей температуры — градус Цельсия, называется абсолютной температурной шкалой.

Температура, измеряемая по абсолютной шкале, называется абсолютной температурой и обозначается буквой . Единица абсолютной температуры называется кельвином ( rm K ).

Абсолютному нулю ( T=0 ) соответствует температура $t=-273,15^{circ}C$ . Поэтому связь абсолютной температуры и температуры по шкале Цельсия даётся формулой:

В задачах достаточно использовать формулу

Благодарим за то, что пользуйтесь нашими материалами.
Информация на странице «Температура» подготовлена нашими авторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать необходимые и поступить в ВУЗ или колледж нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими статьями из данного раздела.

Публикация обновлена:
08.05.2023

Источник

Абсолютная температура — это безусловная мера температуры и одна из главных характеристик термодинамики.

Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой. Единица абсолютной температуры — кельвин (К).

Абсолютная шкала температуры называется так, потому что мера основного состояния нижнего предела температуры:

абсолютный ноль — наиболее низкая возможная температура, при которой ничего не может быть холоднее и теоретически невозможно извлечь из вещества тепловую энергию.

Абсолютный ноль определен как 0 K. Что приблизительно равно −273.15 °C. Один Кельвин эквивалентен одному градусу Цельсия (Кельвин не равен одному градусу цельсия)

Абсолютная температура с молекулярно-кинетической точки зрения

Мгновенное состояние системы частиц, участвующих в хаотическом тепловом движении.

Термодинамическая температура с молекулярно-кинетической точки зрения — физическая величина, характеризующая интенсивность хаотического, теплового движения всей совокупности частиц системы и пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения одной частицы.

Связь между кинетической энергией, массой и скоростью выражается следующей формулой:

E_k = ¹/₂m • v²

Таким образом частицы одинаковой массы и имеющие одинаковую скорость имеют и одинаковую температуру.

Средняя кинетическая энергия частицы связана с термодинамической температурой постоянной Больцмана:

E_ср = 3/2k_BT

где:

k_B = 1.380 6505(24) × 10⁻²³ Дж/K — постоянная Больцмана

T — термодинамическая температура, К

Энергия теплового движения при абсолютном нуле

Когда материя охлаждается, многие формы тепловой энергии и связанные с ней эффекты одновременно уменьшаются по величине. Вещество переходит от менее упорядоченного состояния к более упорядоченному. Газ превращается в жидкость и затем кристаллизуется в твердое тело (гелий и при абсолютном нуле остается в жидком состоянии при атмосферном давлении). Движение атомов и молекул замедляется, их кинетическая энергия уменьшается. Сопротивление большинства металлов падает из-за уменьшения рассеяния электронов на колеблющихся с меньшей амплитудой атомах кристаллической решетки. Таким образом даже при абсолютном нуле электроны проводимости движутся между атомами со скоростью Ферми порядка
1×10⁶м/с.

Температура, при которой частицы вещества имеют минимальное количество движения,
сохраняющееся только благодаря квантовомеханическому движению, — это температура абсолютного нуля (Т = 0К).

Температуры абсолютного нуля достичь невозможно. Наиболее низкая температура 450±80 ×10^-12К конденсата Бозе-Эйнштейна атомов натрия была получена в 2003 г. исследователями из МТИ. При этом пик теплового излучения находится в области длин волн порядка 6400 км, то есть примерно радиуса земли.

Температура с термодинамической точки зрения

Существует множество различных шкал температур. Когда-то температура определялась очень произвольно. Мерой температуры служили метки, нанесенные на равных расстояниях на стенах трубочки, в которой при нагревании расширялась вода. Потом решили измерить температуру ртутным термометром и обнаружили, что градусные расстояния не одинаковы. В термодинамике дается определение температуры, не зависящее от каких-либо частных свойств вещества.

Введем функцию f(T), которая не зависит от свойств вещества. Из термодинамики следует, что:
Если какая-то тепловая машина, поглощая количество теплоты Q₁ при T₁ выделяет тепло Q_s при температуре в один градус, а другая машина, поглотив тепло Q₂ при T₂, выделяет то же самое тепло Q_s при температуре в один градус, то машина, поглощающая Q₁ при T₁ должна при температуре T₂ выделять тепло Q₂.

Конечно, между теплом Q и температурой T существует зависимость и тепло Q1 должно быть пропорционально Q_s. Таким образом, каждому количеству тепла Q_s, выделенного при температуре в один градус, соответствует количество тепла, поглощенного машиной при температуре T, равное Q_s, умноженному на некоторую возрастающую функцию f температуры:

Q=Q_sf(T)

Поскольку найденная функция возрастает с температурой, то можно считать, что она сама по себе измеряет температуру, начиная со стандартной температуры в один градус. Это означает, что можно найти температуру тела, определив количество тепла, которое поглощается тепловой машиной, работающей в интервале между температурой тела и температурой в один градус. Полученная таким образом температура называется абсолютной термодинамической температурой и не зависит от свойств вещества. Таким образом, для обратимой тепловой машины выполняется равенство:

${displaystyle {frac {Q_{1}}{T_{1}}}={frac {Q_{2}}{T_{2}}}=S}$

где:S — энтропия

${displaystyle dS={frac {dQ}{T}}}$

Для системы, в которой энтропия S может быть функцией S(E) ее энергии Е, термодинамическая температура определяется как:

${displaystyle {frac {1}{T}}={frac {dS}{dE}}}$

Cм. также

Абсолютный нуль температуры
Абсолютная шкала температур
Тепловое излучение

Источник

Понятие температуры

Температура
– физическая величина, характеризующая
состояние термодинамического равновесия
макроскопической системы. Температура
одинакова для всех частей изолированной
системы, находящейся в термодинамическом
равновесии. Если изолированная
термодинамическая система не находится
в равновесии, то с течением времени
переход энергии (теплопередача) от более
нагретых частей системы к менее нагретым
приводит к выравниванию температуры
во всей системе (нулевое начало
термодинамики). В равновесных условиях
температура пропорциональна средней
кинетической энергии частиц тела.

Температура
не может быть измерена непосредственно.
Об изменении температуры судят по
изменению других физических свойств
тел (объёма, давления, электрического
сопротивления, эдс, интенсивности
излучения и др.), однозначно с ней
связанных (так называемых термодинамических
свойств). Любой метод измерения температуры
связан с определением температурной
шкалы.

Методы
измерения температуры различны для
различных диапазонов измеряемых
температур, они зависят от условий
измерений и требуемой точности. Их можно
разделить на две основные группы:
контактные и безконтактные. Для контактных
методов характерно то, что прибор,
измеряющий температуру среды, должен
находиться в тепловом равновесии с ней,
т.е. иметь с ней одинаковую температуру.
Основными узлами всех приборов для
измерения температуры являются
чувствительный элемент, где реализуется
термометрическое свойство, и измерительный
прибор, связанный с элементом.

Согласно
молекулярно–кинетической теории
идеального газа температура есть
величина, характеризующая среднюю
кинетическую энергию поступательного
движения молекул идеального газа.
Учитывая термодинамический смысл
температуры, можно свести измерение
температуры любого тела к измерению
средней кинетической энергии молекул
идеального газа.

Однако
на практике измеряют не энергию молекул
по их скорости, а давление газа, которое
находится в прямопропорциональной
зависимости от энергии.

По
молекулярно–кинетической теории
идеального газа температура Т
является мерой средней кинетической
энергии поступательного движения
молекул:

,
(1)

где
Дж/К
– постоянная Больцмана;

Т
– абсолютная температура в кельвинах.

Основное
уравнение молекулярно–кинетической
теории идеального газа, устанавливающее
зависимость давления
от кинетической энергии поступательного
движения молекул газа, имеет вид:

,
(2)

где
– число молекул в единице объёма, т.е.
концентрация.

Используя
уравнение (1) и (2), получаем зависимость

(3)

между
давлением и температурой, которая
позволяет установить, что давление
идеального газа пропорционально его
абсолютной температуре и концентрации
молекул, где

(4)

Измерение
температуры основано на следующих двух
опытных фактах:

а)
если имеются два тела, каждое из которых
находится в тепловом равновесии с одним
и тем же третьем телом, то все три тела
имеют одну и ту же температуру;

б)
изменение температуры всегда сопровождается
непрерывным изменением по меньшей мере
одного из параметров, не считая самой
температуры, характеризующего состояния
тела, например: объём, давление,
электропроводность и др. Первое из этих
положений позволяет сравнивать
температуры различных тел, не приводя
их в соприкосновение между собой.

Второе
положение позволяет выбрать один из
параметров в качестве термометрического.

В
общем случае температура определяется
как производная от энергии в целом по
его энтропии. Так определяемая температура
всегда положительная (поскольку
кинетическая энергия всегда положительная),
её называют температурой или температурой
по термодинамической шкале температур
и обозначают Т.
За единицу абсолютной температуры в
системе СИ (Международная система
единиц) принят кельвин (К).
См. «Введение». Часто температуру
измеряют по шкале Цельсия (),
она связана сТ
(К)
равенством

;
(5)

где
– термический коэффициент объёмного
расширения газа.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Источник

Относительная температура: что это такое и как ее измерить?

Измерение относительной температуры

Термометры

Термодатчики

Преобразование относительной температуры в различные шкалы температур

Заключение

Читайте также

Цвет кожного покрова н температура ладони

02. Температура элементарных частиц

04. Температура химических элементов

08. Масса и температура

Абсолютная защита

Абсолютная пустота

2. АБСОЛЮТНАЯ ЗАЩИТА И ЕЕ ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ

Абсолютная память

АБСОЛЮТНАЯ СФЕРА ТВОРЧЕСТВА

2. АБСОЛЮТНАЯ ЗАЩИТА И ЕЕ ОТНОСИТЕЛЬНОСТЬ

Температура воды

61. Температура, влажность, загрязнение воздуха и шум влияют на ваш разум

Бог и Абсолютная Истина. Что такое язычество?

Температура

Температура

Темы кодификатора ЕГЭ: тепловое равновесие, абсолютная температура.

Термодинамическая система

Тепловое равновесие

Температурная шкала. Абсолютная температура

Абсолютная температура с молекулярно-кинетической точки зрения

Энергия теплового движения при абсолютном нуле

Температура с термодинамической точки зрения

Cм. также

Понятие температуры