Аб тэмпературе
Гэты дакумент быў падрыхтаваны для сярэдняй школе настаўнікі матэматыкі, якія прымаюць удзел у праекце Skymath . Ён таксама выказаў надзею, што шырокая грамадскасць будзе цікава.
Змест (клікніце на зоркі)
Што такое тэмпература Развіццё Тэрмометры Шалі і тэмпературы Цяпло-і тэрмадынамікі Кінэтычная тэорыя Цеплавое выпраменьванне 3 K - тэмпература Сусвету Рэзюмэ Падзякі Спіс літаратуры Што такое тэмпература ?
У якасных чынам, мы можам апісаць тэмпературы аб'екта як тое, што вызначае адчуванне цяпла ці холаду адчуваў ад кантакту з ёй.Лёгка паказаць, што, калі два objectsof ж матэрыялу знаходзяцца разам (фізікі гавораць, калі яны ставяцца ў цеплавым кантакце), аб'ект з высокай тэмпературай астуджаецца у той час як кулер аб'ект становіцца цяплей пакуль не будзе дасягнута кропка, пасля чаго больш не змяняць адбываецца, і нашы пачуцці, яны адчуваюць тое ж самае. Калі цеплавыя змены спыніліся, мы кажам, што два аб'екта (фізікаў вызначыць іх больш строга, як сістэмы) знаходзяцца ў цеплавым раўнавазе. Тады можна вызначыць тэмпературу сістэмы, сказаўшы, што тэмпература з'яўляецца тое, што колькасць, якое з'яўляецца аднолькавым для абедзвюх сістэм, калі яны знаходзяцца ў цеплавым раўнавазе.
Калі эксперымент далей з больш чым двума сістэмамі, мы бачым, што многія сістэмы могуць быць прыведзены ў цеплавым раўнавазе адзін з адным; цеплавога раўнавагі не залежыць ад выгляду выкарыстоўванага аб'екта. Прасцей кажучы,
Калі дзве сістэмы асобна ў цеплавым раўнавазе з трэцяй, то яны таксама павінны быць у цеплавым раўнавазе адзін з адным,
і ўсе яны маюць аднолькавую тэмпературу, незалежна ад роду сістэм яны.
Заява курсівам, званы нулявой закон тэрмадынамікі можна перафармуляваць наступным чынам:
Калі тры ці больш сістэмы знаходзяцца ў цеплавым кантакце адзін з адным і ўсе разам у раўнавазе, то любыя два ў асобнасці знаходзяцца ў раўнавазе адзін з адным. (Цытата з манаграфіі тэмпературы TJ Quinn)Цяпер адна з трох сістэм можа быць інструментам адкалібраваць для вымярэння тэмпературы - гэта значыць тэрмометр. Калі калібраваны тэрмометр змяшчаюць у цеплавым кантакце з сістэмай і дасягае цеплавога раўнавагі, маем колькасная мера тэмпературы сістэмы. Напрыклад, ртуць у шкляной тэрмометр ставіцца пад мову пацыента і дазволіла дасягнуць цеплавога раўнавагі ў рот пацыента - Затым мы бачым, як шмат серабрыстых ртуці пашырылася ў ствалавых і чытаць маштабу тэрмометр, каб знайсці тэмпературу пацыента.
Што такое тэрмометр ?
Тэрмометр інструмент, які вымярае тэмпературу ў сістэме колькасна. Самы просты спосаб зрабіць гэта, каб знайсці рэчыва, якое валодае ўласцівасцю, што змены ў звычайным парадку з яго тэмпературы. Найбольш прамым "правільным" спосабам з'яўляецца лінейнай:дзе Т-тэмпература рэчывы і змены, як ўласцівасць х рэчывы змен. Канстанты А і У залежаць ад рэчыва, якое выкарыстоўваецца і можа быць ацэненая шляхам ўказанні двух тэмпературных балаў па шкале, напрыклад, 32 ° для пункту замярзання вады і 212 ° для кропкі кіпення.
Напрыклад, элемент ртуць вадкасці ў дыяпазоне тэмператур ад -38,9 ° С да 356,7 ° C (мы абмяркуем Цэльсія ° C маштабе пазней). Як вадкасць, ртуць пашыраецца, як гэта становіцца цяплей, яго хуткасць пашырэння лінейная і можа быць сапраўды адкалібраваць.
Ртуці ў шкляны тэрмометр паказана на малюнку вышэй змяшчае шарык, напоўнены ртуццю, што гэта дазволіла пашырыць у капіляры. Яго хуткасць пашырэння адкалібраваць на шкле маштабе.
Развіццё Тэрмометры Шалі і тэмпературы
Гістарычныя моманты ў развіцці тэрмометры і іх маштабаў прыведзеныя тут, заснаваныя на "тэмпература" па TJ Quinn і "Спякота" Джэймсам М. скарынку.Адна з першых спробаў зрабіць стандартную шкалу тэмпературы адбылося каля AD 170, калі Гален, у яго медыцынскіх твораў, прапанаваныя стандартам "нейтральнага" тэмпературы з роўнай колькасці кіпячай вады і лёду, па абодва бакі ад гэтай тэмпературы было чатыры градусаў цяпла і чатыры градусы холаду, адпаведна.
Самыя раннія прылады, якія выкарыстоўваюцца для вымярэння тэмпературы былі названыя thermoscopes.
Яны складаліся з шкляной колбы з доўгай трубкай пашырэння ўніз ў ёмістасць з падфарбаванай вадой, хоць Галілей ў 1610 годзе, як мяркуецца, выкарыстоўвалі віно. Некаторыя з паветра ў шарык быў выключаны перад усталяваннем яго ў вадкасць, у выніку чаго вадкасць падняцца ў трубцы. Як пакінуты паветра ў колбе награваюць або астуджаюць, узровень вадкасці ў трубцы будзе вар'іравацца адлюстроўвае змяненне тэмпературы паветра. Выгравіраванае шкала на трубе дапускаецца для колькаснай мерай флуктуацыя.
Паветра ў шарык называецца тэрмамэтрычнага асяроддзя, г.зн. асяроддзя, змяненні уласцівасцяў з тэмпературай.
У 1641 годзе першы запячатаным тэрмометр, што выкарыстоўваліся вадкасці, а не паветра, як тэрмамэтрычнага асяроддзя была распрацавана для Фердынанда II, вялікі герцаг Тасканы. Яго тэрмометр выкарыстоўваць запячатаным прылады алкаголю ў шкле, з 50 "градусаў" знакі на яго ножцы, але не "нерухомую кропку" быў выкарыстаны да нуля маштабе. Гэтыя былі далучаны да "духу" тэрмометраў.
Роберт Гук, куратар Каралеўскага грамадства, ў 1664 годзе выкарыстоўвалі чырвоную фарбу ў спірце. Яго маштаб, для якога любой ступені прадстаўлены роўным прырост аб'ёму эквівалентна прыкладна 1 / 500 частка аб'ёму тэрмометра вадкасці, неабходна толькі адну нерухомую кропку. Ён абраў пункту замярзання вады. Паводле яго маштабавання ў гэтым шляху, Гак паказалі, што стандартная шкала можа быць створана для тэрмометраў розных памераў. Арыгінальны тэрмометр Гука стаў вядомы як стандарт Грашым каледжа і быў выкарыстаны Каралеўскага грамадства да 1709 года. (Першая зразумелай метэаралагічныя запісы, якія выкарыстоўваюцца гэтай шкале).
У 1702 году астраном Оле Рэмер ў Капенгагене заснаваная яго маштабу на дзве нерухомыя кропкі: снег (або колаты лёд) і кіпеньня вады, і ён запісаў штодзённых тэмператур у Капенгагене ў 1708 - 1709 з гэтага тэрмометра.
Гэта было ў 1724 годзе, што Габрыэль Фарэнгейт, прылады вытворца Daanzig і Амстэрдаме, выкарыстоўваць ртуць у якасці тэрмамэтрычнага вадкасці. цеплавога пашырэння ртуці з'яўляецца вялікай і досыць аднастайным, яно не прыліпае да шкла, і застаецца вадкай ў шырокім дыяпазоне тэмператур. Яго з'яўленне серабрыстых робіць яго лёгкім для чытання.
Фарэнгейце апісаў, як ён калібраванага маштаб яго ртутны тэрмометр:
"Размяшчэнне тэрмометр у сумесь нашатыру або марской солі, лёду і вады кропку на шкале будзе знойдзена якая пазначаецца як нуль. Другая кропка атрымліваецца, калі ж сумесь выкарыстоўваецца без солі. Акрэсліў гэтую пазіцыю як 30. Трэцяя кропка, пазначаная як 96, атрымліваецца, калі тэрмометр змяшчаюць у рот, з тым каб набываць цяпло здаровы чалавек. " (ГД па Фарэнгейце, Філ. Trans. (Лондан) 33, 78, 1724)
На гэтай шкале Фарэнгайта вымярэння тэмпературы кіпення вады, каб быць 212. Пазней ён рэгулюецца замярзання вады да 32 так, каб інтэрвал паміж кіпення і замярзання вады можа быць прадстаўлена больш рацыянальнае лік 180. Тэмпература вымяраецца на гэтай шкале пазначаныя як градусаў па Фарэнгейце (° F).
У 1745 г. Карл Ліней ў Upsula, Швецыі, апісаў шкалу, у якой кропка замярзання вады роўная нулю, а тэмпература кіпення 100, што робіць яго Цэльсія (сто крокаў) маштабе. Андэрс Цэльсій (1701-1744) выкарыстоўвалі зваротны маштаб, у якім 100 прадстаўлена кропка замярзання і нулявой кропкі кіпеньня вады, яшчэ, вядома, з 100 градусаў паміж двума вызначальнымі кропкамі.
У 1948 годзе выкарыстанне маштабу Цэльсіі быў выключаны ў карысць новага маштабе з выкарыстаннем градусаў па Цэльсіі (° С). Шкала Цэльсія вызначаецца наступных двух пунктаў, якія будуць абмяркоўвацца пазней у гэтым артыкуле:
(Я) патройнай кропкі вады вызначаецца як 0,01 ° С.
(II) градусаў Цэльсія роўная жа змяненне тэмпературы ў градусах па шкале ідэальнага газу.
На шкале Цэльсія тэмпература кіпеньня вады пры нармальным атмасфэрным ціску 99,975 C у адрозненне ад 100 градусаў вызначаецца маштаб па Цэльсіі.
Для пераўтварэння градусаў Цэльсія ў Фарэнгайта: памножыць на 1,8 і дадаць 32.
° F = 1.8° C + 32
° K = ° C + 273.
(Або, вы можаце атрымаць хто-небудзь яшчэ, каб зрабіць гэта для вас!)
У 1780 годзе, JAC Чарльз, французскі лекар, паказаў, што для той жа падвышэнне тэмпературы, усё газы выстаўлены ж павелічэнне ў аб'ёме. Паколькі каэфіцыент пашырэння газаў так ужо амаль тое ж, можна ўсталяваць тэмпературу шкале, заснаванай на адной фіксаванай пункце, а не два з фіксаванай кропкай маштабах, такіх, як па Фарэнгейце і Цэльсіі маштабах. Гэта вяртае нас да тэрмометр, які выкарыстоўвае газ у якасці тэрмамэтрычнага асяроддзя.
У пастаяннай тэрмометра аб'ёму газу вялікіх B цыбуліна газу, вадароду, напрыклад, пад ціскам мноства злучаецца з ртуццю запоўнены "Манометр" з дапамогай трубкі вельмі малым аб'ёме. (Шарык B з'яўляецца тэмпература зандзіравання частка і павінна ўтрымліваць амаль усе вадароду). Узровень ртуці ў C можа быць скарэкціравана, паднімаючы або апускаючы ртуці вадасховішча Р. ціскам газападобны вадарод, які з'яўляецца "х" зменнай у лінейнай залежнасці ад тэмпературы, з'яўляецца розніца паміж ўзроўнямі D і C Plus ціск вышэй D.
П. Шаппюи ў 1887 годзе праводзіліся шырокія даследаванні газу тэрмометраў пры пастаянным ціску або пастаянным аб'ёме з выкарыстаннем вадароду, азоту і дыяксіду вугляроду ў якасці тэрмамэтрычнага асяроддзя. На падставе яго вынікаў, Міжнародны камітэт дэ мер і ваг прынятая шкала пастаяннага аб'ёму вадароду на аснове фіксаваных кропак на лёд пункту (0 ° C) і пару пункту (100 ° C) у якасці практычнага маштабу для міжнароднай метэаралогіі.
Эксперыменты з газам тэрмометры паказалі, што існуе вельмі невялікае адрозненне ў тэмпературнай шкалы для розных газаў. Такім чынам, можна стварыць тэмпературнай шкалы, не залежыць ад тэрмамэтрычнага асяроддзя, калі гэта газ пры нізкім ціску. У гэтым выпадку, усё газы паводзяць сябе як "ідэальнага газу" і маюць вельмі простае суадносіны паміж іх ціску, аб'ёму і тэмпературы:
Гэтая тэмпература называецца тэрмадынамічнай тэмпературы і ў цяперашні час прынята ў якасці асноўнай меры тэмпературы. Звярніце ўвагу, што натуральна пэўны нуля на гэтай шкале - гэта кропка, у якой ціск ідэальнага газу роўная нулю, што робіць тэмпературы таксама роўная нулю. Мы будзем працягваць абмеркаванне "абсалютнага нуля" у наступным раздзеле. Пры гэтым, як адна кропка на шкале, толькі адна нерухомая кропка неабходна быць вызначаны. У 1933 годзе Міжнародны камітэт мер і ваг прынятая гэтая нерухомая кропка, як патройнай кропкі вады, тэмпература, пры якой вада, лёд і пар вады суіснаваць у раўнавазе), яго значэнне усталёўваецца ў якасці 273,16. Адзінка тэмпературы на гэтай шкале называецца Кельвінаў, пасля лорд Кэльвін (William Thompson), 1824-1907, і яго сімвал K (без ступені сімвал выкарыстоўваецца).
Для пераўтварэння градусаў Цэльсія ў Кэльвіна, дадаць 273.
Тэрмадынамічнай тэмпературы з'яўляецца асноўным тэмпературы, яго прылада Кэльвіна, які вызначаецца як доля 1/273.16 тэрмадынамічнай тэмпэратуры патройнай кропкі вады.
Сэр Уільям Siemens, у 1871 годзе, прапануецца тэрмометра якога тэрмамэтрычнага асяроддзя металічны праваднік, супраціў якога змяняецца з тэмпературай. Элемент плаціны не акісляюцца пры высокіх тэмпературах і мае адносна раўнамернае змяненне супраціву з тэмпературай ў шырокім дыяпазоне. Плацінавы тэрмометр супраціўлення ў цяперашні час шырока выкарыстоўваюцца ў якасці тэрмаэлектрычнага тэрмометра і ахоплівае дыяпазон тэмператур прыкладна ад -260 ° С да 1235 ° C.
Некалькі тэмпературы былі прыняты ў якасці першаснай пункту адліку, з тым каб вызначыць Міжнародная практычная тэмпературнай шкалы 1968 года. Міжнароднай тэмпературнай шкалы ў 1990 годзе быў прыняты Міжнародны камітэт мер і ваг на сваім пасяджэнні ў 1989 годзе. Між 0.65K і 5.0K, тэмпература вызначаецца ў тэрмінах ціск пара - тэмпература адносіны ізатопаў гелія. Між 3.0K і патройнай кропкі неона (24.5561K) тэмпература вызначаецца з дапамогай тэрмометра газу гелія. Між патройнай кропкі вадароду (13.8033K) і замярзання срэбра (961,78 ° Да) тэмпература вызначаецца з дапамогай плацінавых тэрмометраў супраціву. Вышэй пункту замярзання срэбра тэмпература вызначаецца з пункту гледжання закона выпраменьвання Планка.
TJ Зеебека, у 1826 годзе, калі выявілі, што правады з розных металаў, зліваюцца ў адзін канец і падагрэвам, ток цячэ ад аднаго да іншага. Электрарухаючая сіла, можа быць колькасна звязана з тэмпературай і, такім чынам, сістэма можа быць выкарыстана ў якасці тэрмометра - вядомы як тэрмапары. Тэрмапары выкарыстоўваецца ў прамысловасці і многіх іншых металаў, ужываных - плаціна і плаціна / родий, нікель-хром і нікель-алюміній, напрыклад. Нацыянальны інстытут стандартаў і тэхналогій ( NIST ) падтрымлівае базы дадзеных для стандартызацыі тэрмометраў.
Для вымярэння вельмі нізкіх тэмпературах, магнітная ўспрымальнасць парамагнитных рэчываў выкарыстоўваецца ў якасці тэрмамэтрычнага фізічная велічыня. Для некаторых рэчываў, магнітная ўспрымальнасць змяняецца зваротна прапарцыйна тэмпературы. Крышталі, такія як нітрат магнію cerrous і хромавых галыну калія былі выкарыстаны для вымярэння тэмпературы да 0,05 Да, гэтыя крышталі калібруецца ў вадкім гелии дыяпазону. Гэтая дыяграма і апошні прыклад у гэтым тэксце былі ўзятыя з лабараторыі нізкіх тэмператур, Хельсінкскі тэхналагічны універсітэт у фотаальбом. Для гэтых вельмі нізкая, і нават ніжэй, тэмпературы, тэрмометр таксама механізм для астуджэння. Некалькі нізкатэмпературнай лабараторыі праводзіць цікавых прыкладных і тэарэтычных даследаванняў аб тым, як дасягнуць нізкай тэмпературы і як працаваць пры такіх тэмпературах могуць знайсці прымяненне.
Цяпло-і тэрмадынамікі
Да 19-га стагоддзя, лічылася, што пра тое, як гарачы або халодны аб'ект думку, вызначаецца тым, колькі "цяпла" у ім ўтрымліваюцца. Цёпла было прадугледжана, як вадкасць, якая выцякае з гарачае да халадней аб'ект, гэта бязважкая вадкасць называецца "каларыйнасці", і да пісання Язэпа Чорны (1728-1799), не было праведзена адрозненне паміж цяпла і тэмпературы. Чорны адрозненне паміж велічынёй (каларыйнасць) і інтэнсіўнасць (тэмпература) цяпла.Але ён не быў да JP Джоўль апублікаваў канчатковыя паперы ў 1847 годзе, што каларыйнасць ідэя была пакінутая. Джоўль пераканаўча паказалі, што з цеплынёй з'яўляецца адной з формаў энергіі. У выніку эксперыментаў Рамфорд, Джоўль і іншыя, было паказана (відавочна заявіў Гельмгольца ў 1847), што розныя формы энергіі могуць быць пераўтвораны адно ў іншае.
Калі цяпло ператвараецца ў любую іншую форму энергіі, ці калі іншыя формы энергіі ператвараецца ў цяпло, агульная колькасць энергіі (цяпла плюс іншыя формы) у сістэме пастаянна.
Гэта першы закон тэрмадынамікі, закон захавання энергіі. Каб выказаць гэта інакш: гэта ніяк не магчыма альбо механічных, тэрмічных, хімічных ці іншых сродкаў, для атрымання вечнага рухавіка, т. е., што стварае сваю ўласную энергію (за выключэннем фантастычны свет Maurits М. К. Эшэра "Вадаспад "! )
Другое зацвярджэнне можа быць таксама аб тым, як машыны працуюць. Паравы рухавік выкарыстоўвае крыніца цяпла для атрымання работы. Ці можна цалкам пераўтварыць цеплавую энергію ў працу, што робіць яго 100% эфектыўнай машынай ? Адказ можна знайсці ў другі закон тэрмадынамікі:
Няма цыклічных машына можа ператвараць цеплавую энергію цалкам у іншыя формы энергіі. Гэта не магчыма пабудаваць цыклічны машыны, які нічога не здымаць цеплавую энергію і пераўтварыць яе ў механічную энергію.
Другі закон тэрмадынамікі выцякае незваротнасць некаторых працэсаў, - што ўсе пераўтварэнні цяпла ў механічную энергію, хоць гэта можна мець цыклічныя машыны, які нічога не пераўтвараць механічную энергію ў цяпло!
Садзі Карно (1796-1832) праведзены тэарэтычныя даследаванні эфектыўнасці цеплавых машын (машына, якая ператварае некаторыя з яе цяпла ў карысную працу). Ён спрабаваў мадэль найбольш эфектыўнага цеплавога рухавіка магчыма. Яго тэарэтычныя працы ляглі ў аснову практычных паляпшэнняў у паравы рухавік, а таксама заклаў асновы тэрмадынамікі. Ён апісаў ідэальнага рухавіка, завецца рухавіка Карно, што з'яўляецца найбольш эфектыўным спосабам рухавік можа быць пабудаваны. Ён паказаў, што эфектыўнасць такога рухавіка даецца
дзе тэмпературах, Т 'і Т ", з'яўляюцца гарачыя і халодныя" пластоў ", адпаведна, паміж якімі аперуе машына. На гэтай шкале тэмператур, цеплавога рухавіка якога халоднага рэзервуара нуля градусаў будзе працаваць з ККД 100%. Гэта адно вызначэнне абсалютнага нуля, і гэта можа быць даказана, што супадае з абсалютнага нуля, які абмяркоўваўся раней. тэмпэратурная шкала называецца абсалютным, тэрмадынамічных, або шкала Кэльвіна.
Чынам, што тэмпэратурная шкала газу і тэрмадынамічнай шкалу тэмпературы паказаны ідэнтычнымі заснаваны на мікраскапічным інтэрпрэтацыі тэмпературы, якая постулирует, што макраскапічныя вымяраная велічыня завецца тэмпература выніку выпадковых рухаў мікраскапічныя часціцы, якія складаюць сістэмы.
The Kinetic Theory
<я> Гэта кароткае рэзюмэ скарочаныя з больш падрабязнае абмеркаванне можна знайсці ў "Тэмпература" КуінаПрыкладна ў той жа час, што тэрмадынаміка развівалася, Джэймс Клерк Максвел (1831-1879) і Людвіга Больцмана (1844-1906) распрацаваў тэорыю, якая апісвае спосаб малекул пераехаў - малекулярнай дынамікі. Малекул, якія складаюць ідэальны перамяшчэння газу о, сутыкаючыся адзін з адным, як більярдныя шары і адлюстроўваючыся ад паверхні кантэйнера, які змяшчае газ. Энергія, звязаная з рухам завецца кінэтычнай энэргіяй, і гэта кінэтычны падыход да паводзін ідэальнага газу прывяло да інтэрпрэтацыі паняцця тэмпературы на мікраскапічным узроўні.
Колькасць кінэтычнай энергіі кожнай малекулы ёсць функцыя яго хуткасці; для вялікага ліку малекул ў газе (нават пры нізкім ціску), не павінна быць дыяпазоне хуткасцяў ў любы момант часу. Велічыні хуткасцяў розных часціц павінна моцна адрозніваюцца - ніякія дзве часціцы не павінны чакаць, што сапраўды такі жа хуткасцю. Некаторыя, магчыма, рухаецца вельмі хутка, а іншыя, даволі павольна. Максвэл знайшоў, што ён можа прадстаўляць размеркаванне хуткасцяў статыстычна функцыя вядомая як размеркаванне Максвелла. сутыкненні малекул з іх кантэйнера прыводзіць да ціску газу. Разглядаючы сярэдняя сіла, малекулярных сутыкненняў на сцяне, Больцмана атрымалася паказаць, што сярэдняя кінэтычная энергія малекул непасрэдна супастаўныя з вымераны ціск, і больш сярэдняя кінэтычная энергія, тым больш ціск. З закона Бойлс, мы ведаем, што ціск прама прапарцыянальна тэмпературы, таму, было паказана, што кінэтычная энергія малекул непасрэдна звязаныя з тэмпературай газу. Простае суадносіны для гэтага:
дзе да пастаянная Больцмана. Тэмпература з'яўляецца мерай энергіі цеплавога руху і, пры тэмпературы ад нуля, энергія дасягае мінімуму (квантава-механічна, нулявых руху застаецца пры 0 К).
У ліпені 1995 года фізікі ў Боўлдары, Colo.achieved тэмпература значна ніжэй, чым калі-небудзь былі выраблены да і стварылі цалкам новае стан рэчыва прадказаў дзесяцігоддзяў назад Альберт Эйнштэйн і Satyendra НАТ Богу. Прэс-рэліз апісвае прыроду гэтага эксперыменту і поўнае апісанне гэтай з'явы апісваецца універсітэта BEC Галоўная Каларада .
Праца з сістэмай у якім утрымліваецца вялікая колькасць малекул патрабуе статыстычнага падыходу да праблемы. Аб 1902, JW Гібса (1839-1903) унёс на разгляд статыстычнай механікі, з якой ён паказаў, як сярэднія значэння ўласцівасці сістэмы могуць быць атрыманы з аналізу найбольш верагодныя значэння гэтых уласцівасцяў вызначаецца з вялікай колькасці аднолькавых сістэм (так званы ансамбль). Зноў жа, у статыстычных механічная інтэрпрэтацыя тэрмадынамікі, ключавым параметрам атаясамліваецца з тэмпературы, якая можа быць непасрэдна звязана з тэрмадынамічнай тэмпературы, з тэмпературай размеркавання Максвелла, і дасканалы, закон газу.
Тэмпература становіцца колькасць вызначальнай альбо ў тэрмінах макраскапічных тэрмадынамічных велічынь, такіх як цеплыня і праца, або, з роўную юрыдычную сілу і ідэнтычныя вынікі з пункту гледжання колькасці, якое характарызуецца размеркаванне энергіі паміж часціцамі ў сістэме. (Quinn, "тэмпература")Пры такім разуменні паняцце тэмпературы, можна растлумачыць, як цёпла (цеплавой энергіі) сродкаў ад аднаго цела да іншага. Цеплавая энергія пераносіцца малекул у форме іх рухаў і некаторыя з іх, праз малекулярных сутыкненнях, перадаюцца малекулам другога аб'екта, калі ў кантакце з ім. Гэта механізм для перадачы цеплавой энергіі пры кантакце называецца праводнасці.
Другі механізм пераносу цяпла ілюструецца рондаль з вадой, набор да кіпення на пліце - воды бліжэй да полымя будзе расці змяшаць з ахаладжальнік вады ў верхняй частцы чыгуна. Гарачае канвекцыі ўключае цялесныя руху больш энергічныя малекулы ў вадкасці або газу.
Трэці шлях, што цеплавая энергія можа быць перададзена ад аднаго цела да іншага выпраменьваннем, гэта так, што сонца сагравае зямлю. Выпраменьвання плыні ад Сонца да Зямлі, дзе некаторыя з іх паглынаецца, ацяпленне паверхні.
Асноўную дылему ў фізіцы з часоў Ньютана ў тым, як растлумачыць прыроду гэтага выпраменьвання.
Цеплавое выпраменьванне
Характар ? ? выпраменьвання збянтэжыў навукоўцаў на працягу стагоддзяў. Максвэл прапанаваў, што гэты від энергіі падарожжа як вібрацыйных электрычных і магнітных абурэнне ў прасторы ў кірунку, перпендыкулярным гэтых парушэнняў.
Толькі вобласці электрамагнітнага спектра, для якіх нашы вочы адчувальныя з'яўляецца "бачнай" дыяпазоне, указаных у дыяграме колеру вясёлкі.
Сонца не толькі аб'ект, які дае прамяністай энергіі, любы аб'ект, тэмпература якога больш 0 K будзе выдаваць некаторыя прамяністай энергіі. Задача, якая стаіць перад навукоўцамі было паказаць, як гэта прамяністай энергіі звязана з тэмпературай аб'екта.
Калі аб'ект змяшчаецца ў кантэйнер, сценкі якіх пры пастаяннай тэмпературы, мы чакаем, што аб'ект ўступіць у цеплавым раўнавазе са сценкамі корпуса і аб'ект павінен выпраменьваць прамяністай энергіі, як сцены кантэйнера. Такі аб'ект паглынае і выпраменьвае столькі ж энергіі. Зараз счарнелыя паверхню паглынае ўсё выпраменьванне, што падалі на яго і ён павінен выпраменьваць ў тым жа парадку, калі ён знаходзіцца ў цеплавым раўнавазе. Раўнавагу цеплавое выпраменьванне называецца таму выпраменьванне абсалютна чорнага цела.
Першае суадносіны паміж тэмпературай і прамяністай энергіі была выведзена Дж. Стэфан ў 1884 годзе і тэарэтычна растлумачыць Больцмана прыкладна ў той жа час. У ім гаворыцца:
дзе поўная энергія на адзінку плошчы ў секунду выпусканага таму цела, T з'яўляецца яго абсалютная (тэрмадынамічная) тэмпература і 
з'яўляецца пастаянная Стэфана-Больцмана.
Галоўнае пытанне на рубяжы стагоддзяў было растлумачыць, як гэтая агульная прамяністай энергіі, выпраменьванай чорным целам было распаўсюджана ў розных частот або даўжынь хваль выпраменьвання. Максвелла "класічнай" тэорыі электрамагнітных асцылятарам не змаглі растлумачыць назіранае размеркаванне яркасці. Ён быў пакінуты на Макса Планка вырашыць дылему, паказаўшы, што энергія асцылятарам павінен быць квант, то ёсць энергія не можа прымаць любое значэнне, але неабходна змяніць у кроках, памер кожнага кроку, або квантавай, прапарцыйная частаце асцылятара і роўная V H, дзе H з'яўляецца пастаянная Планка. Пры такім здагадцы, Планк вывеў размеркаванне яркасці чорнага цела і паказаў, што яна вызначаецца яго тэмпературы. Як толькі тэмпература чорнага цела вызначаецца, закон Планка можа быць выкарыстана для вылічэння інтэнсіўнасці святла, выпраменьванага цела ў залежнасці ад даўжыні хвалі. І наадварот, калі размеркаванне яркасці выпраменьвальнага цела вымяраецца, то, шляхам падганяння крывой Планка да яго, яго тэмпература можа быць вызначана.
Крывых паказана ніжэй паказваюць, што гарачае цела, тым ярчэй яна на больш кароткіх даўжынь хваль. Тэмпература паверхні Сонца 6000 Да, і яго крывой Планка пікаў у бачным дыяпазоне даўжынь хваль. Для тэл халаднавата, чым сонца, пік зрухі крывой Планка ў даўгахвалевай вобласць, пакуль тэмпература дасягнула такога, што вельмі мала прамяністай энергіі выпраменьваецца ў бачным дыяпазоне.
Гэта графічнае прадстаўленне закон Віна, у якім гаворыцца:
(Макс) = 0,29 / T, дзе (Макс.) з'яўляецца даўжыня хвалі максімальнай яркасьці ў см і Т-абсалютная тэмпература чорнага цела.
Цела чалавека мае тэмпературу каля 310 K і выпраменьвае пераважна ў даўгахвалевай часткі інфрачырвонай вобласці. Калі фатаграфія чалавечых бярэцца з камеры адчувальныя да гэтай вобласці даўжынь хваль, мы атрымліваем "цеплавых" фатаграфія. Гэтая фатаграфія ласкава інфрачырвоныя апрацоўкі і аналізу Цэнтра, Лабараторыі рэактыўнага руху НАСА.
3 K - тэмпература Сусвету
Нд і зоркі выпускаюць цеплавое выпраменьванне пакрыцця ўсіх даўжынях хваль; іншых аб'ектаў у небе, як вялікія аблокі газу ў Млечным Шляху, а таксама выпускаць цеплавое выпраменьванне, але значна лепей. Гэтыя аб'екты з'яўляюцца лепшым выяўленыя інфрачырвоным і радыё тэлескопы - тэлескопы якіх дэтэктары адчувальныя да больш доўгіх хваляў.
У 1965 годзе Арно Пензиас і Роберт Уілсан праводзілі дбайны каліброўкі іх радыётэлескопа ў Бэл лабараторыі Уиппани, Нью-Джэрсі. Выявілі, што іх прыёмнік паказаў "шуму" карціны, як калі б ён быў усярэдзіне кантэйнера, тэмпература якой была 3K - г.зн. як калі б яна была ў раўнавазе з чорнага цела пры 3 К. Гэта "шуму", здавалася, прыходзіць з усіх бакоў. Раней тэарэтычныя прадказанні Георгій Гамова і іншыя астрафізікі прадказалі існаванне касмічнага фонавага 3 K. Пензиас і Уілсан адкрыццё было назіральнай пацверджанне ізатропнай выпраменьвання Сусвету, лічыцца рэліктам "Вялікага Выбуху". Велізарны цеплавой энергіі, якая вылучаецца пры стварэнні Сусвету пачалі астываць па меры пашырэння Сусвету. Каля 12 мільярдаў гадоў праз, мы ў Сусвеце, якая выпраменьвае як чорнае цела цяпер астуджаюць да 3 К. У 1978 годзе Пензиас і Уілсан былі ўдастоены Нобелеўскай прэміі па фізіцы за гэта адкрыццё.
Чорнага цела пры 3 K выпраменьвае вялікую частку сваёй энергіі ў дыяпазоне даўжынь хваль СВЧ. Малекул у атмасферы Зямлі паглынаць гэта выпраменьванне так што з зямлі, астраномы не могуць зрабіць заўвагі ў гэтай галіне даўжынь хваль. У 1989 годзе Cosmic Background Explorer (COBE) спадарожнікаў, распрацаваных НАСА Goddard Space Flight Center, быў запушчаны для вымярэння дыфузнага інфрачырвонага і мікрахвалевага выпраменьвання ад ранняй Сусвету. Адзін з яе дакументаў, далёкай інфрачырвонай Абсалютная Спектрафатометры (FIRAS) у параўнанні спектру касмічнага мікрахвалевага фонавага выпраменьвання з дакладным чорнага цела. Рэліктавага выпраменьвання спектру вымяралася з дакладнасцю 0,03%, і гэта падыходзіць менавіта з чорнага цела ад тэмпературы 2,726 К. Нават калі Ёсць мільярды зорак у Сусвеце, гэтыя дакладныя вымярэння COBE паказваюць, што 99,97% прамяністай энергіі сусвет была выпушчаная на працягу першага года пасля Вялікага выбуху сябе і ў цяперашні час пражывае ў гэтай цеплавой 3 поля выпраменьвання K.
Больш падрабязнае тлумачэнне паходжання мікрахвалевага фонавага выпраменьвання, і яго магчымай анізатрапіі, можна знайсці тут. Новая місія адабраны НАСА з'яўляецца Microwave Anisotropy Probe (MAP) будзе вымяраць малыя флуктуацыя рэліктавага выпраменьвання і дасць больш падрабязную інфармацыю аб Падрабязная інфармацыя аб ранняй Сусвету. Еўрапейскае касмічнае агенцтва аналагічныя місіі плануецца.
Рэзюмэ
Канцэпцыя тэмпература як фундаментальныя фізічныя паняцці, як тры фундаментальных велічынь механікі - маса, даўжыня і час. Праз вывучэнне такіх практычных задач, як зрабіць высокаэфектыўныя паравы рухавік, фундаментальныя фізічныя тэорыі ўзнікаюць, у тым ліку паняцці квантавай тэорыі і двух законах тэрмадынамікі. Другі закон, з патрабаваннем яго незваротнасць, прагназуе непазбежную эвалюцыю ад іншых формаў энергіі ў цеплавую. Гэта другі закон, які дае толькі "стрэлку" на паняцце часу.Мы можам запісваць падзеі (ілюстрацыя з нізкіх тэмператур Лабараторыя Хельсінкскі тэхналагічны універсітэт ), якія ўключаюць у сябе 18 парадкаў у дыяпазоне тэмператур, і ў нас ёсць адна дакладна вызначыць ніжні мяжа тэмпературы, абсалютнага нуля. З-за гэтага 10-з-18-нулі-за-гэта дыяпазон тэмператур, Ёсць шмат розных відаў тэрмометраў распрацаваны, каб вывучыць яе і шмат розных галінах даследаванняў.
Адной з прыгажосцяў "Выдавецкая справа" на вэб інтэрактыўных элементаў ён прапаноўвае. Joachim Reinhardt напісаў бы адзначыць, што максімальная тэмпература, якія даступныя на зямлі (толькі перасягнулі ранніх стадыях Вялікага выбуху) адбываюцца ў высокіх энергія сутыкненняў часціц (у прыватнасці цяжкіх іёнаў), у ходзе якой адзін бачыць "агністы шар" з тэмпературай ў некалькі сот МэВ (што адпавядае тэмпературы ад 10 да 12 да ўлады). Гэты агністы шар астуджаецца за кошт пашырэння і выпраменьваючых ад часціц, у асноўным півоні, вельмі падобна на цеплавое выпраменьванне абсалютна чорнага цела.
Цеплафізікі гэта поле багатыя тэарэтычныя і практычныя прыкладанні.
Падзякі
Я хацеў бы падзякаваць Рык Эберт з IPAC за дапамогу ў пошуку некаторыя з інфрачырвоных файлы, якія выкарыстоўваюцца тут, і Дэйв Leisawitz НАСА Годдард за яго вельмі дбайнае рэдагаванне артыкулы і за дапамогу з COBE вынікі. Joachim Reinhardt спароджаных фатаграфіі большасці навукоўцаў. Дзякуючы Сэт Шарплесс для сканавання фатаграфія Галена. Карл Mungan падавала кансультацыі па нізкатэмпературнай тэрмадынамікі, і вельмі шчодра падаюць як "эксперт" рэцэнзента.blynds@unidata.ucar.edu