هر فردی هر روز با مفهوم دما مواجه است. این اصطلاح کاملاً وارد زندگی روزمره ما شده است: ما غذا را در مایکروویو گرم می کنیم یا غذا را در اجاق می پزیم، به آب و هوای بیرون علاقه مندیم یا متوجه می شویم که آیا آب رودخانه سرد است - همه اینها با این مفهوم ارتباط نزدیکی دارد. و دما چیست، این پارامتر فیزیکی به چه معناست، به چه روشی اندازه گیری می شود؟ ما در مقاله به این سؤالات و سؤالات دیگر پاسخ خواهیم داد.
کمیت فیزیکی
بیایید در نظر بگیریم که دما از نقطه نظر یک سیستم ایزوله در تعادل ترمودینامیکی چقدر است. این اصطلاح از زبان لاتین آمده و به معنای "اختلاط مناسب"، "حالت عادی"، "تناسب" است. این مقدار حالت تعادل ترمودینامیکی هر سیستم ماکروسکوپی را مشخص می کند. در حالتی که یک سیستم ایزوله از تعادل خارج می شود، با گذشت زمان انتقال انرژی از اجسام گرم تر به اجسام با حرارت کمتر صورت می گیرد. نتیجه یکسان سازی (تغییر) دما در سراسر سیستم است. این اولین اصل (اصل صفر) ترمودینامیک است.
دما تعیین می کندتوزیع ذرات تشکیل دهنده سیستم بر اساس سطوح انرژی و سرعت، درجه یونیزاسیون مواد، خواص تابش الکترومغناطیسی تعادل اجسام، چگالی حجمی کل تابش. از آنجایی که برای سیستمی که در تعادل ترمودینامیکی است، پارامترهای ذکر شده برابر هستند، معمولاً به آنها دمای سیستم می گویند.
پلاسما
علاوه بر اجسام تعادلی، سیستم هایی وجود دارند که در آن حالت با چندین مقدار دمایی مشخص می شود که با یکدیگر برابر نیستند. پلاسما مثال خوبی است. از الکترون ها (ذرات باردار سبک) و یون ها (ذرات باردار سنگین) تشکیل شده است. هنگام برخورد آنها، انرژی به سرعت از الکترون به الکترون و از یون به یون منتقل می شود. اما بین عناصر ناهمگن یک انتقال آهسته وجود دارد. پلاسما می تواند در حالتی باشد که در آن الکترون ها و یون ها به طور جداگانه نزدیک به تعادل باشند. در این حالت می توان دماهای جداگانه ای را برای هر نوع ذرات در نظر گرفت. با این حال، این پارامترها با یکدیگر متفاوت خواهند بود.
آهنربا
در اجسامی که در آنها ذرات دارای گشتاور مغناطیسی هستند، انتقال انرژی معمولاً به کندی انجام می شود: از درجات آزادی انتقالی به مغناطیسی، که با امکان تغییر جهت لحظه همراه است. به نظر می رسد که حالت هایی وجود دارد که در آن بدن با دمایی مشخص می شود که با پارامتر جنبشی مطابقت ندارد. با حرکت انتقالی ذرات بنیادی مطابقت دارد. دمای مغناطیسی بخشی از انرژی داخلی را تعیین می کند. می تواند مثبت باشد یامنفی. در طول فرآیند هم ترازی، انرژی از ذرات با مقدار بالاتر به ذرات با مقدار دمای پایین تر در صورتی که هر دو مثبت یا منفی باشند، منتقل می شود. در غیر این صورت، این فرآیند در جهت مخالف پیش می رود - دمای منفی "بالاتر" از دمای مثبت خواهد بود.
چرا این لازم است؟
پارادوکس در این واقعیت نهفته است که یک فرد معمولی برای انجام فرآیند اندازه گیری هم در زندگی روزمره و هم در صنعت، حتی نیازی به دانستن دما ندارد. برای او کافی است که بفهمد این درجه حرارت یک شی یا محیط است، به خصوص که ما از کودکی با این اصطلاحات آشنا بوده ایم. در واقع، اکثر دستگاه‌های عملی که برای اندازه‌گیری این پارامتر طراحی شده‌اند، در واقع خواص دیگر مواد را که با سطح گرمایش یا سرمایش تغییر می‌کنند، اندازه‌گیری می‌کنند. به عنوان مثال، فشار، مقاومت الکتریکی، حجم، و غیره. علاوه بر این، این قرائت ها به صورت دستی یا خودکار به مقدار مورد نظر تبدیل می شوند.
معلوم شد که برای تعیین دما نیازی به مطالعه فیزیک نیست. اکثر جمعیت سیاره ما با این اصل زندگی می کنند. اگر تلویزیون روشن است، دیگر نیازی به درک فرآیندهای گذرا دستگاه های نیمه هادی نیست، برای مطالعه اینکه برق از کجا از پریز می آید یا سیگنال چگونه به بشقاب ماهواره می رسد. مردم به این واقعیت عادت کرده اند که در هر زمینه ای متخصصانی وجود دارند که می توانند سیستم را تعمیر یا رفع اشکال کنند. فرد غیر روحانی نمی خواهد به مغزش فشار بیاورد، زیرا کجا بهتر است یک سریال یا فوتبال را روی "جعبه" در حالی که جرعه جرعه می نوشید تماشا کنید.آبجو سرد.
می خواهم بدانم
اما افرادی هستند، اغلب دانش‌آموزان، که یا در حد کنجکاوی خود یا از سر ناچاری مجبور می‌شوند فیزیک بخوانند و تعیین کنند که درجه حرارت واقعاً چقدر است. در نتیجه، در جستجوی خود به طبیعت ترمودینامیک می افتند و قوانین صفر، اول و دوم آن را مطالعه می کنند. علاوه بر این، یک ذهن کنجکاو باید چرخه های کارنو و آنتروپی را درک کند. و در پایان سفر خود، مطمئناً اعتراف خواهد کرد که تعریف دما به عنوان پارامتر یک سیستم حرارتی برگشت پذیر که به نوع ماده کار بستگی ندارد، به وضوح این مفهوم نمی افزاید. و با این حال، قسمت قابل مشاهده درجاتی از سوی سیستم بین المللی واحدها (SI) پذیرفته خواهد شد.
دما به عنوان انرژی جنبشی
«ملموس تر» رویکردی است که نظریه مولکولی جنبشی نامیده می شود. این ایده را شکل می دهد که گرما به عنوان یکی از اشکال انرژی در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال، انرژی جنبشی مولکول‌ها و اتم‌ها، پارامتری که میانگین آن بر روی تعداد زیادی ذرات متحرک تصادفی است، اندازه‌گیری چیزی است که معمولاً دمای بدن نامیده می‌شود. بنابراین، ذرات یک سیستم گرم شده سریعتر از یک سیستم سرد حرکت می کنند.
از آنجایی که اصطلاح مورد بررسی ارتباط نزدیکی با میانگین انرژی جنبشی گروهی از ذرات دارد، استفاده از ژول به عنوان واحد دما کاملاً طبیعی است. با این حال، این اتفاق نمی افتد، که با این واقعیت توضیح داده می شود که انرژی حرکت حرارتی ابتداییذرات نسبت به ژول بسیار کوچک هستند. بنابراین، استفاده از آن ناخوشایند است. حرکت حرارتی در واحدهای مشتق شده از ژول با استفاده از یک ضریب تبدیل خاص اندازه گیری می شود.
واحد دما
امروزه از سه واحد اصلی برای نمایش این پارامتر استفاده می شود. در کشور ما معمولا دما را بر حسب درجه سانتیگراد می سنجند. این واحد اندازه گیری بر اساس نقطه انجماد آب است - یک مقدار مطلق. او نقطه شروع است. یعنی دمای آبی که در آن یخ شروع به تشکیل می کند صفر است. در این مورد، آب به عنوان یک معیار نمونه عمل می کند. این کنوانسیون برای راحتی به تصویب رسیده است. دومین مقدار مطلق دمای بخار است، یعنی لحظه ای که آب از حالت مایع به حالت گازی تبدیل می شود.
واحد بعدی کلوین است. نقطه مرجع این سیستم نقطه صفر مطلق در نظر گرفته می شود. بنابراین یک درجه کلوین برابر با یک درجه سانتیگراد است. تفاوت فقط شروع شمارش معکوس است. دریافت می کنیم که صفر در کلوین برابر با منفی 273.16 درجه سانتیگراد خواهد بود. در سال 1954، در کنفرانس عمومی وزن ها و اندازه ها، تصمیم گرفته شد که عبارت "درجه کلوین" برای واحد دما با "کلوین" جایگزین شود.
سومین واحد اندازه گیری رایج فارنهایت است. تا سال 1960، آنها به طور گسترده در تمام کشورهای انگلیسی زبان استفاده می شدند. با این حال، امروزه در زندگی روزمره در ایالات متحده از این واحد استفاده کنید. این سیستم اساساً با آنچه در بالا توضیح داده شد متفاوت است. به عنوان نقطه شروع در نظر گرفته شده استنقطه انجماد مخلوطی از نمک، آمونیاک و آب به نسبت 1:1:1. بنابراین، در مقیاس فارنهایت، نقطه انجماد آب مثبت 32 درجه و نقطه جوش به علاوه 212 درجه است. در این سیستم یک درجه برابر است با 1/180 اختلاف این دماها. بنابراین، محدوده 0 تا 100+ درجه فارنهایت با محدوده 18- تا 38+ سلسیوس مطابقت دارد.
دمای صفر مطلق
بیایید بفهمیم این پارامتر به چه معناست. صفر مطلق دمای محدودی است که در آن فشار یک گاز ایده آل در یک حجم ثابت از بین می رود. این کمترین ارزش در طبیعت است. همانطور که میخائیلو لومونوسوف پیش بینی کرد، "این بزرگترین یا آخرین درجه سرما است." قانون شیمیایی آووگادرو از این نتیجه می گیرد: حجم مساوی از گازها در دما و فشار یکسان حاوی تعداد یکسانی مولکول است. چه چیزی از این نتیجه می گیرد؟ حداقل دمای یک گاز وجود دارد که در آن فشار یا حجم آن از بین می رود. این مقدار مطلق با صفر کلوین یا 273 درجه سانتیگراد مطابقت دارد.
چند واقعیت جالب درباره منظومه شمسی
درجه حرارت در سطح خورشید به 5700 کلوین و در مرکز هسته - 15 میلیون کلوین می رسد. سیارات منظومه شمسی از نظر میزان گرمایش بسیار با یکدیگر متفاوت هستند. بنابراین دمای هسته زمین ما تقریباً برابر با سطح خورشید است. مشتری داغ ترین سیاره محسوب می شود. دمای مرکز هسته آن پنج برابر بیشتر از سطح خورشید است. و در اینجا کمترین مقدار پارامتر استروی سطح ماه ثبت شد - تنها 30 کلوین بود. این مقدار حتی کمتر از سطح پلوتون است.
حقایق زمین
1. بالاترین دمای ثبت شده توسط یک فرد 4 میلیارد درجه سانتیگراد بوده است. این مقدار 250 برابر بیشتر از دمای هسته خورشید است. این رکورد توسط آزمایشگاه طبیعی بروکهاون نیویورک در برخورددهنده یونی به طول حدود 4 کیلومتر ثبت شد.
2. دمای سیاره ما نیز همیشه ایده آل و راحت نیست. به عنوان مثال، در شهر Verkhnoyansk در یاکوتیا، دمای هوا در زمستان به منفی 45 درجه سانتیگراد کاهش می یابد. اما در شهر دالول اتیوپی وضعیت برعکس است. در آنجا میانگین دمای سالانه 34 درجه است.
3. شدیدترین شرایطی که افراد تحت آن کار می کنند در معادن طلا در آفریقای جنوبی ثبت شده است. معدنچیان در عمق سه کیلومتری در دمای مثبت 65 درجه سانتیگراد کار می کنند.
