Температурата не е това, което мислите, че е


Каква е температурата? Този въпрос идва доста, особено в уводните курсове по наука. Най-често срещаният отговор е нещо като това:

Температурата е мярка за средната кинетична енергия на частиците в обект. Когато температурата се увеличава, движението на тези частици също се увеличава.

Това не е ужасна дефиниция, но не е и най-доброто. Има изобилие от други луди неща за температурата, които най-вероятно трябва да знаете.

Различни

Ако температурата е мярка за средната кинетична енергия, не трябва ли топлинната енергия и температурата да бъдат едно и също? Не. Термичната енергия е общата енергия, която обект има поради вътрешните движения на неговите частици. Температурата е свързана с средната кинетична енергия, а не общата кинетична енергия

че можете да опитате у дома. Поставете парче студена пица върху лист от алуминиево фолио и след това го залепете във фурната, за да се нагреете. След около 10 минути пицата трябва да е хубава и гореща – алуминиевото фолио е приблизително същата температура. Можете да извадите алуминиевото фолио с пръсти, но не и пицата. Въпреки че алуминиевото фолио има висока температура, ниската му маса означава, че няма много топлинна енергия. Без много топлинна енергия във фолиото, пръстите ви няма да се изгорят. Значение?

Повече подробности за температура

Вие вече имате една дефиниция от по-горе, но аз отивам да дайте още две дефиниции. Първата е историческата версия. Това е така:

Температурата е количеството, което има два общи обекта, след като е в контакт от дълго време

] Това определение се основава на идеята за термично равновесие. Ако поставите алуминиева топка в някаква вода, евентуално водата и топчето ще имат същата температура. Те няма да имат същата топлинна енергия, но те ще имат същата температура. Това е много оперативно определение на температурата – и това не е лошо нещо.

Всъщност тази температура е в основата на повечето термометри. Вземете основния живачен или алкохолен термометър (живачните не са толкова често срещани, защото знаете, че съдържат живак). Когато поставите този термометър в течност или нещо друго, температурата на течността вътре в термометъра се променя, докато тя не съвпада с предмета. Тъй като и живакът и алкохолът се разширяват с повишаване на температурата, можете да определите температурата въз основа на това топлинно разширение (или свиване). Наистина, бихте могли да кажете, че термометърът дори дойде преди идеята за температурата.

Сега за второто определение на температурата. Това е доста трудно, затова държи на нещо.

Температурата е процентът, който вътрешната енергия се променя по отношение на ентропията

Това е кратко, но има много неща там. Първо, каква е ентропията? Мога да се опитам да обясня ентропията, но това би било пълна нова публикация в блога. Вместо това можете просто да проверите тази страхотна публикация с Аатиш Бхатия, в която обяснява ентропията с овце . Да, наистина е добре.

Така че, вместо пълно обяснение на ентропията, ще дам някои интересни аспекти от нея. Термичното равновесие не е чисто енергиен феномен. Енергията се запазва, когато два предмета достигнат топлинно равновесие, но също така би било удовлетворено, ако един обект се нагорещува, а другият – студен. Термичното равновесие е статистически процес. Просто така се случва, че най-вероятният изход за два обекта в контакт е, че те достигат същата температура. Другите странни случаи (едно се нагорещява и едно се охлажда) също могат технически да се случат, но шансовете им са по-малко, отколкото печелите лотарията (и вашето шанс да спечелиш лотарията е по същество нула). Тъй като температурата е наистина статистическа величина, не можеш да имаш температура на единична частица. Така че, следващия път, когато някой говори за температурата на една електрона – или по-лошо, температурата на фотона – може би просто трябва да си тръгнем.

Коя температурна скала е най-доброто?

Има доста температурни везни, но това са три най-често срещани: Целзий, Фаренхайт (който никога не мога да кажа правилно) и Келвин. Знам, че по-голямата част от цивилизования свят използва Целзий, но аз просто изпитвам неприятности при мозъка ми да мисля за температурата в този мащаб. Вероятно съм твърде стар, за да се променя. Също така винаги мисля за този графичен дисплей на температурните везни който казва, че 0 градуса по Целзий е студено, но при температура от 100 градуса по Целзий ще бъдете мъртви (температурата на

Как да калибрирате температурна скала? Целевата скала е лесна. Нулевата стойност е в точката на замръзване на водата, а стойността 100 е в точката на кипене. Това е доста лесно да се възпроизведе, но тези стойности зависят от атмосферните условия, така че не е идеален метод за калибриране на термометър. Келвинската скала е точно като скалата по Целзий, но се измества с 273,15, така че 0 Келвин (няма градуси по Келвинската скала) е равна на 273,15 градуса по Целзий. С Келвинската скала не получавате отрицателни температури, така че това е полезно при много изчисления. Но какво ще кажете за фаренхайт мащаба? Мисля, че всеки ще се съгласи, че той се основава на две измервания: температурата на човешкото тяло (около 98 градуса по Фаренхайт) и температурата на солта и лед (0 ° F). , Всъщност това е нещо интересно. Ако смесвате лед и сол (и малко вода), най-студената, която можете да получите, е нула. Това е изненадващо студено и защо използвате смес от сол и лед, за да направите домашен сладолед.

Все пак изглежда, че няма пълно съгласие за това защо температурата на човешкото тяло се измерва на 98 ° F вместо 100 ° F. Една идея е, че скалата е разделена на три части, всяка от които е 32 °, тъй като 32 е температурата на замръзване на водата. Това нямаше да бъде съвсем подходящо за температурата на човешкото тяло при 100 ° F, но щеше да е близо. (19459005]

Какво е толкова специално за -40 °?

Ако преобразувате -40 ° F до Celsius, ще получите -40 ° C. Но правилният отговор на значението на -40 ° е, че температурата на Хот. Добре, ако погледнете Wookiepedia (Star Wars Wikia) се казва, че Хот се свежда до -60 ° C през нощта. Така че, предполагам, че през деня може да е -40 ° C (или ° F). Както и да е, когато митбулите тестваха топлинните свойства на таунтаун те използваха температура от -40-така.

Сега за някои математика. Как преобразувате от ° F до ° C? Тъй като и двете са линейни температурни везни, мога да намеря функция за температурата на Целзий като функция на температурата на Фаренхайт. За да направите това, имам нужда от две точки за данни, за да направя линия. Добро, че вече ги имам – те са точката на кипене и топене на водата. Това дава две x-y точки (с изключение на x е температурата на Фаренхайт и y е температурата на Целзий), които са (32,0) и (212,100). Сега мога да използвам тези точки, за да намеря наклона на линията и точковата наклонена формула, за да намеря уравнението на линията. Аз ще пропусна детайлите (можете да го направите у дома за забавление), но аз получавам следното уравнение:

Можете просто да включите температура от -40 градуса по Целзий и да видите какво получавате, но какво ще кажете за графика? Позволете ми да начертая две линии на една и съща графика. Една линия ще бъде температурата на Целзий като функция на температурата на Фаренхайт, а другата ще бъде Фаренхайт срещу Фаренхайт.

Къде пресичат линиите от Фаренхайт и Целзий? Да, на стойност -40. Така че, следващия път, когато се намирате в Хот, или просто е супер студен, можете да кажете, че температурата е -40. Когато вашият приятел пита "е това в Целзий или Фаренхайт?" просто отговори "да".