Абсалютная тэрмадынамічная тэмпература

Абсалютная тэмпература — гэта безумоўная мера тэмпературы і адна з галоўных характарыстык тэрмадынамікі.
Паняцце абсалютнай тэмпературы было ўведзена У. Томсанам (Кельвінам), у сувязі з чым шкалу абсалютнай тэмпературы завуць шкалой Кельвіна або тэрмадынамічнай тэмпературнай шкалой. Адзінка абсалютнай тэмпературы — кельвін (К).
Абсалютная шкала тэмпературы завецца так, таму што мера асноўнага стану ніжняй мяжы тэмпературы:
абсалютны нуль — найболей нізкая магчымая тэмпература, пры якой нічога не можа быць халадней і тэарэтычна немагчыма выняць з рэчыва цеплавую энергію.
Абсалютны нуль вызначаны як 0 K. Што прыблізна роўна −273.15 °C. Адзін Кельвін роўны аднаму градусу Цэльсія.

Абсалютная тэрмадынамічная тэмпература
Вывучаецца ў	тэрмадынаміка
ISQ dimension	${\displaystyle {\mathsf {\Theta }}}$[1]
Формула, якая апісвае закон або тэарэму	${\displaystyle T=\left({\frac {\partial U}{\partial S}}\right)_{V,N}}$[2]
Пазначэнне ў формуле	${\displaystyle T}$, ${\displaystyle U}$, ${\displaystyle S}$, ${\displaystyle V}$ і ${\displaystyle N}$
Сімвал велічыні (LaTeX)	${\displaystyle T}$[3] і ${\displaystyle \Theta }$[3]
Measurement scale	International Temperature Scale of 1990[d][4][3] і Provisional Low-Temperature Scale of 2000[d]
Is invariant under	Ізатэрмічны працэс
Рэкамендуемая адзінка вымярэння	Кельвін[5][3][…]

Абсалютная тэмпература з малекулярна-кінетычнага пункта гледжання

Хаатычны цеплавы рух часціц рэчыва такіх як атамы і малекулы

Тэрмадынамічная тэмпература з малекулярна-кінетычнага пункта гледжання — фізічная велічыня, якая характарызуе інтэнсіўнасць хаатычнага, цеплавога руху ўсёй сукупнасці часціц сістэмы і прапарцыйная сярэдняй кінетычнай энергіі паступальнага руху адной часціцы.

Сувязь паміж кінетычнай энергіяй, масай і хуткасцю выяўляецца наступнай формулай:
E_k = ¹/₂m • v ²
Такім чынам часціцы, якія маюць аднолькавую масу і аднолькавую хуткасць, маюць таксама і аднолькавую тэмпературу.
Сярэдняя кінетычная энергія часціцы звязана з тэрмадынамічнай тэмпературай пастаяннай Больцмана:
E_ср = 3/2k_BT
дзе k_B = 1.380 6505(24) × 10⁻²³ Дж/K — пастаянная Больцмана

T — тэрмадынамічная тэмпература, К

Энергія цеплавога руху пры абсалютным нулі

Калі матэрыя астуджаецца, шматлікія формы цеплавой энергіі і звязаныя з ёй эфекты адначасова памяншаюцца па велічыні. Рэчыва пераходзіць ад меней спарадкаванага стану да больш спарадкаванага. Газ ператвараецца ў вадкасць і затым крышталізуецца ў цвёрдае цела (гелій і пры абсалютным нулі застаецца ў вадкім стане пры атмасферным ціску). Рух атамаў і малекул запавольваецца, іх кінетычная энергія памяншаецца. Супраціўленне большасці металаў падае з-за памяншэнні рассейвання электронаў на вагальных з меншай амплітудай атамах крышталічнай рашоткі. Такім чынам нават пры абсалютным нулі электроны праводнасці рухаюцца паміж атамамі з хуткасцю Фермі парадку 1×10⁶м/с.

Тэмпература, пры якой часціцы рэчыва маюць мінімальную колькасць руху, і якое захоўваецца толькі дзякуючы квантавамеханічнага руху — гэта тэмпература абсалютнага нуля (Т = 0К).

Тэмпературы абсалютнага нуля дасягнуць немагчыма. Найболей нізкая тэмпература 450±80 × 10⁻¹²К кандэнсату Бозэ — Эйнштэйна атамаў натрыю была атрыманая ў 2003 г. даследчыкамі з МТІ. Пры гэтым пік цеплавога выпраменьвання знаходзіцца ў вобласці даўжынь хваль парадку 6400 км, гэта значыць прыкладна радыусу Зямлі.

Тэмпература з тэрмадынамічнага пункта гледжання

Існуе мноства розных шкал тэмператур. Калісьці тэмпература вызначалася вельмі адвольна. Мерай тэмпературы служылі пазнакі, нанесеныя на роўных адлегласцях на сценах люлечкі, у якой пры награванні пашыралася вада. Потым вырашылі вымераць тэмпературу ртутным тэрмометрам і выявілі, што градусныя адлегласці не аднолькавыя. У тэрмадынаміцы даецца азначэнне тэмпературы, якое не залежыць ад якіх-небудзь уласцівасцяў рэчыва.

Увядзём функцыю f(T), якая не залежыць ад уласцівасцяў рэчыва. З тэрмадынамікі следуе, што:
Калі нейкая цеплавая машына, паглынаючы колькасць цеплыні Q₁ пры T₁ вылучае цеплыню Q_s пры тэмпературы ў адзін градус, а іншая машына, паглынуўшы цеплыню Q₂ пры T₂, вылучае тую ж самую цеплыню Q_s пры тэмпературы ў адзін градус, то машына, паглынальная Q₁ пры T₁ павінна пры тэмпературы T₂ вылучаць цеплыню Q₂.
Вядома, паміж цеплынёй Q і тэмпературай T існуе залежнасць і цеплыня Q1 павінна быць прапарцыйна Q_s. Такім чынам, кожнай колькасці цеплыні Q_s, вылучанай пры тэмпературы ў адзін градус, адпавядае колькасць цеплыні, паглынутай машынай пры тэмпературы T, роўна Q_s, памножанаму на некаторую нарастаючую функцыю f тэмпературы:

Q=Q_sf(T)

Паколькі знойдзеная функцыя ўзрастае з тэмпературай, то можна лічыць, што яна сама па сабе вымярае тэмпературу, пачынаючы са стандартнай тэмпературы ў адзін градус. Гэта азначае, што можна знайсці тэмпературу цела, вызначыўшы колькасць цеплыні, якая паглынаецца цеплавой машынай, што працуе ў інтэрвале паміж тэмпературай цела і тэмпературай у адзін градус. Атрыманая такім чынам тэмпература завецца абсалютнай тэрмадынамічнай тэмпературай і не залежыць ад уласцівасцяў рэчыва. Такім чынам, для зварачальнай цеплавой машыны выконваецца роўнасць:

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

дзе S — энтрапія.

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

Для сістэмы, у якой энтрапія S можа быць функцыяй S(E) яе энергіі Е, тэрмадынамічная тэмпература вызначаецца як:

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

Гл. таксама

• Абсалютны нуль тэмпературы
• Абсалютная шкала тэмператур
• Цеплавое выпраменьванне

Зноскі

1. 3.7 // Quantities and units—Part 1: General — 1 — ISO, 2009. — P. 4. — 41 p.

   <a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q15028'></a><a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q26711930'></a>
2. 5-1 // Quantities and units — Part 4: Mechanics — 2 — ISO, 2019. — 15 с.

   <a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q15028'></a><a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q73391977'></a>
3. International Organization for Standardization 5-1 // Quantities and units — Part 5: Thermodynamics — 2 — 2019. — 16 p.

   <a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q15028'></a><a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q92157468'></a>
4. Quantities and units—Part 5: Thermodynamics — 1 — ISO, 2007. — 22 p.

   <a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q15028'></a><a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q26711934'></a>
5. 5-1.a // Quantities and units—Part 5: Thermodynamics — 1 — ISO, 2007. — 22 p.

   <a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q15028'></a><a href='https://wikidata.org/wiki/Track:Q26711934'></a>