teplota je měřítkem „horkosti“ nebo „chladu“ látky. Technicky teplota udává směr, ve kterém proudí energie (jako teplo), když jsou dva objekty v tepelném kontaktu: energie proudí jako teplo z oblasti vysokých teplot do oblasti s nízkou teplotou. Jinými slovy, teplota je jednoduše ukazatelem očekávaného směru toku energie jako tepla.,
teplota není teplo. Teplo je energie v přechodu; teplota je rozcestníkem očekávaného směru tohoto přechodu. Velké množství energie může proudit jako teplo z jedné oblasti do druhé, i když teplotní rozdíl mezi regiony je minutový.
teplota není energie. Velmi velký, studený blok kovu bude mít nízkou teplotu, ale může obsahovat velmi velké množství energie. Malý blok stejného materiálu, který má stejnou teplotu, bude obsahovat méně energie., Tento rozdíl je vyjádřen tím, že teplota je intenzivní vlastnost, vlastnost nezávislá na velikosti vzorku; vzhledem k tomu, že energetický obsah je rozsáhlý majetek, vlastnost, která závisí na velikosti vzorku. Tak, vzorek odebraný z nádrže teplé vody budou mít stejnou teplotu bez ohledu na velikost vzorku, ale energetický obsah (více formálně, vnitřní energie) z velkého vzorku je větší, než malý vzorek.,
Na molekulární úrovni, teploty systém ukazuje rozdělení „obyvatelstva“ energetické hladiny v rámci systému: čím vyšší teplota, tím větší podíl molekul ve stavu vysoké energie. Pokud jsou počty molekul ve dvou energetických stavech, oddělených energetickým rozdílem Δ e, n horní a n nižší, pak je teplota
t = (Δ E / k ) ln (N dolní / n horní) (1)
kde K je Boltzmannova konstanta, základní konstanta přírody., Vidíme, že čím větší je poměr n nižší / n Horní pro daný energetický rozdíl, tím vyšší je teplota. Tato molekulární interpretace má zvláštní význam v případech, kdy jediným příspěvkem k celkové energii je kinetická energie, což je případ dokonalého (ideálního) plynu. V tomto případě vysoká teplota odpovídá vyšší průměrné rychlosti molekul a širšímu rozsahu rychlostí ve vzorku., Průměrná rychlost C molekul hmotnosti m při teplotě T je
c = (8 kT / π m) ½ (2)
a tak se průměrná rychlost zvyšuje se druhou odmocninou teploty.
teplota se měří teploměrem, zařízením, ve kterém se mění fyzická vlastnost některé součásti zařízení, když je zařízení v tepelném kontaktu se vzorkem. Že majetek může být objem kapaliny (rtuť-sklo teploměr) nebo elektrické vlastnosti, jako je odpor., Pro měření teploty se také používají elektronické sondy založené na změnách odporu v polovodičovém materiálu.
stále se běžně vyskytují tři stupnice teploty. Stupnice Fahrenheita se používá ve Spojených státech pro domácí účely. Na tomto
měřítko, bod mrazu vody je 32 ° F a jeho teplota varu je 212 ° F., Tato stupnice byla vyřazena prakticky všemi ostatními zeměmi ve prospěch stupnice Celsia, která se používá pro veškerou vědeckou práci. Na stupnici Celsia odpovídá bod tuhnutí vody 0°C a bod varu odpovídá 100°C. zásadnější stupnicí je kelvinova stupnice, která nastavuje 0 na absolutní nulu teploty (odpovídající -273, 15°C) a přijímá měřítko, ve kterém je trojnásobný bod vody (teplota, při které led, voda a vodní pára koexistují v rovnováze), přesně 273, 16 K., Tato stupnice zajišťuje, že velikost Kelvinu (jak se nazývá jednotka pro kelvinovu stupnici) je stejná jako velikost stupně Celsia.
kelvinova stupnice se používá k vyjádření termodynamické teploty, označované jako T, S T = 0 jako nejnižší možnou teplotou (po ukončení veškerého pohybu). Teploty na stupnicích Celsia a Fahrenheita jsou označeny θ (theta). Dvě důležité konverze jsou:
θ / ºC = 5 / 9 ( θ /ºF -32) (3)
t / k = θ /ºC + 273.,15 (4)
v chemii je často nutné udržovat systém při konstantní teplotě, protože jinak by pozorování a měření poskytovaly čtení, které bylo v průměru vlastností závislou na teplotě, jako je reakční rychlost. Jedním ze způsobů, jak dosáhnout konstantní teploty, je ponořit systém do vodní lázně obsahující velké množství vody, jejíž teplota je řízena ohřívačem a termostatem. Termostat je zařízení pro zapnutí a vypnutí proudu podle toho, zda je teplota systému nad nebo pod vybranou hodnotou., Obsahuje teplotní sondu (teploměr s elektrickým výstupem) a elektronická zařízení pro interpretaci teploty a provádění spínání. Stejný princip je základem termostatu, který se používá v domácnostech.
chemické účinky vyšší teploty zahrnují změny rychlosti reakce a polohy chemické rovnováhy. Téměř všechny reakce probíhají rychleji při vyšších teplotách, protože molekuly (v plynové fázi)se při vyšších teplotách silněji srazí., Termodynamické důsledku měnící se teploty, je, že rovnovážná konstanta k exotermní reakci klesá, jak se teplota zvyšuje, takže reaktanty jsou více protěžovaný při nízkých teplotách než při vysoké. Tato závislost je někdy označován jako Le chatelierův princip, ale je lepší ji považovat za důsledek termodynamiky, zejména druhý termodynamický zákon.
přestože T = 0 je nejnižší dosažitelná teplota, je možné dosáhnout negativních teplot. Tato zdánlivě paradoxní poznámka je vyřešena následovně., Pokud má systém pouze dvě úrovně energie, všechny konečné teploty odpovídají rozložení populací, ve kterých více molekul zaujímá nižší stav než horní. Je však možné umělými prostředky Invertovat populace, takže krátce by v horním stavu bylo více molekul než nižší. Z rovnice 1 vyplývá, že T je pak záporné.,
termodynamické zdůvodnění pro zavedení teploty do vědy je Zerothův zákon, který uvádí, že pokud je systém a v tepelné rovnováze se systémem B a systém B je v tepelné rovnováze se systémem C, Pak A A C by byly také v tepelné rovnováze mezi sebou, pokud by byly kontaktovány. Zde je také relevantní třetí zákon termodynamiky: uvádí, že Absolutní nula ( T = 0) není dosažitelná v konečném počtu kroků.