I dagligdags begreber, temperaturen er et mål for den “hotness” eller “kulde” af et stof. Mere teknisk angiver temperaturen den retning, i hvilken energi strømmer (som varme), når to genstande er i termisk kontakt: energi strømmer som varme fra et højtemperaturområde til et lavtemperaturområde. Med andre ord er temperaturen simpelthen en indikator for den forventede strømningsretning som varme.,
temperaturen er ikke varme. Varme er energi i overgang; temperatur er skiltet for den forventede retning af denne overgang. En stor mængde energi kan strømme som varme fra en region til en anden, selvom temperaturforskellen mellem regionerne er minut.
temperatur er ikke energi. En meget stor, kold blok af metal vil have en lav temperatur, men kan indeholde en meget stor mængde energi. En lille blok af det samme materiale med samme temperatur vil indeholde mindre energi., Denne sondring udtrykkes ved at sige, at temperaturen er en intensiv ejendom, en ejendom uafhængig af prøvens størrelse; der henviser til, at energiindhold er en omfattende ejendom, en ejendom, der afhænger af prøvens størrelse. Således vil en prøve taget fra en tank med varmt vand have den samme temperatur uanset prøvens størrelse, men energiindholdet (mere formelt den indre energi) af en stor prøve er større end for en lille prøve.,
på et molekylært niveau indikerer temperaturen i et system fordelingen af “populationer” af energiniveauer i systemet: jo højere temperaturen er, desto større er andelen af molekyler i en tilstand af høj energi. Hvis antallet af molekyler i to energiniveauer, adskilt af en forskel energi ∆ E, er N øvre og N lavere , så temperaturen er
T = (∆E / k ) ln( N lavere / N øvre ) (1)
hvor k er Boltzmann ‘ s konstant, en fundamental konstant i naturen., Vi ser, at jo større forholdet N lavere / n øvre for en given energiforskel, jo højere temperatur. Denne molekylære fortolkning har en særlig betydning i tilfælde, hvor det eneste bidrag til den samlede energi er kinetisk energi, hvilket er tilfældet i en perfekt (ideel) gas. I dette tilfælde svarer høj temperatur til en højere gennemsnitshastighed af molekylerne og et bredere hastighedsområde i prøven., Gennemsnitshastigheden c af massemolekyler m ved en temperatur T er
c = (8 kT/m m). (2)
og så øges gennemsnitshastigheden med kvadratroden af temperaturen.
temperatur måles med et termometer, en enhed, hvor en fysisk egenskab af en del af enheden ændres, når enheden sættes i termisk kontakt med en prøve. Denne egenskab kan være volumenet af en væske (som i et kviksølv-i-glas termometer) eller en elektrisk egenskab såsom modstand., Elektroniske Sonder baseret på modstandsændringer i et halvledermateriale bruges også til at måle temperaturen.
tre skalaer af temperatur er stadig almindeligt forekommende. Fahrenheit skalaen bruges i USA til husholdningsbrug. På denne
skala, frysepunktet for vand er 32 F F og dets kogepunkt er 212 F. F., Denne skala er blevet kasseret af stort set alle andre lande til fordel for Celsius skalaen, som bruges til alt videnskabeligt arbejde. På Celsius-skalaen, frysepunktet for vand svarer til 0°C og kogepunkt svarer til 100°C. En mere grundlæggende skala er Kelvin-skalaen, der angiver 0 ved det absolutte nulpunkt af temperatur (svarende til -273.15°C), og vedtager en skala, hvor den tredobbelte punkt af vand (temperatur, ved hvilken is, vand og vanddamp eksistere i ligevægt ) er præcis 273.16 K., Denne skala sikrer, at størrelsen af kelvin (som enheden for Kelvin-skalaen kaldes) er den samme som For Celsius-graden. Kelvin-skalaen bruges til at udtrykke den termodynamiske temperatur, betegnet T, med T = 0 som den lavest mulige temperatur (når al bevægelse er ophørt). Temperaturer på Celsius og Fahrenheit skalaer er betegnet θ (theta). To vigtige konverteringer er:
5 /cc = 5 /9 ( 5 /FF -32) (3)
T /k = + /cc + 273.,15 (4)
i kemi er det ofte nødvendigt at holde et system ved en konstant temperatur, for ellers ville observationer og målinger give en aflæsning, der var et gennemsnit af en temperaturafhængig egenskab, såsom reaktionshastighed. En måde at opnå en konstant temperatur på er at nedsænke systemet i et vandbad indeholdende et stort volumen vand, hvis temperatur styres af en varmelegeme og en termostat. En termostat er en enhed til at tænde og slukke for en strøm afhængigt af om systemets temperatur er over eller under en valgt værdi., Den indeholder en temperaturprobe (et termometer med elektrisk udgang) og elektroniske enheder til fortolkning af temperaturen og udførelse af omskiftningen. Det samme princip er grundlaget for termostaten, der bruges i boliger.
de kemiske virkninger af større temperatur indbefatter ændringer i reaktionshastigheden og positionen af kemisk ligevægt. Næsten alle reaktioner fortsætter hurtigere ved højere temperaturer, fordi molekylerne (i gasfasen ) kolliderer mere kraftigt ved højere temperaturer., En termodynamisk konsekvens af temperaturændring er, at ligevægtskonstanten for en eksoterm reaktion falder, når temperaturen hæves, så reaktanter foretrækkes mere ved lave temperaturer end ved høje. Denne afhængighed kaldes undertiden Le Chateliers princip, men det er bedre at betragte det som en konsekvens af termodynamik og især termodynamikens anden lov.
selvom T = 0 er den laveste opnåelige temperatur, er det muligt at opnå negative temperaturer. Denne tilsyneladende paradoksale bemærkning er løst som følger., Når et system kun har to energiniveauer, svarer alle endelige temperaturer til en fordeling af populationer, hvor flere molekyler besætter den lavere tilstand end den øvre. Det er imidlertid muligt med kunstige midler at invertere populationerne, så kort tid ville der være flere molekyler i den øvre tilstand end den nedre. Det følger af ligning 1, AT T derefter er negativ.,
Den termodynamiske begrundelse for at indføre den temperatur i videnskaben er den Nulte Lov, som siger, at hvis Et system er i termisk ligevægt med system B, og B er i termisk ligevægt med system C, så A og C vil også være i termisk ligevægt med hinanden, hvis de blev sat i kontakt med. Den tredje lov om termodynamik er også relevant her: det hedder, at absolut nul ( t = 0) ikke kan opnås i et begrænset antal trin.