jokapäiväinen lämpötila on aineen ”kuumuuden” tai ”kylmyyden” mitta. Teknisesti lämpötila kertoo, mihin suuntaan energia virtaa (lämmöksi), kun kaksi kohdetta on lämpökontaktissa: energia virtaa lämpönä korkean lämpötilan alueelta matalan lämpötilan alueelle. Toisin sanoen lämpötila on vain indikaattori energian odotettavissa olevasta virtaussuunnasta lämpönä.,
lämpötila ei ole lämpöä. Lämpö on siirtymävaiheessa olevaa energiaa; lämpötila on tämän siirtymän odotetun suunnan merkki. Suuri määrä energiaa voi virrata lämpöä alueelta toiselle, vaikka lämpötila-ero alueiden välillä on minuutti.
lämpötila ei ole energiaa. Hyvin suuri, kylmä lohko metallia on alhainen lämpötila, mutta voi sisältää hyvin paljon energiaa. Pieni lohko samaa materiaalia, jolla on sama lämpötila sisältää vähemmän energiaa., Tämä ero ilmaistaan sanomalla, että lämpötila on intensiivinen kiinteistön, kiinteistön koosta riippumaton otos; ottaa huomioon, että energia sisältö on laaja, omaisuuden, omaisuutta, joka ei riipu koosta näyte. Näin ollen näyte otetaan säiliöstä kuuma vesi ovat samassa lämpötilassa riippumatta siitä, otoksen koon, mutta energiasisältö (virallisemmin, sisäinen energia) suuri otos on suurempi kuin pieneen otokseen.,
molekyylitasolla systeemin lämpötila ilmaisee energiatasojen ”populaatioiden” jakautumisen järjestelmässä: mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi on molekyylien osuus korkean energian tilassa. Jos kahden energiatilan molekyylien lukumäärä, jonka erottaa energiaero Δ E , on n ylempi ja N alempi, lämpötila on
t = (Δ E / k ) LN( n alempi / n ylempi ) (1)
missä k on Boltzmannin vakio, luonnon perusvakio., Näemme, että mitä suurempi suhde n alempi / n ylempi tietyn energiaeron, sitä korkeampi lämpötila. Tällä molekyylitulkinnalla on erityinen merkitys tapauksissa, joissa ainoa panos kokonaisenergiaan on kineettinen energia, kuten täydellisessä (ihanteellisessa) kaasussa. Tällöin korkea lämpötila vastaa molekyylien keskimääräistä suurempaa nopeutta ja laajempaa nopeutta näytteessä., Massan m molekyylien keskimääräinen nopeus C lämpötilassa T on
c = (8 kT / π m ) ½ (2)
, joten keskimääräinen nopeus kasvaa lämpötilan neliöjuuren myötä.
Lämpötila mitataan lämpömittarilla, laite, jossa fyysinen ominaisuus joitakin osa-laite muuttuu, kun laite on laittaa termisessä kosketuksessa näytteen kanssa. Tämä ominaisuus voi olla nesteen tilavuus (kuten elohopealasilämpömittarissa) tai sähköominaisuus, kuten resistanssi., Lämpötilan mittaamiseen käytetään myös puolijohdemateriaalin resistanssimuutoksiin perustuvia elektronisia luotaimia.
kolme lämpötila-asteikkoa esiintyy edelleen yleisesti. Fahrenheit-asteikkoa käytetään Yhdysvalloissa kotimaisiin tarkoituksiin. Tässä
asteikko, veden jäätymispiste on 32°F ja kiehumispiste 212°F., Lähes kaikki muut maat ovat hylänneet tämän asteikon Celsius-asteikon hyväksi, jota käytetään kaikessa tieteellisessä työssä. On Celsius-asteikko, veden jäätymispisteen vastaa 0°C ja kiehumispiste vastaa 100°C. perusteellisempaa asteikko on Kelvin-asteikko, joka asettaa 0 klo absoluuttinen nolla lämpötila (vastaa -273.15°C), ja hyväksyy asteikon, jossa kolmen pisteen veden (lämpötila, jossa jään, veden ja vesihöyryn rinnakkain tasapainotilassa ) on juuri 273.16 K., Tämä asteikko varmistaa, että kelvinin suuruus (kuten Kelvin-asteikon yksikköä kutsutaan) on sama kuin celsiusasteen suuruus.
Kelvin-asteikkoa käytetään ilmaisemaan termodynaaminen lämpötila, merkitään T, T = 0, kun alin mahdollinen lämpötila (kun kaikki liike on lakannut). Celsius-ja Fahrenheit-asteikkojen lämpötiloja merkitään θ (theta). Kaksi tärkeää muunnokset ovat:
θ / ° C = 5 / 9 ( θ /ºF -32) (3)
T / K = θ / ° C + 273.,15 (4)
kemiassa systeemi on usein pidettävä vakiolämpötilassa, sillä muutoin havainnot ja mittaukset antaisivat lukeman, joka olisi lämpötilasta riippuvaisen ominaisuuden, kuten reaktionopeuden, keskiarvo. Yksi tapa saavuttaa tasainen lämpötila on upottaa järjestelmän vesihauteessa, jotka sisältävät suuren määrän vettä, jonka lämpötila on määräysvallassa lämmitin ja termostaatti. Termostaatti on Laite, jolla virta kytketään päälle ja pois sen mukaan, onko järjestelmän lämpötila valitun arvon yläpuolella vai alapuolella., Se sisältää lämpötila-anturi (lämpömittari, jossa on sähkö-tuotanto) ja elektroniset laitteet tulkkaus lämpötila ja suorittaa kytkentä. Sama periaate perustuu kodeissa käytettävään termostaattiin.
suuremman lämpötilan kemiallisia vaikutuksia ovat muutokset reaktionopeudessa ja kemiallisen tasapainon asemassa. Lähes kaikki reaktiot etenevät nopeammin korkeammissa lämpötiloissa, koska molekyylit (kaasufaasissa ) törmäävät voimakkaammin korkeammissa lämpötiloissa., Lämpötilan muutoksen termodynaaminen seuraus on, että eksotermisen reaktion tasapainovakio pienenee lämpötilan noustessa, joten reaktantit ovat suositumpia matalissa lämpötiloissa kuin korkeissa. Tätä riippuvuutta kutsutaan joskus Le Chatelierin periaatteeksi, mutta on parempi pitää sitä termodynamiikan ja erityisesti termodynamiikan toisen lain seurauksena.
vaikka T = 0 on alhaisin saavutettavissa oleva lämpötila, on mahdollista saavuttaa negatiivisia lämpötiloja. Tämä näennäisesti paradoksaalinen huomautus ratkaistaan seuraavasti., Kun järjestelmä on vain kaksi energian tasoilla, kaikki äärellinen lämpötilat vastaavat jakautuminen väestöryhmissä, joissa enemmän molekyylejä miehittää pienempi valtio kuin ylempi. Populaatiot on kuitenkin mahdollista kääntää keinotekoisin keinoin niin, että ylemmässä tilassa olisi lyhyesti enemmän molekyylejä kuin alemmassa. Yhtälöstä 1 seuraa, että T on sitten negatiivinen.,
termodynaaminen perustelu lämpötilan Tuomiselle tieteeseen on Zerothin laki, jonka mukaan jos järjestelmä A on lämpötasapainossa systeemin B kanssa ja systeemi B on lämpötasapainossa systeemin C kanssa, niin A ja C olisivat myös lämpötasapainossa keskenään, jos ne joutuisivat kosketuksiin. Myös termodynamiikan kolmas laki on tässä merkityksellinen: sen mukaan absoluuttinen nolla (T = 0) ei ole saavutettavissa äärellisessä portaiden määrässä.