A mindennapi kifejezések, hőmérséklet az intézkedés a “forróság”, vagy “hideg” az anyag. Technikailag a hőmérséklet azt az irányt jelzi, amelyben az energia áramlik (hőként), amikor két tárgy termikus érintkezésben van: az energia hőként áramlik egy magas hőmérsékletű régióból egy alacsony hőmérsékletű régióba. Más szavakkal, a hőmérséklet egyszerűen jelzi az energia várható áramlási irányát hőként.,
a hőmérséklet nem hő. A hő az átmeneti energia; a hőmérséklet az átmenet várható irányának jele. Nagy mennyiségű energia áramolhat hőként az egyik régióból a másikba, annak ellenére, hogy a régiók közötti hőmérsékletkülönbség perc.
a hőmérséklet nem energia. Egy nagyon nagy, hideg fémblokk alacsony hőmérsékleten lesz, de nagyon nagy mennyiségű energiát tartalmazhat. Az azonos hőmérsékletű anyag kis blokkja kevesebb energiát tartalmaz., Ezt a különbséget azzal fejezzük ki, hogy a hőmérséklet intenzív tulajdonság, a minta méretétől független tulajdonság; mivel az energiatartalom kiterjedt tulajdonság, olyan tulajdonság, amely a minta méretétől függ. Így egy forró víztartályból vett minta ugyanolyan hőmérsékletű lesz, függetlenül a minta méretétől, de egy nagy minta energiatartalma (formálisabban a belső energia) nagyobb, mint egy kis mintáé.,
molekuláris szinten a rendszer hőmérséklete jelzi az energiaszintek “populációinak” eloszlását a rendszeren belül: minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a molekulák aránya nagy energiájú állapotban. Ha a molekulák száma két energiaállapotban, Δ E energiakülönbséggel elválasztva, N felső és N alsó, akkor a hőmérséklet
t = (Δ E / k) ln( N alsó / n felső) (1)
ahol K Boltzmann állandója, a természet alapvető állandója., Látjuk, hogy minél nagyobb az arány N alsó / n felső egy adott energia különbség, annál magasabb a hőmérséklet. Ez a molekuláris értelmezés különleges jelentőséggel bír azokban az esetekben, amikor a teljes energiához csak a kinetikus energia járul hozzá, ami tökéletes (ideális) gáz esetében fordul elő. Ebben az esetben a magas hőmérséklet Megfelel a molekulák nagyobb átlagos sebességének, a mintában pedig szélesebb sebességtartománynak., Az m tömegű molekulák átlagos C sebessége t hőmérsékleten
c = (8 kT / π m) ½ (2)
, így az átlagos sebesség a hőmérséklet négyzetgyökével nő.
a hőmérsékletet hőmérővel mérik, olyan eszközzel, amelyben a készülék egyes összetevőinek fizikai tulajdonsága megváltozik, amikor a készüléket termikus érintkezésbe helyezik egy mintával. Ez a tulajdonság lehet egy folyadék térfogata (mint egy higany-üveg hőmérőben) vagy egy elektromos tulajdonság, például ellenállás., A félvezető anyag ellenállásváltozásán alapuló elektronikus szondákat a hőmérséklet mérésére is használják.
három hőmérsékleti skála még mindig gyakran fordul elő. A Fahrenheit skálát az Egyesült Államokban háztartási célokra használják. Ezen a
skála, a víz fagyáspontja 32°F, forráspontja 212°F., Ezt a skálát gyakorlatilag minden más ország elvetette a Celsius-skála javára, amelyet minden tudományos munkához használnak. A Celsius-skála, a víz fagyáspontját felel meg, 0°C, forráspontja felel meg a 100°C-on A több alapvető skála a Kelvin-skála, amely meghatározza, hogy 0 az abszolút nulla hőmérséklet (megfelelő -273.15°C), valamint fogad el egy skála, amely a hármas pont a víz (a hőmérséklet, amelyen a jég, a víz, illetve vízgőz egymás mellett egyensúlyi helyzetben ) pont 273.16 K., Ez a skála biztosítja, hogy a kelvin nagysága (ahogy a Kelvin skála egységét nevezik) megegyezik a Celsius fok mértékével.
a Kelvin skála a termodinamikai hőmérséklet kifejezésére szolgál, T jelöli, T = 0 pedig a lehető legalacsonyabb hőmérséklet (amikor az összes mozgás megszűnt). A Celsius-és Fahrenheit-skálán a hőmérsékletet θ (Theta) jelöli. Két fontos konverzió:
θ / ºC = 5 /9 ( θ/ºF -32) (3)
t /k = θ / ºC + 273.,15 (4)
a kémiában gyakran szükség van egy rendszer állandó hőmérsékleten tartására, különben a megfigyelések és mérések olyan leolvasást eredményeznének, amely átlagosan hőmérsékletfüggő tulajdonság volt, például a reakciósebesség. Az állandó hőmérséklet elérésének egyik módja, hogy a rendszert nagy mennyiségű vizet tartalmazó vízfürdőbe merítsük, amelynek hőmérsékletét melegítő és termosztát vezérli. A termosztát az áram be – és kikapcsolására szolgáló eszköz, attól függően, hogy a rendszer hőmérséklete a kiválasztott érték felett vagy alatt van-e., Ez magában foglal egy hőmérséklet-szondát (egy elektromos kimenettel rendelkező hőmérőt) és elektronikus eszközöket a hőmérséklet értelmezéséhez és a kapcsolás végrehajtásához. Ugyanez az elv a termosztát alapja, amelyet otthon használnak.
a nagyobb hőmérséklet kémiai hatásai közé tartozik a reakciósebesség változása és a kémiai egyensúly helyzete. Szinte minden reakció gyorsabban megy végbe magasabb hőmérsékleten, mert a molekulák (a gázfázisban ) erősebben ütköznek magasabb hőmérsékleten., A hőmérséklet változásának termodinamikai következménye, hogy az exoterm reakció egyensúlyi állandója a hőmérséklet emelkedésével csökken, így a reaktánsok alacsony hőmérsékleten kedvezőbbek, mint magas hőmérsékleten. Ezt a függőséget néha Le Chatelier elvének nevezik, de jobb, ha azt a termodinamika, különösen a termodinamika második törvényének következményeként tekintjük.
bár a T = 0 a legalacsonyabb elérhető hőmérséklet, lehetséges negatív hőmérséklet elérése. Ez a látszólag paradox megjegyzés a következőképpen oldódik meg., Ha egy rendszernek csak két energiaszintje van, akkor minden véges hőmérséklet Megfelel a populációk eloszlásának, amelyben több molekula foglalja el az alsó állapotot, mint a felső. Mesterséges eszközökkel azonban lehetséges a populációk megfordítása, így röviden több molekula lenne a felső állapotban, mint az alsó. Az 1. egyenletből következik, hogy a T ezután negatív.,
a hőmérséklet tudományba történő bevezetésének termodinamikai indoklása A Nullatörvény, amely kimondja, hogy ha az a rendszer termikus egyensúlyban van a B rendszerrel, és a B rendszer termikus egyensúlyban van a C rendszerrel, akkor az A és C termikus egyensúlyban is lenne egymással, ha érintkezésbe kerülnének. A termodinamika harmadik törvénye itt is releváns: azt állítja, hogy az abszolút nulla ( T = 0) véges számú lépésben nem érhető el.