I hverdagslige termer, temperatur er et mål på «hotness» eller «kulde» av et stoff. Mer teknisk, temperatur indikerer i hvilken retning energien flyter (som varme) når to objekter er i termisk kontakt: strømmer energien som varme fra en høy temperatur-regionen til en lav temperatur regionen. Med andre ord, temperaturen er bare en indikator på den forventede retningen av flyten av energi som varme.,
Temperatur er ikke varme. Varme er energi i overgangen; temperaturen er veiviser i forventet retning av at overgangen. En stor mengde energi kan flyte som varme fra en region til en annen, selv om temperaturen forskjell mellom regionene er liten.
Temperaturen ikke energi. En svært stort, kaldt blokker av metall vil ha en lav temperatur, men kan inneholde en svært stor mengde energi. En liten blokk av samme materiale som har de samme temperatur vil inneholde mindre energi., Dette skillet uttrykkes ved å si at temperatur er en intensiv eiendom, en eiendom uavhengig av størrelsen på utvalget, mens energi-innhold er en omfattende eiendom, en egenskap som er avhengig av størrelsen på utvalget. Dermed, en prøve tatt fra en tank med varmt vann vil ha samme temperatur uavhengig av størrelsen på utvalget, men energi-innhold (mer formelt, den indre energi) av et stort utvalg er større enn det av en liten prøve.,
På et molekylært nivå, temperatur av et system som angir fordelingen av «populasjoner» av energi nivåer i systemet: jo høyere temperatur, jo større andel av molekyler i en tilstand av høy energi. Hvis antall molekyler i to energi-statene, atskilt med en energi forskjellen Δ E, N øvre og N lavere , så temperaturen er
T = (Δ E / k ) ln( N nedre / N øvre ) (1)
hvor k er Boltzmann ‘ s konstant, en grunnleggende konstant i naturen., Vi ser at jo større forholdet N lavere / N øvre for en gitt energi forskjell, jo høyere temperatur. Denne molekylære tolkning har en spesiell betydning i tilfeller der den eneste bidrag til den samlede energi er kinetisk energi, noe som er tilfelle i en perfekt (ideelt) gass. I så fall, høy temperatur tilsvarer en høyere gjennomsnittlig hastighet av molekyler og et bredere spekter av hastigheter i utvalget., Den gjennomsnittlige hastigheten c av molekyler av masse m ved en temperatur T er
c = (8 kT / π m ) ½ (2)
og så den gjennomsnittlige hastigheten øker med kvadratroten av temperaturen.
Temperatur er målt med et termometer, en enhet som har en fysisk egenskap av noen del av enheten endres når enheten er satt i termisk kontakt med et eksempel. Denne egenskapen kan være volumet av en væske (som i en kvikksølv-i-glass termometer) eller en elektrisk eiendommen slik som motstand., Elektronisk prober basert på motstand endringer i en halvleder materiale er også brukt til å måle temperatur.
Tre skalaer av temperaturen er fortsatt vanlig forekommende. Fahrenheit er brukt i Usa for boligformål. På denne
skala, frysepunktet for vann er 32°F og dens kokepunkt er 212°F., Denne skalaen har blitt forkastet av praktisk talt alle andre land i favør av Celsius-skalaen, som brukes for alt vitenskapelig arbeid. På Celsius-skalaen, frysepunktet for vann svarer til 0°C og kokepunkt tilsvarer 100°C. En mer grunnleggende skala som er den Kelvin-skalaen, som sett 0 på det absolutte nullpunkt av temperatur (tilsvarende -273.15°C), og vedtar en skala der triple poeng av vann (den temperaturen som is, vann og vanndamp eksistere i likevekt ) er akkurat 273.16 K., Denne skalaen sikrer at omfanget av kelvin (som enhet for innstilling av Kelvin-skalaen kalles) er den samme som i den grad Celsius.
The Kelvin-skalaen brukes til å uttrykke den termodynamiske temperatur, betegnet T, T = 0 som den lavest mulige temperatur (når all bevegelse har opphørt). Temperaturer på Celsius og Fahrenheit skalaer er merket θ (theta). To viktige konverteringer er:
θ /ºC = 5 / 9 ( θ /ĒF -32) (3)
T / K = θ /ºC + 273.,15 (4)
I kjemi, er det ofte nødvendig å ha et system på en konstant temperatur, for ellers observasjoner og målinger vil gi en leser som var et gjennomsnitt på en temperatur som er avhengige av eiendom, som for eksempel reaksjon pris. En måte å oppnå en konstant temperatur er å fordype systemet i et vannbad som inneholder et stort volum av vann, temperaturen som er kontrollert av en varme og en termostat. En termostat er en enhet for å bytte en strøm av og på avhengig av om temperaturen i systemet er over eller under en bestemt verdi., Det inneholder en temperaturføler (et termometer med en elektrisk output) og elektronisk utstyr for å tolke temperatur og utføring veksling. Det samme prinsippet er grunnlaget for termostat som brukes i boliger.
Den kjemiske effekten av økt temperatur inkluderer endringer i frekvensen av reaksjon og plasseringen av kjemisk likevekt. Nesten alle reaksjoner gå raskere ved høyere temperaturer fordi molekylene (i gass-fase ) kolliderer mer kraftig ved høyere temperaturer., En termodynamisk konsekvens av å endre temperaturen er at likevekt konstant av en eksoterme reaksjonen avtar når temperaturen er hevet, slik at reaktantene er mer favorisert ved lave temperaturer enn ved høye. Denne avhengigheten er noen ganger referert til som Le Chatelier ‘ s prinsipp, men det er bedre å betrakte det som en konsekvens av termodynamikk og i særdeleshet av termodynamikkens andre lov.
Selv om T = 0 er lavest oppnåelige temperatur, det er mulig å oppnå negative temperaturer. Denne tilsynelatende paradoksale bemerkning er løst som følger., Når et system har bare to energi nivåer, alle finitte temperaturer svarer til en fordeling av bestander der flere molekyler okkupere lavere tilstand enn de øvre. Det er imidlertid mulig ved kunstige midler for å invertere populasjoner, slik at en kort stund vil det være flere molekyler i øvre stat enn den nedre. Det følger av ligning 1 at T er så negative.,
Den termodynamiske begrunnelse for å innføre temperaturen i vitenskapen er Zeroth Lov, som sier at dersom Et system er i termisk likevekt med system B, og system B er i termisk likevekt med system C, så er A og C vil også være i termisk likevekt med hverandre, hvis de ble satt i kontakt med. Den tredje lov i termodynamikken er også relevant her: den sier at absolutt null ( T = 0) er ikke oppnåelig i et endelig antall trinn.