i vardagliga termer är temperaturen ett mått på en ämnes ”hotness” eller ”coldness”. Mer tekniskt anger temperaturen den riktning i vilken energi strömmar (som värme) när två föremål är i termisk kontakt: energi strömmar som värme från ett högtemperaturområde till ett lågtemperaturområde. Med andra ord är temperaturen helt enkelt en indikator på den förväntade flödesriktningen av energi som värme.,
temperaturen är inte värme. Värme är energi i övergången; temperatur är skylten för den förväntade riktningen för den övergången. En stor mängd energi kan flöda som värme från en region till en annan även om temperaturskillnaden mellan regionerna är minut.
temperaturen är inte energi. Ett mycket stort, kallt block av metall kommer att ha en låg temperatur men kan innehålla en mycket stor mängd energi. Ett litet block av samma material med samma temperatur kommer att innehålla mindre energi., Denna skillnad uttrycks genom att säga att temperaturen är en intensiv egenskap, en egenskap som är oberoende av provets storlek.medan energiinnehållet är en omfattande egenskap, en egenskap som beror på provets storlek. Således kommer ett prov som tas från en tank med varmt vatten att ha samma temperatur oavsett provets storlek, men energiinnehållet (mer formellt, den inre energin) hos ett stort prov är större än för ett litet prov.,
på molekylär nivå indikerar temperaturen hos ett system fördelningen av” populationer ” av energinivåer inom systemet: ju högre temperatur desto större är andelen molekyler i ett tillstånd av hög energi. Om antalet molekyler i två energitillstånd, åtskilda av en energiskillnad Δ E, är N övre och N lägre, är temperaturen
t = (Δ E / k ) ln( n nedre/n Övre ) (1)
där K är Boltzmanns konstant, en grundläggande naturkonstant., Vi ser att ju större förhållandet N lägre / n övre för en given energiskillnad, desto högre temperatur. Denna molekylära tolkning har en särskild betydelse i fall där det enda bidraget till den totala energin är kinetisk energi, vilket är fallet i en perfekt (idealisk) gas. I så fall motsvarar hög temperatur en högre medelhastighet för molekylerna och ett bredare spektrum av hastigheter i provet., Medelhastigheten C av massmolekyler m vid en temperatur T är
c = (8 kT / π m) ½ (2)
och så ökar medelhastigheten med kvadratroten av temperaturen.
temperaturen mäts med en termometer, en enhet där en fysisk egenskap hos någon komponent i enheten ändras när enheten sätts i termisk kontakt med ett prov. Den egenskapen kan vara volymen av en vätska (som i en kvicksilvertermometer i glas) eller en elektrisk egenskap som motstånd., Elektroniska sonder baserade på resistansförändringar i ett halvledarmaterial används också för att mäta temperaturen.
tre temperaturvågar förekommer fortfarande ofta. Fahrenheit-skalan används i USA för inhemska ändamål. På detta
skala, fryspunkten för vatten är 32°F och kokpunkten är 212°F., Denna skala har kasserats av praktiskt taget alla andra länder till förmån för Celsius-skalan, som används för allt vetenskapligt arbete. På celsiusskalan motsvarar fryspunkten för vatten 0 ° C och kokpunkten motsvarar 100 ° C. En mer grundläggande skala är Kelvinskalan, som ställer in 0 vid den absoluta nollpunkten (motsvarande -273.15 ° C) och antar en skala där trippelpunkten för vatten (temperaturen vid vilken Is, vatten och vattenånga samexisterar vid jämvikt ) är exakt 273.16 K., Denna skala säkerställer att storleken på kelvin (som enheten för Kelvinskalan kallas) är densamma som För Celsius-graden.
Kelvinskalan används för att uttrycka den termodynamiska temperaturen, betecknad T, med t = 0 som lägsta möjliga temperatur (när all rörelse har upphört). Temperaturer på Celsius och Fahrenheit skalor betecknas θ (theta). Två viktiga omvandlingar är:
θ / ºC = 5 /9 ( θ/ºF -32) (3)
t /K = θ / ºC + 273.,15 (4)
i kemi är det ofta nödvändigt att hålla ett system vid en konstant temperatur, för annars skulle observationer och mätningar ge en läsning som var ett genomsnitt av en temperaturberoende egenskap, såsom reaktionshastighet. Ett sätt att uppnå en konstant temperatur är att fördjupa systemet i ett vattenbad som innehåller en stor volym vatten, vars temperatur styrs av en värmare och en termostat. En termostat är en anordning för att slå på och stänga av strömmen beroende på om temperaturen i systemet är över eller under ett valt värde., Den innehåller en temperatursond (en termometer med en elektrisk utgång) och elektroniska anordningar för att tolka temperaturen och påverka växlingen. Samma princip är grunden för termostaten som används i hem.
de kemiska effekterna av större temperatur inkluderar förändringar i reaktionshastigheten och positionen för kemisk jämvikt. Nästan alla reaktioner fortsätter snabbare vid högre temperaturer eftersom molekylerna (i gasfasen ) kolliderar mer kraftigt vid högre temperaturer., En termodynamisk följd av temperaturförändring är att jämviktskonstanten för en exoterm reaktion minskar när temperaturen höjs, så reaktanter är mer gynnade vid låga temperaturer än vid höga. Detta beroende kallas ibland Le Chateliers princip, men det är bättre att betrakta det som en följd av termodynamik och särskilt av termodynamikens andra lag.
Även om t = 0 är den lägsta uppnåeliga temperaturen är det möjligt att uppnå negativa temperaturer. Denna till synes paradoxala anmärkning löses enligt följande., När ett system bara har två energinivåer motsvarar alla ändliga temperaturer en fördelning av populationer där fler molekyler upptar det lägre tillståndet än det övre. Det är emellertid möjligt med konstgjorda medel att invertera populationerna, så att det kortfattat skulle finnas fler molekyler i det övre tillståndet än det nedre. Det följer av ekvation 1 Att T då är negativt.,
den termodynamiska motiveringen för att införa temperaturen i vetenskapen är Zeroth-lagen, som säger att om system a är i termisk jämvikt med system B och system B är i termisk jämvikt med system C, skulle a och C också vara i termisk jämvikt med varandra, om de sattes i kontakt. Termodynamikens tredje lag är också relevant här: det står att absolut noll (T = 0) inte kan uppnås i ett begränsat antal steg.