Абсалютная тэрмадынамічная тэмпэратура

Абсалю́тная тэмпэрату́ра (абсалютная тэмпэратурная шкала) — гэта безумоўная мера тэмпэратуры і адна з галоўных характарыстак тэрмадынамікі.
Паняцьце абсалютнай тэмпэратуры прапанаваў ангельскі фізык Ўільям Томсан (лорд Кельвін), у сувязі з чым шкалу абсалютнай тэмпэратуры завуць шкалой Кельвіна або тэрмадынамічнай тэмпэратурнай шкалой. Адзінка абсалютнай тэмпэратуры — кельвін (абазначаецца К).
Абсалютная шкала тэмпэратуры завецца так, таму што мера асноўнага стану ніжняй мяжы тэмпэратуры:
абсалютны нуль — найболей нізкая магчымая тэмпэратура, пры якой нічога ня можа быць халадней і тэарэтычна немагчыма выняць з рэчыва цеплавую энэргію.
Абсалютны нуль вызначаны як 0 K. Што прыблізна роўна −273.15 °C. Адзін Кельвін роўны аднаму градусу Цэльсія.

Абсалютная тэмпэратура з малекулярна-кінэтычнага пункта гледжаньня

Хаатычны цеплавы рух часьціц рэчыва, такіх як атамы і малекулы

Тэрмадынамічная тэмпэратура з малекулярна-кінэтычнага пункту гледжаньня — фізычная велічыня, якая характарызуе інтэнсіўнасьць хаатычнага, цеплавога руху ўсёй сукупнасьці часьціц сыстэмы і прапарцыйная сярэдняй кінэтычнай энэргіі паступальнага руху адной часьціцы.

Сувязь паміж кінэтычнай энэргіяй, масай і хуткасьцю выяўляецца наступнай формулай:
E_k = ¹/₂m • v²
Такім чынам часьціцы аднолькавай масы з аднолькавай хуткасьцю маюць і аднолькавую тэмпэратуру.
Сярэдняя кінэтычная энэргія часьціцы зьвязаная з тэрмадынамічнай тэмпэратурай сталай Больцмана:
E_ср = 3/2k_BT
дзе k_B = 1.380 6505(24) × 10⁻²³ Дж/K — сталая Больцмана

T — тэрмадынамічная тэмпэратура, К

Энэргія цеплавога руху пры абсалютным нулі

Калі матэрыя астуджаецца, шматлікія формы цеплавой энэргіі і зьвязаныя зь ёй эфэкты адначасова памяншаюцца па велічыні. Рэчыва пераходзіць ад меней спарадкаванага стану да больш спарадкаванага. Газ ператвараецца ў вадкасьць і затым крышталізуецца ў цьвёрдае цела (гелій і пры абсалютным нулі застаецца ў вадкім стане пры атмасфэрным ціску). Рух атамаў і малекул запавольваецца, іх кінэтычная энэргія памяншаецца. Электрычны супор большасьці мэталаў падае з-за памяншэньні расьсейваньня электронаў на вагальных з меншай амплітудай атамах крышталічнай рашоткі. Такім чынам нават пры абсалютным нулі электроны праводнасьці рухаюцца паміж атамамі з хуткасьцю Фэрмі парадку 1×10⁶м/с.

Тэмпэратура, пры якой часьціцы рэчыва маюць мінімальную колькасьць руху, і якое захоўваецца толькі дзякуючы квантавамэханічнага руху — гэта тэмпэратура абсалютнага нуля (Т = 0К).

Тэмпэратуры абсалютнага нуля дасягнуць немагчыма. Найболей нізкая тэмпэратура 450±80 × 10^-12К кандэнсату Базэ-Айнштайна атамаў натру была атрыманая ў 2003 г. дасьледнікамі з Масачусэцкага тэхналягічнага інстытуту. Пры гэтым пік цеплавога выпраменьваньня знаходзіцца ў вобласьці даўжынь хваль парадку 6400 км, гэта значыць прыкладна радыюсу Зямлі.

Тэмпэратура з тэрмадынамічнага пункта гледжаньня

Існуе мноства розных шкал тэмпэратур. Калісьці тэмпэратура вызначалася вельмі адвольна. Мерай тэмпэратуры служылі пазнакі, нанесеныя на роўных адлегласьцях на сьценах люлечкі, у якой пры награваньні пашыралася вада. Потым вырашылі вымераць тэмпэратуру ртутным тэрмомэтрам і выявілі, што градусныя адлегласьці не аднолькавыя. У тэрмадынаміцы даецца азначэньне тэмпэратуры, якое не залежыць ад якіх-небудзь уласьцівасьцяў рэчыва.

Увядзем функцыю f(T), якая не залежыць ад уласьцівасьцяў рэчыва. З тэрмадынамікі вынікае, што:
Калі нейкая цеплавая машына, паглынаючы колькасьць цеплыні Q₁ пры T₁ вылучае цеплыню Q_s пры тэмпэратуры ў адзін градус, а іншая машына, паглынуўшы цеплыню Q₂ пры T₂, вылучае тую ж самую цеплыню Q_s пры тэмпэратуры ў адзін градус, то машына, паглынальная Q₁ пры T₁ павінна пры тэмпэратуры T₂ вылучаць цеплыню Q₂.
Вядома, паміж цеплынёй Q і тэмпэратурай T існуе залежнасьць і цеплыня Q1 павінна быць прапарцыйна Q_s. Такім чынам, кожнай колькасьці цеплыні Q_s, вылучанай пры тэмпэратуры ў адзін градус, адпавядае колькасьць цеплыні, паглынутай машынай пры тэмпэратуры T, роўна Q_s, памножанаму на некаторую нарастальную функцыю f тэмпэратуры:

Q=Q_sf(T)

Паколькі знойдзеная функцыя ўзрастае з тэмпэратурай, то можна лічыць, што яна сама па сабе вымерае тэмпэратуру, пачынальна са стандартнай тэмпэратуры ў адзін градус. Гэта азначае, што можна знайсьці тэмпэратуру цела, вызначыўшы колькасьць цеплыні, якое паглынаецца цеплавой машынай, якая працуе ў інтэрвале паміж тэмпэратурай цела і тэмпэратурай у адзін градус. Атрыманая такім чынам тэмпэратура завецца абсалютнай тэрмадынамічнай тэмпэратурай і не залежыць ад уласьцівасьцяў рэчыва. Такім чынам, для зварачальнай цеплавой машыны выконваецца роўнасьць:

{\frac {Q_{1}}{T_{1}}}={\frac {Q_{2}}{T_{2}}}=S

дзе S — энтрапія.

dS={\frac {dQ}{T}}

Для сыстэмы, у якой энтрапія S можа быць функцыяй S(E) яе энэргіі Е, тэрмадынамічная тэмпэратура вызначаецца як:

{\frac {1}{T}}={\frac {dS}{dE}}

Глядзіце таксама

Вонкавыя спасылкі

Absolute temperature scale (анг.) Encyclopædia Britannica