Какво е абсолютна температура?

Абсолютната температура е температура, измерена по отношение на абсолютна скала, като скалата на Келвин и скалата на Ранкин. Това означава, че това е скала, която започва от нула (не допуска отрицателни стойности), в която стойност се разбира, че има липса на температура. С други думи, под абсолютна температура се разбира температурата, която започва да се измерва от абсолютната нула, което е най-ниската температура, която може да бъде достигната според законите на физиката.

Какво е температура?

Температурата може да се определи по различни начини. От една страна, това е свойство на материята, което позволява да се определи кога две тела са в топлинно равновесие помежду си. Дефинирайки го по този начин, е възможно да се установи относителна скала на температурата, тъй като това, което има значение, е каква е температурата на едно тяло или система по отношение на другото. Това е идеята, която позволи разработването на общи температурни скали, а именно скалата на Целзий или Целзий и скалата на Фаренхайт.

От друга страна, температурата също е мярка за термичното разбъркване на частиците, които изграждат системата. Всъщност, според кинетично-молекулярния модел на газовете, температурата е пряка мярка за средната транслационна кинетична енергия на атомите и молекулите, които изграждат газ.

Настройка на абсолютната температурна скала

Абсолютната температура е определена за първи път чрез изследване на поведението на газовете. Например, Lay of Charles and Gay Lussac заявява, че има пряка пропорционална връзка между температурата и обема на идеален газ, както е изразено чрез следното уравнение:

където K е константа на пропорционалност. Това уравнение има формата на нарастваща линейна функция с наклон K. Експериментално се наблюдава, че наклонът се увеличава с броя на моловете газ и намалява с налягането, както е схематизирано на следното изображение.

Чрез екстраполиране обратно на тези графики на относителната температура (в Целзий или във Фаренхайт ) спрямо обема за различни начални налягания и за различни начални количества газ, може да се види, че всички линии пресичат температурната ос в една и съща точка, независимо от стойността на наклона. Тази точка представлява абсолютната нула, т.е. началната точка на абсолютната температура и съответства на стойност от -273,15 °C или -459,67 °F.

По-общо казано, температурата може да се свърже с уравнението на състоянието на идеалния газ, което е:

където T е абсолютната температура, P, V и n са налягането, обемът и броят молове, а R е идеалната газова константа. Този закон ни позволява да измерваме абсолютната температура по различни начини чрез използването на газов термометър.

Абсолютни температурни скали

Независимо от единиците, в които е изразена абсолютната температура, всички скали започват от една и съща точка, тоест от абсолютната нула. Тази температура не се изразява в нито една единица, тъй като единиците са без значение, когато се изразява липсата на физическо свойство. Тоест температурата при абсолютна нула е 0 (не 0K или 0°R). Това е така за всяка абсолютна физическа величина, например би било същото да се каже, че обемът на една течност е нула, да се каже, че е нула литра, или нула кубични метра, или нула кубични мили, така че нулата е за предпочитане .

За всички други температури е необходимо да се изразят в подходящи единици. Има две често използвани абсолютни температурни скали:

• Скалата на Келвин.
• Скала на Ранкин.

Температурната скала на Келвин

Дължим тази скала на лорд Келвин, известен преди като Уилям Томсън, който през 1848 г. проектира термометър, способен да измерва абсолютната температура, независимо от газа, от който е направен. Тази скала (наречена термодинамична скала на температурата, но по-късно преименувана в чест на лорд Келвин) се оказа идентична на скалата, разработена чрез екстраполация от PT или VT кривите.

Основната характеристика на тази скала е, че размерът на единицата (келвин или K) е точно същият като скалата на Целзий. Всъщност температурната скала на Келвин не е нищо повече от скалата на Целзий, преместена с 273,15 единици надясно. Следователно връзката между скалата на Келвин и скалата по Целзий е:

Скалата на Келвин е най-широко използваната скала за абсолютна температура в науката и инженерството.

Температурна скала на Ранкин

Това е абсолютната температурна скала, която има градусов размер, равен на градус по Фаренхайт. Нулата на тази скала е еквивалентна на -459,67 °F, така че представлява същата скала на Фаренхайт, преведена 459,67 единици вдясно. Тоест скалата на Ранкин е свързана със скалата на Фаренхайт чрез следното уравнение:

Връзка между скалата на Келвин и скалата на Ранкин

Тъй като и скалата на Ранкин, и скалата на Келвин са абсолютни температурни скали, и двете започват в една и съща точка, така че единствената разлика между двете е размерът на градуса. Тогава връзката между двете скали е същата връзка между величината на градус по Целзий и градус по Фаренхайт. Тъй като 1 °C е равно на 9/5 или 1,8 °F, тогава връзката между °R и K е:

Препратки

Atkins, P. & dePaula, J. (2010). Физическа химия (8-мо издание). Панамериканска медицинска редакция.

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Химия (11-то издание). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Конър, Н. (2020 г., 16 януари). Какво представлява скалата на Келвин? Абсолютна температура: определение . Топлотехника. https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-kelvin-scale-absolute-temperature-definition/

Одарис. (n.d.). Дефиниция на абсолютна температура . deQuimica.Com. https://dequimica.com/glosario/504/Absolute-Temperature

Спиегато. (2021 г., 14 юли). Какво е абсолютна температура? https://spiegato.com/en/what-is-absolute-temperature

Абсолютна температура . (2010). ЕС-Академик. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/440424

Кинетична теория на газовете . (n.d.). Sc.Ehu.Es. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html