Mi az abszolút hőmérséklet?

Az abszolút hőmérséklet egy abszolút skála szerint mért hőmérséklet, például a Kelvin-skála és a Rankine-skála. Ez azt jelenti, hogy ez egy nulláról induló skála (nem fogad el negatív értékeket), amelyben az értendő, hogy nincs hőmérséklet. Más szavakkal, abszolút hőmérsékleten azt a hőmérsékletet értjük, amelyet az abszolút nullától kezdenek mérni, ami a fizika törvényei szerint a legalacsonyabb elérhető hőmérséklet.

Mi a hőmérséklet?

A hőmérsékletet többféleképpen lehet meghatározni. Egyrészt az anyag olyan tulajdonsága, amely lehetővé teszi annak meghatározását, hogy két test mikor van egymással termikus egyensúlyban. Így definiálva relatív hőmérsékleti skálát lehet megállapítani, hiszen az számít, hogy egy test vagy rendszer hőmérséklete milyen a másikhoz viszonyítva. Ez az ötlet tette lehetővé a közös hőmérsékleti skálák, nevezetesen a Celsius- vagy Celsius-skála és a Fahrenheit-skála kifejlesztését.

Másrészt a hőmérséklet a rendszert alkotó részecskék hőkeverésének mértéke is. Valójában a gázok kinetikus-molekuláris modellje szerint a hőmérséklet a gázt alkotó atomok és molekulák átlagos transzlációs kinetikus energiájának közvetlen mértéke.

Az abszolút hőmérsékleti skála beállítása

Az abszolút hőmérsékletet először a gázok viselkedésének tanulmányozásával határozták meg. Például a Lay of Charles és Gay Lussac kijelenti, hogy egyenes arányos kapcsolat van az ideális gáz hőmérséklete és térfogata között, amint azt a következő egyenlet fejezi ki:

ahol K az arányosság állandója. Ennek az egyenletnek K meredekségű növekvő lineáris függvénye van. Kísérletileg megfigyelhető, hogy a meredekség a gázmolok számával nő, és a nyomás hatására csökken, amint azt a következő kép sematikusan mutatja.

A relatív hőmérséklet ( Celsius-ban vagy Fahrenheit-ben ) a térfogat függvényében különböző kezdeti nyomásokhoz és különböző kezdeti gázmennyiségekhez tartozó grafikonok visszaextrapolálásával látható, hogy minden vonal ugyanabban a pontban metszi a hőmérsékleti tengelyt, függetlenül a hőmérsékleti tengely értékétől. a lejtő. Ez a pont az abszolút nullát jelenti, vagyis az abszolút hőmérséklet kezdőpontját, és -273,15 °C vagy -459,67 °F értéknek felel meg.

Általánosabban, a hőmérséklet összefüggésbe hozható az ideális gáz állapotegyenletével, azaz:

ahol T az abszolút hőmérséklet, P, V és n a nyomás, térfogat és a mólszám, R pedig az ideális gázállandó. Ez a törvény lehetővé teszi, hogy gázhőmérővel különböző módon mérjük az abszolút hőmérsékletet.

Abszolút hőmérsékleti skálák

Függetlenül attól, hogy az abszolút hőmérsékletet milyen mértékegységekben fejezzük ki, minden skála ugyanabban a pontban kezdődik, vagyis az abszolút nullánál. Ez a hőmérséklet nincs mértékegységben kifejezve, mivel a mértékegységek irrelevánsak, amikor egy fizikai tulajdonság hiányát fejezik ki. Vagyis az abszolút nulla hőmérséklete 0 (nem 0K vagy 0°R). Ez minden abszolút fizikai mennyiségre így van, például ugyanaz lenne, ha azt mondanánk, hogy egy folyadék térfogata nulla, ha azt mondjuk, hogy nulla liter, vagy nulla köbméter vagy nulla köbmérföld, tehát a nulla előnyösebb .

Minden más hőmérséklet esetében szükségessé válik, hogy megfelelő mértékegységben fejezzük ki. Két általánosan használt abszolút hőmérsékleti skála létezik:

• A Kelvin skála.
• Rankine skála.

A hőmérséklet Kelvin-skála

Ezt a skálát Lord Kelvinnek, korábban William Thomsonnak köszönhetjük, aki 1848-ban olyan hőmérőt tervezett, amely képes abszolút hőmérsékletet mérni, függetlenül attól, hogy milyen gázból készült. Ez a skála (a hőmérséklet termodinamikai skálájának nevezték el, de később Lord Kelvin tiszteletére átnevezték) azonosnak bizonyult a PT vagy VT görbékből extrapolálással létrehozott skálával.

A skála fő jellemzője, hogy az egység mérete (a kelvin vagy K) pontosan megegyezik a Celsius-skálával. Valójában a Kelvin-hőmérséklet-skála nem más, mint a Celsius-skála 273,15 egységgel jobbra tolódott. A Kelvin-skála és a Celsius-skála közötti kapcsolat tehát a következő:

A Kelvin-skála messze a legszélesebb körben használt abszolút hőmérsékleti skála a tudományban és a műszaki tudományokban.

Rankine hőmérsékleti skála

Ez az abszolút hőmérsékleti skála, amelynek fokmérete Fahrenheit-fokkal egyenlő. A skála nullája -459,67 °F-nak felel meg, tehát ugyanazt a Fahrenheit-skálát képviseli, 459,67 egységgel jobbra lefordítva. Ez azt jelenti, hogy a Rankine-skála a Fahrenheit-skálához kapcsolódik a következő egyenlet révén:

A Kelvin-skála és a Rankine-skála kapcsolata

Mivel a Rankine-skála és a Kelvin-skála is abszolút hőmérsékleti skála, mindkettő ugyanabban a pontban kezdődik, így a kettő között csak a fok nagysága a különbség. A két skála közötti kapcsolat ekkor ugyanaz a kapcsolat a Celsius-fok és a Fahrenheit-fok nagysága között . Mivel 1 °C egyenlő 9/5 vagy 1,8 °F, akkor a °R és a K közötti összefüggés:

Hivatkozások

Atkins, P. és dePaula, J. (2010). Fizikai kémia (8. kiadás). Panamerican Medical Editorial.

Chang, R. és Goldsby, K. (2013). Kémia (11. kiadás). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Connor, N. (2020, január 16.). Mi az a Kelvin-skála? Abszolút hőmérséklet: definíció . Hőtechnika. https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-kelvin-scale-absolute-temperature-definition/

Odaris. (n.d.). Abszolút hőmérséklet meghatározása . deQuimica.Com. https://dequimica.com/glosario/504/Absolute-Temperature

Spiegato. (2021, július 14.). Mi az abszolút hőmérséklet? https://spiegato.com/en/what-is-absolute-temperature

Abszolút hőmérséklet . (2010). ES-Academic. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/440424

Gázok kinetikai elmélete . (n.d.). Sc.Ehu.Es. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html