Tabla de Contenidos
Ciepło i zimno są mierzone za pomocą skali numerycznej zwanej temperaturą. Skale temperatur to sposób, w jaki komunikujemy się o pogodzie, mierzymy bezpieczeństwo i komfort oraz wyjaśniamy świat fizyczny. Wykorzystując linie bazowe wybrane przez naukowców do tworzenia względnych pomiarów, skale temperatury mierzą intensywność ciepła lub ilość energii cieplnej zawartej w materiale lub substancji (takiej jak powietrze, garnek z wodą lub powierzchnia słońca). Istnieją trzy powszechnie stosowane systemy miar: Fahrenheita, Celsjusza i Kelvina.
Co to jest temperatura?
Temperatura to energia mierzona za pomocą przyrządu zwanego termometrem, który pochodzi od greckich słów thermos (gorący) i metron (miara), zgodnie z internetowym słownikiem etymologicznym. Inna definicja temperatury mówi, że według Georgia State University jest to miara średniej energii kinetycznej (energii poruszającej się masy) cząsteczek substancji.
Według raportu z 2019 roku opublikowanego w czasopiśmie Nature Public Health Emergency Collection, starożytny grecki lekarz Hipokrates najwyraźniej nauczał, że ludzka ręka może być używana do oceny obecności gorączki u osoby już w 400 rpne. Jednak precyzyjne przyrządy do pomiaru temperatury ciała człowieka zostały opracowane dopiero w XVI i XVII wieku.
Kelvin: absolutna skala dla naukowców
W 1848 roku brytyjski matematyk i naukowiec William Thomson (znany również jako Lord Kelvin) zaproponował bezwzględną skalę temperatury, niezależną od właściwości substancji takiej jak lód czy ludzkie ciało. Zasugerował, że zakres możliwych temperatur we wszechświecie znacznie przekracza zakres proponowany przez stopnie Celsjusza i Fahrenheita. Według NIST koncepcja absolutnej minimalnej temperatury nie była nowa, ale Kelvin podał dokładną liczbę: 0 kelwinów równa się -273,15 C.
Temperatura termodynamiczna jest bezwzględna, a nie w stosunku do stałych punktów. Opisuje to ilość energii kinetycznej zawartej w cząstkach tworzących kroplę materii, poruszającą się i trzepoczącą na poziomach submikroskopowych, wyjaśnił Thomson. Gdy temperatura spada, cząstki zwalniają, aż w pewnym momencie wszelki ruch ustanie. Chodzi o zero absolutne, które jest odniesieniem w skali Kelvina.
zero absolutne
Zero bezwzględne występuje w temperaturze -273,15 C lub -459,67 F. Do niedawna naukowcy uważali, że ludzie nie są w stanie odtworzyć tej temperatury, ponieważ aby uzyskać takie zimno, do układu trzeba by dodać energię, aby go schłodzić, co oznaczałoby, że układ będzie gorętszy od zera bezwzględnego. Ale w 2013 roku niemieckim fizykom udało się doprowadzić cząstki do paradoksalnych temperatur poniżej zera absolutnego.
W umyśle Kelvina zero absolutne było punktem wyjścia dla skali temperatury, ale dla wygody użył znaczników i przedziałów powszechnie znanej skali Celsjusza jako podstawy dla własnej. Tak więc w skali Kelvina woda zamarza w temperaturze 273,15 K (0°C), a wrze w temperaturze 373,15 K, czyli w temperaturze 100°C. Kelwin jest określany jako jednostka, a nie stopień i odpowiada jednemu stopniowi w skali Celsjusza. Skala Kelvina jest używana głównie przez naukowców.
W 2018 roku kelwin został przedefiniowany, aby był bardziej precyzyjny, zgodnie z artykułem w magazynie Metrologia, a jego definicja jest teraz powiązana ze stałą Boltzmanna. Ta stała wiąże temperaturę z energią kinetyczną materii. Nowa definicja, według Generalnej Konferencji Miar i Wag, jest następująca: „Kelwin, symbol K, jest jednostką temperatury termodynamicznej w układzie SI; jego wielkość ustala się, ustalając wartość liczbową stałej Boltzmanna na dokładnie 1,380649 × 10-23 J K-1 [dżuli na kelwin]”.
Źródła
- Encyklopedia Britannica. (nd). stała Boltzmanna . Fizyka.
- Metrologia. (2019). Rewizja SI — wynik trzech dekad postępu w metrologii.
- Międzynarodowe Biuro Miar i Wag. (2006). Broszura dotycząca międzynarodowego układu jednostek miar (SI). Międzynarodowy Komitet Miar i Wag.
- TAK Broszura. (2019). Mise en pratique dla definicji kelwina w układzie SI. Komitet Konsultacyjny ds. Termometrii
