อุณหภูมิสัมบูรณ์คืออะไร?

อุณหภูมิสัมบูรณ์คืออุณหภูมิที่วัดเป็นมาตราส่วนสัมบูรณ์ เช่นมาตราส่วนเคลวินและมาตราส่วนแรงคิน ซึ่งหมายความว่าเป็นสเกลที่เริ่มต้นจากศูนย์ (ไม่ยอมรับค่าลบ) ซึ่งเป็นค่าที่เข้าใจว่าไม่มีอุณหภูมิ กล่าวอีกนัยหนึ่งอุณหภูมิสัมบูรณ์เป็นที่เข้าใจว่าเป็นอุณหภูมิที่เริ่มวัดจากศูนย์สัมบูรณ์ ซึ่งเป็นอุณหภูมิต่ำสุดที่สามารถเข้าถึงได้ตามกฎของฟิสิกส์

อุณหภูมิคืออะไร?

สามารถกำหนดอุณหภูมิได้หลายวิธี ในแง่หนึ่ง มันเป็นคุณสมบัติของสสารที่ทำให้สามารถระบุได้ว่าเมื่อใดที่วัตถุทั้งสองอยู่ในสมดุลทางความร้อนซึ่งกันและกัน การกำหนดด้วยวิธีนี้ทำให้สามารถสร้างมาตราส่วนสัมพัทธ์ของอุณหภูมิได้ เนื่องจากสิ่งสำคัญคืออุณหภูมิของร่างกายหรือระบบหนึ่งมีความสัมพันธ์กับอีกระบบหนึ่ง นี่คือแนวคิดที่ก่อให้เกิดการพัฒนามาตราส่วนอุณหภูมิทั่วไป ได้แก่ มาตราส่วนเซลเซียสหรือเซนติเกรดและมาตราส่วนฟาเรนไฮต์

ในทางกลับกัน อุณหภูมิยังเป็นตัววัดการกวนด้วยความร้อนของอนุภาคที่ประกอบกันเป็นระบบ ตามแบบจำลองจลน์โมเลกุลของก๊าซ อุณหภูมิเป็นตัวชี้วัดโดยตรงของพลังงานจลน์แปลเฉลี่ยของอะตอมและโมเลกุลที่ประกอบกันเป็นก๊าซ

การตั้งค่าระดับอุณหภูมิสัมบูรณ์

อุณหภูมิสัมบูรณ์ถูกกำหนดโดยการศึกษาพฤติกรรมของก๊าซก่อน ตัวอย่างเช่น Lay of Charles และ Gay Lussac กล่าวว่ามีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างอุณหภูมิและปริมาตรของก๊าซในอุดมคติ ดังแสดงโดยสมการต่อไปนี้:

โดยที่ K คือค่าคงที่ของสัดส่วน สมการนี้มีรูปแบบของฟังก์ชันเชิงเส้นที่เพิ่มขึ้นด้วยความชัน K สังเกตจากการทดลองว่าความชันเพิ่มขึ้นตามจำนวนโมลของแก๊ส และลดลงตามความดัน ดังแผนผังในภาพต่อไปนี้

โดยการคาดคะเนค่าสัมพัทธ์ของอุณหภูมิสัมพัทธ์ (ในหน่วยเซลเซียสหรือฟาเรนไฮต์ ) กับปริมาตรสำหรับความดันเริ่มต้นที่แตกต่างกันและสำหรับปริมาณก๊าซเริ่มต้นที่แตกต่างกัน จะเห็นได้ว่าเส้นทุกเส้นตัดแกนอุณหภูมิที่จุดเดียวกัน โดยไม่คำนึงถึงค่าของ ความลาดชัน. จุดนี้แสดงถึงศูนย์สัมบูรณ์ นั่นคือ จุดเริ่มต้นของอุณหภูมิสัมบูรณ์ และสอดคล้องกับค่า -273.15 °C หรือ -459.67 °F

โดยทั่วไป อุณหภูมิสามารถเชื่อมโยงกับสมการของก๊าซในอุดมคติ นั่นคือ:

โดยที่ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ P, V และ n คือความดัน ปริมาตร และจำนวนโมล และ R คือค่าคงที่ของแก๊สในอุดมคติ กฎหมายนี้ช่วยให้เราสามารถวัดอุณหภูมิสัมบูรณ์ได้หลายวิธีโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบแก๊ส

เครื่องชั่งอุณหภูมิสัมบูรณ์

โดยไม่คำนึงถึงหน่วยที่แสดงอุณหภูมิสัมบูรณ์ เครื่องชั่งทั้งหมดจะเริ่มต้นที่จุดเดียวกัน นั่นคือที่ศูนย์สัมบูรณ์ อุณหภูมินี้ไม่ได้แสดงเป็นหน่วยใดๆ เนื่องจากหน่วยไม่เกี่ยวข้องเมื่อแสดงว่าไม่มีคุณสมบัติทางกายภาพ นั่นคือ อุณหภูมิที่ศูนย์สัมบูรณ์คือ 0 (ไม่ใช่ 0K หรือ 0°R) นี่เป็นเช่นนี้สำหรับปริมาณทางกายภาพสัมบูรณ์ใดๆ เช่น การบอกว่าปริมาตรของของเหลวเป็นศูนย์จะเหมือนกับศูนย์ลิตร หรือศูนย์ลูกบาศก์เมตรหรือศูนย์ลูกบาศก์ไมล์ ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้ศูนย์

สำหรับอุณหภูมิอื่นๆ จำเป็นต้องแสดงเป็นหน่วยที่เหมาะสม มีสเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์สองแบบที่ใช้กันทั่วไป:

• มาตราส่วนเคลวิน
• ระดับแรนคิน

ระดับเคลวินของอุณหภูมิ

เราเป็นหนี้สเกลนี้กับลอร์ดเคลวิน ซึ่งเดิมชื่อวิลเลียม ทอมสัน ผู้ซึ่งในปี 1848 ได้ออกแบบเทอร์โมมิเตอร์ที่สามารถวัดอุณหภูมิสัมบูรณ์ได้โดยไม่คำนึงว่าก๊าซที่ผลิตออกมาจะเป็นอย่างไร สเกลนี้ (ตั้งชื่อสเกลอุณหพลศาสตร์ของอุณหภูมิ แต่ภายหลังเปลี่ยนชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่ลอร์ดเคลวิน) ปรากฏว่าเหมือนกับสเกลที่พัฒนาโดยการคาดคะเนจากเส้นโค้ง PT หรือ VT

คุณสมบัติหลักของมาตราส่วนนี้คือขนาดของหน่วย (เคลวินหรือ K) จะเหมือนกับมาตราส่วนเซลเซียสทุกประการ อันที่จริง สเกลอุณหภูมิเคลวินไม่มีอะไรมากไปกว่าสเกลเซลเซียสที่เลื่อนไปทางขวา 273.15 หน่วย ความสัมพันธ์ระหว่างมาตราส่วนเคลวินกับมาตราส่วนเซนติเกรดจึงเป็นดังนี้

สเกลเคลวินเป็นสเกลอุณหภูมิสัมบูรณ์ที่ใช้กันแพร่หลายมากที่สุดในวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม

ระดับอุณหภูมิแรงคิน

นี่คือมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ที่มีขนาดองศาเท่ากับองศาฟาเรนไฮต์ ศูนย์ของมาตราส่วนนี้เทียบเท่ากับ -459.67 °F ดังนั้นจึงแสดงถึงมาตราส่วนฟาเรนไฮต์เดียวกันซึ่งแปลเป็น 459.67 หน่วยทางด้านขวา นั่นคือ ระดับแรงคินเกี่ยวข้องกับระดับฟาเรนไฮต์ผ่านสมการต่อไปนี้:

ความสัมพันธ์ระหว่างมาตราส่วนเคลวินกับมาตราส่วนแรงคิน

เนื่องจากทั้งมาตราส่วนแรงคินและมาตราส่วนเคลวินเป็นมาตราส่วนอุณหภูมิสัมบูรณ์ ทั้งสองอย่างนี้เริ่มต้นที่จุดเดียวกัน ดังนั้นความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างทั้งสองประการคือขนาดขององศา ความสัมพันธ์ระหว่างมาตราส่วนทั้งสองจะเป็นความสัมพันธ์แบบเดียวกันระหว่างขนาดขององศาเซลเซียสและองศาฟาเรนไฮต์ เนื่องจาก 1 °C เท่ากับ 9/5 หรือ 1.8 °F ดังนั้นความสัมพันธ์ระหว่าง °R และ K คือ:

อ้างอิง

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). เคมีเชิงฟิสิกส์ (ฉบับที่ 8) บรรณาธิการการแพทย์ Panamerican

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). เคมี (ฉบับที่ 11) McGraw-Hill Interamericana de España SL

Connor, N. (2020, 16 มกราคม). มาตราส่วนเคลวินคืออะไร? อุณหภูมิสัมบูรณ์: คำจำกัดความ . วิศวกรรมความร้อน. https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-kelvin-scale-absolute-temperature-definition/

โอดาริส (น.ป.). คำจำกัดความของ อุณหภูมิสัมบูรณ์ deQuimica.Com. https://dequimica.com/glosario/504/Absolute-Temperature

สปีกาโต. (2021, 14 กรกฎาคม). อุณหภูมิสัมบูรณ์คืออะไร? https://spiegato.com/th/what-is-absolute-temperature

อุณหภูมิสัมบูรณ์ (2553). ES-วิชาการ. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/440424

ทฤษฎีจลน์ของแก๊ส (น.ป.). Sc.Ehu.Es. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html