Nhiệt độ tuyệt đối là gì?

Nhiệt độ tuyệt đối là nhiệt độ được đo theo thang đo tuyệt đối, chẳng hạn như thang đo Kelvin và thang đo Rankine. Điều này có nghĩa là nó là một thang đo bắt đầu từ 0 (nó không chấp nhận các giá trị âm), trong đó giá trị được hiểu là không có nhiệt độ. Nói cách khác, nhiệt độ tuyệt đối được hiểu là nhiệt độ bắt đầu được đo từ độ không tuyệt đối, là nhiệt độ thấp nhất có thể đạt tới theo các định luật vật lý.

Nhiệt độ là gì?

Nhiệt độ có thể được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau. Một mặt, đó là một tính chất của vật chất cho phép xác định thời điểm hai vật ở trạng thái cân bằng nhiệt với nhau. Bằng cách xác định nó theo cách này, có thể thiết lập một thang nhiệt độ tương đối, vì điều quan trọng là nhiệt độ của một vật thể hoặc hệ thống có mối quan hệ như thế nào với vật thể hoặc hệ thống khác. Đây là ý tưởng cho phép phát triển các thang đo nhiệt độ phổ biến, cụ thể là thang đo độ C hoặc độ C và thang độ Fahrenheit.

Mặt khác, nhiệt độ còn là đại lượng đo mức độ kích động nhiệt của các phần tử cấu tạo nên hệ thống. Trên thực tế, theo mô hình động học phân tử của chất khí, nhiệt độ là thước đo trực tiếp động năng tịnh tiến trung bình của các nguyên tử và phân tử tạo nên chất khí.

Cài đặt thang đo nhiệt độ tuyệt đối

Nhiệt độ tuyệt đối lần đầu tiên được xác định bằng cách nghiên cứu hành vi của khí. Ví dụ, Lay của Charles và Gay Lussac nói rằng có một mối quan hệ tỷ lệ thuận trực tiếp giữa nhiệt độ và thể tích của một loại khí lý tưởng, như được biểu thị bằng phương trình sau:

trong đó K là hằng số tỷ lệ. Phương trình này có dạng hàm tuyến tính tăng dần với hệ số góc K. Người ta quan sát bằng thực nghiệm rằng hệ số góc tăng theo số mol khí và giảm theo áp suất, như được biểu diễn trong hình dưới đây.

Bằng cách ngoại suy ngược lại các đồ thị này của nhiệt độ tương đối (tính bằng độ C hoặc độ F ) so với thể tích đối với các áp suất ban đầu khác nhau và đối với các lượng khí ban đầu khác nhau, có thể thấy rằng tất cả các đường cắt nhau trên trục nhiệt độ tại cùng một điểm, bất kể giá trị của con dốc. Điểm này biểu thị độ không tuyệt đối, nghĩa là điểm bắt đầu của nhiệt độ tuyệt đối và tương ứng với giá trị -273,15 °C hoặc -459,67 °F.

Tổng quát hơn, nhiệt độ có thể được liên kết với phương trình trạng thái khí lý tưởng, đó là:

trong đó T là nhiệt độ tuyệt đối, P, V và n là áp suất, thể tích và số mol và R là hằng số khí lý tưởng. Định luật này cho phép chúng ta đo nhiệt độ tuyệt đối theo nhiều cách khác nhau thông qua việc sử dụng nhiệt kế khí.

Thang đo nhiệt độ tuyệt đối

Bất kể đơn vị nào biểu thị nhiệt độ tuyệt đối, tất cả các thang đo đều bắt đầu tại cùng một điểm, nghĩa là ở độ không tuyệt đối. Nhiệt độ này không được biểu thị bằng bất kỳ đơn vị nào vì các đơn vị không liên quan khi biểu thị sự vắng mặt của một thuộc tính vật lý. Nghĩa là, nhiệt độ ở độ không tuyệt đối là 0 (không phải 0K hay 0°R). Ví dụ, điều này đúng với bất kỳ đại lượng vật lý tuyệt đối nào, sẽ giống nhau khi nói rằng thể tích của một chất lỏng bằng 0 để nói rằng nó bằng 0 lít, hoặc 0 mét khối hoặc 0 dặm khối, vì vậy số 0 được ưu tiên hơn .

Đối với tất cả các nhiệt độ khác, cần phải biểu thị chúng theo đơn vị thích hợp. Có hai thang đo nhiệt độ tuyệt đối được sử dụng phổ biến:

• Thang đo Kelvin.
• thang đo Rankin.

Thang nhiệt độ Kelvin

Chúng tôi mang ơn thang đo này cho Lord Kelvin, trước đây gọi là William Thomson, người, vào năm 1848, đã thiết kế một nhiệt kế có khả năng đo nhiệt độ tuyệt đối bất kể loại khí mà nó được tạo ra. Thang đo này (được đặt tên là thang đo nhiệt độ nhiệt động lực học, nhưng sau đó được đổi tên để tôn vinh Lord Kelvin) hóa ra giống hệt với thang đo được phát triển bằng phép ngoại suy từ các đường cong PT hoặc VT.

Đặc điểm chính của thang đo này là kích thước của đơn vị (kelvin hoặc K) hoàn toàn giống với thang đo độ C. Trên thực tế, thang đo nhiệt độ Kelvin chẳng qua là thang đo Celsius dịch chuyển 273,15 đơn vị sang phải. Do đó, mối quan hệ giữa thang Kelvin và thang centigrade là:

Thang kelvin cho đến nay là thang nhiệt độ tuyệt đối được sử dụng rộng rãi nhất trong khoa học và kỹ thuật.

Thang đo nhiệt độ Rankine

Đây là thang đo nhiệt độ tuyệt đối có kích thước độ bằng một độ Fahrenheit. Số 0 của thang đo này tương đương với -459,67 °F, do đó, nó đại diện cho thang đo Fahrenheit tương tự được dịch sang phải 459,67 đơn vị. Nghĩa là, thang đo Rankine có liên quan đến thang đo Fahrenheit thông qua phương trình sau:

Mối quan hệ giữa thang đo Kelvin và thang đo Rankine

Vì cả thang đo Rankine và thang đo Kelvin đều là thang đo nhiệt độ tuyệt đối, cả hai đều bắt đầu tại cùng một điểm, do đó, sự khác biệt duy nhất giữa hai thang đo này là kích thước của độ. Mối quan hệ giữa cả hai thang đo sau đó là cùng một mối quan hệ giữa độ lớn của độ C và độ Fahrenheit. Vì 1 °C bằng 9/5 hoặc 1,8 °F, nên mối quan hệ giữa °R và K là:

Người giới thiệu

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Hóa học vật lý (tái bản lần thứ 8). Biên tập y tế Panamerican.

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Hóa học (tái bản lần thứ 11). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Connor, N. (2020, ngày 16 tháng 1). Thang đo Kelvin là gì? Nhiệt độ tuyệt đối: định nghĩa . Kỹ Thuật Nhiệt. https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-kelvin-scale-absolute-Temperature-definition/

Odaris. (n.d.). Định nghĩa nhiệt độ tuyệt đối deQuimica.Com. https://dequimica.com/glosario/504/Absolute-Temperature

Spiegato. (2021, ngày 14 tháng 7). Nhiệt độ tuyệt đối là gì? https://spiegato.com/en/what-is-absolute-Temp

nhiệt độ tuyệt đối . (2010). ES-học thuật. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/440424

Thuyết động học chất khí . (n.d.). Sc.Ehu.Es. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html