Mikä on absoluuttinen lämpötila?

Absoluuttinen lämpötila on lämpötila, joka mitataan absoluuttisella asteikolla, kuten Kelvinin asteikolla ja Rankinen asteikolla. Tämä tarkoittaa, että se on asteikko, joka alkaa nollasta (se ei hyväksy negatiivisia arvoja), jossa arvossa ymmärretään lämpötilan puuttuminen. Toisin sanoen absoluuttisella lämpötilalla tarkoitetaan lämpötilaa, jota aletaan mitata absoluuttisesta nollasta, joka on alin lämpötila, joka voidaan saavuttaa fysiikan lakien mukaan.

Mikä on lämpötila?

Lämpötila voidaan määrittää eri tavoin. Toisaalta se on aineen ominaisuus, jonka avulla voidaan määrittää, milloin kaksi kappaletta ovat termisessä tasapainossa keskenään. Määrittelemällä se tällä tavalla on mahdollista muodostaa suhteellinen lämpötila-asteikko, koska ratkaisevaa on se, mikä kehon tai järjestelmän lämpötila on suhteessa toiseen. Tämä on ajatus, joka mahdollisti yhteisten lämpötila-asteikkojen, nimittäin Celsius- tai Celsius-asteikon ja Fahrenheit-asteikon, kehittämisen.

Toisaalta lämpötila on myös järjestelmän muodostavien hiukkasten lämpösekoittumisen mitta. Itse asiassa kaasujen kineettis-molekyylimallin mukaan lämpötila on suora mitta kaasun muodostavien atomien ja molekyylien keskimääräisestä translaatioenergiasta.

Absoluuttisen lämpötila-asteikon asettaminen

Absoluuttinen lämpötila määritettiin ensin tutkimalla kaasujen käyttäytymistä. Esimerkiksi Lay of Charles ja Gay Lussac toteaa, että ihanteellisen kaasun lämpötilan ja tilavuuden välillä on suora verrannollinen suhde, joka ilmaistaan ​​seuraavalla yhtälöllä:

jossa K on suhteellisuusvakio. Tämä yhtälö on muodoltaan kasvava lineaarinen funktio, jonka kaltevuus on K. On kokeellisesti havaittu, että kaltevuus kasvaa kaasumoolien lukumäärän myötä ja pienenee paineen myötä, kuten seuraavassa kuvassa esitetään.

Ekstrapoloimalla nämä suhteellisen lämpötilan käyrät ( Celsius- tai Fahrenheit- asteina) tilavuuden funktiona eri alkupaineille ja erilaisille kaasun alkumäärille, voidaan nähdä, että kaikki viivat leikkaavat lämpötila-akselin samassa pisteessä, riippumatta lämpötilan arvosta. rinnettä. Tämä piste edustaa absoluuttista nollaa eli absoluuttisen lämpötilan aloituspistettä ja vastaa arvoa -273,15 °C tai -459,67 °F.

Yleisemmin lämpötila voidaan yhdistää ihanteellisen kaasun tilayhtälöön, joka on:

missä T on absoluuttinen lämpötila, P, V ja n ovat paine, tilavuus ja moolien lukumäärä ja R on ihanteellinen kaasuvakio . Tämä laki antaa meille mahdollisuuden mitata absoluuttista lämpötilaa eri tavoin käyttämällä kaasulämpömittaria.

Absoluuttiset lämpötila-asteikot

Riippumatta yksiköistä, joissa absoluuttinen lämpötila ilmaistaan, kaikki asteikot alkavat samasta pisteestä eli absoluuttisesta nollasta. Tätä lämpötilaa ei ilmaista millään yksiköllä, koska yksiköillä ei ole merkitystä, kun ilmaistaan ​​fyysisen ominaisuuden puuttuminen. Eli lämpötila absoluuttisessa nollassa on 0 (ei 0K tai 0°R). Tämä pätee mihin tahansa absoluuttiseen fysikaaliseen suureen, esimerkiksi olisi sama sanoa, että nesteen tilavuus on nolla sanoakseen sen olevan nolla litraa tai nolla kuutiometriä tai nolla kuutiometriä, joten nolla on parempi .

Kaikkien muiden lämpötilojen osalta ne on ilmaistava sopivina yksiköinä. Yleisesti käytössä on kaksi absoluuttista lämpötila-asteikkoa:

• Kelvinin asteikko.
• Rankinen asteikko.

Kelvinin lämpötila-asteikko

Olemme tämän asteikon velkaa Lord Kelvinille, joka tunnettiin aiemmin nimellä William Thomson, joka vuonna 1848 suunnitteli lämpömittarin, joka pystyy mittaamaan absoluuttista lämpötilaa riippumatta kaasusta, josta se on valmistettu. Tämä asteikko (nimettiin termodynaamiseksi lämpötila-asteikoksi, mutta nimettiin myöhemmin uudelleen Lord Kelvinin kunniaksi) osoittautui identtiseksi PT- tai VT-käyristä ekstrapoloimalla kehitetyn asteikon kanssa.

Tämän asteikon pääominaisuus on, että yksikön koko (kelvin tai K) on täsmälleen sama kuin Celsius-asteikko. Itse asiassa Kelvinin lämpötila-asteikko ei ole muuta kuin Celsius-asteikko siirtyi 273,15 yksikköä oikealle. Kelvin-asteikon ja celsiusasteikon välinen suhde on siis:

Kelvin-asteikko on ylivoimaisesti yleisimmin käytetty absoluuttinen lämpötila-asteikko tieteessä ja tekniikassa.

Rankinen lämpötila-asteikko

Tämä on absoluuttinen lämpötila-asteikko, jonka astekoko on yhtä suuri kuin Fahrenheit-aste. Tämän asteikon nolla vastaa -459,67 °F, joten se edustaa samaa Fahrenheit-asteikkoa käännettynä 459,67 yksikköä oikealle. Eli Rankinen asteikko liittyy Fahrenheitin asteikkoon seuraavan yhtälön kautta:

Kelvin-asteikon ja Rankinen asteikon välinen suhde

Koska sekä Rankinen asteikko että Kelvin-asteikko ovat absoluuttisia lämpötila-asteikkoja, ne molemmat alkavat samasta pisteestä, joten ainoa ero näiden kahden välillä on asteen koko. Molempien asteikkojen välinen suhde on tällöin sama suhde Celsius-asteen ja Fahrenheit-asteen välillä. Koska 1 °C on 9/5 tai 1,8 °F, °R:n ja K:n välinen suhde on:

Viitteet

Atkins, P. ja dePaula, J. (2010). Physical Chemistry (8. painos). Panamerican Medical Editorial.

Chang, R. ja Goldsby, K. (2013). Kemia (11. painos). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Connor, N. (2020, 16. tammikuuta). Mikä on Kelvin-asteikko? Absoluuttinen lämpötila: määritelmä . Lämpötekniikka. https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-kelvin-scale-absolute-temperature-definition/

Odaris. (n.d.). Absoluuttisen lämpötilan määritelmä . deQuimica.Com. https://dequimica.com/glosario/504/Absolute-Temperature

Spiegato. (2021, 14. heinäkuuta). Mikä on absoluuttinen lämpötila? https://spiegato.com/fi/mitä-on-absoluuttinen-lämpötila

Absoluuttinen lämpötila . (2010). ES-Akateeminen. https://es-academic.com/dic.nsf/eswiki/440424

Kaasujen kineettinen teoria . (n.d.). Sc.Ehu.Es. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html