Co to jest temperatura bezwzględna?

Temperatura bezwzględna to temperatura mierzona w skali absolutnej, takiej jak skala Kelvina i skala Rankine’a. Oznacza to, że jest to skala rozpoczynająca się od zera (nie dopuszczająca wartości ujemnych), w której to wartości rozumie się brak temperatury. Innymi słowy, przez temperaturę bezwzględną rozumie się temperaturę, która zaczyna być mierzona od zera bezwzględnego, czyli najniższej temperatury, jaką można osiągnąć zgodnie z prawami fizyki.

Co to jest temperatura?

Temperaturę można definiować na różne sposoby. Z jednej strony jest to właściwość materii, która pozwala określić, kiedy dwa ciała znajdują się ze sobą w równowadze termicznej. Definiując ją w ten sposób, można ustalić względną skalę temperatury, ponieważ liczy się to, jaka jest temperatura ciała lub układu w stosunku do drugiego. To jest pomysł, który pozwolił na opracowanie powszechnych skal temperatur, a mianowicie skali Celsjusza lub Celsjusza i skali Fahrenheita.

Z drugiej strony temperatura jest również miarą termicznego mieszania cząstek tworzących układ. W rzeczywistości, zgodnie z kinetyczno-molekularnym modelem gazów, temperatura jest bezpośrednią miarą średniej translacyjnej energii kinetycznej atomów i cząsteczek tworzących gaz.

Ustawianie bezwzględnej skali temperatury

Temperaturę bezwzględną określono najpierw, badając zachowanie gazów. Na przykład Lay of Charles and Gay Lussac stwierdza, że ​​istnieje bezpośredni proporcjonalny związek między temperaturą a objętością gazu doskonałego, co wyraża następujące równanie:

gdzie K jest stałą proporcjonalności. To równanie ma postać rosnącej funkcji liniowej o nachyleniu K. Eksperymentalnie zaobserwowano, że nachylenie rośnie wraz z liczbą moli gazu i maleje wraz z ciśnieniem, jak pokazano schematycznie na poniższym obrazku.

Ekstrapolując wstecz te wykresy temperatury względnej (w stopniach Celsjusza lub Fahrenheita ) w funkcji objętości dla różnych ciśnień początkowych i różnych początkowych ilości gazu, można zauważyć, że wszystkie linie przecinają oś temperatury w tym samym punkcie, niezależnie od wartości zbocze. Ten punkt reprezentuje zero absolutne, czyli punkt początkowy temperatury bezwzględnej i odpowiada wartości -273,15 °C lub -459,67 °F.

Mówiąc bardziej ogólnie, temperaturę można powiązać z równaniem stanu gazu doskonałego, to znaczy:

gdzie T to temperatura bezwzględna, P, V i n to ciśnienie, objętość i liczba moli, a R to stała gazu doskonałego. To prawo pozwala nam mierzyć temperaturę bezwzględną na różne sposoby za pomocą termometru gazowego.

Bezwzględne skale temperatury

Niezależnie od jednostek, w jakich wyrażana jest temperatura bezwzględna, wszystkie skale zaczynają się w tym samym punkcie, czyli od zera bezwzględnego. Ta temperatura nie jest wyrażona w żadnej jednostce, ponieważ jednostki te nie mają znaczenia przy wyrażaniu braku właściwości fizycznej. Oznacza to, że temperatura w punkcie zera bezwzględnego wynosi 0 (nie 0K lub 0°R). Dzieje się tak dla każdej bezwzględnej wielkości fizycznej, na przykład, to samo byłoby powiedzieć, że objętość cieczy wynosi zero, aby powiedzieć, że wynosi zero litrów, zero metrów sześciennych lub zero mil sześciennych, więc zero jest preferowane .

Dla wszystkich innych temperatur konieczne staje się wyrażenie ich w odpowiednich jednostkach. W powszechnym użyciu są dwie bezwzględne skale temperatury:

• Skala Kelvina.
• Skala Rankine’a.

Skala Kelvina temperatury

Skalę tę zawdzięczamy Lordowi Kelvinowi, znanemu wcześniej jako William Thomson, który w 1848 roku zaprojektował termometr zdolny do pomiaru temperatury bezwzględnej niezależnie od gazu, z którego został wykonany. Skala ta (nazwana termodynamiczną skalą temperatury, ale później przemianowana na cześć Lorda Kelvina) okazała się identyczna ze skalą opracowaną przez ekstrapolację z krzywych PT lub VT.

Główną cechą tej skali jest to, że rozmiar jednostki (kelwin lub K) jest dokładnie taki sam jak skala Celsjusza. W rzeczywistości skala temperatury Kelvina to nic innego jak skala Celsjusza przesunięta o 273,15 jednostek w prawo. Zależność między skalą Kelvina a skalą Celsjusza jest zatem:

Skala Kelvina jest zdecydowanie najczęściej stosowaną bezwzględną skalą temperatury w nauce i inżynierii.

Skala temperatury Rankine’a

Jest to bezwzględna skala temperatury, która ma stopień równy stopniowi Fahrenheita. Zero tej skali jest równoważne -459,67 ° F, więc reprezentuje tę samą skalę Fahrenheita przesuniętą o 459,67 jednostek w prawo. Oznacza to, że skala Rankine’a jest powiązana ze skalą Fahrenheita za pomocą następującego równania:

Związek między skalą Kelvina a skalą Rankine’a

Ponieważ zarówno skala Rankine’a, jak i skala Kelvina są bezwzględnymi skalami temperatury, obie zaczynają się w tym samym punkcie, więc jedyną różnicą między nimi jest wielkość stopnia. Zależność między obiema skalami jest wtedy taka sama, jak między stopniem Celsjusza a stopniem Fahrenheita. Ponieważ 1 ° C jest równe 9/5 lub 1,8 ° F, to związek między ° R i K jest następujący:

Bibliografia

Atkins, P. i dePaula, J. (2010). Chemia fizyczna (wyd. 8). Panamerican Medical Editorial.

Chang, R. i Goldsby, K. (2013). Chemia (wyd. 11). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Connor, N. (2020, 16 stycznia). Co to jest skala Kelvina? Temperatura bezwzględna: definicja . Inżynieria cieplna. https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-kelvin-scale-absolute-temperature-definition/

Odaris. (nd). Definicja temperatury bezwzględnej . deQuimica.Com. https://dequimica.com/glosario/504/Absolute-Temperature

Spiegato. (2021, 14 lipca). Co to jest temperatura bezwzględna? https://spiegato.com/en/What-is-absolute-temperature

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

Kinetyczna teoria gazów . (nd). Sc.Ehu.Es. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html