Vad är absolut temperatur?

Absolut temperatur är temperatur mätt i termer av en absolut skala, såsom Kelvin-skalan och Rankine-skalan. Det betyder att det är en skala som börjar från noll (den tillåter inte negativa värden), i vilket värde det är underförstått att det finns en frånvaro av temperatur. Med andra ord förstås absolut temperatur som den temperatur som börjar mätas från absoluta nollpunkten, vilket är den lägsta temperatur som kan uppnås enligt fysikens lagar.

Vad är temperatur?

Temperaturen kan definieras på olika sätt. Å ena sidan är det en egenskap hos materien som gör det möjligt att avgöra när två kroppar är i termisk jämvikt med varandra. Genom att definiera det på detta sätt är det möjligt att fastställa en relativ temperaturskala, eftersom det som spelar roll är vilken temperatur en kropp eller ett system är i förhållande till den andra. Detta är idén som möjliggjorde utvecklingen av vanliga temperaturskalor, nämligen Celsius- eller Celsiusskalan och Fahrenheit-skalan.

Å andra sidan är temperatur också ett mått på den termiska omrörningen av de partiklar som utgör ett system. I själva verket, enligt den kinetisk-molekylära modellen av gaser, är temperatur ett direkt mått på den genomsnittliga translationella kinetiska energin för atomerna och molekylerna som utgör en gas.

Ställa in den absoluta temperaturskalan

Den absoluta temperaturen bestämdes först genom att studera gasernas beteende. Till exempel säger Lay of Charles and Gay Lussac att det finns ett direkt proportionellt förhållande mellan temperaturen och volymen av en idealgas, vilket uttrycks av följande ekvation:

där K är en proportionalitetskonstant. Denna ekvation har formen av en ökande linjär funktion med lutningen K. Det observeras experimentellt att lutningen ökar med antalet mol gas, och minskar med trycket, enligt schemat i följande bild.

Genom att extrapolera tillbaka dessa diagram av relativ temperatur (i Celsius eller i Fahrenheit ) mot volym för olika initiala tryck och för olika initiala mängder gas, kan man se att alla linjer skär temperaturaxeln vid samma punkt, oavsett värdet på backen. Denna punkt representerar den absoluta nollpunkten, det vill säga startpunkten för den absoluta temperaturen och motsvarar ett värde på -273,15 °C eller -459,67 °F.

Mer generellt kan temperatur associeras med den ideala gasekvationen för tillstånd, det vill säga:

där T är den absoluta temperaturen, P, V och n är trycket, volymen och antalet mol, och R är den ideala gaskonstanten. Denna lag tillåter oss att mäta absolut temperatur på olika sätt genom att använda en gastermometer.

Absoluta temperaturskalor

Oavsett i vilka enheter den absoluta temperaturen uttrycks börjar alla skalor vid samma punkt, det vill säga vid absolut noll. Denna temperatur uttrycks inte i någon enhet eftersom enheterna är irrelevanta när man uttrycker frånvaron av en fysisk egenskap. Det vill säga att temperaturen vid absolut noll är 0 (inte 0K eller 0°R). Detta är så för alla absoluta fysiska kvantiteter, till exempel skulle det vara samma sak att säga att volymen av en vätska är noll för att säga att den är noll liter, eller noll kubikmeter eller noll kubikmil, så noll är att föredra .

För alla andra temperaturer blir det nödvändigt att uttrycka dem i lämpliga enheter. Det finns två absoluta temperaturskalor i vanlig användning:

• Kelvinskalan.
• Rankine skala.

Temperaturskalan på Kelvin

Vi är skyldiga denna våg till Lord Kelvin, tidigare känd som William Thomson, som 1848 designade en termometer som kan mäta absolut temperatur oavsett vilken gas den tillverkades av. Denna skala (som heter den termodynamiska skalan för temperatur, men senare omdöpt för att hedra Lord Kelvin) visade sig vara identisk med den skala som utvecklats genom extrapolering från PT- eller VT-kurvorna.

Huvuddragen i denna skala är att storleken på enheten (kelvin eller K) är exakt densamma som Celsiusskalan. Faktum är att Kelvin-temperaturskalan inte är mer än att Celsiusskalan flyttade 273,15 enheter åt höger. Förhållandet mellan Kelvin-skalan och Celsiusskalan är därför:

Kelvinskalan är den överlägset mest använda absoluta temperaturskalan inom vetenskap och teknik.

Rankine temperaturskala

Detta är den absoluta temperaturskalan som har en gradstorlek lika med en grad Fahrenheit. Nollan på denna skala motsvarar -459,67 °F, så den representerar samma Fahrenheit-skala översatt 459,67 enheter till höger. Det vill säga, Rankine-skalan är relaterad till Fahrenheit-skalan genom följande ekvation:

Samband mellan Kelvinskalan och Rankineskalan

Eftersom både Rankine-skalan och Kelvin-skalan är absoluta temperaturskalor, börjar de båda vid samma punkt, så den enda skillnaden mellan de två är gradens storlek. Förhållandet mellan båda skalorna är då samma förhållande mellan storleken på en Celsius-grad och en Fahrenheit-grad. Eftersom 1 °C är lika med 9/5 eller 1,8 °F, är förhållandet mellan °R och K:

Referenser

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Fysikalisk kemi (8:e upplagan). Panamerican Medical Editorial.

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chemistry (11:e upplagan). McGraw-Hill Interamericana de España SL

Connor, N. (2020, 16 januari). Vad är Kelvin-skalan? Absolut temperatur: definition . Termisk teknik. https://www.thermal-engineering.org/en/what-is-the-kelvin-scale-absolute-temperature-definition/

Odaris. (n.d.). Absolut temperaturdefinition . deQuimica.Com. https://dequimica.com/glosario/504/Absolute-Temperature

Spiegato. (2021, 14 juli). Vad är absolut temperatur? https://spiegato.com/en/what-is-absolute-temperature

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

Kinetisk teori för gaser . (n.d.). Sc.Ehu.Es. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html