ТЕМПЕРАТУРА


ТЕМПЕРАТУРА

(от лат. temperatura- надлежащее смешение, нормальное состояние), термодинамич. параметр, характеризующий состояние термич. равновесия макроскопич. системы. Наряду с давлением, хим. потенциалом и др. параметрами состояния, Т. относится к интенсивным величинам, т. к. не зависит от массы системы. Согласно принципу термич. равновесия, две фазы А и В, адиабатически изолированные от окружающей среды (внутр. энергии фаз соотв. Е А + Е В =>const), могут находиться в состоянии равновесия, к-рое характеризуется определенными значениями 4103-27.jpgи 4103-28.jpg А,< р B-> давления;4103-29.jpg, 4103-30.jpg -молярные объемы фаз). Экспериментально установлено, что если фаза А находится в равновесии с фазой В, а В-с С, то А и С также находятся в равновесии. Из принципа термич. равновесия следует, что каждая фаза обладает эмпирической Т. q-измеримым св-вом такого рода, что из q АA;4103-31.jpg) = qBB;4103-32.jpg) и qBB;4103-33.jpg) = qCC;4103-34.jpg) следует q А(p А;4103-35.jpg) = q с с;4103-36.jpg).

Если две фазы с разл. q приведены в тепловой контакт друг с другом через пов-сть раздела и q А > q В, возникает поток теплоты от А к В, т. е. от более нагретой фазы к менее нагретой. При q А = q В тепловой поток отсутствует. Принцип термич. равновесия впервые сформулирован Дж. Блэком в кон. 18 в. В термодинамику он введен, однако, позднее первого и второго начал термодинамики, поэтому его часто называют нулевым началом термодинамики.

Существует множество ф-ций q(p,4103-37.jpg), удовлетворяющих нулевому началу. Конкретный вид q(p,4103-38.jpg) определяется используемым измерит. прибором-термометром и способом построения термометрич. шкалы.

Понятие абсолютной Т. введено У. Томсоном (лордом Кельвином) в 1848 на основании теоремы Карно, согласно к-рой все обратимые тепловые машины, где рабочее тело совершает круговой процесс между нагревателем с эмпирической Т. q1 и холодильником с эмпирической Т. q2, имеют одинаковый кпд h, независимо от природы рабочего тела:

4103-39.jpg

где Q1- тепло, отбираемое рабочим телом от нагревателя, Q2 -тепло, передаваемое холодильнику. Значения q1 и q2 можно измерить с помощью произвольной шкалы Т., величины 4103-40.jpgи h при смене шкалы остаются постоянными. Абсолютная Т. вводится соотношением:

4103-41.jpg

где T1 и Т 2 -абсолютные Т. нагревателя и холодильника соотв., причем T1 есть ф-ция только q1, а Г 2 -только q2. Для построения шкалы абсолютной Т. достаточно приписать определенное значение Т, одному известному термич. состоянию. В настоящее время по международному соглашению принято, что абсолютная (термодинамич.) Т. плавления воды при нормальном давлении равна 273,15 К (точно). Абсолютный нуль Т. (или нулевая абсолютная Т.) имеют ясный физ. смысл как Т. холодильника в цикле Карно, при к-рой кпд тепловой машины h = 1. Тело, находящееся при нулевой Т., не способно передавать теплоту к.-л. другому телу. Единица измерения абсолютной Т. в системе СИ-градус Кельвина (Кельвин, К). Конкретные измерения абсолютной Т. осуществляются с помощью набора спец. термометров (подробнее см. Термометры, Термометрия).

Согласно строгой формулировке второго начала термодинамики (аксиоматика Каратеодори), абсолютная Т. вводится как интегрирующий делитель для бесконечно малого кол-ва теплоты dQ, полученного системой, обладающей внутренней энергией Е, в обратимом процессе. Величина dQ/T является полным дифференциалом ф-ции состояния S, наз. энтропией. Абсолютная Т. выражается соотношением:

4103-42.jpg

X1, X2, Х3,...-экстенсивные термодинамич. переменные (объем V, электростатич. индукция D, магн. индукция Ви т. п.). Абсолютная Т. и эмпирическая Т. q связаны аналит. зависимостью для систем, у к-рых Eявляется ф-цией только Ти V:

4103-43.jpg

Аналит. связь p,4103-44.jpgи Т для фазы наз. уравнением состояния. В статистической термодинамике аналогом ур-ния (1) служит соотношение:

4103-45.jpg

где термодинамич. вероятность, k- постоянная Больц-мана. Термодинамич. вероятность W(E )равна числу возможных состояний системы, при к-рых последняя обладает внутр. энергией Е. Термодинамич. вероятность связана с энтропией соотношением Больцмана S= kln W. Для обычной макроскопич. системы величина W- быстро возрастающая ф-ция Еи, следовательно, абсолютная Т. положительна.

Термич. равновесие двух систем А и В (E А + Е B =const), определяемое равенством т-р T А = Т B, соответствует наиб. вероятному распределению энергии между А и В. Если В представляет собой обширный тепловой резервуар (Е В >> E А), то абсолютная Т. определяет плотность вероятности Р(Е) для системы А находиться в состоянии с заданной энергией EA,r при термич. равновесии с системой В:

4103-46.jpg

где, суммирование ведется по всем значениям 4103-47.jpg энергии EA.r (r =1,2,... , п) подсистемы А (канонич. распределение Гиббса). Частными случаями канонич. распределения являются распределения молекул идеального газа по энергиям и скоростям (распределения Больцмана и Максвелла).

Важные физ. постоянные в-ва-его Т. кипения, плавления, фазовых переходов, полиморфных превращений, а также критическая Т. (см. Критическое состояние), тройные точки.

Практически все физ.-хим. величины зависят от Т. Важными примерами являются температурные зависимости:

1) константы скорости хим. р-ции к:

4103-48.jpg

где A -энергия активации, A-предэкспоненциальный множитель (см. Аррениуса уравнение, Константа скорости, Энергия активации).

2) Константы равновесия хим. р-ции К р:

4103-49.jpg

где R-газовая постоянная, 4103-50.jpg -стандартная энтальпия р-ции.

3) Теплового эффекта хим. р-ции при постоянном давлении (DH) и постоянном объеме (DU):

(9DН/9Т) р => р, (9DU/9Т)V >= D С V,

где H и U-энтальпия и внутр. энергия системы, С р и С V-> теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме соотв. (см. Кирхгофа уравнение).

4) Теплоты равновесного фазового перехода L:

4103-51.jpg

где 4103-52.jpg -изменение молярного объема при переходе в-ва из фазы 1 в фазу 2 (см. Клапейрона -Клаузиуса уравнение).

5) Стандартной электродвижущей силы E0 гальванич. цепи:

4103-53.jpg

где К р (Т)-константа равновесия электродного процесса, F-Фарадея постоянная, Z -число переносимых электронов (см. Электрохимические цепи).

6) Объемной плотности rv излучения абсолютно черного тела с частотой v (ф-ла Планка):

4103-54.jpg

где с-скорость света, h-постоянная Планка.

Полной объемной плотности излучения по всем частотам (закон Стефана - Больцмана):

4103-55.jpg

7) Степени ионизации a газа, состоящего из атомов А:

4103-56.jpg

где i -энергия ионизации атома, m-масса электрона; i, g> А -статистич. веса ионов и атомов (ур-ние Саха).

Понятие Т., сформулированное для равновесного состояния системы в целом, используется и для характеристики локального термодинамич. равновесия, если система в целом неравновесна и ее Т. рассматривается как непрерывная ф-ция координат и времени. При локальном термодинамич. равновесии малые элементы объема приближенно рассматриваются как равновесные, обладающие каждый своей Т., и учитывается обмен энергией (энтропией) между ними. Локальное термодинамич. равновесие-одно из осн. понятий термодинамики необратимых процессов. В ряде физ. задач неравновесная система м. б. разбита на подсистемы, в к-рых время установления термич. равновесия много меньше времени достижения равновесия системой в целом. Подобная ситуация м. б. охарактеризована тем, что каждой из подсистем соотносится своя Т., отличная от Т. других подсистем. Напр., в полупроводниках Т. электронов проводимости в сильном электрич. поле много выше Т. решетки; в плазме отдельно рассматривают Т. электронов и Т. ионов.

В нач. 50-х гг. 20 в. сформулировано понятие отрицательных абсолютных Т. Такие Т. могут возникать в системах, если с ростом энергии Етермодинамич. вероятность W(или энтропия S)не возрастает, а убывает, в результате чего производная 4103-57.jpg становится меньше нуля (см. ф-лы 1 и 2). Подобная ситуация реализуется для таких систем, в к-рых энергия Еограничена снизу и сверху. Так, двухуровневая система, состоящая из Nядерных спинов во внеш. магн. поле (напр., ионы Li+ в кристалле LiF), имеет миним. энергию NE1, максимальную NE2, где E1 и Е 2 -энергии спина ядра на нижнем и верхнем уровнях. Начиная с энергии, равной N(E1 + E2)/2, термодинамич. вероятность Wубывает с ростом энергии, что позволяет говорить об отрицательной Т. подсистемы (ионы Li+), но не для системы в целом. Рассматриваемая подсистема должна быть термически слабо связана с системой в целом, для к-рой отсутствуют ограничения по энергии.

При физ.-хим. исследованиях условно выделяют область низких Т. (см. Криохимия) и область высоких Т. (обычно 500-3000 К), к-рую рассматривают как химию высоких Т., или просто высокотемпературную химию. Т. в интервале 500-3000 К получают методами радиационного и лазерного нагрева, электронной и ионной бомбардировки. Объекты высокотемпературной химии, как правило,-неорг. соединения. Характерными чертами высокотемпературных хим. процессов являются: 1) сравнительно малая роль констант скорости, энергий активации и т. п. кинстич. факторов, поскольку скорость р-ций высока и в системе быстро устанавливается равновесие; 2) увеличение роли газовой (паровой) фазы из-за интенсивных процессов испарения; 3) необходимость учета влияния заряженных частиц-ионов и электронов, возникающих в результате термодиссоциации (см. Ионы в газах, Ионно-молекулярные реакции).Высокотемпературными процессами являются мн. металлургич. произ-ва, процессы напыления пленок, монокристаллов выращивания из газовой фазы и др.

Процессы в области Т. 3000-5000 К изучаются плазмо-химией.

Лит.: Кричевский И. Р., Понятия и основы термодинамики, 3 изд., М., 1962; Рей Ф., Статистическая термодинамика, пер. о англ., М., 1986.

М. В. Коробов.



Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.

Синонимы:

Смотреть что такое "ТЕМПЕРАТУРА" в других словарях:

  • Температура — Размерность Θ Единицы измерения СИ К …   Википедия

  • ТЕМПЕРАТУРА — (1) одна из основных физических величин (др. масса, объём, давление), характеризующая тепловое состояние тела (состояние термодинамического равновесия макроскопической системы). Т. является мерой кинетической энергии теплового движения атомов и… …   Большая политехническая энциклопедия

  • ТЕМПЕРАТУРА — ТЕМПЕРАТУРА, температуры, жен. (лат. temperatura). Степень нагретости чего нибудь. Низкая температура. Высокая температура. Средняя температура страны. Температура кипения. Температура замерзания. Температура упала. Температура поднялась. ||… …   Толковый словарь Ушакова

  • Температура — – физическая величина, характеризующая степень нагрева системы, пропорциональная средней кинетической энергии хаотического движения частиц, составляющих систему. [Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург, 2002 г.] …   Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

  • температура — низкая температура. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. температура ликвидус, жар Словарь русских синонимов …   Словарь синонимов

  • температура — ы, ж. température f., нем. Temperatur <лат. temperatura < temperatio нормальное состояние; соразмерность. 1. Степень нагретости чего л. БАС 1. Купались, да что толку, температура воды от 20 до 22 <градусов>, ничего не прохлаждает.… …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • ТЕМПЕРАТУРА — (лат.). 1) тепловое состояние тела, измеряемое помощью термометра. 2) уклонение тонов от акустической чистоты, необходимой для настройки таких инструментов как фортепиано, орган и духовые с клапанами и вентилями. Словарь иностранных слов,… …   Словарь иностранных слов русского языка

  • ТЕМПЕРАТУРА — • ТЕМПЕРАТУРА, в биологии интенсивность тепла. У теплокровных (ГОМОЙОТЕРМНЫХ) животных, таких, как птицы и млекопитающие, температура тела поддерживается в узких пределах независимо от температуры окружающей среды. Это обусловлено мышечной… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ТЕМПЕРАТУРА — (от лат. temperatura надлежащее смешение нормальное состояние), физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы. Температура всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система …   Большой Энциклопедический словарь

  • Температура — (лат. temperatura), один из важнейших абиотических факторов окружающей среды, прямо или косвенно влияющий на живые организмы. В зависимости от характера теплообмена с окружающей средой животные делятся на 2 эколого физиологической группы… …   Экологический словарь

  • ТЕМПЕРАТУРА — (от лат. temperatura надлежащее смешение, нормальное состояние), физич. величина, характеризующая состояние термодинамич. равновесия макроскопич. системы. Т. одинакова для всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии… …   Физическая энциклопедия

Книги

  • Температура почвы в С.- Петербурге. Том II, № 11, С. Гласек. Метеорологический сборник императорской Академии наук. Воспроизведено в оригинальной авторской орфографии издания 1892 года (издательство "С.-Петербург. Типография Императорской Академии… Подробнее  Купить за 1489 руб
  • Температура, Т. Куинн. В книге обобщены результаты развития термометрии за последние 25 лет в интервале от 0, 5 до 3000 К. Подробно рассмотрены принципы построенная термодинамической и и практических температурных… Подробнее  Купить за 441 руб
  • Температура, Смородинский Я.. Перед читателями — популярный рассказ о том, как возникло понятие температуры и как была создана температурная шкала. В книге описываются основные понятия термодинамики и статистической… Подробнее  Купить за 369 руб
Другие книги по запросу «ТЕМПЕРАТУРА» >>