Hőmérséklet
| Ez a szócikk nem tünteti fel a független forrásokat, amelyeket felhasználtak a készítése során. Emiatt nem tudjuk közvetlenül ellenőrizni, hogy a szócikkben szereplő állítások helytállóak-e. Segíts megbízható forrásokat találni az állításokhoz! Lásd még: A Wikipédia nem az első közlés helye. |
A hőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó. Változása szorosan összefügg az anyag más makroszkopikus tulajdonságainak változásával. E jellemzőt az ember elsősorban tapintás útján, a hőérzettel észleli, másodsorban hőmérő segítségével. A hőtan, más néven termodinamika tudományának egyik alapfogalma, intenzív mennyiség, tehát nem additív, két test között hőáramlással kiegyenlítődésre törekszik. A hőmérőkben található folyadék - legtöbbször higany vagy etanol - folyadékszintje a hőmérséklet-változás hatására végbemenő hőtágulás miatt változik. Fizikai szempontból a termodinamikai hőmérséklet az anyagot felépítő részecskék átlagos mozgási energiájával kapcsolatos mennyiség. A részecskék egy szabadsági fokra (például egy kitüntetett irányú mozgásra) jutó mozgási energiájának hosszabb időtávon mért átlaga T hőmérsékleten kT, ahol k a Boltzmann-állandó. Hangsúlyozzuk tehát, hogy a hőmérséklet egy olyan fizikai mennyiség, amit meghatározásakor arányosnak választottak az anyagrészecskék mozgási energiájával, és a Boltzmann-állandó a választott skáláink miatt lesz adott értékű. Látszik, hogy a hőmérséklet statisztikus fogalom, ilyen szempontú leírása a statisztikus fizika témakörébe tartozik.
A hőmérséklet mértékegységei
szerkesztésKelvin-skála
szerkesztés
A mértékegység Lord Kelvin nevét viseli. Az elnevezést a tudós iránti tiszteletből 1954-ben a 10. CGPM határozta meg. Történelmileg megelőzi a Celsius-fok, de hivatalos meghatározása szempontjából elsődleges.
A kelvin SI-alapegység. A kelvinben és a Celsius-fokban mért hőmérséklet-különbség számértéke azonos. A Kelvin-skála a Celsius-fokhoz képest 273,15 fokkal el van tolva. 0 K egyenlő az abszolút nulla fokkal (-273,15 °C), ahol a részecskék hőenergiája nullára csökken. Tudományos és mérnöki számításokban használják.
Celsius-skála
szerkesztésBevezetője Anders Celsius.
A legelterjedtebb hőmérsékleti skála a hétköznapi életben, az európai kontinensen.
Ezen a skálán légköri nyomás mellett az olvadó jég hőmérséklete jelenti a 0° értéket, a forrásban levő víz hőmérséklete pedig a 100°. Egysége tehát ezen intervallum -ad része. Mértékegysége: °C (Celsius-fok).
A mértékegységeket a hozzá tartozó fizikai mennyiség jelével is megkülönböztetik. Így a t betű a Celsius-fokban, a T betű a kelvinben megadott hőmérsékletre utal. Azonban nem összetévesztendő az idő t-jével. Ha például a környezeti hőmérsékletet kell az idő függvényében ábrázolni, célszerű azt nagy T-vel jelölni.
Fahrenheit-skála
szerkesztésBevezetője Daniel Gabriel Fahrenheit.
Az 1700-as évektől széles körben használják, napjainkban főképp az amerikai kontinensen.
A Fahrenheit-skála nullpontja az általa kísérleti úton előállított legjobban lehűlő sós oldat fagyáspontja, a másik alappontja az emberi test hőmérséklete volt, amely hőtartományt az oszthatóság kedvéért 96 egységre bontotta (így a víz fagyáspontja épp 32 °F). Mértékegysége: °F (Fahrenheit-fok) Nagy előnye a Celsius és Kelvin skálákhoz képest, hogy ennek tartománya fedi le a legjobban a hétköznapi életet. 100 °C-on a legtöbb élőlény elpusztul, és 0 Kelvin körül is megszűnik az élet. A Fahrenheit értékei a kettő között helyezkednek el.
Rankine-skála
szerkesztésBevezetője William John Macquorn Rankine.
A ritkán használt Rankine-skála ugyanakkora egységeket használ, mint a Fahrenheit, de a nullpontja az abszolút nullánál van. Mértékegysége: °R (Rankine-fok)
Réaumur-skála
szerkesztésBevezetője René Antoine Ferchault de Réaumur.
A Réaumur-skálának már csak történeti jelentősége van. Az alkotója a víz fagyáspontját adta meg nulla foknak, míg a forráspontját 80 foknak. Az egység nevét René Antoine Ferhault de Réaumur francia természettudós tiszteletére választották.
A skálák összehasonlítása
szerkesztés| Kelvin K |
Celsius °C |
Fahrenheit °F |
Rankine °Ra (°R) |
Delisle °D |
Newton °N |
Réaumur °R (°Ré, °Re) |
Rømer °Rø (°R) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Abszolút nulla | 0 | −273,15 | −459,67 | 0 | 559,725 | −90,14 | −218,52 | −135,90 |
| A Földön mért legalacsonyabb term. hőm. (Vosztok, Antarktisz, 1983) |
184 | −89 | −128 | 331 | 284 | −29 | −71 | −39 |
| A víz fagyáspontja (normál nyomáson) | 273,15 | 0 | 32 | 491,67 | 150 | 0 | 0 | 7,5 |
| Átlagos emberi testhőmérséklet | 310,0 ± 0,7 | 36,8 ± 0,7 | 98,2 ± 1,3 | 557,9 ± 1,3 | 94,8 ± 1,1 | 12,1 ± 0,2 | 29,4 ± 0,6 | 26,8 ± 0,4 |
| A Földfelszínen mért legmagasabb term hőm. (Furnace Creek, CA, USA, 1913) |
329,8 | 56,7 | 134 | 593,7 | 65,0 | 18,7 | 45,3 | 37,3 |
| A víz forráspontja (normál nyomáson) | 373,15 | 100 | 212 | 672 | 0 | 33 | 80 | 60 |
| A titán olvadáspontja | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
| A Nap felszíne | 5800 | 5526 | 9980 | 10 440 | −8140 | 1823 | 4421 | 2909 |
Átszámítás a különböző hőmérsékleti skálák között
szerkesztésFahrenheit-fokra áttérés a Celsius-fokról:
Kelvinre áttérés a Celsius-fokról: [1]
Celsius-fokra áttérés a Fahrenheit-fokról: [* 1]
A hideg–meleg fogalma
szerkesztésA hideg és meleg a tudományban a környezethez viszonyított hőmérsékletet jelenti. Előjelét a hőáramlás iránya fejezi ki. Tehát hideg az az anyag, amely felé hőáramlást észlelünk; míg a meleg dolgokból kifelé észlelünk hőáramot. Az a hely, ahol bármely általunk vizsgált térbe hő áramlik be, pozitív forrásnak nevezzük.[* 2]
A fiziológia szempontjából a természetes hőszabályzás által fenntartott normális testhőmérsékletet nevezik "meleg"-nek, vagyis ami ideális az adott melegvérű (homeoterm) élőlény életműködéseihez. Azt a jelenséget, amikor a szervezet képtelen az állandó testhőmérséklet fenntartására, és az jelentősen a normális érték fölé emelkedik, hipertermiának nevezik. Ennek ellentéte a testhő normális érték alá történő csökkenése, a hipotermia.
Az élőlényeknél a hőmérséklet-érzékelés az alapvető érzékszervek közé tartozik.
Negatív hőmérséklet
szerkesztésA termodinamika harmadik főtétele az entrópia határértékét a következőképpen rögzíti: a termodinamikai rendszerek entrópiája véges pozitív érték felé, az entrópia hőmérséklet szerinti deriváltja pedig a zéró felé tart akkor, amikor a rendszer hőmérséklete az abszolút nulla érték felé közelít. Ennek értelmében a Kelvin-skála a pozitív oldaláról haladva a 0 K irányába az tetszőlegesen megközelíthető, de el nem érhető. Léteznek azonban olyan elszigetelt, mikroszkopikus - tehát klasszikus termodinamikai értelemben nem vizsgálható - rendszerek, melyekben a részecskék eloszlásából, mikroszkopikus tulajdonságaiból visszakövetkeztethetünk a rendszer hőmérsékletére, ami az általánostól eltérő, fordított eloszlás esetén lehet negatív kelvin hőmérsékletű.
Kelvini szemléletben, negatív hőmérsékletű az a zártabb eseményhorizontú – kifele–befele ható – egyensúlyi rendszer, amely elvonja az energiát a kevésbé zárt eseményhorizontú rendszertől, amely ez esetben a pozitív értékű és egy nála is nyitottabb rendszer szempontjából negatív értékű. Ilyen a Nap negatív értéke a Föld viszonylatában, ami pozitív értékű a hidrogén atom szempontjából, amelyet nem képes megtartani a gravitációs légkörében a Föld.
Kapcsolódó szócikkek
szerkesztésMegjegyzések
szerkesztésHivatkozások
szerkesztés- ↑ Howard DeVoe: Thermodynamics and Chemistry. University of Maryland, 2014. [2017. január 31-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2017. március 25.) 41. oldal
- ↑ Monopolar flow: plane-symmetric. Kirby Research Group1. Cornell University. [2016. november 20-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2016. november 19.)Monopólus forrásképe
További információk
szerkesztés
