Термодинамическая температура (также называемая абсолютной температурой) — это физическая величина, которая является фундаментальной мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц, составляющих макроскопическую систему. В отличие от бытовых температурных шкал (Цельсия или Фаренгейта), термодинамическая шкала не зависит от свойств конкретного термометрического вещества (например, расширения ртути или изменения сопротивления платины), а базируется на законах термодинамики. Основные характеристики
- Начало отсчета: Нулевая точка этой шкалы — абсолютный нуль ( К). Это состояние, при котором прекращается тепловое движение молекул, и система находится в своем минимально возможном энергетическом состоянии. Единица измерения: В системе СИ используется Кельвин (К). Один кельвин равен части термодинамической температуры тройной точки воды. Связь с энергией: Для идеального газа термодинамическая температура напрямую связана со средней кинетической энергией поступательного движения молекул уравнением:
где — постоянная Больцмана, а — термодинамическая температура.
Физический смысл и определение Термодинамическое определение температуры вытекает из второго начала термодинамики и анализа цикла Карно. Было доказано, что КПД обратимой тепловой машины зависит только от температур нагревателя и холодильника: Это позволяет определить отношение температур через отношение количеств теплоты, что делает шкалу объективной и универсальной для всей физики. Сравнение с шкалой Цельсия Термодинамическая шкала ( ) связана со шкалой Цельсия ( ) простым соотношением:
| Состояние | Цельсий (°C) | Кельвин (K) |
|---|---|---|
| Абсолютный нуль | ||
| Таяние льда | ||
| Тройная точка воды | ||
| Кипение воды |
Почему это важно Термодинамическая температура является строго положительной величиной ( ). Она используется во всех фундаментальных физических уравнениях, таких как закон Менделеева — Клапейрона, закон Стефана — Больцмана и уравнениях химической термодинамики. Использование именно этой шкалы позволяет избежать отрицательных значений в расчетах энергии и энтропии. Я могу помочь вам рассчитать изменение энтропии для конкретной системы или подробнее разобрать принципы работы цикла Карно.