absolute Temperatur - dies ist eine physikalische Größe, mit der Sie den Grad der Erwärmung oder Kühlung des Körpers relativ zu einem bestimmten Nullpunkt messen können. Im Gegensatz zu anderen Messsystemen wie Celsius oder Fahrenheit hat die absolute Temperaturskala keine negativen Werte. Es wird in der Physik verwendet, um verschiedene Probleme im Zusammenhang mit thermischen Phänomenen und physikalischer Chemie zu lösen.
Die absolute Temperatur wird in Einheiten von Kelvin (K) gemessen. Diese Skala wurde 1848 zu Ehren des schottischen Physikers und Ingenieurs William Thomson, besser bekannt als Lord Kelvin, eingeführt. Es basiert auf einer thermodynamischen Skala, bei der die untere Temperaturgrenze den absoluten Nullpunkt erreicht – die minimale Temperatur, die der vollständigen Abwesenheit der thermischen Bewegung des Stoffes entspricht.
absolute Temperatur ist mit anderen Temperaturmessskalen – Celsius und Fahrenheit – durch einfache mathematische Formeln verbunden. Auf der Celsius–Skala entsprechen 0 Grad dem Gefrierpunkt von Wasser und 100 dem Siedepunkt von Wasser bei normalem atmosphärischem Druck. Auf der Fahrenheit-Skala sind diese Werte 32 bzw. 212 Grad. Diese Werte sollten in Formeln zur Temperaturumwandlung entsprechend den Skalen verwendet werden, die in absolute Einheiten übersetzt werden.
Geschichte der Temperaturmessung
Die ersten Versuche, die Temperatur zu messen, wurden im alten Ägypten unternommen. Ärzte verwenden Thermometer aus Keramik, um die Körpertemperatur eines Patienten zu bestimmen. Diese Thermometer erlaubten es, die Temperatur nur in Celsius zu messen.
Jahrhundert wurde die Fahrenheit-Skala erfunden. Lassen Sie Pana Ihre Skala auf dem Waschen der Thermometergläser in Ammoniak basieren. Die Flüssigkeitsstände im Inneren des Thermometers änderten sich je nach Temperaturänderung. Die Fahrenheit-Skala wurde hauptsächlich in den USA und Großbritannien verwendet.
Jahrhundert schlug der schwedische Physiker Anders Celsius vor, eine Skala zu verwenden, die für das normale Leben geeignet war, basierend auf den Gefrierpunkten und dem Siedepunkt von Wasser. Diese Skala wurde als Celsius-Skala bezeichnet.
Jahrhundert bot der englische Physiker William Thompson, besser bekannt als Lord Kelvin, das grundlegende System zur Temperaturmessung an. Er schlug eine Skala vor, die auf absolutem Null basiert, und nannte sie eine Kelvinskala.
Heute ist die Kelvinskala die Hauptskala zur Messung der absoluten Temperatur. Dies ermöglicht genaue und einheitliche Messungen in Physik und Wissenschaft im Allgemeinen.
Absolute Temperatur und Null absolutes
Das absolute Null oder absolute Null ist die untere Grenze der absoluten Temperatur. Es entspricht der geringsten Energie, die ein Teilchen haben kann. Bei dieser Temperatur haben die Teilchen keine thermische Bewegung und ihre Energie ist Null.
Der absolute Nullwert entspricht -273.15 Grad Celsius und 0 Grad Kelvin. Es wird erreicht, wenn alle Wärmeenergie aus der Substanz entfernt wird. Auf der Kelvinskala ist das absolute Null eine unwiderstehliche Temperaturgrenze.
Die absolute Temperatur wird durch das thermodynamische Temperaturgesetz bestimmt, das als Guy-Lussac-Gesetz bekannt ist: Das Volumen einer festen Gasmenge ist proportional zu seiner thermodynamischen Temperatur.
Skala zur Messung der absoluten Temperatur
Die Kelvinskala ist das grundlegende moderne System zur Messung der absoluten Temperatur und basiert auf dem absoluten Nullwert, der dem Mangel an thermischer Energie entspricht. Ein Kelvin entspricht einer schottischen Gradskala und erweitert die Möglichkeiten bei der Messung von hohen und niedrigen Temperaturen erheblich.
Die Celsius-Skala wurde vom Astronomen Anders Celsius entwickelt und basiert auf der Aufteilung des Intervalls zwischen den Schmelzpunkten und dem Siedepunkt von Wasser in 100 gleiche Teile, unter der Bedingung eines normalen atmosphärischen Drucks. Der Schmelzpunkt des Wassers beträgt 0 ° C und der Siedepunkt des Wassers beträgt unter normalen Bedingungen 100 ° C.
Die Fahrenheit-Skala wurde vom deutschen Physiker und Ingenieur Gabriel Fahrenheit vorgeschlagen. Es basiert auf der Aufteilung des Intervalls zwischen dem Schmelzpunkt und der Temperatur des verbleibenden Teils der Mischung aus Eis und Wasser in 180 gleiche Teile. Der Schmelzpunkt von Eis beträgt 32 ° F und die Körpertemperatur einer Person beträgt etwa 98,6 ° F.
Die Skala zur Messung der absoluten Temperatur hat unterschiedliche Anwendungen in Wissenschaft, Technik und im täglichen Leben. Aber unabhängig von der gewählten Skala besteht das Grundprinzip der Messung der absoluten Temperatur darin, die Ausdehnung und Kompression des thermometrischen Stoffes entsprechend den Temperaturänderungen zu vergleichen und zu berücksichtigen.
| Skala | Bezugspunkt | Konvertierung |
|---|---|---|
| Kelvin | Absolute Null | K = °C + 273.15 |
| Celsius | Siedepunkt und Schmelzpunkt des Wassers | °C = K - 273.15 |
| Fahrenheit | Der Schmelzpunkt und die Temperatur des restlichen Eis-Wasser-Gemisches | °F = (°C × 9/5) + 32 |
Verbindung zwischen absoluter Temperatur und Partikelbewegung
Das Grundgesetz, das die absolute Temperatur und die Bewegung von Teilchen verbindet, wird als Maxwell-Verteilungsgesetz bezeichnet. Nach diesem Gesetz ist die durchschnittliche kinetische Energie eines Teilchens proportional zur Temperatur: E = 3/2 * k * T, wobei E die durchschnittliche kinetische Energie eines Teilchens ist, k die Boltzmann-Konstante.
Wenn also die absolute Temperatur ansteigt, steigt auch die durchschnittliche kinetische Energie des Teilchens an. Dies bedeutet, dass die Bewegung der Teilchen intensiver und chaotischer wird. Je höher die Temperatur ist, desto schneller bewegen sich die Partikel, wodurch ihre Kollisionen zunehmen.
Die Beziehung zwischen absoluter Temperatur und Teilchenbewegung ist in verschiedenen Bereichen der Physik von wesentlicher Bedeutung. Wenn Sie beispielsweise den Gaszustand einer Substanz untersuchen, können Sie durch das Wissen über die Temperatur das Verhalten von Molekülen und Atomen vorhersagen.
Beachten Sie auch, dass die absolute Temperatur die untere Grenze der Temperaturskala ist. Bei Erreichen des absoluten Nullpunkts (0 K oder -273.15 ° C) stoppt die Partikelbewegung vollständig.
Anwendung der absoluten Temperatur in der Physik
1. Gaszustand: Das Boyle-Mariott-Gesetz und das Charles-Gesetz erlauben es, Gase mit absoluter Temperatur zu beschreiben. Die Messung und Kontrolle der Temperatur spielt eine wichtige Rolle bei der Untersuchung des Gaszustands und des idealen Gases.
2. Thermodynamik: In der Thermodynamik wird die absolute Temperatur verwendet, um die energetischen Zustände eines Systems zu bestimmen. Sie ist die grundlegende Größe für das Studium der Prozesse des Wärmeenergietransfers und der Umwandlung.
3. Phasenübergang: Die absolute Temperatur spielt eine wichtige Rolle bei der Untersuchung von Phasenübergängen verschiedener Substanzen. Die Temperaturmessung und -steuerung ermöglicht es Ihnen, den Schmelzpunkt, den Siedepunkt und andere Eigenschaften von Phasenübergängen zu bestimmen.
4. Quantenphysik: In der Quantenphysik wird die absolute Temperatur verwendet, um die Verteilung von Energie in einem Teilchensystem zu bestimmen. Angesichts der Tatsache, dass Quanteneffekte bei sehr niedrigen Temperaturen auftreten, spielt die Messung und Kontrolle der absoluten Temperatur eine entscheidende Rolle in der Forschung in der Quantenphysik.
Dies sind nur einige Beispiele für die Verwendung der absoluten Temperatur in der Physik. Es ist ein wichtiger Parameter in vielen wissenschaftlichen und technischen Bereichen und ermöglicht es Ihnen, physikalische Phänomene und Prozesse genauer zu beschreiben und zu verstehen.
