చాలా తరచుగా రోజువారీ జీవితంలో మనం వేడి, వేడి, చల్లని, శరీరాలను వేడి చేసే స్థాయిని వర్గీకరించడం వంటి భావనలను ఉపయోగిస్తాము. ఇది మన భావాలపై ఆధారపడిన ఆత్మాశ్రయ విధానం. శరీరాలను వేడి చేసే స్థాయిని ఉష్ణోగ్రత అనే భౌతిక పరిమాణాన్ని ఉపయోగించి పరిమాణాత్మకంగా వ్యక్తీకరించవచ్చు. ఉష్ణోగ్రతను సరిగ్గా ఎలా నిర్ణయించాలి? ఈ ప్రయోజనం కోసం, థర్మామీటర్లు అని పిలువబడే పరికరాలు ఉన్నాయి, ఇవి ఒత్తిడి, వాల్యూమ్ మరియు పరిస్థితి వంటి ఏదైనా పరిమాణంపై ఉష్ణోగ్రత ఆధారపడటంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఉష్ణ సమతుల్యత.
ఉష్ణోగ్రతశరీరాల వ్యవస్థ యొక్క ఉష్ణ సమతౌల్య స్థితిని వర్ణిస్తుంది. మీరు వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతల యొక్క రెండు శరీరాలను పరిచయంలోకి తీసుకువస్తే, శరీరాలు శక్తిని మార్పిడి చేయడం ప్రారంభిస్తాయి. ఎక్కువ గతి శక్తి ఉన్న శరీరాలు తక్కువ గతి శక్తి ఉన్న శరీరాలకు తమ శక్తిని బదిలీ చేస్తాయి. కొంత సమయం తరువాత, ఈ శక్తి మార్పిడి ఆగిపోతుంది మరియు ఉంటుంది థర్మోడైనమిక్ (థర్మల్) సమతౌల్యం, దీనిలో శరీరాలు కోరుకున్నంత కాలం ఉండగలవు. ఈ స్థితిలో, శరీర ఉష్ణోగ్రత ఒకే విధంగా ఉంటుంది.
గెలీలియో గెలీలీ, ఇటాలియన్ శాస్త్రవేత్త, వేడి యొక్క యాంత్రిక స్వభావం యొక్క ఆలోచనను వ్యక్తం చేశాడు; 1597 లో అతను మొదటి థర్మామీటర్ను నిర్మించాడు. థర్మామీటర్ ఒక గాజు బంతిని కలిగి ఉంది, దాని నుండి ట్యూబ్ బయటకు వస్తుంది. ట్యూబ్ నీటిలోకి తగ్గించబడింది, అది దాని వెంట పైకి లేచింది. బంతిలోని గాలి వేడి చేయబడినప్పుడు లేదా చల్లబడినప్పుడు, నీటి కాలమ్ పడిపోయింది లేదా పైకి లేస్తుంది. ఈ థర్మామీటర్ అసంపూర్ణమైనది, ఎందుకంటే నీటి కాలమ్ యొక్క ఎత్తు ఉష్ణోగ్రతపై మాత్రమే కాకుండా, గాలి పీడనంపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది.
తరువాత సృష్టించబడిన అన్ని ఇతర థర్మామీటర్లు ద్రవాలను ఉపయోగించాయి. కానీ, ద్రవాల వలె కాకుండా, అరుదైన వాయువులు అదే విధంగా ఉష్ణోగ్రతను బట్టి విస్తరిస్తాయి మరియు ఒత్తిడిని మారుస్తాయని గమనించబడింది. ఇది ఉష్ణ సమతౌల్య స్థితిలో అరుదైన వాయువుల కోసం ప్రయోగాత్మకంగా నిర్ణయించబడింది
ఎక్కడ T - సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత, కెల్విన్ (కె)లోని SI యూనిట్లలో కొలుస్తారు
k = 1.38*10 -23 J/K - బోల్ట్జ్మాన్ యొక్క స్థిరాంకం. ఆస్ట్రేలియన్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త, వాయువుల MKT సిద్ధాంతం వ్యవస్థాపకులలో ఒకరైన లుడ్విగ్ బోల్ట్జ్మాన్ పేరు పెట్టారు.
ఈ ఆధారపడటానికి ధన్యవాదాలు, పదార్ధం యొక్క రకాన్ని బట్టి లేని ఉష్ణోగ్రత స్థాయిని సృష్టించడం మరియు ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ఉపయోగించడం సాధ్యమైంది. ఇది ఆంగ్ల భౌతిక శాస్త్రవేత్త విలియం థామ్సన్చే పరిచయం చేయబడింది, అతను భౌతిక శాస్త్ర రంగంలో తన పనికి 1892లో లార్డ్ కెల్విన్ అని పేరు పెట్టాడు.
ఈ స్కేల్ అంటారు సంపూర్ణ (థర్మోడైనమిక్) స్కేల్ఉష్ణోగ్రతలు లేదా కెల్విన్ స్కేల్. సున్నా పాయింట్ దాటి ( సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రత) ఈ స్కేల్లో, సిద్ధాంతపరంగా సాధ్యమయ్యే అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రత, “తక్కువ లేదా చివరి స్థాయి చలి”కి సంబంధించిన పాయింట్ అంగీకరించబడుతుంది. దాని ఉనికిని లోమోనోసోవ్ అంచనా వేశారు. కెల్విన్ స్కేల్పై ఉష్ణోగ్రత T=0, సెల్సియస్ స్కేల్కు అనుగుణంగా ఉంటుంది
పాఠశాల మరియు విశ్వవిద్యాలయ పాఠ్యపుస్తకాలలో మీరు ఉష్ణోగ్రత యొక్క అనేక విభిన్న వివరణలను కనుగొనవచ్చు. ఉష్ణోగ్రత అనేది చలి నుండి వేడిని వేరుచేసే విలువగా నిర్వచించబడింది, శరీరాన్ని వేడి చేసే స్థాయిగా, ఉష్ణ సమతౌల్య స్థితి యొక్క లక్షణంగా, ఒక కణం యొక్క స్వేచ్ఛ యొక్క డిగ్రీకి శక్తికి అనులోమానుపాతంలో విలువగా, మొదలైనవి. మరియు అందువలన న. చాలా తరచుగా, ఒక పదార్ధం యొక్క ఉష్ణోగ్రత ఒక పదార్ధం యొక్క కణాల యొక్క ఉష్ణ కదలిక యొక్క సగటు శక్తి యొక్క కొలతగా లేదా కణాల ఉష్ణ కదలిక యొక్క తీవ్రత యొక్క కొలతగా నిర్వచించబడుతుంది. భౌతిక శాస్త్రానికి చెందిన ఖగోళ జీవి, సిద్ధాంతకర్త, ఆశ్చర్యపోతాడు: “ఇక్కడ అపారమయినది ఏమిటి? ఉష్ణోగ్రత ఉంది dQ/ dS, ఎక్కడ ప్ర- వెచ్చదనం, మరియు ఎస్- ఎంట్రోపీ! అటువంటి నిర్వచనాల సమృద్ధి, ఉష్ణోగ్రతకు సంబంధించి సాధారణంగా ఆమోదించబడిన శాస్త్రీయ నిర్వచనం ప్రస్తుతం భౌతిక శాస్త్రంలో లేదని విమర్శనాత్మకంగా ఆలోచించే వ్యక్తిలో అనుమానాన్ని పెంచుతుంది.
ఉన్నత పాఠశాల గ్రాడ్యుయేట్కు అందుబాటులో ఉండే స్థాయిలో ఈ భావన యొక్క సరళమైన మరియు నిర్దిష్ట వివరణను కనుగొనడానికి ప్రయత్నిద్దాం. ఈ చిత్రాన్ని ఊహించుకుందాం. మొదటి మంచు కురిసింది, మరియు ఇద్దరు సోదరులు పాఠశాలలో విరామ సమయంలో "స్నో బాల్స్" అని పిలిచే ఒక సరదా ఆటను ప్రారంభించారు. ఈ పోటీలో ఆటగాళ్లకు ఎలాంటి శక్తి బదిలీ అవుతుందో చూద్దాం. సరళత కోసం, అన్ని ప్రక్షేపకాలు లక్ష్యాన్ని చేధించాయని మేము అనుకుంటాము. అన్నయ్యకు క్లియర్ అడ్వాంటేజ్ తో గేమ్ సాగుతోంది. అతని వద్ద పెద్ద మంచు బంతులు కూడా ఉన్నాయి మరియు అతను వాటిని ఎక్కువ వేగంతో విసిరాడు. అతను విసిరిన అన్ని స్నో బాల్స్ యొక్క శక్తి, ఎక్కడ ఎన్ తో- త్రోల సంఖ్య, మరియు - ఒక బంతి యొక్క సగటు గతి శక్తి. సాధారణ ఫార్ములా ఉపయోగించి సగటు శక్తి కనుగొనబడింది:
ఇక్కడ m- స్నో బాల్స్ ద్రవ్యరాశి, మరియు v- వారి వేగం.
అయినప్పటికీ, అన్నయ్య ఖర్చు చేసిన శక్తి మొత్తం అతని చిన్న భాగస్వామికి బదిలీ చేయబడదు. వాస్తవానికి, స్నో బాల్స్ వేర్వేరు కోణాల్లో లక్ష్యాన్ని తాకాయి, కాబట్టి వాటిలో కొన్ని, ఒక వ్యక్తి నుండి ప్రతిబింబించినప్పుడు, అసలు శక్తిలో కొంత భాగాన్ని తీసుకువెళతాయి. నిజమే, "విజయవంతంగా" విసిరిన బంతులు కూడా ఉన్నాయి, దీని ఫలితంగా నల్లటి కన్ను వస్తుంది. తరువాతి సందర్భంలో, ప్రక్షేపకం యొక్క అన్ని గతిశక్తి శక్తిపై కాల్పులు జరిపిన విషయానికి బదిలీ చేయబడుతుంది. ఈ విధంగా, తమ్ముడికి బదిలీ చేయబడిన స్నో బాల్స్ యొక్క శక్తి సమానంగా ఉంటుందని మేము నిర్ధారణకు వచ్చాము. ఇ తో, ఎ
, ఎక్కడ Θ
తో- ఒక మంచు బంతి అతనిని తాకినప్పుడు యువ భాగస్వామికి బదిలీ చేయబడిన గతి శక్తి యొక్క సగటు విలువ. విసిరిన బంతికి సగటు శక్తి ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, సగటు శక్తి అంత ఎక్కువగా ఉంటుందని స్పష్టమవుతుంది Θ
తో, ఒక ప్రక్షేపకం ద్వారా లక్ష్యానికి ప్రసారం చేయబడుతుంది. సరళమైన సందర్భంలో, వాటి మధ్య సంబంధం నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది: Θ
తో =a. దీని ప్రకారం, జూనియర్ విద్యార్థి మొత్తం పోటీ సమయంలో శక్తిని ఖర్చు చేశాడు
, కానీ అన్నయ్యకు బదిలీ చేయబడిన శక్తి తక్కువగా ఉంటుంది: ఇది సమానంగా ఉంటుంది
, ఎక్కడ ఎన్ m- త్రోల సంఖ్య, మరియు Θ
m- ఒక స్నోబాల్ యొక్క సగటు శక్తిని దాని అన్నయ్య గ్రహించాడు.
శరీరాల ఉష్ణ పరస్పర చర్య సమయంలో ఇలాంటిదేదో జరుగుతుంది. మీరు రెండు శరీరాలను పరిచయంలోకి తీసుకువస్తే, మొదటి శరీరం యొక్క అణువులు తక్కువ వ్యవధిలో వేడి రూపంలో రెండవ శరీరానికి శక్తిని బదిలీ చేస్తాయి.
, ఎక్కడ Δ
ఎస్ 1
రెండవ శరీరంతో మొదటి శరీరం యొక్క అణువుల ఘర్షణల సంఖ్య, మరియు Θ
1
ఒక తాకిడిలో మొదటి శరీరం యొక్క అణువు రెండవ శరీరానికి బదిలీ చేసే సగటు శక్తి. అదే సమయంలో, రెండవ శరీరం యొక్క అణువులు శక్తిని కోల్పోతాయి
. ఇక్కడ Δ
ఎస్ 2
మొదటి శరీరంతో రెండవ శరీరం యొక్క అణువుల పరస్పర చర్య యొక్క ప్రాథమిక చర్యల సంఖ్య (ప్రభావాల సంఖ్య), మరియు Θ
2
- రెండవ శరీరం యొక్క అణువు మొదటి శరీరానికి ఒక దెబ్బలో బదిలీ చేసే సగటు శక్తి. పరిమాణం Θ
భౌతిక శాస్త్రంలో ఉష్ణోగ్రత అంటారు. అనుభవం చూపినట్లుగా, ఇది నిష్పత్తి ద్వారా శరీరాల అణువుల సగటు గతి శక్తికి సంబంధించినది:
(2)
మరియు ఇప్పుడు మనం పైన పేర్కొన్న అన్ని వాదనలను సంగ్రహించవచ్చు. పరిమాణం యొక్క భౌతిక విషయానికి సంబంధించి మనం ఏ తీర్మానం చేయాలి Θ ? మా అభిప్రాయం ప్రకారం, ఇది పూర్తిగా స్పష్టంగా ఉంది.
శరీరం ఒకదానిలో మరొక స్థూల వస్తువుకు బదిలీ అవుతుంది
ఈ వస్తువుతో ఘర్షణ.
సూత్రం (2) నుండి క్రింది విధంగా, ఉష్ణోగ్రత అనేది శక్తి పరామితి, అంటే SI వ్యవస్థలో ఉష్ణోగ్రత యూనిట్ జూల్. కాబట్టి, ఖచ్చితంగా చెప్పాలంటే, మీరు ఇలాంటి ఫిర్యాదు చేయాలి: “నేను నిన్న జలుబు చేసినట్లు అనిపిస్తుంది, నా తల నొప్పిగా ఉంది మరియు నా ఉష్ణోగ్రత 4.294·10 -21 J వరకు ఉంది!” ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ఇది అసాధారణమైన యూనిట్ కాదా మరియు విలువ చాలా చిన్నది కాదా? కానీ మనం కేవలం ఒక అణువు యొక్క సగటు గతి శక్తిలో కొంత భాగాన్ని గురించి మాట్లాడుతున్నామని మర్చిపోవద్దు!
ఆచరణలో, ఉష్ణోగ్రత ఏకపక్షంగా ఎంపిక చేయబడిన యూనిట్లలో కొలుస్తారు: ఫ్లోరెంట్లు, కెల్విన్లు, డిగ్రీల సెల్సియస్, డిగ్రీల రాంకిన్, డిగ్రీల ఫారెన్హీట్ మొదలైనవి. (నేను పొడవును మీటర్లలో కాకుండా, కేబుల్స్, ఫాథమ్స్, స్టెప్స్, వెర్షోక్స్, పాదాలు మొదలైనవాటిలో నిర్ణయించగలను. కార్టూన్లలో ఒకదానిలో చిలుకలలో కూడా బోవా కన్స్ట్రిక్టర్ యొక్క పొడవును లెక్కించినట్లు నాకు గుర్తుంది!)
ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి, కొంత సెన్సార్ని ఉపయోగించడం అవసరం, ఇది అధ్యయనంలో ఉన్న వస్తువుతో సంబంధంలోకి తీసుకురావాలి. మేము దీనిని సెన్సార్ అని పిలుస్తాము. థర్మోమెట్రిక్ శరీరం . థర్మామెట్రిక్ బాడీకి రెండు లక్షణాలు ఉండాలి. మొదట, ఇది అధ్యయనంలో ఉన్న వస్తువు కంటే గణనీయంగా తక్కువగా ఉండాలి (మరింత సరిగ్గా, థర్మామెట్రిక్ శరీరం యొక్క ఉష్ణ సామర్థ్యం అధ్యయనంలో ఉన్న వస్తువు యొక్క ఉష్ణ సామర్థ్యం కంటే చాలా తక్కువగా ఉండాలి). మీరు ఎప్పుడైనా ఒక సాధారణ వైద్య థర్మామీటర్ని ఉపయోగించి దోమల ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ప్రయత్నించారా? ప్రయత్నించు! ఏమిటి, ఏమీ పనికిరాలేదా? విషయం ఏమిటంటే, ఉష్ణ మార్పిడి ప్రక్రియలో, కీటకాలు థర్మామీటర్ యొక్క శక్తి స్థితిని మార్చలేవు, ఎందుకంటే థర్మామీటర్ అణువుల శక్తితో పోలిస్తే దోమల అణువుల మొత్తం శక్తి చాలా తక్కువ.
సరే, సరే, నేను ఒక చిన్న వస్తువును తీసుకుంటాను, ఉదాహరణకు, ఒక పెన్సిల్, మరియు దాని సహాయంతో నేను నా ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ప్రయత్నిస్తాను. మళ్ళీ, ఏదో సరిగ్గా జరగడం లేదు... మరియు వైఫల్యానికి కారణం ఏమిటంటే, థర్మామెట్రిక్ బాడీకి మరో తప్పనిసరి ఆస్తి ఉండాలి: అధ్యయనంలో ఉన్న వస్తువుతో పరిచయం తర్వాత, దృశ్యమానంగా లేదా ఉపయోగించి రికార్డ్ చేయగల థర్మామెట్రిక్ బాడీలో మార్పులు జరగాలి. సాధన.
సాధారణ గృహ థర్మామీటర్ ఎలా పనిచేస్తుందో నిశితంగా పరిశీలించండి. దీని థర్మోమెట్రిక్ బాడీ ఒక సన్నని గొట్టంతో (కేశనాళిక) అనుసంధానించబడిన చిన్న గోళాకార పాత్ర. పాత్ర ద్రవంతో నిండి ఉంటుంది (చాలా తరచుగా పాదరసం లేదా రంగు మద్యం). వేడి లేదా చల్లని వస్తువుతో పరిచయం తర్వాత, ద్రవం దాని వాల్యూమ్ను మారుస్తుంది మరియు కేశనాళికలోని కాలమ్ యొక్క ఎత్తు తదనుగుణంగా మారుతుంది. కానీ ద్రవ కాలమ్ యొక్క ఎత్తులో మార్పులను నమోదు చేయడానికి, థర్మామెట్రిక్ శరీరానికి ఒక స్థాయిని జోడించడం కూడా అవసరం. థర్మామెట్రిక్ బాడీ మరియు ఒక నిర్దిష్ట మార్గంలో ఎంచుకున్న స్కేల్ ఉన్న పరికరం అంటారు థర్మామీటర్ . ప్రస్తుతం అత్యంత విస్తృతంగా ఉపయోగించే థర్మామీటర్లు సెల్సియస్ స్కేల్ మరియు కెల్విన్ స్కేల్.
సెల్సియస్ స్కేల్ రెండు రిఫరెన్స్ (రిఫరెన్స్) పాయింట్ల ద్వారా స్థాపించబడింది. మొదటి సూచన పాయింట్ నీటి యొక్క ట్రిపుల్ పాయింట్ - నీటి యొక్క మూడు దశలు (ద్రవ, వాయువు, ఘన) సమతుల్యతలో ఉన్న భౌతిక పరిస్థితులు. అంటే ద్రవ ద్రవ్యరాశి, నీటి స్ఫటికాల ద్రవ్యరాశి మరియు నీటి ఆవిరి ద్రవ్యరాశి ఈ పరిస్థితుల్లో మారవు. అటువంటి వ్యవస్థలో, వాస్తవానికి, బాష్పీభవనం మరియు సంక్షేపణం, స్ఫటికీకరణ మరియు ద్రవీభవన ప్రక్రియలు జరుగుతాయి, కానీ అవి ఒకదానికొకటి సమతుల్యం చేస్తాయి. ఉష్ణోగ్రత కొలత యొక్క అధిక ఖచ్చితత్వం అవసరం లేకపోతే (ఉదాహరణకు, గృహ థర్మామీటర్ల తయారీలో), వాతావరణ పీడనం వద్ద కరిగిపోయే మంచు లేదా మంచులో థర్మామెట్రిక్ బాడీని ఉంచడం ద్వారా మొదటి సూచన పాయింట్ పొందబడుతుంది. సాధారణ వాతావరణ పీడనం వద్ద ద్రవ నీరు దాని ఆవిరితో (మరో మాటలో చెప్పాలంటే, నీటి మరిగే స్థానం) సమతౌల్యంలో ఉండే పరిస్థితులు రెండవ సూచన పాయింట్. రిఫరెన్స్ పాయింట్లకు అనుగుణంగా థర్మామీటర్ స్కేల్పై మార్కులు తయారు చేయబడతాయి; వాటి మధ్య విరామం వంద భాగాలుగా విభజించబడింది. ఈ విధంగా ఎంచుకున్న స్కేల్ యొక్క ఒక విభాగాన్ని డిగ్రీ సెల్సియస్ (˚C) అంటారు. నీటి యొక్క ట్రిపుల్ పాయింట్ 0 డిగ్రీల సెల్సియస్గా తీసుకోబడుతుంది.
సెల్సియస్ స్కేల్ ప్రపంచంలోనే గొప్ప ఆచరణాత్మక ఉపయోగాన్ని పొందింది; దురదృష్టవశాత్తు, ఇది అనేక ముఖ్యమైన లోపాలను కలిగి ఉంది. ఈ స్థాయిలో ఉష్ణోగ్రత ప్రతికూల విలువలను తీసుకోవచ్చు, అయితే గతి శక్తి మరియు తదనుగుణంగా ఉష్ణోగ్రత సానుకూలంగా ఉంటుంది. అదనంగా, సెల్సియస్ స్కేల్తో థర్మామీటర్ల రీడింగులు (రిఫరెన్స్ పాయింట్లు మినహా) థర్మామెట్రిక్ బాడీ ఎంపికపై ఆధారపడి ఉంటాయి.
కెల్విన్ స్కేల్కు సెల్సియస్ స్కేల్లోని ప్రతికూలతలు లేవు. కెల్విన్ స్కేల్తో థర్మామీటర్లలో పని చేసే పదార్థంగా ఆదర్శవంతమైన వాయువును తప్పనిసరిగా ఉపయోగించాలి. కెల్విన్ స్కేల్ కూడా రెండు రిఫరెన్స్ పాయింట్ల ద్వారా స్థాపించబడింది. ఆదర్శ వాయువు అణువుల ఉష్ణ చలనం ఆగిపోయే భౌతిక పరిస్థితులు మొదటి సూచన పాయింట్. ఈ పాయింట్ కెల్విన్ స్కేల్పై 0గా తీసుకోబడుతుంది.రెండవ రిఫరెన్స్ పాయింట్ నీటి ట్రిపుల్ పాయింట్. రిఫరెన్స్ పాయింట్ల మధ్య విరామం 273.15 భాగాలుగా విభజించబడింది. ఈ విధంగా ఎంచుకున్న స్కేల్ యొక్క ఒక విభజనను కెల్విన్ (K) అంటారు. డివిజన్ల సంఖ్య 273.15 ఎంపిక చేయబడింది, తద్వారా కెల్విన్ స్కేల్ యొక్క విభజన ధర సెల్సియస్ స్కేల్ యొక్క విభజన ధరతో సమానంగా ఉంటుంది, అప్పుడు కెల్విన్ స్కేల్పై ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు సెల్సియస్ స్కేల్పై ఉష్ణోగ్రతలో మార్పుతో సమానంగా ఉంటుంది; ఇది ఒక స్కేల్ నుండి మరొక స్కేల్కు చదవడాన్ని సులభతరం చేస్తుంది. కెల్విన్ స్కేల్పై ఉష్ణోగ్రత సాధారణంగా అక్షరం ద్వారా సూచించబడుతుంది టి. ఉష్ణోగ్రతల మధ్య సంబంధం tసెల్సియస్ స్కేల్ మరియు ఉష్ణోగ్రతలో టి, కెల్విన్లలో కొలుస్తారు, సంబంధాల ద్వారా స్థాపించబడింది
మరియు
.
ఉష్ణోగ్రత నుండి మార్చడానికి టి, ఉష్ణోగ్రతకు K లో కొలుస్తారు Θ బోల్ట్జ్మాన్ యొక్క స్థిరాంకం జూల్స్లో ఉపయోగించబడుతుంది కె=1.38·10 -23 J/K, ఇది 1 Kకి ఎన్ని జూల్స్ని చూపుతుంది:
Θ = kT.
కొంతమంది తెలివైన వ్యక్తులు బోల్ట్జ్మాన్ స్థిరాంకంలో కొంత రహస్య అర్థాన్ని కనుగొనడానికి ప్రయత్నిస్తారు; మరోవైపు కె- కెల్విన్ నుండి జూల్స్కు ఉష్ణోగ్రతను మార్చడానికి అత్యంత సాధారణ గుణకం.
ఉష్ణోగ్రత యొక్క మూడు నిర్దిష్ట లక్షణాలకు పాఠకుల దృష్టిని ఆకర్షిద్దాం. ముందుగా, ఇది కణాల సమిష్టి యొక్క సగటు (గణాంక) పరామితి. మీరు భూమిపై ఉన్న వ్యక్తుల సగటు వయస్సును కనుగొనాలని నిర్ణయించుకున్నారని ఆలోచించండి. దీన్ని చేయడానికి, మేము కిండర్ గార్టెన్కు వెళ్తాము, పిల్లలందరి వయస్సును సంగ్రహించి, పిల్లల సంఖ్యతో ఈ మొత్తాన్ని విభజించండి. భూమిపై ఉన్న వ్యక్తుల సగటు వయస్సు 3.5 సంవత్సరాలు అని తేలింది! వాళ్ళు అనుకున్నది కరెక్ట్ అనిపించినా ఫలితం మాత్రం హాస్యాస్పదంగా ఉంది. కానీ మొత్తం పాయింట్ ఏమిటంటే, గణాంకాలలో మీరు భారీ సంఖ్యలో వస్తువులు లేదా సంఘటనలతో పనిచేయాలి. వారి సంఖ్య ఎక్కువ (ఆదర్శంగా అది అనంతంగా పెద్దదిగా ఉండాలి), సగటు గణాంక పరామితి యొక్క మరింత ఖచ్చితమైన విలువ ఉంటుంది. అందువల్ల, ఉష్ణోగ్రత యొక్క భావన భారీ సంఖ్యలో కణాలను కలిగి ఉన్న శరీరాలకు మాత్రమే వర్తిస్తుంది. ఒక జర్నలిస్ట్, సంచలనం కోసం, అంతరిక్ష నౌకపై పడే కణాల ఉష్ణోగ్రత అనేక మిలియన్ డిగ్రీలు అని నివేదించినప్పుడు, వ్యోమగాముల బంధువులు మూర్ఛపోవలసిన అవసరం లేదు: ఓడకు భయంకరమైనది ఏమీ జరగదు: కేవలం ఒక నిరక్షరాస్యుడైన రచయిత నిష్క్రమించాడు. ఉష్ణోగ్రత వలె తక్కువ సంఖ్యలో కాస్మిక్ కణాల శక్తి. కానీ అంగారక గ్రహానికి వెళుతున్న ఓడ దాని గమనాన్ని కోల్పోయి సూర్యుడిని చేరుకుంటే, అప్పుడు ఇబ్బంది ఉంటుంది: ఓడపై బాంబు దాడి చేసే కణాల సంఖ్య అపారమైనది మరియు సౌర కరోనా యొక్క ఉష్ణోగ్రత 1.5 మిలియన్ డిగ్రీలు.
రెండవది, ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణాన్ని వర్ణిస్తుంది, అనగా. కణాల క్రమరహిత కదలిక. ఎలక్ట్రానిక్ ఓసిల్లోస్కోప్లో, స్క్రీన్పై ఉన్న చిత్రం ఒక బిందువుపై దృష్టి కేంద్రీకరించబడిన ఎలక్ట్రాన్ల ఇరుకైన ప్రవాహం ద్వారా గీస్తారు. ఈ ఎలక్ట్రాన్లు ఒక నిర్దిష్ట సారూప్య సంభావ్య వ్యత్యాసం గుండా వెళతాయి మరియు దాదాపు అదే వేగాన్ని పొందుతాయి. అటువంటి కణాల సమిష్టి కోసం, సమర్థ నిపుణుడు వారి గతి శక్తిని (ఉదాహరణకు, 1500 ఎలక్ట్రాన్ వోల్ట్లు) సూచిస్తాడు, ఇది ఈ కణాల ఉష్ణోగ్రత కాదు.
చివరగా, మూడవదిగా, ఈ శరీరాల కణాల ప్రత్యక్ష తాకిడి వల్ల మాత్రమే కాకుండా, విద్యుదయస్కాంత వికిరణం యొక్క క్వాంటా రూపంలో శక్తిని గ్రహించడం వల్ల కూడా ఒక శరీరం నుండి మరొక శరీరానికి వేడిని బదిలీ చేయవచ్చని మేము గమనించాము ( మీరు బీచ్లో సన్బాట్ చేసినప్పుడు ఈ ప్రక్రియ జరుగుతుంది) . అందువల్ల, ఉష్ణోగ్రత యొక్క మరింత సాధారణ మరియు ఖచ్చితమైన నిర్వచనాన్ని ఈ క్రింది విధంగా రూపొందించాలి:
శరీరం యొక్క ఉష్ణోగ్రత (పదార్థం, వ్యవస్థ) అనేది భౌతిక పరిమాణం, ఇది ఒక అణువు యొక్క సగటు శక్తికి సంఖ్యాపరంగా సమానం.
శరీరం ఒకదానిలో మరొక స్థూల వస్తువుకు బదిలీ అవుతుంది
ఈ వస్తువుతో పరస్పర చర్య యొక్క ప్రాథమిక చర్య.
ముగింపులో, ఈ వ్యాసం ప్రారంభంలో చర్చించిన నిర్వచనాలకు తిరిగి వెళ్దాం. ఫార్ములా (2) నుండి, పదార్ధం యొక్క ఉష్ణోగ్రత తెలిసినట్లయితే, పదార్ధం యొక్క కణాల సగటు శక్తిని నిస్సందేహంగా నిర్ణయించవచ్చు. అందువల్ల, ఉష్ణోగ్రత అనేది అణువులు లేదా పరమాణువుల ఉష్ణ చలనం యొక్క సగటు శక్తి యొక్క కొలత (గమనిక, మార్గం ద్వారా, కణాల సగటు శక్తిని ప్రయోగంలో నేరుగా నిర్ణయించలేము). మరోవైపు, గతి శక్తి వేగం యొక్క వర్గానికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది; దీనర్థం, అధిక ఉష్ణోగ్రత, అణువుల వేగం ఎక్కువ, వాటి కదలిక మరింత తీవ్రంగా ఉంటుంది. కాబట్టి, ఉష్ణోగ్రత అనేది కణాల ఉష్ణ చలనం యొక్క తీవ్రత యొక్క కొలత. ఈ నిర్వచనాలు ఖచ్చితంగా ఆమోదయోగ్యమైనవి, కానీ అవి చాలా సాధారణమైనవి మరియు ప్రకృతిలో పూర్తిగా గుణాత్మకమైనవి.
ఉష్ణోగ్రత సులభం!
ఉష్ణోగ్రతఅణువుల సగటు గతి శక్తి యొక్క కొలత.
ఉష్ణోగ్రత శరీరాలను వేడి చేసే స్థాయిని వర్ణిస్తుంది.
ఉష్ణోగ్రత కొలిచే పరికరం - థర్మామీటర్.
ఆపరేటింగ్ సూత్రంథర్మామీటర్:
ఉష్ణోగ్రతను కొలిచేటప్పుడు, ఉష్ణోగ్రతపై ఒక పదార్ధం యొక్క ఏదైనా మాక్రోస్కోపిక్ పరామితి (వాల్యూమ్, పీడనం, విద్యుత్ నిరోధకత మొదలైనవి)లో మార్పు యొక్క ఆధారపడటం ఉపయోగించబడుతుంది.
ద్రవ థర్మామీటర్లలో, ఇది ద్రవ పరిమాణంలో మార్పు.
రెండు మాధ్యమాలు సంపర్కంలోకి వచ్చినప్పుడు, శక్తి ఎక్కువ వేడిగా ఉన్న వాతావరణం నుండి తక్కువ వేడికి బదిలీ చేయబడుతుంది.
కొలత ప్రక్రియలో, శరీర ఉష్ణోగ్రత మరియు థర్మామీటర్ థర్మల్ సమతుల్య స్థితికి చేరుకుంటాయి.
లిక్విడ్ థర్మామీటర్లు
ఆచరణలో, ద్రవ థర్మామీటర్లు తరచుగా ఉపయోగించబడతాయి: పాదరసం (-35 o C నుండి +750 o C వరకు) మరియు ఆల్కహాల్ (-80 o C నుండి +70 o C వరకు).
ఉష్ణోగ్రత మారినప్పుడు దాని వాల్యూమ్ను మార్చడానికి వారు ద్రవం యొక్క ఆస్తిని ఉపయోగిస్తారు.
అయితే, ప్రతి ద్రవం వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వాల్యూమ్ మార్పు (విస్తరణ) యొక్క దాని స్వంత లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది.
పోల్చడం ఫలితంగా, ఉదాహరణకు, పాదరసం మరియు ఆల్కహాల్ థర్మామీటర్ల రీడింగ్లు, ఖచ్చితమైన మ్యాచ్ రెండు పాయింట్ల వద్ద మాత్రమే ఉంటుంది (0 o C మరియు 100 o C ఉష్ణోగ్రతల వద్ద).
గ్యాస్ థర్మామీటర్లకు ఈ ప్రతికూలతలు లేవు.
గ్యాస్ థర్మామీటర్లు
మొదటి గ్యాస్ థర్మామీటర్ను ఫ్రెంచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త J. చార్లెస్ రూపొందించారు.
ప్రయోజనాలుగ్యాస్ థర్మామీటర్:
- గ్యాస్ వాల్యూమ్లో మార్పు లేదా ఉష్ణోగ్రతపై ఒత్తిడి యొక్క సరళ ఆధారపడటం ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది అన్ని వాయువులకు చెల్లుతుంది
- 0.003 o C నుండి 0.02 o C వరకు కొలత ఖచ్చితత్వం
-271 o C నుండి +1027 o C వరకు ఉష్ణోగ్రత పరిధి.
వేర్వేరు ఉష్ణోగ్రతల యొక్క రెండు శరీరాలు సంపర్కంలోకి వచ్చినప్పుడు, అంతర్గత శక్తి ఎక్కువ వేడి చేయబడిన శరీరం నుండి తక్కువ వేడికి బదిలీ చేయబడుతుంది మరియు రెండు శరీరాల ఉష్ణోగ్రతలు సమానంగా ఉంటాయి.
ఉష్ణ సమతౌల్య స్థితి ఏర్పడుతుంది, దీనిలో రెండు శరీరాల యొక్క అన్ని స్థూల పారామీటర్లు (వాల్యూమ్, పీడనం, ఉష్ణోగ్రత) స్థిరమైన బాహ్య పరిస్థితులలో తదనంతరం మారవు.
ఉష్ణ సమతుల్యతఅన్ని మాక్రోస్కోపిక్ పారామితులు నిరవధికంగా చాలా కాలం పాటు మారకుండా ఉండే స్థితి.
శరీరాల వ్యవస్థ యొక్క ఉష్ణ సమతౌల్య స్థితి ఉష్ణోగ్రత ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది: ఒకదానికొకటి ఉష్ణ సమతుల్యతలో ఉన్న వ్యవస్థ యొక్క అన్ని శరీరాలు ఒకే ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంటాయి.
థర్మల్ సమతుల్యత వద్ద, అన్ని వాయువుల అణువుల అనువాద చలనం యొక్క సగటు గతి శక్తులు ఒకే విధంగా ఉంటాయని నిర్ధారించబడింది, అనగా.
అరుదైన (ఆదర్శ) వాయువులకు విలువ
మరియు ఉష్ణోగ్రత మీద మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది
ఇక్కడ k అనేది బోల్ట్జ్మాన్ యొక్క స్థిరాంకం
ఈ ఆధారపడటం వలన కొత్త ఉష్ణోగ్రత స్థాయిని పరిచయం చేయడం సాధ్యపడుతుంది - ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి ఉపయోగించే పదార్థంపై ఆధారపడని సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత స్కేల్.
ఆంగ్ల భౌతిక శాస్త్రవేత్త W. కెల్విన్చే పరిచయం చేయబడింది
- ప్రతికూల ఉష్ణోగ్రతలు లేవు
సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత యొక్క SI యూనిట్: [T] = 1K (కెల్విన్)
సంపూర్ణ ప్రమాణం యొక్క సున్నా ఉష్ణోగ్రత సంపూర్ణ సున్నా (0K = -273 o C), ప్రకృతిలో అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రత. ప్రస్తుతం, అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రత - 0.0001K చేరుకుంది.
1K విలువ 1 o Cకి సమానం.
సంపూర్ణ ప్రమాణం మరియు సెల్సియస్ స్కేల్ మధ్య సంబంధం
గుర్తుంచుకో!సూత్రాలలో, సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత "T" అక్షరంతో మరియు సెల్సియస్ స్కేల్లో ఉష్ణోగ్రత "t" అక్షరంతో సూచించబడుతుంది.
సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రతను ప్రవేశపెట్టిన తర్వాత మనకు లభిస్తుంది సూత్రాల కోసం కొత్త వ్యక్తీకరణలు:
అణువుల అనువాద చలన సగటు గతి శక్తి
గ్యాస్ పీడనం - MKT యొక్క ప్రాథమిక సమీకరణం
అణువుల సగటు చదరపు వేగం
ఉష్ణోగ్రత(లాట్ నుండి. ఉష్ణోగ్రత- సరైన మిక్సింగ్, సాధారణ స్థితి) అనేది స్కేలార్ భౌతిక పరిమాణం, ఇది ఒక డిగ్రీ స్వేచ్ఛకు థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్య స్థితిలో స్థూల వ్యవస్థ యొక్క కణాల సగటు గతి శక్తిని వర్ణిస్తుంది.
ఉష్ణోగ్రత యొక్క కొలత కదలిక కాదు, కానీ ఈ కదలిక యొక్క అస్తవ్యస్త స్వభావం. శరీరం యొక్క స్థితి యొక్క యాదృచ్ఛికత దాని ఉష్ణోగ్రత స్థితిని నిర్ణయిస్తుంది మరియు ఈ ఆలోచన (మొదట బోల్ట్జ్మాన్ చేత అభివృద్ధి చేయబడింది) శరీరం యొక్క నిర్దిష్ట ఉష్ణోగ్రత స్థితి కదలిక శక్తి ద్వారా నిర్ణయించబడదు, కానీ ఈ కదలిక యొక్క యాదృచ్ఛికత ద్వారా , ఉష్ణోగ్రత దృగ్విషయాల వివరణలో మనం తప్పనిసరిగా ఉపయోగించాల్సిన కొత్త భావన. ..
(పి. ఎల్. కపిట్సా)
ఇంటర్నేషనల్ సిస్టమ్ ఆఫ్ యూనిట్స్ (SI)లో, థర్మోడైనమిక్ ఉష్ణోగ్రత ఏడు ప్రాథమిక యూనిట్లలో ఒకటి మరియు కెల్విన్లలో వ్యక్తీకరించబడుతుంది. ఒక ప్రత్యేక పేరును కలిగి ఉన్న ఉత్పన్నమైన SI పరిమాణాలు, డిగ్రీల సెల్సియస్లో కొలవబడిన సెల్సియస్ ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంటాయి. ఆచరణలో, డిగ్రీల సెల్సియస్ తరచుగా నీటి యొక్క ముఖ్యమైన లక్షణాలకు వాటి చారిత్రక సంబంధం కారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది - మంచు ద్రవీభవన స్థానం (0 °C) మరియు మరిగే స్థానం (100 °C). చాలా శీతోష్ణస్థితి ప్రక్రియలు, వన్యప్రాణులలో ప్రక్రియలు మొదలైనవి ఈ పరిధితో అనుబంధించబడినందున ఇది సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది. ఒక డిగ్రీ సెల్సియస్ ఉష్ణోగ్రతలో మార్పు ఒక కెల్విన్ ఉష్ణోగ్రతలో మార్పుకు సమానం. అందువల్ల, 1967లో కెల్విన్ యొక్క కొత్త నిర్వచనం ప్రవేశపెట్టిన తర్వాత, నీటి మరిగే స్థానం స్థిరమైన సూచన బిందువు పాత్రను పోషించడం మానేసింది మరియు ఖచ్చితమైన కొలతలు చూపినట్లుగా, ఇది ఇకపై 100 °Cకి సమానం కాదు, కానీ 99.975కి దగ్గరగా ఉంటుంది. °C.
ఫారెన్హీట్ ప్రమాణాలు మరియు మరికొన్ని కూడా ఉన్నాయి.
సమతౌల్య స్థితి యొక్క ఉనికిని థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క మొదటి ప్రారంభ స్థానం అంటారు. థర్మోడైనమిక్స్ యొక్క రెండవ ప్రారంభ స్థానం ఏమిటంటే, సమతౌల్య స్థితి ఒక నిర్దిష్ట పరిమాణంతో వర్గీకరించబడుతుంది, ఇది రెండు సమతౌల్య వ్యవస్థల యొక్క ఉష్ణ సంపర్కంపై, శక్తి మార్పిడి ఫలితంగా వాటికి సమానంగా మారుతుంది. ఈ పరిమాణాన్ని ఉష్ణోగ్రత అంటారు.
"ఉష్ణోగ్రత" అనే పదం ఆ రోజుల్లో ఉద్భవించింది, ఎక్కువ వేడిచేసిన శరీరాలలో తక్కువ వేడి చేయబడిన వాటి కంటే ఎక్కువ మొత్తంలో ప్రత్యేక పదార్ధం - క్యాలరీలు ఉంటాయి. అందువల్ల, ఉష్ణోగ్రత అనేది శరీర పదార్థం మరియు కెలోరిక్ మిశ్రమం యొక్క బలంగా గుర్తించబడింది. ఈ కారణంగా, ఆల్కహాలిక్ పానీయాలు మరియు ఉష్ణోగ్రత యొక్క బలం కోసం కొలత యూనిట్లు ఒకే విధంగా పిలువబడతాయి - డిగ్రీలు.
సమతౌల్య స్థితిలో, వ్యవస్థలోని అన్ని మాక్రోస్కోపిక్ భాగాలకు ఉష్ణోగ్రత ఒకే విలువను కలిగి ఉంటుంది. ఒక వ్యవస్థలోని రెండు శరీరాలు ఒకే ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంటే, వాటి మధ్య కణాల (వేడి) యొక్క గతిశక్తి బదిలీ ఉండదు. ఉష్ణోగ్రత వ్యత్యాసం ఉన్నట్లయితే, వేడి ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత ఉన్న శరీరం నుండి తక్కువ శరీరానికి కదులుతుంది, ఎందుకంటే మొత్తం ఎంట్రోపీ పెరుగుతుంది.
ఉష్ణోగ్రత "వెచ్చని" మరియు "చల్లని" యొక్క ఆత్మాశ్రయ అనుభూతులతో కూడా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది, ఇది సజీవ కణజాలం వేడిని ఇస్తుందా లేదా పొందుతుందా అనే దానికి సంబంధించినది.
కొన్ని క్వాంటం యాంత్రిక వ్యవస్థలు ఎంట్రోపీ పెరగని స్థితిలో ఉండవచ్చు కానీ శక్తి చేరికతో తగ్గుతుంది, ఇది అధికారికంగా ప్రతికూల సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రతకు అనుగుణంగా ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, అటువంటి స్థితులు "సంపూర్ణ సున్నా క్రింద" కాదు, కానీ "అనంతం పైన", అటువంటి వ్యవస్థ సానుకూల ఉష్ణోగ్రతతో శరీరంతో సంబంధంలోకి వచ్చినప్పుడు, శక్తి వ్యవస్థ నుండి శరీరానికి బదిలీ చేయబడుతుంది మరియు దీనికి విరుద్ధంగా కాదు (కోసం మరిన్ని వివరాలు, క్వాంటం థర్మోడైనమిక్స్ చూడండి).
ఉష్ణోగ్రత యొక్క లక్షణాలు భౌతిక శాస్త్ర విభాగం - థర్మోడైనమిక్స్ ద్వారా అధ్యయనం చేయబడతాయి. భౌతికశాస్త్రంలోని ఇతర శాఖలతో పాటు రసాయన శాస్త్రం మరియు జీవశాస్త్రంతో సహా విజ్ఞానశాస్త్రంలోని అనేక రంగాలలో ఉష్ణోగ్రత కూడా ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది.
గణాంక భౌతిక శాస్త్రంలో, ఉష్ణోగ్రత సూత్రం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది
,ఇక్కడ S అనేది ఎంట్రోపీ, E అనేది థర్మోడైనమిక్ సిస్టమ్ యొక్క శక్తి. ఈ విధంగా ప్రవేశపెట్టిన T విలువ థర్మోడైనమిక్ సమతౌల్యం వద్ద వేర్వేరు శరీరాలకు ఒకే విధంగా ఉంటుంది. రెండు శరీరాలు పరిచయంలోకి వచ్చినప్పుడు, పెద్ద T విలువ కలిగిన శరీరం మరొకదానికి శక్తిని బదిలీ చేస్తుంది.
థర్మోడైనమిక్ ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి, థర్మోమెట్రిక్ పదార్ధం యొక్క నిర్దిష్ట థర్మోడైనమిక్ పరామితి ఎంపిక చేయబడుతుంది. ఈ పరామితిలో మార్పు స్పష్టంగా ఉష్ణోగ్రతలో మార్పుతో ముడిపడి ఉంటుంది. థర్మోడైనమిక్ థర్మామీటర్ యొక్క ఒక క్లాసిక్ ఉదాహరణ గ్యాస్ థర్మామీటర్, దీనిలో స్థిరమైన వాల్యూమ్ యొక్క సిలిండర్లో గ్యాస్ పీడనాన్ని కొలవడం ద్వారా ఉష్ణోగ్రత నిర్ణయించబడుతుంది. సంపూర్ణ రేడియేషన్, నాయిస్ మరియు ఎకౌస్టిక్ థర్మామీటర్లు కూడా అంటారు.
థర్మోడైనమిక్ థర్మామీటర్లు చాలా క్లిష్టమైన యూనిట్లు, ఇవి ఆచరణాత్మక ప్రయోజనాల కోసం ఉపయోగించబడవు. అందువల్ల, చాలా కొలతలు ప్రాక్టికల్ థర్మామీటర్లను ఉపయోగించి తయారు చేయబడతాయి, అవి ద్వితీయమైనవి, ఎందుకంటే అవి పదార్ధం యొక్క ఏదైనా ఆస్తిని ఉష్ణోగ్రతతో నేరుగా సంబంధం కలిగి ఉండవు. ఇంటర్పోలేషన్ ఫంక్షన్ను పొందేందుకు, అవి తప్పనిసరిగా అంతర్జాతీయ ఉష్ణోగ్రత స్కేల్పై రిఫరెన్స్ పాయింట్ల వద్ద క్రమాంకనం చేయాలి. అత్యంత ఖచ్చితమైన ఆచరణాత్మక థర్మామీటర్ ప్లాటినం రెసిస్టెన్స్ థర్మామీటర్. ఉష్ణోగ్రత కొలిచే సాధనాలు తరచుగా సాపేక్ష ప్రమాణాలపై క్రమాంకనం చేయబడతాయి - సెల్సియస్ లేదా ఫారెన్హీట్.
ఆచరణలో, ఉష్ణోగ్రత కూడా కొలుస్తారు
లేజర్ రేడియేషన్ యొక్క పారామితులను కొలవడం ఆధారంగా ఉష్ణోగ్రతను కొలిచే తాజా పద్ధతులు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి.
ఉష్ణోగ్రత అనేది అణువుల గతిశక్తి కాబట్టి, దానిని శక్తి యూనిట్లలో (అంటే జూల్స్లోని SI వ్యవస్థలో) కొలవడం అత్యంత సహజమని స్పష్టమవుతుంది. అయినప్పటికీ, పరమాణు గతి సిద్ధాంతం యొక్క సృష్టికి చాలా కాలం ముందు ఉష్ణోగ్రత కొలత ప్రారంభమైంది, కాబట్టి ఆచరణాత్మక ప్రమాణాలు సాంప్రదాయిక యూనిట్లలో ఉష్ణోగ్రతను కొలుస్తాయి - డిగ్రీలు.
సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత భావనను W. థామ్సన్ (కెల్విన్) ప్రవేశపెట్టారు, అందువల్ల సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత స్థాయిని కెల్విన్ స్కేల్ లేదా థర్మోడైనమిక్ ఉష్ణోగ్రత స్థాయి అంటారు. సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత యొక్క యూనిట్ కెల్విన్ (K).
సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత స్థాయిని పిలుస్తారు, ఎందుకంటే ఉష్ణోగ్రత యొక్క దిగువ పరిమితి యొక్క గ్రౌండ్ స్థితి యొక్క కొలత సంపూర్ణ సున్నా, అంటే, సూత్రప్రాయంగా, ఒక పదార్ధం నుండి ఉష్ణ శక్తిని సేకరించడం అసాధ్యం అయిన అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రత.
సంపూర్ణ సున్నా 0 Kగా నిర్వచించబడింది, ఇది −273.15 °C (సరిగ్గా)కి సమానం.
కెల్విన్ ఉష్ణోగ్రత ప్రమాణం అనేది సంపూర్ణ సున్నా వద్ద ప్రారంభమయ్యే స్కేల్.
కెల్విన్ థర్మోడైనమిక్ స్కేల్ ఆధారంగా, రిఫరెన్స్ పాయింట్ల ఆధారంగా అంతర్జాతీయ ప్రాక్టికల్ స్కేల్ల అభివృద్ధి చాలా ముఖ్యమైనది - ప్రాథమిక థర్మోమెట్రీ పద్ధతుల ద్వారా నిర్ణయించబడిన స్వచ్ఛమైన పదార్థాల దశ పరివర్తనాలు. మొదటి అంతర్జాతీయ ఉష్ణోగ్రత స్థాయిని 1927లో ITS-27 ఆమోదించింది. 1927 నుండి, స్కేల్ అనేక సార్లు పునర్నిర్వచించబడింది (MTSh-48, MPTS-68, MTSh-90): సూచన ఉష్ణోగ్రతలు మరియు ఇంటర్పోలేషన్ పద్ధతులు మారాయి, అయితే సూత్రం అలాగే ఉంటుంది - స్కేల్ యొక్క ఆధారం దశ పరివర్తనాల సమితి. ఈ పాయింట్ల వద్ద క్రమాంకనం చేయబడిన థర్మోడైనమిక్ ఉష్ణోగ్రతలు మరియు ఇంటర్పోలేషన్ సాధనాల యొక్క నిర్దిష్ట విలువలతో స్వచ్ఛమైన పదార్థాలు. ITS-90 స్కేల్ ప్రస్తుతం అమలులో ఉంది. ప్రధాన పత్రం (స్కేల్పై నిబంధనలు) కెల్విన్ యొక్క నిర్వచనం, దశ పరివర్తన ఉష్ణోగ్రతల విలువలు (రిఫరెన్స్ పాయింట్లు) మరియు ఇంటర్పోలేషన్ పద్ధతులను ఏర్పాటు చేస్తుంది.
రోజువారీ జీవితంలో ఉపయోగించే ఉష్ణోగ్రత ప్రమాణాలు - సెల్సియస్ మరియు ఫారెన్హీట్ (ప్రధానంగా USAలో ఉపయోగించబడుతుంది) రెండూ సంపూర్ణమైనవి కావు మరియు ఉష్ణోగ్రత నీటి గడ్డకట్టే బిందువు కంటే తక్కువగా పడిపోయే పరిస్థితులలో ప్రయోగాలు చేసేటప్పుడు అసౌకర్యంగా ఉంటుంది, అందుకే ఉష్ణోగ్రత ప్రతికూలంగా వ్యక్తీకరించబడాలి. సంఖ్య. అటువంటి సందర్భాలలో, సంపూర్ణ ఉష్ణోగ్రత ప్రమాణాలు ప్రవేశపెట్టబడ్డాయి.
వాటిలో ఒకటి రాంకైన్ స్కేల్ అని పిలుస్తారు మరియు మరొకటి సంపూర్ణ థర్మోడైనమిక్ స్కేల్ (కెల్విన్ స్కేల్); వాటి ఉష్ణోగ్రతలు వరుసగా ర్యాంకైన్ (°Ra) మరియు కెల్విన్లు (K)లలో కొలుస్తారు. రెండు ప్రమాణాలు సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రత వద్ద ప్రారంభమవుతాయి. కెల్విన్ స్కేల్లోని ఒక డివిజన్ ధర సెల్సియస్ స్కేల్లోని ఒక డివిజన్ ధరకు సమానం మరియు ర్యాంకైన్ స్కేల్లోని ఒక డివిజన్ ధర ఫారెన్హీట్ స్కేల్తో థర్మామీటర్ల విభజన ధరకు సమానం అని అవి విభేదిస్తాయి. ప్రామాణిక వాతావరణ పీడనం వద్ద నీటి ఘనీభవన స్థానం 273.15 K, 0 °C, 32 °Fకి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
కెల్విన్ స్కేల్ ట్రిపుల్ పాయింట్ ఆఫ్ వాటర్ (273.16 K)తో ముడిపడి ఉంటుంది మరియు బోల్ట్జ్మాన్ స్థిరాంకం దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఇది అధిక ఉష్ణోగ్రత కొలతల వివరణ యొక్క ఖచ్చితత్వంతో సమస్యలను సృష్టిస్తుంది. BIPM ఇప్పుడు ట్రిపుల్ పాయింట్ ఉష్ణోగ్రతకు బదులుగా, కెల్విన్ యొక్క కొత్త నిర్వచనానికి మరియు బోల్ట్జ్మాన్ స్థిరాంకాన్ని స్థిరీకరించే అవకాశాన్ని పరిశీలిస్తోంది. .
సాంకేతికత, ఔషధం, వాతావరణ శాస్త్రం మరియు రోజువారీ జీవితంలో, సెల్సియస్ స్కేల్ ఉపయోగించబడుతుంది, దీనిలో నీటి యొక్క ట్రిపుల్ పాయింట్ యొక్క ఉష్ణోగ్రత 0.008 °C, అందువలన, 1 atm పీడనం వద్ద నీటి ఘనీభవన స్థానం 0 °. సి. ప్రస్తుతం, సెల్సియస్ స్కేల్ కెల్విన్ స్కేల్ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది: సెల్సియస్ స్కేల్పై ఒక డివిజన్ ధర కెల్విన్ స్కేల్పై ఒక డివిజన్ ధరకు సమానం, t(°C) = T(K) - 273.15. ఈ విధంగా, వాస్తవానికి 100 °C సూచన బిందువుగా సెల్సియస్ ఎంచుకున్న నీటి మరిగే స్థానం దాని ప్రాముఖ్యతను కోల్పోయింది మరియు ఆధునిక అంచనాల ప్రకారం సాధారణ వాతావరణ పీడనం వద్ద నీటి మరిగే బిందువు దాదాపు 99.975 °C వద్ద ఉంది. సెల్సియస్ స్కేల్ ఆచరణాత్మకంగా ఉంటుంది. చాలా సౌకర్యవంతంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే మన గ్రహం మీద నీరు చాలా విస్తృతంగా ఉంది మరియు మన జీవితం దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. వాతావరణ శాస్త్రానికి జీరో సెల్సియస్ ఒక ప్రత్యేక స్థానం ఎందుకంటే ఇది వాతావరణ నీటి గడ్డకట్టడంతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. 1742లో అండర్స్ సెల్సియస్ ఈ స్కేల్ను ప్రతిపాదించారు.
ఇంగ్లాండ్లో మరియు ముఖ్యంగా USAలో, ఫారెన్హీట్ స్కేల్ ఉపయోగించబడుతుంది. సున్నా డిగ్రీల సెల్సియస్ 32 డిగ్రీల ఫారెన్హీట్, మరియు డిగ్రీ ఫారెన్హీట్ 9/5 డిగ్రీల సెల్సియస్.
ఫారెన్హీట్ స్కేల్ యొక్క ప్రస్తుత నిర్వచనం క్రింది విధంగా ఉంది: ఇది ఉష్ణోగ్రత స్కేల్, దీనిలో 1 డిగ్రీ (1 °F) అనేది నీటి మరిగే స్థానం మరియు వాతావరణ పీడనం వద్ద మంచు ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత మధ్య వ్యత్యాసం 1/180వ వంతుకు సమానం, మరియు మంచు ద్రవీభవన స్థానం +32 °F. ఫారెన్హీట్ స్కేల్పై ఉష్ణోగ్రత t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32 నిష్పత్తి ద్వారా సెల్సియస్ స్కేల్ (t °C)పై ఉష్ణోగ్రతకు సంబంధించినది. 1724లో G. ఫారెన్హీట్ ద్వారా.
పదార్థం చల్లబడినప్పుడు, అనేక రకాల ఉష్ణ శక్తి మరియు వాటి అనుబంధ ప్రభావాలు ఏకకాలంలో పరిమాణంలో తగ్గుతాయి. పదార్థం తక్కువ ఆర్డర్ స్థితి నుండి ఎక్కువ ఆర్డర్ చేయబడిన స్థితికి కదులుతుంది.
సంపూర్ణ సున్నా యొక్క ఆధునిక భావన సంపూర్ణ విశ్రాంతి భావన కాదు; దీనికి విరుద్ధంగా, సంపూర్ణ సున్నా వద్ద కదలిక ఉండవచ్చు - మరియు అది ఉనికిలో ఉంది, కానీ ఇది పూర్తి క్రమం యొక్క స్థితి ...
P. L. కపిట్సా (ద్రవ హీలియం యొక్క లక్షణాలు)
వాయువు ద్రవంగా మారుతుంది మరియు తరువాత ఘనపదార్థంగా స్ఫటికీకరించబడుతుంది (హీలియం, సంపూర్ణ సున్నా వద్ద కూడా, వాతావరణ పీడనం వద్ద ద్రవ స్థితిలో ఉంటుంది). అణువులు మరియు అణువుల కదలిక మందగిస్తుంది, వాటి గతి శక్తి తగ్గుతుంది. తక్కువ వ్యాప్తితో కంపించే క్రిస్టల్ లాటిస్ యొక్క పరమాణువులపై ఎలక్ట్రాన్ వికీర్ణం తగ్గడం వల్ల చాలా లోహాల నిరోధకత తగ్గుతుంది. అందువలన, సంపూర్ణ సున్నా వద్ద కూడా, వాహక ఎలక్ట్రాన్లు 1 × 10 6 m/s క్రమం యొక్క ఫెర్మీ వేగంతో అణువుల మధ్య కదులుతాయి.
క్వాంటం మెకానికల్ చలనం కారణంగా మాత్రమే సంరక్షించబడిన పదార్థం యొక్క కణాలు కనిష్ట చలనాన్ని కలిగి ఉండే ఉష్ణోగ్రత సంపూర్ణ సున్నా (T = 0K) యొక్క ఉష్ణోగ్రత.
సంపూర్ణ సున్నా ఉష్ణోగ్రతను చేరుకోలేము. అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రత (450 ± 80) × 10 −12 K సోడియం పరమాణువుల బోస్-ఐన్స్టీన్ కండెన్సేట్ MIT నుండి పరిశోధకులచే 2003లో పొందబడింది. ఈ సందర్భంలో, థర్మల్ రేడియేషన్ యొక్క శిఖరం 6400 కిమీ క్రమం యొక్క తరంగదైర్ఘ్యం ప్రాంతంలో ఉంది, అంటే భూమి యొక్క వ్యాసార్థం.
శరీరం విడుదల చేసే శక్తి దాని ఉష్ణోగ్రత యొక్క నాల్గవ శక్తికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. కాబట్టి, 300 K వద్ద, ఒక చదరపు మీటరు ఉపరితలం నుండి 450 వాట్స్ వరకు విడుదలవుతాయి. ఉదాహరణకు, పరిసర ఉష్ణోగ్రత కంటే రాత్రిపూట భూమి యొక్క ఉపరితలం చల్లబడడాన్ని ఇది వివరిస్తుంది. పూర్తిగా నల్లని శరీరం యొక్క రేడియేషన్ శక్తి స్టెఫాన్-బోల్ట్జ్మాన్ చట్టం ద్వారా వివరించబడింది
అతను కనుగొన్న ఆల్కహాల్ థర్మామీటర్ను వివరించిన R. A. Reaumur 1730లో ప్రతిపాదించాడు.
యూనిట్ అనేది డిగ్రీ Reaumur (°R), 1 °R అనేది సూచన బిందువుల మధ్య ఉష్ణోగ్రత విరామంలో 1/80కి సమానం - మంచు ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత (0 °R) మరియు నీటి మరిగే స్థానం (80 °R)
1 °R = 1.25 °C.
ప్రస్తుతం, స్కేల్ ఉపయోగం లేకుండా పోయింది; ఇది రచయిత యొక్క మాతృభూమి అయిన ఫ్రాన్స్లో ఎక్కువ కాలం జీవించింది.
వివరణ | కెల్విన్ | సెల్సియస్ | ఫారెన్హీట్ | రాంకిన్ | డెలిస్లే | న్యూటన్ | రేమూర్ | రోమర్ |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
సంపూర్ణ సున్నా | 0 | −273.15 | −459.67 | 0 | 559.725 | −90.14 | −218.52 | −135.90 |
ఫారెన్హీట్ మిశ్రమం యొక్క ద్రవీభవన ఉష్ణోగ్రత (ఉప్పు మరియు మంచు సమాన పరిమాణంలో) | 255.37 | −17.78 | 0 | 459.67 | 176.67 | −5.87 | −14.22 | −1.83 |
నీటి ఘనీభవన స్థానం (సాధారణ పరిస్థితులు) | 273.15 | 0 | 32 | 491.67 | 150 | 0 | 0 | 7.5 |
సగటు మానవ శరీర ఉష్ణోగ్రత¹ | 310.0 | 36.6 | 98.2 | 557.9 | 94.5 | 12.21 | 29.6 | 26.925 |
నీటి మరిగే స్థానం (సాధారణ పరిస్థితులు) | 373.15 | 100 | 212 | 671.67 | 0 | 33 | 80 | 60 |
కరుగుతున్న టైటానియం | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
సూర్యుని ఉపరితలం | 5800 | 5526 | 9980 | 10440 | −8140 | 1823 | 4421 | 2909 |
¹ సాధారణ సగటు మానవ శరీర ఉష్ణోగ్రత 36.6 °C ±0.7 °C, లేదా 98.2 °F ±1.3 °F. సాధారణంగా కోట్ చేయబడిన 98.6 °F విలువ 19వ శతాబ్దపు జర్మన్ విలువ 37 °C యొక్క ఫారెన్హీట్కి ఖచ్చితమైన మార్పిడి. అయినప్పటికీ, ఈ విలువ సాధారణ సగటు మానవ శరీర ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో లేదు, ఎందుకంటే శరీరంలోని వివిధ భాగాల ఉష్ణోగ్రత భిన్నంగా ఉంటుంది.
ఈ పట్టికలోని కొన్ని విలువలు రౌండ్ చేయబడ్డాయి.
వివిధ పదార్ధాల దశ పరివర్తన పాయింట్లను వివరించడానికి, క్రింది ఉష్ణోగ్రత విలువలు ఉపయోగించబడతాయి:
1910 -68 వరకు భూమిపై అత్యల్ప ఉష్ణోగ్రత, వెర్ఖోయాన్స్క్