температура

# тег · @ автор · ! учёный

Температура — статистическая мера средней кинетической энергии хаотического движения частиц. В термодинамике она определяет направление теплопередачи (от горячего к холодному). Шкала Кельвина привязана к абсолютному нулю, где тепловое движение минимально.

История

Первые термометры создали в XVII веке Галилей и Санторио. Позже Цельсий и Фаренгейт придумали удобные шкалы. Лорд Кельвин в XIX веке предложил абсолютную шкалу, начинающуюся от нуля.

Как работает

При касании горячей батареи теплота перетекает к руке: быстро двигающиеся частицы батареи передают энергию медленным частицам руки — температуры выравниваются.

💡 В космосе, вдали от звёзд, температура фонового излучения всего 2,7 К (−270 °C) — остаток Большого взрыва.

Температура — интенсивная термодинамическая величина, характеризующая равновесное состояние. Нулевой закон термодинамики: две системы в тепловом равновесии с третьей имеют одинаковую температуру. Микроскопически, в равновесии средняя кинетическая энергия на степень свободы равна (1/2)k_B T (теорема о равнораспределении). В статистической механике 1/T = ∂S/∂U. Абсолютная шкала задаётся циклом Карно. Практические шкалы (ITS-90) используют реперные точки. Экстремальные температуры измеряют разными физическими принципами.

История

Количественные измерения начались с термоскопа Галилея (1593). В 1714 году Даниэль Фаренгейт создал ртутный термометр и шкалу. Андерс Цельсий в 1742 предложил стоградусную шкалу. Уильям Томсон (лорд Кельвин) в 1848 ввёл абсолютную шкалу. Людвиг Больцман статистически обосновал температуру через распределение Больцмана. Современная квантовая термометрия достигает точности 10⁻⁶ K.

Как работает

Температура проявляется через распределение Больцмана: вероятность состояния с энергией E пропорциональна exp(-E/kT). Повышение T заселяет более высокие уровни энергии. Тепловое излучение описывается законом Планка и смещением Вина. Распределение скоростей газа — Максвелла–Больцмана. Измерение: термометры (расширение жидкостей), термопары (эффект Зеебека), болометры, пирометры. Второй закон термодинамики запрещает вечный двигатель, используя температуру. Энтропия Бекенштейна–Хокинга связывает температуру чёрной дыры с площадью горизонта.

\langle E_k \rangle = \frac{1}{2} k_B T

⟨E_k⟩ — средняя кинетическая энергия, k_B — постоянная Больцмана, k_B ≈ 1.381×10⁻²³ Дж/К, T — абсолютная температура в кельвинах

P_i \propto e^{-E_i/(k_B T)}

P_i — вероятность состояния, E_i — энергия состояния, k_B — постоянная Больцмана, T — температура

\lambda_{\max} = \frac{b}{T}

λ_max — длина волны максимума излучения, b — постоянная Вина, b ≈ 2.898×10⁻³ м·К, T — абсолютная температура

j = \sigma T^4

j — излучательная способность на единицу площади, σ — постоянная Стефана-Больцмана, σ ≈ 5.67×10⁻⁸ Вт·м⁻²·К⁻⁴, T — температура

Открытые проблемы и интересные факты

Определение температуры в неравновесных системах (активные среды); Пределы квантовой термометрии при сверхнизких температурах; Температура чёрных дыр и информационный парадокс (файервол); Измерение температуры внутри нейтронных звёзд по нейтрино

💡 Самая высокая температура в лаборатории — около 5,5 триллиона градусов (на БАК), в 250 000 раз горячее центра Солнца. Рекорд холода — единицы пикокельвинов, где атомы почти останавливаются.

Пока нет статей

температура

История

Как работает

История

Как работает

История

Как работает

Открытые проблемы и интересные факты

Статьи по теме