Temperaturo estas fizika eco dematerio, la bazo de la komunaj nocioj "varma" kaj "malvarma". Aĵo kun alta temperaturo sentiĝas varma, aĵo kun malalta temperaturo sentiĝas malvarma.
Temperaturo difiniĝas plurmaniere kiel la nivelo de termika agitado (kineta teorio degasoj), aŭ laŭ la ekvilibro de termikaj transferoj inter pluraj sistemoj, aŭ ankoraŭ per laentropio entermodinamiko.
La temperaturo estas la fizika eco, kiu rilatas al komunaj konceptoj de varmo aŭ foresto de varmo, tamen ĝia formala signifo entermodinamiko estas pli kompleksa. Termodinamike oni parolas pri la averaĝa rapido aŭ la kinetika energio (movo) de la partikloj de la molekuloj, kaj tiel je altaj temperaturoj la rapido de la partikloj estas alta, kaj en la absolutanulo[1] la partikloj ne moviĝas. Ofte la varmo aŭ la malvarmo sentita de la personoj havas pli da rilato kun la termika sento ol kun la reala temperaturo. Fundamente, la temperaturo estas propraĵo kiun posedas la fizikaj sistemoj je nivelo makroskopia, kiu siavice havas kaŭzon je nivelo mikroskopia, kiu estas la averaĝa energio de la partiklo. Kaj fakte, male al aliaj termodinamikaj kvantoj kiel lavarmo aŭ laentropio,[2] kies mikroskopiaj difinoj estas validaj tre malproksime de la termika ekvilibro, la temperaturo estas mezurebla nur en laekvilibro,[3] precize ĉar ĝi estas difinita kielaveraĝo.
La temperaturo estas intime rilata kun lainterna energio kaj kun laentalpio de iu sistemo: ju pli da temperaturo des pli da interna energio kaj de entalpio de la sistemo. La temperaturo estas intensiva eco, tio estas, ke ĝi ne dependas de la grando de la sistemo, sed estas eco, kiu estas esenca kaj dependas nek de la kvanto de substanco, nek de la materialo, el kiu ĝi estas komponita.
Estas almenaŭ du kromaj komunuzaj skaloj por mezuri temperaturon, krom la kelvina (aŭ "absoluta"): la skalojCelsia (aŭ "centgrada") kajFarenhejta. Malpli ofte uzataj estas la skalojRankina kajReomira. ViduKelvino por tabelo pri kiel konverti la unuojn de la diversaj sistemoj. Ĉi tie listiĝas la difinoj de la unuoj:
Ĝi uzas la fizikan principon de la temperatura koeficiento de elektrika rezisto de metaloj. La ilo bezonas elektran kurenton por produktitension trans la sensilo, kiun oni povas mezuri.
Vitra tubo unuflanke kun ujo estas parte plenigita kun likvo. Kiam la temperaturo altiĝas, la likvo dilatiĝas. La longo de la fluido en la tubo estas mezuro por la temperaturo.
Ĝi uzas la fakton ke diversaj metaloj havas diversajn koeficientojn dedilatiĝo. Ligado de du metaloj donas metodon por ekzemple ŝalti elektran kontakton.
Termoskopo estas historia aparato kiu montras ŝanĝojn en temperaturo. Tipa desegno estas tubo en kiu likvo supreniras kaj malsupreniras kiam la temperaturo ŝanĝiĝas. La modernatermometro laŭgrade evoluis el ĝi per la aldono de skalo komence de la 17a jarcento kaj per normigo laŭlonge de la 17a kaj 18a jarcentoj.
La grandeco de la kelvino nun estas difinita laŭ kineta teorio, derivita de la valoro de lakonstanto de Boltzmann.
Kineta teorio havigas mikroskopan kvanton de temperaturo por kelkaj korpoj de materialo, aparte gasoj, surbaze de la makroskopaj sistemoj kiuj estas kunmetitaj de multaj mikroskopaj partikloj, kiel ekzemple molekuloj kajjonoj de diversaj specioj, ĉar la partikloj de specio estas tute similaj. Ĝi klarigas makroskopajn fenomenojn per laklasika mekaniko de la mikroskopaj partikloj. La ekvipartiga teoremo de kinetika teorio asertas, ke ĉiu klasikagrado de libereco de libere moviĝanta partiklo havas mezan kinetan energion de kkBT/2 kiekB indikas la konstanton de Boltzmann. La transira moviĝo de la partiklo havas tri gradojn da libereco, tiel ke, krom ĉe tre malaltaj temperaturoj kie kvantumaj efikoj dominas, la meza transira kineta energio de libere moviĝanta partiklo en sistemo kun temperaturoT estos3kBT/2.
Molekuloj, kiel ekzemple deoksigeno (O2), havas pli dagradoj de libereco ol ununuraj sferaj atomoj: ili spertas rotaciajn kaj vibrajn movojn same kiel transirojn. Varmigo rezultigas pliiĝon de temperaturo pro pliiĝo de la meza transira kineta energio de la molekuloj. Varmigo okazigas ankaŭ, per ekvipartigo, pliiĝon de la energio asocia kun vibraj kaj rotaciaj reĝimoj. Tiel diatoma gaso postulos pli da energi-enigo por pliigi sian temperaturon je certa kvanto, t.e. ĝi havos pli grandan varmokapaciton ol monatoma gaso.
Kiel notite supre, la rapido de sono en gaso povas esti kalkulita el la molekula karaktero de la gaso, temperaturo, premo, kaj la konstanto de Boltzmann. Prenante la valoron de la konstanto de Boltzmann kiel ĉefe difinita referenco de precize difinita valoro, mezurado de la rapido de sono povas havigi pli precizan mezuradon de la temperaturo de la gaso.[4]
Eblas mezuri la mezan kinetan energion de konsistigaj mikroskopaj partikloj se ili povas eskapi de la kerno de la sistemo, tra malgranda truo en la entenmuro. La spektro de rapidecoj devas esti mezurita, kaj la mezumo estos kalkulita de tio. Ne estas nepre la kazo, ke la partikloj kiuj eskapas kaj estas mezuritaj havas la saman rapidecdistribuon kiel la partikloj kiuj restas en la kerno de la sistemo, sed foje bona provaĵo eblas.
Temperaturo estas unu el la ĉefaj kvantoj en la studo determodinamiko. Antaŭe, la grandeco de la kelvino estis difinita en termodinamikaj esprimoj, sed nuntempe, kiel menciite supre, ĝi estas difinita laŭ kineta teorio.
La termodinamika temperaturo laŭdire estas absoluta pro du kialoj. Unu estas, ke ĝia formala karaktero estas sendependa de la ecoj de apartaj materialoj. La alia kialo estas ke ĝia nulo estas, iusence, absoluta, ĉar ĝi indikas foreston de mikroskopa klasika moviĝo de la konsistigaj partikloj de materio, tiel ke ili havas limigan specifan varmon de nulo por nula temperaturo, laŭ latria leĝo de termodinamiko. Tamen, termodinamika temperaturo ja havas difinitan nombran valoron, kiu estis arbitre elektita de tradicio kaj dependas de la posedaĵo de apartaj materialoj; ĝi estas simple malpli arbitra ol relativaj "gradaj" skaloj kiel ekzempleCelsius kajFahrenheit. Estante absoluta skalo kun unu fiksa punkto (nul), ekzistas nur unu grado da libereco lasita al arbitra elekto, prefere ol du kiel en relativaj skaloj. Por la Kelvin-skalo ekde majo 2019, laŭ internacia konvencio, oni faris elekton uzi scion pri operaciomanieroj de diversaj termometrikaj aparatoj, fidante je mikroskopaj kinetaj teorioj pri molekula moviĝo. La nombra skalo estas aranĝita per konvencia difino de la valoro de la Boltzmann-konstanto, kiu rilatigas makroskopan temperaturon je meza mikroskopa kineta energio de partikloj kiel ekzemple molekuloj. Ĝia nombra valoro estas arbitra, kaj alterna, malpli vaste uzita absoluta temperaturskalo ekzistas nomita la Rankine-skalo, farita por esti vicigita kun la Fahrenheit-skalo kielKelvino estas kun Celsius.
Temperaturo estas mezuro dekvalito de stato de materialo.[5] La kvalito povas esti rigardita kiel pli abstrakta unuo ol iu speciala temperaturskalo kiu mezuras ĝin, kaj estas nomitavarmeco fare de kelkaj fakuloj.[6][7][8] La kvalito de varmeco rilatas al la stato de materialo nur en speciala loko, kaj ĝenerale, en korpoj tenitaj en stabila stato de termodinamika ekvilibro, varmeco varias de loko al loko. Ne estas nepre la kazo, ke materialo en aparta loko estas en stato kiu estas sufiĉe stabila kaj preskaŭ homogena por permesi al ĝi havi klare difinitan varmecon aŭ temperaturon. Varmeco povas esti prezentita abstrakte kiel unudimensiasternaĵo. Ĉiu valida temperaturskalo havas sian propran unu-al-unu mapon en la varmeca sternaĵo.[9][10]
Kiam du sistemoj en termika kontakto estas je la sama temperaturo neniu varmo transiras inter ili. Kiam temperaturdiferenco ekzistas, varmo fluas spontanee de la pli varma sistemo al la pli malvarma sistemo ĝis ili estas en termika ekvilibro. Tia varmotransigo okazas per kondukado aŭ per termika radiado.[11][12][13][14][15][16][17][18]
Eksperimentaj fizikistoj, ekzempleGalileo kajNeŭtono,[19] trovis, ke ekzistas nedifinite multaj empiriaj temperaturskaloj. Tamen, lanula leĝo de termodinamiko diras, ke ili ĉiuj mezuras la saman kvaliton. Tio signifas, ke por korpo en sia propra stato de interna termodinamika ekvilibro, ĉiu ĝuste kalibrita termometro, kia ajn, kiu mezuras la temperaturon de la korpo, registras unu kaj la saman temperaturon. Por korpo kiu ne estas en sia propra stato de interna termodinamika ekvilibro, malsamaj termometroj povas registri malsamajn temperaturojn, depende respektive de la mekanismoj de funkciado de la termometroj.
Por eksperimenta fiziko, varmeco signifas ke, kiam oni komparas iujn ajn du antaŭfiksitajn korpojn en siaj respektivaj apartaj termodinamikaj ekvilibroj, ajnaj du konvene donitaj empiriaj termometroj kun nombraj skalaj valoroj konsentos pri kiu estas la pli varma de la du antaŭfiksitaj korpoj, aŭ ke ili havas la saman temperaturon.[20] Ĉi tio ne postulas, ke la du termometroj havu linearan rilaton inter iliaj nombraj skalaj valoroj, sed ĝi postulas, ke la rilato inter iliaj nombraj valoroj estu striktemonotona.[21][22] Definitiva sento de pli granda varmeco povas esti havita, sendepende dekalorimetrio, de termodinamiko, kaj de ecoj de apartaj materialoj, de lamovoleĝo de Wien determika radiado: la temperaturo de bano de termika radiado estas proporcia, per universala konstanto, al la frekvenco de la maksimumo de siafrekvenca spektro; ĉi tiu frekvenco estas ĉiam pozitiva, sed povas havi valorojn kiujtendencas al nulo. Termika radiado estas komence difinita per kavaĵo en termodinamika ekvilibro. Tiuj fizikaj faktoj pravigas matematikan deklaron ke varmeco ekzistas sur ordigita unudimensiasternaĵo. Ĉi tio estas fundamenta trajto de temperaturo kaj termometroj por korpoj en sia propra termodinamika ekvilibro.[23][9][10][24][25]
Fandado de glacio.
Krom sistemo spertanta unuaordanfaztransiron kiel la fandado de glacio, ĉar fermita sistemo ricevas varmon, sen ŝanĝo en sia volumeno kaj sen ŝanĝo en eksteraj fortokampoj agantaj sur ĝi, ĝia temperaturo altiĝas. Por sistemo spertanta tian fazŝanĝon tiel malrapide ke foriro de termodinamika ekvilibro povas esti neglektita, ĝia temperaturo restas konstanta kiam la sistemo estas provizita perlatenta varmo. Male, perdo de varmo de fermita sistemo, sen fazoŝanĝo, sen ŝanĝo de volumeno, kaj sen ŝanĝo en eksteraj fortokampoj agantaj sur ĝi, malpliigas ĝian temperaturon.[26]
Korpoj en stabila stato sed ne en termodinamika ekvilibro
Dum por korpoj en iliaj propraj termodinamikaj ekvilibrostatoj, la nocio de temperaturo postulas ke ĉiuj empiriaj termometroj devas konsenti pri kiu el du korpoj estas la pli varma aŭ ke ili estas ĉe la sama temperaturo, tiu postulo ne estas sekura por korpoj kiuj estas en stabilaj statoj kvankam ne en termodinamika ekvilibro. Povas tiam esti ke malsamaj empiriaj termometroj malkonsentas pri kiu estas pli varma, kaj se tio estas tiel, tiam almenaŭ unu el la korpoj ne havas bone difinitan absolutan termodinamikan temperaturon. Tamen, iu ajn donita korpo kaj iu ajn taŭga empiria termometro povas ankoraŭ subteni nociojn de empiria, ne-absoluta, varmeco kaj temperaturo, por taŭga gamo da procezoj. Tio estas afero por studo en ne-ekvilibra termodinamiko.
Kiam korpo ne estas en stabila stato, tiam la nocio de temperaturo iĝas eĉ malpli sekura ol por korpo en stabila stato en termodinamika malekvilibro. Tio ankaŭ estas afero por studo en ne-ekvilibra termodinamiko.
Por la aksioma traktado de termodinamika ekvilibro, ekde la 1930-aj jaroj, fariĝis kutime rilati alnula leĝo de termodinamiko. La kutime deklarita minimumisma versio de tia leĝo postulas nur ke ĉiuj korpoj, kiuj kiam termike ligitaj estus en termika ekvilibro, devus havi la saman temperaturon de difino, sed per si mem ne establas temperaturon kiel kvanton esprimitan kiel reela nombro sur skalo. Pli fizike informa versio de tia leĝo rigardas empirian temperaturon kiel diagramon sur varmeca sternaĵo.[9][25][27] Dum la nula leĝo permesas la difinojn de multaj malsamaj empiriaj skaloj de temperaturo, ladua leĝo de termodinamiko elektas la difinon de ununura preferata, absoluta temperaturo, unika ĝis arbitra skalfaktoro, de kie ĝi nomiĝas termodinamika temperaturo.[23][9][28][29][30][31] Seinterna energio estas konsiderata kiel funkcio de la volumeno kajentropio de homogena sistemo en termodinamika ekvilibro, termodinamika absoluta temperaturo prezentiĝas kiel la parta derivaĵo de interna energio kun respekto de la entropio ĉe konstanta volumeno. Ĝia natura, interna origino aŭ nula punkto estasabsoluta nulo ĉe kiu la entropio de iu sistemo estas minimuma. Kvankam tio estas la plej malsupra absoluta temperaturo priskribita per la modelo, latria leĝo de termodinamiko postulas, ke absoluta nulo ne povas esti atingita per iu fizika sistemo.
Dum intensa neĝofalo lavento povas plialtigi la senton de malvarmo; Pershing Square,Manhatano,Novjorko,Usono, januaro 2016.
Gravas reliefigi, ke lasentotemperaturo estas iom diferenca de la temperaturo tia, kia estas difinita en termodinamiko. La sentotemperaturo estas la rezulto de la maniero, laŭ kiu lahaŭto sentas la temperaturon de la objektoj aŭ de la medio, kiu ne necese kongruas fidele kun la reala temperaturo de tiuj objektoj aŭ de la medio. La sentotemperaturo estas iom komplike mezurebla pro diversaj tialoj, ekzemple nome la jenaj:
Lahoma korpo regulas sian temperaturon por pluteni ĝin proksimume konstanta (ĉirkaŭ36,5°C).
La homa korpo konstante produktas varmon, kiu estas produkto de ladigesto de la englutitaj nutraĵoj. Tiu varmo utilas por pluteni la menciitan temperaturon, kaj por tio ĝi devas disigi la ekstran energion al la medio.
Se la medikondiĉoj igas la perdojn egalaj al la produktado, la korpo sentas temperaturanbonfarton.
Se la medikondiĉoj faras, ke la perdoj de varmo superas la produktadon, la korpo sentas malvarmon.
Se la medikondiĉoj malhelpas la disigon de la ekstra varmo, la korpo sentas varmon.
La perdoj aŭ gajnoj dependas de variaj faktoroj, ne nur de la temperaturo de la media aero.
Okazas interŝanĝo perkonvekcio. La aero en kontakto kun la haŭto, varmiĝas kaj ascendas, pro kio estas anstataŭata per aero pli malvarma, kiu siavice varmiĝas. Se la aero estas pli varma, okazas la malo.
Per transdono. La haŭto en kontakto kun pli malvarmaj korpoj, transdonas varmon. Se ili estas pli varmaj, ĝi ricevas varmon.
Per radiado. La haŭto interŝanĝas varmon per radiado kun la medio: se la radia averaĝa temperaturo de la medio estas pli malvarma ol tiu de la haŭto, la haŭto malvarmiĝas; se estas mala okazo, ĝi varmiĝas.
Per vaporiga transpirado. Kiam vaporiĝas la ŝvito aŭ la humideco de la haŭto aŭ de lamukozoj, okazas perdo de varmo ĉiam, pro la latenta varmo de vaporigo de akvo.
Pro tio ĉio, la sento de komforto dependas de la kombinita okazaro de la faktoroj kiujn determinas la jenaj kvar tipoj de interŝanĝo: nome seka temperaturo, radia temperaturo, malseka temperaturo (kiu indikas la kapablon de la aero akcepti aŭ malakcepti la vaporigo de laŝvito) kaj la rapideco de lavento (kiu influas super la konvekcio kaj la vaporigo de la svito). La influo en la perdo de la transigo estas malgranda, escepte se la haŭto, aŭ ties parto, estas en kontakto kun malvarmaj objektoj (senŝuaj piedoj, malvarma sidilo, malmulta ŝirmovestaro...).
↑Resnik Halliday Krane (2002). Física Volumen 1. Cecsa. ISBN 970-24-02-0257-3.
↑Bioquímica de los procesos metabólicos. Virginia Melo, Virginia Melo Ruiz, Oscar Cuamatzi. p. 11. (books.google.es).
↑Química general: introducción a la química teórica. Cristóbal Valenzuela Calahorro. p, 360. (books.google.es).
↑Citaĵa eraro Malvalida etikedo<ref>; neniu teksto estis provizita por ref-oj nomatajde Podesta; $2
↑Bryan, G.H. (1907).Thermodynamics. An Introductory Treatise dealing mainly with First Principles and their Direct Applications, B.G. Teubner, Leipzig, p. 3. Thermodynamics by George Hartley Bryan. Arkivita ella originalo je 2011-11-18. Alirita 2011-10-02 .
↑Bryan, G.H. (1907).Thermodynamics. An Introductory Treatise dealing mainly with First Principles and their Direct Applications, B.G. Teubner, Leipzig, p. 5: "... when a body is spoken of as growing hotter or colder an increase of temperature is always implied, for the hotness and coldness of a body are qualitative terms which can only refer to temperature." Thermodynamics by George Hartley Bryan. Arkivita ella originalo je 2011-11-18. Alirita 2011-10-02 .
↑9,09,19,29,3Mach, E. (1900).Die Principien der Wärmelehre. Historisch-kritisch entwickelt, Johann Ambrosius Barth, Leipzig, section 22, pp. 56–57.
↑10,010,1Serrin, J. (1986). Chapter 1, 'An Outline of Thermodynamical Structure', pp. 3–32, especially p. 6, enNew Perspectives in Thermodynamics, eldonita de J. Serrin, Springer, Berlin,(ISBN 3-540-15931-2).
↑Maxwell, J.C. (1872).Theory of Heat, third edition, Longmans, Green, London, p. 32.
↑Tait, P.G. (1884).Heat, Macmillan, London, Chapter VII, pp. 39–40.
↑Planck, M. (1897/1903).Treatise on Thermodynamics, tradukita de A. Ogg, Longmans, Green, London, pp. 1–2.
↑Maxwell, J.C. (1872).Theory of Heat, tria eldono, Longman's, Green & Co, London, p. 45.
↑25,025,1Pitteri, M. (1984).On the axiomatic foundations of temperature, Appendix G6 en pp. 522–544 deRational Thermodynamics, C. Truesdell, dua eldono, Springer, New York,(ISBN 0-387-90874-9).
↑Truesdell, C., Bharatha, S. (1977).The Concepts and Logic of Classical Thermodynamics as a Theory of Heat Engines, Rigorously Constructed upon the Foundation Laid by S. Carnot and F. Reech, Springer, New York,(ISBN 0-387-07971-8), p. 20.
↑Serrin, J. (1978). The concepts of thermodynamics, inContemporary Developments in Continuum Mechanics and Partial Differential Equations. Proceedings of the International Symposium on Continuum Mechanics and Partial Differential Equations, Rio de Janeiro, August 1977, eldonita de G.M. de La Penha, L.A.J. Medeiros, North-Holland, Amsterdam,(ISBN 0-444-85166-6), pp. 411–451.
↑Maxwell, J.C. (1872).Theory of Heat, third edition, Longmans, Green, London, pp. 155–158.
Partington, J.R. (1949).An Advanced Treatise on Physical Chemistry, volume 1,Fundamental Principles. The Properties of Gases, Longmans, Green & Co., London, pp. 175–177.
Pippard, A.B. (1957/1966).Elements of Classical Thermodynamics for Advanced Students of Physics, original publication 1957, reprint 1966, Cambridge University Press, Cambridge UK.
Quinn, T.J. (1983).Temperature, Academic Press, London,(ISBN 0-12-569680-9).
(March 1851) “On the Dynamical Theory of Heat, with numerical results deduced from Mr Joule's equivalent of a Thermal Unit, and M. Regnault's Observations on Steam”,Transactions of the Royal Society of EdinburghXX (part II),p. 261–268, 289–298.
Truesdell, C.A. (1980).The Tragicomical History of Thermodynamics, 1822–1854, Springer, New York,(ISBN 0-387-90403-4).
Tschoegl, N.W. (2000).Fundamentals of Equilibrium and Steady-State Thermodynamics, Elsevier, Amsterdam,(ISBN 0-444-50426-5).
Yunus A, Çengel (2009).Termodinámica, 6a eldono. Mc Graw Hill.ISBN 978-970-10-72868.
Zemansky, Mark W. (1985). «Calor y termodinámica». Madrid: McGraw-Hill.ISBN 84-85240-85-5.
