temperatura - Temperature


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Temperatura
Map.jpg temperatura média anual
temperatura média anual ao redor do mundo
símbolos comuns
T
unidade SI Kelvin (K)
outras unidades
° C , ° F , R
Intensive ? sim
Derivações de
outras quantidades
,
Dimensão Θ
Vibração térmica de um segmento de proteína de hélice alfa : A amplitude das vibrações aumenta com a temperatura.
A variação diária na temperatura do corpo humano

Temperatura é uma grandeza física que expressa quente e frio . Ela é medida com um termómetro calibrado em um ou mais escalas de temperatura . As escalas mais vulgarmente utilizadas são a escala Celsius (anteriormente chamado centígrados ) (denotado ° C), escala Fahrenheit (denotado ° F), e escala de Kelvin (denotado K). O kelvin (escrita com uma minúscula k) representa a unidade de temperatura no Sistema Internacional de Unidades (SI abreviada), em que a temperatura é um dos sete fundamentais quantidades de base . A escala Kelvin é amplamente utilizado em ciência e tecnologia .

Teoricamente, o mais frio de um sistema pode ser é quando sua temperatura é zero absoluto , altura em que o movimento térmico em matéria seria zero. No entanto, um sistema físico real ou objecto nunca pode atingir uma temperatura de zero absoluto. Zero absoluto é denotado como 0 K na escala Kelvin, -273,15 ° C na escala de Celsius, e -459,67 ° F na escala de Celsius.

Para um gás ideal , a temperatura é proporcional à energia cinética média dos movimentos aleatórios microscópicos das partículas microscópicas constituintes.

Temperatura é importante em todos os campos da ciência natural , incluindo a física , química , ciências da Terra , medicina e biologia , bem como a maioria dos aspectos da vida diária.

efeito

Muitos processos físicos são afectadas por temperatura, tal como

balança

escalas de temperatura diferem de duas maneiras: o ponto escolhido como zero graus, e as magnitudes de unidades incrementais ou graus na escala.

O Celsius escala (° C) é usado para as medições de temperatura comuns na maior parte do mundo. É uma escala empírica de que foi desenvolvido por um progresso histórico, o que levou ao seu ponto zero 0 ° C sendo definida pelo ponto de congelação da água, e graus adicionais definido de modo que 100 ° C foi o ponto de ebulição da água, tanto no mar pressão atmosférica -level. Devido ao intervalo de 100 graus, que foi chamado uma escala centígrados. Uma vez que a normalização do Kelvin no Sistema Internacional de Unidades, que posteriormente foi redefinido em termos dos pontos de fixação equivalentes na escala Kelvin, e de modo que um aumento de temperatura de um grau Celsius é o mesmo que um incremento de um Kelvin, embora eles diferem por um aditivo deslocamento de 273,15.

Os Estados Unidos vulgarmente usa o Fahrenheit escala, no qual a água congela a 32 ° F e entra em ebulição a 212 ° F à pressão atmosférica ao nível do mar.

Muitas medições científicas usar a escala de temperatura Kelvin (símbolo da unidade: K), nomeado em honra do físico escoceses e irlandeses quem primeiro definiu. É um termodinâmico ou temperatura absoluta escala. O seu ponto zero, 0 K , é definido de forma a coincidir com a temperatura mais fria fisicamente-possível (chamado zero absoluto ). Seus graus são definidos através de termodinâmica . A temperatura de zero absoluto ocorre em 0 K = -273,15 ° C (ou -459,67 ° F ), e o ponto de congelação da água à pressão atmosférica ao nível do mar ocorre a 273,15 K = 0 ° C .

O Sistema Internacional de Unidades (SI) e define uma escala de unidade para o Kelvin ou temperatura termodinâmica usando a temperatura de forma fiável reprodutível do ponto triplo da água como um segundo ponto de referência (o primeiro ponto de referência sendo 0 K em zero absoluto). O ponto triplo é um estado singular com a sua própria temperatura e pressão única e invariante, juntamente com, por uma massa fixa de água num recipiente de volume fixo, um autonomamente e de forma estável autodeterminante partição em três fases mutuamente em contacto, vapor, líquido e sólido, dinamicamente, dependendo apenas da energia interna total da massa de água. Por razões históricas, a temperatura do ponto triplo da água é fixado em 273,16 unidades de incremento de medição.

tipos

Há uma variedade de tipos de escala de temperatura. Pode ser conveniente para classificá-los como empírica e teoricamente base. escalas de temperatura empíricos são historicamente mais velho, enquanto escalas baseadas em teoria surgiu em meados do século XIX.

base empírica

escalas de temperatura com base empírica dependem directamente em medições de propriedades físicas simples de materiais. Por exemplo, o comprimento de uma coluna de mercúrio, confinada num tubo capilar com paredes de vidro, é em grande parte dependente da temperatura, e é a base do termómetro muito útil de mercúrio, de vidro. Tais escalas são válidos somente dentro de gamas convenientes de temperatura. Por exemplo, acima do ponto de ebulição de mercúrio, um termómetro de mercúrio, de vidro é impraticável. A maioria dos materiais de expandir-se com o aumento da temperatura, mas alguns materiais, tais como água, contrato com o aumento da temperatura durante algum intervalo específico, e, em seguida, eles são pouco úteis como materiais termométricos. Um material não tem utilidade como um termómetro perto de uma das suas temperaturas de mudança de fase, por exemplo o seu ponto de ebulição-.

Apesar destas restrições, termômetros práticas mais geralmente usados são do tipo com base empírica. Especialmente, utilizou-se para calorimetria , que contribuiu fortemente para a descoberta da termodinâmica. No entanto, termometria empírica tem desvantagens graves quando julgado como base para a física teórica. Termómetros com base empírica, para além da sua base como medições directas simples de propriedades físicas comuns de materiais termométricos, pode ser re-calibrados, por utilização de raciocínio física teórica, e este pode aumentar a sua gama de adequação.

baseada em Teoricamente

escalas de temperatura baseados teoricamente são baseados diretamente em argumentos teóricos, especialmente aqueles da termodinâmica, teoria cinética e mecânica quântica. Eles dependem de propriedades teóricas de dispositivos e materiais idealizados. Eles são mais ou menos comparável com os dispositivos físicos praticável e materiais. Teoricamente escalas de temperatura baseados são usados ​​para fornecer padrões de calibração para termômetros práticas baseadas empiricamente.

A escala de temperatura termodinâmica fundamentais aceite é a escala Kelvin, com base em um processo cíclico ideal imaginado por um motor térmico de Carnot .

Um material ideal sobre o qual uma escala de temperatura pode ser baseada é o gás ideal . A pressão exercida por um volume fixo e de massa de um gás ideal é directamente proporcional à sua temperatura. Alguns gases naturais exibem propriedades de modo quase ideais através temperatura adequada varia que eles podem ser utilizados para a termometria; isso foi importante durante o desenvolvimento da termodinâmica e ainda de importância prática é hoje. O termômetro de gás ideal é, no entanto, não teoricamente perfeito para termodinâmica. Isto é porque a entropia de um gás ideal , na sua zero absoluto de temperatura não é uma quantidade semi-definida positiva, o que coloca o gás em violação da terceira lei da termodinâmica. A razão física é que a lei dos gases ideais, exactamente ler, refere-se ao limite de infinitamente alta temperatura e pressão zero.

A medição do espectro de radiação electromagnética a partir de um tri-dimensional ideal do corpo negro pode fornecer uma medição de temperatura precisa porque a frequência de radiação espectral máxima de radiação de corpo negro é directamente proporcional à temperatura do corpo negro; isso é conhecido como lei do deslocamento de Wien e tem uma explicação teórica na lei de Planck ea lei de Bose-Einstein .

A medição do espectro de ruído de energia produzida por uma resistência eléctrica também pode fornecer uma medição de temperatura precisa. O resistor tem dois terminais e é com efeito um corpo unidimensional. A lei de Bose-Einstein para este caso indica que o ruído de energia é diretamente proporcional à temperatura do resistor e o valor de sua resistência e ao ruído de banda de largura. Em uma determinada banda de frequência, o ruído de energia tem contribuições iguais de todas as frequências e é chamado Johnson ruído . Se o valor da resistência é conhecida, em seguida, a temperatura pode ser encontrado.

Se moléculas, ou átomos, ou electrões, são emitidos a partir de um material e as suas velocidades são medidas, o espectro das suas velocidades muitas vezes quase obedece a uma lei teórico chamado a distribuição de Maxwell-Boltzmann , o que dá uma medição bem fundado de temperaturas para as quais o lei detém. Ainda não foram experiências bem sucedidas desse mesmo tipo que usar diretamente a distribuição de Fermi-Dirac para termometria, mas talvez isso vai ser alcançado no futuro.

abordagem termodinâmica

A temperatura é uma das principais quantidades no estudo da termodinâmica .

escala Kelvin e definições termodinâmicas absolutos

A escala Kelvin é chamado absoluta por duas razões. Uma delas é que seu caráter formal é independente das propriedades dos materiais particulares. A outra razão é que o zero é num sentido absoluto, na medida em que isso indica ausência de movimento clássica microscópico das partículas constituintes da matéria, de modo que eles têm um calor específico limitativo de zero para zero temperatura, de acordo com a terceira lei da termodinâmica . No entanto, uma temperatura Kelvin faz, de facto, um valor numérico definido que foi escolhido arbitrariamente pela tradição e é dependente da propriedade de um particular materiais; é simplesmente menos arbitrário do que "graus" escalas relativas, como Celsius e Fahrenheit . Sendo uma escala absoluta com um ponto fixo (zero), existe apenas um grau de liberdade deixado à escolha arbitrária, em vez de dois, como em escalas relativas. Para a escala Kelvin, nos tempos modernos, a escolha desta convenção é feito para ser a de definir o ponto triplo-gás-líquido sólido de água , um ponto que pode ser reproduzido de forma fiável como um fenómeno experimental padrão, a um valor numérico de 273,16 graus Kelvin . A escala Kelvin é também chamada de escala termodinâmica . No entanto, para demonstrar que o seu valor numérico é de facto arbitrária, é útil apontar que uma alternativa, a escala de temperatura absoluta menos amplamente usado existe chamado o Rankine , feito para ser alinhado com a escala Fahrenheit como Kelvin é com Celsius .

A definição termodinâmico de temperatura é devido à Kelvin.

É moldado em termos de um dispositivo idealizado chamado de motor de Carnot , imaginado para definir um ciclo contínuo de estados de seu corpo funcionando. O ciclo é imaginado para ser executado tão lentamente que em cada ponto do ciclo, o corpo de trabalho se encontra num estado de equilíbrio termodinâmico. Existem quatro membros em um tal ciclo de Carnot . O motor consiste de quatro corpos. O principal deles é chamado o corpo funcionando. Dois deles são chamados reservatórios de calor, tão grande que as suas respectivas variáveis não-deformação não são alteradas por transferência de energia na forma de calor através de uma parede permeável apenas para aquecer o corpo de trabalho. O quarto corpo é capaz de trocar energia com o corpo trabalhando somente através do trabalho adiabática; ele pode ser chamado de reservatório de trabalho. As substâncias e estados dos dois reservatórios de calor deve ser escolhido de modo que eles não estão em equilíbrio térmico com o outro. Isto significa que eles devem ser, em diferentes temperaturas fixas, uma, marcadas aqui com o número 1, mais quente do que o outro, marcadas aqui com o número 2. Este pode ser testada pela ligação dos reservatórios de calor sucessivamente a um corpo termométrica empírica auxiliar que começa de cada vez a uma temperatura intermédia fixa conveniente. O corpo termométrica deve ser composto por um material que tem uma relação estritamente monotônica entre a variável termométrica empírico escolhido e a quantidade de trabalho isocórico adiabática feito sobre ele. A fim de estabelecer a estrutura e o sentido de operação do ciclo de Carnot, é conveniente utilizar um tal material também para o corpo de trabalho; porque a maioria dos materiais são deste tipo, este é quase uma restrição da generalidade desta definição. O ciclo de Carnot é considerado a partir de uma condição inicial do corpo de trabalho, que foi atingido pela realização de uma compressão adiabática reversível. A partir daí, o corpo de trabalho é inicialmente ligado por uma parede permeável apenas para aquecer ao número reservatório de calor 1, de modo que durante a primeira parte do ciclo se expande e se faz o trabalho no reservatório de trabalho. A segunda parte do ciclo vê o corpo de trabalho expandir adiabaticamente e reversível, sem energia trocada na forma de calor, mas mais energia que está sendo transferido como trabalho para o reservatório de trabalho. A terceira parte do ciclo vê o corpo de trabalho ligado, através de uma parede permeável apenas ao calor, para o reservatório de calor 2, contrair e aceitar energia como trabalho a partir do reservatório de trabalho. O ciclo está fechado por compressão adiabática reversível do corpo de trabalho, sem energia transferidas como calor, mas a energia ser transferida para ele como o trabalho a partir do reservatório de trabalho.

Com esta configuração, os quatro membros da reversível ciclo de Carnot são caracterizadas por quantidades de energia transferidas, como o trabalho do corpo de trabalho para o reservatório de trabalho, e na forma de calor a partir dos reservatórios de calor para o corpo de trabalho. As quantidades de energia transferidas como calor a partir dos reservatórios de calor são medidos através das alterações na variável não-deformação do corpo de trabalho, com referência às propriedades anteriormente conhecidos de que o corpo, as quantidades de trabalho realizado sobre o reservatório de trabalho, e o primeira lei da termodinâmica. As quantidades de energia transferidas como calor, respectivamente, a partir de um reservatório e a partir do reservatório 2 pode então ser denotado respectivamente Q 1 e Q 2 . Em seguida, as temperaturas absolutas ou termodinâmicas, T 1 e T 2 , dos reservatórios são definidos de modo que seja tal que

 

 

 

 

(1)

trabalho original de Kelvin postulando temperatura absoluta foi publicado em 1848. Foi com base no trabalho de Carnot, antes da formulação da primeira lei da termodinâmica. Kelvin escreveu em seu artigo 1.848 que sua escala era absoluto no sentido de que ele foi definido "independentemente das propriedades de qualquer tipo particular de matéria". Sua publicação definitiva, que estabelece a definição apenas declarou, foi impresso em 1853, um documento lido em 1851.

Esta definição baseia-se na suposição de que existem física paredes prontamente disponíveis permeáveis apenas para calor. Em sua definição detalhada de uma parede permeável apenas ao calor, Carathéodory inclui várias idéias. A variel de estado de não deformação de um sistema fechado, está representado como um número real. Um estado de equilíbrio térmico entre dois sistemas fechados ligados por uma parede permeável apenas ao calor significa que uma certa relação matemática prende entre as variáveis de estado, incluindo as respectivas variáveis não-deformação, desses dois sistemas (isto relação matemática particular é considerado por Buchdahl como uma declaração preferencial da lei zero da termodinâmica). Além disso, referindo-se ao equilíbrio contacto térmico "sempre que cada um dos sistemas de S 1 e S 2 é feito para atingir o equilíbrio com um terceiro sistema S 3 sob condições idênticas, os sistemas S 1 e S 2 estão em equilíbrio mútuo." Pode ser visto como uma re-afirmação do princípio afirmado por Maxwell nas palavras: "Tudo o calor é do mesmo tipo." Esta ideia física também é expressa por Bailyn como uma versão possível da lei zero da termodinâmica: "Todas as paredes diatérmico são equivalentes." Assim, a presente definição de temperatura termodinâmica assenta na lei zero da termodinâmica. Explicitamente, esta actual definição de temperatura termodinâmica também assenta sobre a primeira lei da termodinâmica, para a determinação das quantidades de energia transferidas como calor.

Implicitamente esta definição, a segunda lei da termodinâmica fornece informações que estabelece o caráter virtuoso da temperatura assim definida. Ele prevê que qualquer substância de trabalho que está em conformidade com a exigência afirmou nesta definição levará à mesma proporção de temperaturas termodinâmicas, que neste sentido é universal, ou absoluto. A segunda lei da termodinâmica também prevê que a temperatura termodinâmica definido desta maneira é positivo, porque esta definição requer que os reservatórios de calor não estar em equilíbrio térmico com o outro, e o ciclo pode ser imaginado para operar apenas em um sentido se trabalho líquido está a ser fornecido ao reservatório trabalho.

detalhes numéricos são resolvidos, fazendo um dos reservatórios de calor de uma célula no ponto triplo da água, que é definido para ter uma temperatura absoluta de 273,16 K. A lei zero da termodinâmica permite que esta definição a ser utilizados para medir a temperatura absoluta ou termodinâmico de um corpo arbitrário de interesse, fazendo com que o outro reservatório de calor tem a mesma temperatura que o corpo de interesse.

variabilidade intensivo

Em termos termodinâmicos, a temperatura é uma variável intensivo , porque é igual a um coeficiente de diferencial de uma variável extensa em relação à outra, para uma dada massa. Ele tem, portanto, as dimensões de um rácio de duas variáveis extensas. Em termodinâmica, dois corpos são muitas vezes considerados como ligados por contacto com uma parede comum, que tem algumas propriedades de permeabilidade específicos. Tal permeabilidade específica pode ser a que se refere a uma variável intensivo específico. Um exemplo é uma parede diatérmico que é permeável apenas ao calor; a variável intensivo para este caso é a temperatura. Quando os dois corpos tenham estado em contacto durante muito tempo, e se instalaram a um estado de equilíbrio permanente, as variáveis intensivas relevantes são iguais nos dois corpos; para uma parede diatérmica, esta afirmação é às vezes chamado de lei zero da termodinâmica.

Em particular, quando o corpo está descrito por indicando a sua energia interna L , uma variável de grande, como uma função da sua entropia S , também uma variável extensa, e outras variáveis de estado V , N , com L = L ( S , V , N ), em seguida, a temperatura é igual a derivada parcial da energia interna com respeito à entropia:

 

 

 

 

(2)

Do mesmo modo, quando o corpo está descrito por indicando a entropia S como uma função da sua energia interna L , e outras variáveis de estado V , N , com S = S ( L , V , N ) , então o recíproco da temperatura é igual o derivado parcial da entropia no que diz respeito à energia interna:

 

 

 

 

(3)

A definição anterior, a equação (1), da temperatura absoluta é devido a Kelvin. Ele refere-se a sistemas fechados para a transferência de matéria, e tem especial ênfase nos procedimentos experimentais directamente. A apresentação da termodinâmica por Gibbs começa em um nível mais abstrato e lida com sistemas abertos para a transferência da matéria; neste desenvolvimento da termodinâmica, as equações (2) e (3) acima são, na verdade, definições alternativas de temperatura.

equilíbrio termodinâmico local

Corpos mundo real são muitas vezes não em equilíbrio termodinâmico e não homogênea. Para estudo por métodos clássicos de termodinâmica irreversível, um corpo é geralmente espacialmente e temporalmente dividido conceptualmente em 'células' de tamanho pequeno. Se as condições de equilíbrio termodinâmico clássicos para a matéria estão preenchidos a boa aproximação de uma 'célula' tal, então é homogénea e existe uma temperatura por ele. Se isto é assim para 'célula' todos os do corpo, em seguida, o equilíbrio termodinâmico local é dito a prevalecer em todo o corpo.

É de bom senso, por exemplo, para dizer da extensa variável U , ou da extensa variável S , que tem uma densidade por unidade de volume, ou uma quantidade por unidade de massa do sistema, mas não faz sentido falar de densidade de temperatura por unidade de volume ou a quantidade de temperatura por unidade de massa do sistema de unidade. Por outro lado, não faz sentido falar da energia interna em um ponto, enquanto que quando o equilíbrio termodinâmico local prevalece, faz sentido falar da temperatura num ponto. Consequentemente, a temperatura pode variar de ponto para ponto em um meio que não está em equilíbrio termodinâmico global, mas em que há equilíbrio termodinâmico local.

Assim, quando o equilíbrio termodinâmico local prevalece num corpo, a temperatura pode ser considerada como uma propriedade locais espacialmente variando em que o corpo, e isto é porque a temperatura é uma variável intensiva.

abordagem da teoria cinética

A conta mais completa deste é inferior a fundação teórica .

Teoria cinética fornece uma explicação microscópico de temperatura, baseado em sistemas macroscópicos sendo compostas por muitas partículas microscópicas, tais como moléculas e iões de diversas espécies, as partículas de uma espécie a ser todos iguais. Ele explica fenômenos macroscópicos através dos mecânica clássica de partículas microscópicas. O teorema equipartition da teoria cinética afirma que cada clássica grau de liberdade de uma partícula movendo-se livremente tem uma energia cinética média de k B T / 2 , onde k B indica a constante de Boltzmann . O movimento de translação da partícula tem três graus de liberdade, de modo que, excepto a temperaturas muito baixas, onde os efeitos quânticos predominam, a energia cinética de translação média de uma partícula que se move livremente num sistema com temperatura T será 3 k B T / 2 .

É possível medir a energia cinética média de partículas microscópicas constituintes se lhes é permitido escapar da maior parte do sistema. O espectro de velocidades tem de ser medido, e a média calculada a partir daí. Não é necessariamente o caso em que as partículas que se escapam e são medidos têm a mesma distribuição de velocidade como as partículas que permanecem no resto do sistema, mas, por vezes, uma boa amostra é possível.

Moléculas , tais como oxigénio (O 2 ), tem mais graus de liberdade do que os átomos esféricas individuais: eles sofrem movimentos de rotação e vibração, bem como as traduções. Aquecimento resulta em um aumento da temperatura, devido a um aumento da energia cinética de translação média das moléculas. Aquecimento também fará com que, através equipartitioning , a energia associada com modos vibracionais e rotacionais a aumentar. Assim, um diatómico gás vai requerer mais energia de entrada para aumentar a sua temperatura por uma certa quantidade, ou seja, terão uma maior capacidade de calor do que um gás monatomic.

O processo de arrefecimento envolve a remoção de energia interna de um sistema. Quando não há mais energia pode ser removida, o sistema está no zero absoluto, embora isso não pode ser conseguido experimentalmente. Zero absoluto é o ponto nulo da temperatura termodinâmica escala, também chamado de temperatura absoluta. Se fosse possível para resfriar um sistema do zero absoluto, todo o movimento clássico de suas partículas cessaria e eles estariam em repouso completa neste sentido clássico. Microscopicamente na descrição da mecânica quântica, no entanto, a matéria ainda tem energia do ponto zero , mesmo no zero absoluto, por causa do princípio da incerteza .

teoria básica

A temperatura é uma medida de qualidade de um estado de um material. A qualidade pode ser considerado como uma entidade mais abstrato do que qualquer escala determinada temperatura que mede-lo, e é chamado de gostosura por alguns escritores. A qualidade de sesta refere-se ao estado do material apenas em uma localidade em particular, e em geral, para além de corpos mantidos em um estado constante de equilíbrio termodinâmico, sesta varia de local para local. Não é necessariamente o caso em que um material em um determinado local está num estado que é estável e praticamente homogénea o suficiente para permitir que ele tem uma sesta ou temperatura bem definida. Sesta pode ser representado como um abstracto unidimensional colector . Cada escala de temperatura válido tem o seu próprio mapa de um-para-um para o colector de gostosura.

Quando dois sistemas em contacto térmico estão à mesma temperatura, não há transferências de calor entre eles. Quando uma diferença de temperatura existe fluxos de calor espontaneamente a partir do sistema de aquecedor para o sistema mais frio até que eles estão em equilíbrio térmico . A transferência de calor ocorre por condução ou por radiação térmica.

Físicos experimentais, por exemplo Galileo e Newton , descobri que existem indefinidamente muitas escalas de temperatura empíricos . No entanto, a lei zero da termodinâmica diz que todos eles medem a mesma qualidade.

Corpos em equilíbrio termodinâmico

Para física experimental, sesta significa que, ao comparar quaisquer dois corpos dadas nas suas respectivas separadas equilíbrios termodinâmicos , quaisquer dois adequadamente dadas termómetros empíricos com leituras escala numérica concordarão como a que é o mais quente dos dois corpos dadas, ou que eles têm o mesma temperatura. Isso não exige os dois termômetros para ter uma relação linear entre suas leituras escala numérica, mas exige que a relação entre suas leituras numéricas deve ser estritamente monotônica . Um sentido definido de maior sesta pode ser tido, independentemente de calorimetria , de termodinâmica , e de propriedades de materiais particulares, a partir da lei de deslocamento de Wien de radiação térmica : a temperatura de um banho de radiação térmica é proporcional , por uma constante universal, para a frequência do máximo do seu espectro de frequência ; Esta frequência é sempre positivo, mas pode ter valores que tendem a zero . A radiação térmica é inicialmente definida por uma cavidade em equilíbrio termodinâmico. Estes fatos físicos justificar uma declaração matemática que gostosura existe em um unidimensional ordenou colector . Este é um personagem fundamental da temperatura e termómetros para corpos em seu próprio equilíbrio termodinâmico.

Excepto para um sistema passando por uma primeira ordem de mudança de fase , tais como a fusão do gelo, como um sistema fechado recebe calor, sem alteração do seu volume e sem alteração em campos de forças externas que agem sobre ele, a sua temperatura sobe. Para um sistema de sofrer uma tal mudança de fase tão lentamente que a saída do equilíbrio termodinâmico pode ser negligenciada, a sua temperatura permanece constante à medida que o sistema é fornecido com calor latente . Por outro lado, uma perda de calor a partir de um sistema fechado, sem mudança de fase, sem alteração do volume, e sem alteração em campos de forças externas que agem sobre ele, diminui a sua temperatura.

Corpos em um estado estacionário, mas não em equilíbrio termodinâmico

Enquanto que para corpos em seus próprios estados de equilíbrio termodinâmico, a noção de temperatura requer que todos os termômetros empíricos devem concordar sobre qual dos dois corpos é o mais quente ou que estão à mesma temperatura, este requisito não é seguro para os corpos que estão em constante estados embora não em equilíbrio termodinâmico. Ele pode então ser que diferentes termômetros empíricos discordam sobre qual é o mais quente, e se é assim, então pelo menos um dos corpos não tem uma temperatura termodinâmica absoluta bem definida. No entanto, qualquer um dado corpo e qualquer um termómetro empírica adequado ainda pode suportar noções de empírica, não absoluta, sesta e a temperatura, para uma gama apropriada de processos. Esta é uma questão para o estudo em termodinâmica de não equilíbrio .

Corpos não em um estado estacionário

Quando um corpo não está em um estado de equilíbrio, então a noção de temperatura torna-se ainda menos seguro do que para um corpo em um estado estacionário não em equilíbrio termodinâmico. Esta é também uma questão para o estudo em termodinâmica de não equilíbrio .

axiomática equilíbrio termodinâmico

Para o tratamento axiomático de equilíbrio termodinâmico, desde 1930, tornou-se habitual para se referir a uma lei zero da termodinâmica . A versão minimalista habitualmente declarado de tal lei postula única que todos os corpos, que quando termicamente ligadas estaria em equilíbrio térmico, deve ser dito ter a mesma temperatura por definição, mas por si só não estabelece temperatura como uma quantidade expressa como uma verdadeira número em uma escala. Uma versão mais fisicamente informativo de uma lei tal vê temperatura empírica como um gráfico de um colector de sesta. Enquanto a lei zero permite que as definições de diversos escalas empíricos diferentes de temperatura, a segunda lei da termodinâmica selecciona a definição de um único preferida, a temperatura absoluta , exclusivo-se a um factor de escala arbitrária, onde o chamado temperatura termodinâmica . Se a energia interna é considerada como uma função do volume e entropia de um sistema homogéneo em equilíbrio termodinâmico, a temperatura absoluta termodinâmico aparece como a derivada parcial da energia interna com respeito a entropia a volume constante. Sua, origem intrínseca naturais ou ponto nulo é zero absoluto em que a entropia de qualquer sistema está num mínimo. Embora esta é a temperatura absoluta mais baixa descrita pelo modelo, a terceira lei da termodinâmica postula que o zero absoluto não pode ser alcançado por qualquer sistema físico.

Capacidade de calor

Quando uma transferência de energia para ou de um corpo é apenas na forma de calor, o estado do corpo muda. Dependendo do ambiente e das paredes separando-os do corpo, várias modificações são possíveis no corpo. Eles incluem reacções químicas, aumento de pressão, o aumento de temperatura, e de mudança de fase. Para cada tipo de alteração nas condições especificadas, a capacidade de calor é a razão entre a quantidade de calor transferido para a magnitude da mudança. Por exemplo, se a alteração é um aumento da temperatura a volume constante, sem mudança de fase e sem alteração química, em seguida, a temperatura do corpo aumenta a sua pressão aumenta. A quantidade de calor transferido, Δ Q , dividida pela mudança de temperatura observada, Δ T , é o do corpo capacidade calorífica a volume constante:

Se a capacidade de calor é medida por um bem definido quantidade de substância , o calor específico é a medida do calor necessário para aumentar a temperatura de uma tal quantidade unitária por uma unidade de temperatura. Por exemplo, para elevar a temperatura da água por um Kelvin (igual a um grau Celsius) requer 4.186 joules por quilograma (J / kg).

Medição

A Medidas típicas Celsius termómetro uma temperatura de dia de inverno de -17 ° C

A medição da temperatura utilizando científicos modernos termómetros e escalas de temperatura remonta pelo menos tanto quanto o início do século 18, quando Gabriel Fahrenheit adaptado um termómetro (comutação de mercúrio ) e uma escala de ambos desenvolvidos por Ole Christensen Rømer . Escala de Fahrenheit ainda está em uso nos Estados Unidos para aplicações não-científicas.

A temperatura é medida com termómetros que podem ser calibrados para uma variedade de escalas de temperatura . Na maior parte do mundo (com exceção de Belize , Myanmar , Libéria e Estados Unidos ), a escala Celsius é usado para a maioria dos fins de medição de temperatura. A maioria dos cientistas medir a temperatura utilizando a escala de Celsius e a temperatura termodinâmica usando o Kelvin escala, que representa a escala Celsius compensados de modo a que o seu ponto nulo é 0 K = -273,15 ° C , ou zero absoluto . Muitos campos de engenharia nos EUA, nomeadamente de alta tecnologia e nos especificações federais (civis e militares), também usam as escalas Kelvin e Celsius. Outros campos de engenharia nos EUA também dependem da Rankine (a escala Fahrenheit deslocado) quando se trabalha em disciplinas termodinâmicas-relacionados, tais como a combustão .

Unidades

A unidade básica de temperatura no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o kelvin . Ele tem o símbolo K.

Para aplicações diárias, é muitas vezes conveniente usar a escala de Celsius, em que 0 ° C corresponde muito de perto com o ponto de congelamento da água e 100 ° C é o seu ponto de ebulição ao nível do mar. Uma vez que as gotículas de líquido geralmente existem em nuvens a temperaturas abaixo de zero, 0 ° C, é melhor definida como o ponto de fusão do gelo. Nesta escala uma diferença de temperatura de 1 grau Celsius é o mesmo que um 1 Kelvin incremento, mas a escala é compensada pela temperatura à qual o gelo derrete ( 273,15 K ).

Por acordo internacional as escalas Kelvin e Celsius são definidos por dois pontos de fixação: zero absoluto e o ponto triplo de Viena Padrão Médio da água do oceano , a água que é especialmente preparado com uma mistura especificado de hidrogénio e de oxigénio isótopos. Zero absoluto é definido como precisamente 0 K e -273,15 ° C . É a temperatura na qual todo o movimento de translação clássica das partículas que compõem a matéria cessa e eles estão em repouso completo no modelo clássico. Quantum-mecânico, no entanto, do ponto zero movimento continua e tem uma energia associada, a energia do ponto zero . A matéria está em seu estado fundamental , e não contém nenhuma energia térmica . O ponto triplo da água é definida como 273,16 K e de 0,01 ° C . Esta definição possui os seguintes objectivos: em que fixa a magnitude da kelvin como sendo precisamente uma parte em 273,16 partes da diferença entre o zero absoluto e o ponto triplo da água; que estabelece que um kelvin tem precisamente a mesma magnitude de um grau na escala Celsius; e estabelece a diferença entre os pontos nulos dessas escalas como sendo 273,15 K ( 0 K = -273,15 ° C e 273,16 K = 0,01 ° C ).

Nos Estados Unidos, a escala Fahrenheit é amplamente utilizado. Nesta escala, o ponto de congelamento da água corresponde a 32 ° C e o ponto de ebulição de 212 ° F . O Rankine, ainda usado em áreas de engenharia química nos EUA, é uma escala absoluta baseado no incremento Fahrenheit.

Conversão

A tabela a seguir mostra as fórmulas de conversão da temperatura para as conversões de e para a escala Celsius.

conversões de temperatura
a partir Celsius para Celsius
Fahrenheit [° F] = [° C] × 9 / 5  + 32 [° C] = ([° F] - 32) × 5 / 9
Kelvin [K] = [° C] + 273,15 [° C] = [K] - 273,15
Rankine [° R] = ([° C] + 273,15) × 9 / 5 [° C] = ([° R] - 491,67) × 5 / 9
Delisle [° De] = (100 - [° C]) × 3 / 2 [° C] = 100 - [° De] × 2 / 3
Newton [° N] = [° C] × 33 / 100 [° C] = [N °] × 100 / 33
Réaumur [° Ré] = [° C] × 4 / 5 [° C] = [° Ré] × 5 / 4
Rømer [° ro] = [° C] × 21 de / 40  + 7,5 [° C] = ([° ro] - 7,5) x 40 / 21 de

física de plasma

O campo da física de plasma lida com fenômenos da eletromagnética natureza que envolvem temperaturas muito altas. É costume expressar temperatura como energia em unidades de eletronvolts (eV) ou kiloelectronvolts (keV). A energia, que tem uma diferente dimensão de temperatura, é então calculado como o produto da constante de Boltzmann e temperatura, . Em seguida, 1 eV corresponde a 11 605  K . No estudo da matéria QCD um encontra rotineiramente temperaturas da ordem de poucas centenas de MeV , o equivalente a cerca de 10 12  K .

Fundamentação teórica

Historicamente, há várias abordagens científicas para a explicação da temperatura: a descrição termodinâmica clássica com base em variáveis empíricas macroscópicas que podem ser medidos em laboratório; a teoria cinética dos gases que se refere a descrição macroscópica para a distribuição de probabilidade da energia do movimento das partículas de gás; e uma explicação microscópica com base em física estatística e mecânica quântica . Além disso, tratamentos rigorosos e puramente matemática forneceram uma abordagem axiomático a termodinâmica clássica e temperatura. Física estatística proporciona uma compreensão mais profunda por descrever o comportamento atômica da matéria, e deriva propriedades macroscópicas de médias estatísticas de estados microscópicos, incluindo estados tanto clássica e quântica. Na descrição fundamental física, utilizando unidades naturais , a temperatura pode ser medida directamente em unidades de energia. No entanto, nos sistemas práticos de medição para a ciência, tecnologia e comércio, tais como o moderno sistema métrico de unidades, o macroscópica e as descrições microscópicas estão interligados pela constante de Boltzmann , um factor de proporcionalidade que as escalas de temperatura para a microscópica significa energia cinética .

A descrição microscópica em mecânica estatística baseia-se num modelo que analisa um sistema em suas partículas fundamentais da matéria ou em um conjunto de clássicas ou de mecânica quântica osciladores e considera o sistema como um conjunto estatístico de micro . Como uma recolha de partículas materiais clássicos, a temperatura é uma medida da energia média do movimento, chamada de energia cinética , das partículas, seja em sólidos, líquidos, gases ou plasmas. A energia cinética, um conceito de mecânica clássica , é metade da massa de uma partícula vezes a velocidade ao quadrado. Neste interpretação mecânica de movimento térmico, as energias cinéticas de partículas de material podem residir na velocidade das partículas do seu movimento de translação ou de vibração ou na inércia dos seus modos de rotação. Em monoatômicos gases perfeitos e, aproximadamente, na maior parte dos gases, a temperatura é uma medida da energia de partícula média cinética. Ele também determina a função de distribuição de probabilidade da energia. Em matéria condensada, e particularmente em sólidos, esta descrição puramente mecânico muitas vezes é menos útil e o modelo do oscilador fornece uma descrição melhor para explicar fenômenos quânticos. Temperatura determina a ocupação estatística dos microestados do ensemble. A definição microscópico de temperatura é apenas significativo no limite termodinâmico , o que significa que para grandes conjuntos de estados ou em partículas, para cumprir os requisitos do modelo estatístico.

No contexto da termodinâmica, a energia cinética é também referida como a energia térmica . A energia térmica pode ser dividida em componentes independentes atribuídos aos graus de liberdade das partículas ou para os modos de osciladores em um sistema termodinâmico . Em geral, o número de graus de liberdade estes que estão disponíveis para o equipartitioning de energia dependem da temperatura, ou seja, a região de energia das interacções sob consideração. Para sólidos, a energia térmica é principalmente associada com as vibrações dos seus átomos ou moléculas sobre a sua posição de equilíbrio. Em um gás monoatômico ideal , a energia cinética é encontrada exclusivamente nos movimentos puramente translacionais das partículas. Em outros sistemas, vibracionais e rotacionais movimentos também contribuem graus de liberdade.

teoria cinética dos gases

A compreensão teórica de temperatura em um gás ideal pode ser obtido a partir da teoria cinética .

Maxwell e Boltzmann desenvolveu uma teoria cinética que produz uma compreensão fundamental da temperatura dos gases. Esta teoria também explica a gás ideal lei e a capacidade de calor observado de monoatômicos (ou 'nobres' gases).

A parcela de pressão versus temperatura para três amostras de gases diferentes extrapolada a zero absoluto

A lei dos gases perfeitos é baseado em observadas relações empíricas entre a pressão ( P ), o volume ( V ), e a temperatura ( T ), e foi reconhecido muito antes da teoria cinética dos gases foi desenvolvido (ver Boyle e de Charles leis). Os estados lei do gás ideal:

onde n é o número de moles de gás e R  =  8,314 4,598 (48) J⋅mol -1 ⋅K -1 é a constante dos gases .

Esta relação nos dá o nosso primeiro indício de que há um zero absoluto na escala de temperatura, porque ela só é válida se a temperatura é medida em uma absoluta escala, como Kelvin. A lei do gás ideal permite medir a temperatura neste absoluta escala usando o termômetro de gás . A temperatura em graus Kelvin pode ser definida como a pressão em pascais de uma mole de gás em um recipiente de um metro cúbico, dividida pela constante de gás.

Embora não seja um dispositivo particularmente conveniente, o termômetro de gás fornece uma base teórica essencial pelo qual todos os termómetros podem ser calibrados. Como uma questão prática, não é possível a utilização de um termómetro de gás para medir a temperatura absoluta zero, uma vez que os gases tendem a condensar em uma longa líquido antes de a temperatura atingir zero. É possível, no entanto, extrapolar do zero absoluto usando a lei do gás ideal, como mostrado na figura.

A teoria cinética assume que a pressão é causada pela força associada com átomos individuais golpear as paredes, e que toda a energia é translacional energia cinética . Usando um argumento de simetria sofisticado, Boltzmann deduzir o que hoje é chamado de distribuição de probabilidade Maxwell-Boltzmann função para a velocidade das partículas em um gás ideal. A partir dessa distribuição de probabilidade função, a média de energia cinética (por partícula) de um monatomic gás ideal é

onde a constante de Boltzmann k é a constante dos gases ideais , dividido pelo número de Avogadro , e representa a velocidade da raiz quadrada média . Assim, a lei dos gases ideais afirma que a energia interna é diretamente proporcional à temperatura. Esta proporcionalidade directa entre a temperatura e a energia interna é um caso especial do teorema equipartition , e possui apenas na clássica limite de um gás ideal . Ele não vale para a maioria das substâncias, embora seja verdade que a temperatura é uma monótona função (não-decrescente) de energia interna .

lei zero da termodinâmica

Quando dois corpos de outra forma isolados são ligados entre si por um caminho físico rígida impermeável à matéria, há transferência espontânea de energia na forma de calor a partir da mais quente para a fria deles. Eventualmente eles atinjam um estado de mútuo equilíbrio térmico , em que a transferência de calor cessou, e as respectivas variáveis de estado dos corpos se instalaram para se tornar imutável.

Uma declaração da lei zero da termodinâmica é que se dois sistemas estão cada um em equilíbrio térmico com um terceiro sistema, então eles também estão em equilíbrio térmico com o outro.

Esta afirmação ajuda a definir a temperatura, mas não, por si só, concluir a definição. Uma temperatura empírica é uma escala numérica para a sesta de um sistema termodinâmico. Tal sesta pode ser definida como existente num colector unidimensional , que se estende entre quente e frio. Às vezes, a lei zero é indicado para incluir a existência de um colector gostosura universal única, e de escalas numéricas sobre ele, de modo a proporcionar uma definição completa da temperatura empírica. Para ser adequado para termometria empírica, um material deve ter uma relação monótona entre sesta e alguma variável estado facilmente medido, tal como a pressão ou o volume, quando todas as outras coordenadas relevantes são fixos. Um sistema excepcionalmente adequado é o dos gases ideais , que pode fornecer uma escala de temperatura que corresponde a escala absoluta Kelvin. A escala Kelvin é definida com base na segunda lei da termodinâmica.

Segunda lei da termodinâmica

Na secção anterior certas propriedades de temperatura foram expressos pela lei zero da termodinâmica. Também é possível definir em termos de temperatura a segunda lei da termodinâmica , que lida com a entropia . A segunda lei afirma que qualquer processo resultará em nenhuma mudança ou um aumento líquido na entropia do universo. Isso pode ser entendido em termos de probabilidade.

Por exemplo, em uma série de lançamentos de moeda, um sistema perfeitamente ordenado seria aquele em que quer cada lance surge cabeças ou a cada lance der coroa. Isto significa que para um conjunto perfeitamente ordenada de lançamentos de moeda, não é apenas um conjunto de lance resultados possíveis: o conjunto no qual 100% dos lançamentos vir para cima o mesmo. Por outro lado, existem várias combinações que podem resultar em sistemas desordenados ou mistos, em que algumas fracções são cabeças e as caudas de descanso. Um sistema desordenada pode ser de 90% cabeças e caudas 10%, ou pode ser 98% de cabeças e caudas de 2%, et cetera. À medida que o número de tosses moeda aumenta, o número de possíveis combinações correspondendo a sistemas de aumentos ordenados de forma imperfeita. Para um número muito grande de lançamentos de moeda, as combinações para ~ 50% e ~ cabeças domina 50% caudas e obter um resultado significativamente diferente de 50/50 torna-se extremamente improvável. Assim, o sistema evolui naturalmente para um estado de desordem máximo ou entropia.

Foi anteriormente afirmado que a temperatura regula a transferência de calor entre os dois sistemas e foi apenas mostrado que o universo tende a progredir de modo a maximizar a entropia, que se espera de qualquer sistema natural. Assim, espera-se que existe alguma relação entre a temperatura e entropia. Para encontrar essa relação, a relação entre calor, trabalho e temperatura é considerada em primeiro lugar. Um motor de calor é um dispositivo para a conversão de energia térmica em energia mecânica, o que resulta no desempenho de trabalho, e análise do motor térmico de Carnot fornece as relações necessárias. O trabalho de um motor de calor corresponde à diferença entre o calor introduzido no sistema a alta temperatura, q H e o calor ejectado a baixa temperatura, q C . A eficiência é o trabalho dividido pelo calor introduzido no sistema:

 

 

 

 

(4)

onde w cy é o trabalho realizado por ciclo. A eficiência depende apenas q C / q H . Porque q C e q H correspondem à transferência de calor nas temperaturas T C e T H respectivamente, q C / q H deve haver alguma função destas temperaturas:

 

 

 

 

(5)

Teorema de Carnot estabelece que todos os motores reversíveis que operam entre os mesmos reservatórios de calor são igualmente eficientes. Assim, um motor de calor que opera entre T 1 e T 3 tem de ter a mesma eficiência que uma que consiste em dois ciclos, um entre T 1 e T 2 , e a segunda entre T 2 e T 3 . Isso só pode ser o caso se

que implica

Uma vez que a primeira função é independente de T 2 , esta temperatura tem de cancelar no lado direito, ou seja, f ( t 1 , t 3 ) é da forma g ( T 1 ) / g ( T 3 ) (isto é, f ( t 1 , T 3 ) = f ( t 1 , t 2 ) f ( T 2 , T 3 ) = g ( T 1 ) / g ( T 2 ) · g ( T 2 ) / g ( T 3 ) = g ( T 1 ) / g ( T 3 )), em que g é uma função de uma única temperatura. A escala de temperatura pode agora ser escolhido com a propriedade de que

 

 

 

 

(6)

Substituindo (4) de volta para (2) dá uma relação para a eficiência em termos de temperatura:

 

 

 

 

(7)

Para T C = 0 K é a eficiência de 100% e que a eficiência torna-se maior do que 100% abaixo de 0 K. Como um rendimento superior a 100% viola a primeira lei da termodinâmica, este implica que 0 K é a temperatura mínima possível. Na verdade, a temperatura mais baixa já obtido em um sistema macroscópico foi de 20 nK, o que foi conseguido em 1995 no NIST. Subtraindo o lado direito da equação 5 a partir da porção média e rearranjando dá

onde o sinal negativo indica calor ejetado do sistema. Esta relação sugere a existência de uma função de estado, S , definido pela

 

 

 

 

(8)

onde o subscrito indica um processo reversível. A mudança desta função do estado em torno de qualquer ciclo é zero, como é necessário para qualquer função de estado. Esta função corresponde à da entropia do sistema, o que foi descrito anteriormente. Rearranjando a equação 6 dá uma nova definição de temperatura em termos de entropia e calor:

 

 

 

 

(9)

Para um sistema, em que a entropia S ( E ) é uma função da sua energia E , a temperatura T é determinada pela

 

 

 

 

(10)

ou seja, o inverso da temperatura é a taxa de aumento de entropia no que diz respeito à energia.

Definição da mecânica estatística

Mecânica estatística define temperatura com base em graus fundamentais de um sistema de liberdade. Eq. (10) é a relação que define a temperatura. Eq. (9) pode ser derivado a partir dos princípios subjacentes a relação termodinâmica fundamentais .

temperatura generalizada de estatísticas de partícula única

É possível alargar a definição da temperatura, mesmo para sistemas de poucas partículas, como em um quantum dot . A temperatura generalizada é obtido considerando-se conjuntos de tempo em vez de conjuntos de configuração de espaço dadas em mecânica estatística no caso de permuta térmica e de partículas entre um pequeno sistema de fermiones ( N até menos do que 10) com um único sistema / ocupação dupla. O quantum finito conjunto grande canónica , obtido sob a hipótese de ergodicidade e orthodicity, permite expressar a temperatura generalizada da razão entre o tempo médio de ocupação e do sistema de simples / dupla-ocupação:

onde E F é a energia de Fermi . Esta temperatura generalizada tende à temperatura normal quando N tende para infinito.

temperatura negativa

Nas escalas de temperatura empíricos, que não são referenciados ao zero absoluto, a uma temperatura negativa é um abaixo do ponto zero da escala utilizada. Por exemplo, gelo seco tem uma temperatura de sublimação de -78,5 ° C , que é equivalente a -109,3 ° F . Na escala absoluta Kelvin, no entanto, esta temperatura é 194,6 K . Na escala absoluta de temperatura termodinâmica nenhum material pode ter uma temperatura menor do que ou igual a 0 K, ambos os quais são proibidos pela terceira lei da termodinâmica .

A temperatura é definida basicamente por um corpo no seu próprio estado de equilíbrio termodinâmico interno, e nesta definição, numa escala absoluta, é sempre positivo. Em uma aparente contradição desta regra fiáveis ​​e válidos, uma assim chamada "temperatura" absoluto negativo pode ser aproximadamente definida para um componente de um corpo que não está no seu próprio estado de equilíbrio termodinâmico interna: um componente pode ter uma aproximado negativo " temperatura", enquanto o resto dos componentes do corpo têm temperaturas aproximadas positivos. Uma tal situação de não equilíbrio é ou transiente em tempo ou é mantida por factores externos que dirigem um fluxo de energia através do corpo de interesse. Um exemplo de um tal componente é um sistema de rotação no interior de um corpo, como se segue.

Na descrição da mecânica quântica de sistemas de electrões e de spin nuclear que têm um número limitado de possíveis estados, e, por conseguinte, um limite superior discreta de energia que pode atingir, não é possível obter uma temperatura negativa , que é numericamente na verdade menor que zero absoluto. No entanto, esta não é a temperatura macroscópica do material, mas em vez disso a temperatura de graus só é muito específicas de liberdade, que são isolados de outros e não troca de energia em virtude do teorema de equipartição .

Uma temperatura negativo é experimentalmente conseguida com técnicas de rádio frequência adequadas que causam uma inversão de população de estados de spin do estado fundamental. À medida que a energia no sistema aumenta em cima população dos estados superiores, a entropia aumenta também, como o sistema torna-se menos ordenada, mas atinge um valor máximo quando os spins estão uniformemente distribuídos entre solo e estados excitados, após o que começa a diminuir , mais uma vez alcançar um estado de ordem superior como os estados superiores começam a encher exclusivamente. No ponto máximo de entropia, a função de temperatura mostra o comportamento de uma singularidade , porque a inclinação da função entropia diminui para zero no primeiro e, em seguida, torna-se negativo. Como a temperatura é o inverso do derivado da entropia, a temperatura vai formalmente ao infinito, neste ponto, e muda para o infinito negativo como a inclinação se torna negativa. A energias mais altas do que este ponto, o grau de liberdade de rotação, por conseguinte, exibe formalmente uma temperatura termodinâmica negativo. Como a energia aumenta ainda mais por população continuação do estado animado, a temperatura se aproxima de zero negativo assintoticamente. À medida que a energia do sistema aumenta na inversão de população, um sistema com uma temperatura negativa não é mais frio do que zero absoluto, mas em vez disso, tem uma energia mais elevada do que a temperatura positivo, e pode-se dizer para ser de facto mais quente a temperaturas negativas. Quando posto em contacto com um sistema a uma temperatura positiva, a energia vai ser transferido a partir do regime de temperatura negativo para a região de temperatura positivo.

Exemplos

Temperatura Emitância pico de comprimento de onda
da radiação de corpo negro
Kelvin Celsius
Do zero absoluto
(precisamente por definição)
0 K -273,15 ° C não pode ser definida
Temperatura mais baixa
conseguida
100 pK -273,149 999 999 900  ° C 29 000  km
Coldest
Bose-Einstein
450 pK -273,149 999 999 55  ° C 6400 km
Um millikelvin
(precisamente por definição)
0,001 K -273,149 ° C 2.897 77  m
(rádio, banda FM )
Radiação cósmica de fundo
(2013 medição)
2,7260 K -270,424 ° C 0,001 063 01  m
(microondas milímetros de comprimento de onda)
Água ponto triplo
(precisamente por definição)
273,16 K 0,01 ° C 10 608 0,3 nm
(comprimento de onda longo IV )
Água Ponto de ebulição 373.1339 K 99,9839 ° C 7 766 0,03 nm
(meados de comprimento de onda IV)
Ferro ponto de fusão 1811 K 1538 ° C 1600 nm
( infravermelho distante )
Lâmpada incandescente 2500 K 2200 ° C 1160 nm
(próximo de infravermelho )
Da Sun superfície visível 5778 K 5505 ° C 501,5 nm
( luz verde-azul )
Relâmpago
canal
28 kK 28 000  ° C 100 nm
(distante ultravioleta luz)
núcleo do Sol 16 MK 16 milhões ° C 0,18 nm ( raios X )
Arma Termonuclear
(temperatura de pico)
350 MK 350 milhões ° C 8,3 x 10 -3  nm
( raios gama )
Sandia National Labs'
máquina Z
2 GK 2 mil milhões ° C 1,4 x 10 -3  nm
(raios gama)
Núcleo de uma alta massa
da estrela em seu último dia
3 GK 3 mil milhões ° C 1 × 10 -3 nm
(raios gama)
Mesclando binário de nêutrons
estrela
sistema
350 GK 350 mil milhões ° C 8 × 10 -6  nm
(raios gama)
Relativista pesado
Ion Collider
1 TK 1 triliões ° C 3 × 10 -6  nm
(raios gama)
Do CERN próton vs
colisões núcleo
10 TK 10 biliões ° C 3 × 10 -7  nm
(raios gama)
Universo 5,391 × 10 -44  s
após o Big Bang
1,417 × 10 32  K
( temperatura de Planck )
1,417 × 10 32  ° C 1,616 × 10 -27  nm
( comprimento de Planck )
  • Um ParaViena médio normal da água do oceano, a uma atmosfera padrão (101,325 kPa) quando calibrada rigorosamente acordo com a definição de dois pontos de temperatura termodinâmica.
  • B A2500 Kvalor é aproximada. A273,15 Kdiferença entre K e C ° é arredondado para300 Kpara evitarfalsa precisãono valor Celsius.
  • C Por um verdadeiro de corpo negro (que não são filamentos de tungsténio). Emissividade de filamento de tungsténio é superior a comprimentos de onda mais curtos, o que faz com que pareçam mais brancos.
  • D temperatura photosphere efectiva. A273,15 Kdiferença entre K e C ° é arredondado para273 Kpara evitar falsa precisão no valor Celsius.
  • E O273,15 Kdiferença entre K e C é de dentro da precisão destes valores.
  • F Para uma verdadeira de corpo negro (o que o plasma não era). Emissão dominante da máquina Z originado a partir de 40 electrões MK (emissões macio de raios-X) no interior do plasma.

Veja também

Notas e referências

Bibliografia de referências citadas

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Outras leituras

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links externos