Absolute Nulltemperatur. Normale menschliche Körpertemperatur

Als absolute Nulltemperatur wird die Grenztemperatur angenommen, bei der das Volumen eines idealen Gases gleich Null wird. Allerdings kann das Volumen realer Gase beim absoluten Nullpunkt nicht verschwinden. Ist diese Temperaturbegrenzung dann sinnvoll?

Die Grenztemperatur, deren Existenz sich aus dem Gay-Lussac-Gesetz ergibt, ist sinnvoll, da es praktisch möglich ist, die Eigenschaften eines realen Gases den Eigenschaften eines idealen Gases anzunähern. Dazu müssen Sie ein zunehmend verdünntes Gas verwenden, sodass seine Dichte gegen Null tendiert. Wenn die Temperatur sinkt, tendiert das Volumen eines solchen Gases tatsächlich zum Grenzwert, nahe Null.

Lassen Sie uns den Wert des absoluten Nullpunkts auf der Celsius-Skala ermitteln. Lautstärke gleichsetzen VV Formel (3.6.4) Null und unter Berücksichtigung dessen

Daher ist die absolute Nulltemperatur

* Genauerer absoluter Nullwert: -273,15 °C.

Dies ist die extreme, niedrigste Temperatur in der Natur, der „größte oder letzte Kältegrad“, dessen Existenz Lomonossow vorhergesagt hat.

Kelvin-Skala

Kelvin William (Thomson W.) (1824-1907) – ein herausragender englischer Physiker, einer der Begründer der Thermodynamik und der molekularkinetischen Theorie von Gasen.

Kelvin führte die absolute Temperaturskala ein und gab eine der Formulierungen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik in Form der Unmöglichkeit, Wärme vollständig in Arbeit umzuwandeln. Er berechnete die Größe von Molekülen anhand der Messung der Oberflächenenergie der Flüssigkeit. Im Zusammenhang mit der Verlegung des transatlantischen Telegrafenkabels entwickelte Kelvin die Theorie der elektromagnetischen Schwingungen und leitete eine Formel für die Periode freier Schwingungen in einem Stromkreis ab. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt W. Thomson den Titel Lord Kelvin.

Der englische Wissenschaftler W. Kelvin führte die absolute Temperaturskala ein. Die Nulltemperatur auf der Kelvin-Skala entspricht dem absoluten Nullpunkt, und die Temperatureinheit auf dieser Skala entspricht einem Grad auf der Celsius-Skala, also der absoluten Temperatur T hängt durch die Formel mit der Temperatur auf der Celsius-Skala zusammen

(3.7.6)

Abbildung 3.11 zeigt zum Vergleich die absolute Skala und die Celsius-Skala.

Die SI-Einheit der absoluten Temperatur heißt Kelvin (abgekürzt K). Daher entspricht ein Grad auf der Celsius-Skala einem Grad auf der Kelvin-Skala: 1 °C = 1 K.

Somit ist die absolute Temperatur gemäß der Definition der Formel (3.7.6) eine abgeleitete Größe, die von der Celsius-Temperatur und dem experimentell ermittelten Wert von a abhängt. Es ist jedoch von grundlegender Bedeutung.

Aus Sicht der molekularkinetischen Theorie hängt die absolute Temperatur mit der durchschnittlichen kinetischen Energie der chaotischen Bewegung von Atomen oder Molekülen zusammen. Bei T = O K, die thermische Bewegung der Moleküle hört auf. Dies wird in Kapitel 4 ausführlicher besprochen.

Abhängigkeit des Volumens von der absoluten Temperatur

Unter Verwendung der Kelvin-Skala kann das Gay-Lussac-Gesetz (3.6.4) in einer einfacheren Form geschrieben werden. Als

(3.7.7)

Das Volumen eines Gases einer bestimmten Masse bei konstantem Druck ist direkt proportional zur absoluten Temperatur.

Daraus folgt, dass das Verhältnis der Gasvolumina gleicher Masse in verschiedenen Zuständen bei gleichem Druck gleich dem Verhältnis der absoluten Temperaturen ist:

(3.7.8)

Es gibt eine minimal mögliche Temperatur, bei der das Volumen (und der Druck) eines idealen Gases verschwindet. Dies ist die absolute Nulltemperatur:-273 °C. Es ist praktisch, die Temperatur vom absoluten Nullpunkt aus zu zählen. So ist die absolute Temperaturskala aufgebaut.

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Ursprünglicher Wert

Umgerechneter Wert

Kelvin Grad Celsius Grad Fahrenheit Grad Rankine-Grad Reaumur-Planck-Temperatur

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allgemeine Informationen

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Der englische Physiker William Thomson, dem von der britischen Königin für seine Verdienste um die Wissenschaft der Titel Lord Kelvin verliehen wurde, erfand 1867 ein originelles Gerät zur Trennung elektrischer Ladungen. Es funktioniert durch herabfallende Tropfen, daher der Name Kelvin-Tropfer. Ich werde die Struktur einer solchen Pipette beschreiben, die wir gebaut haben, um sie zu zeigen Film für das Projekt GetAClass. Und Sie können unser Design mit Ihren eigenen Händen reproduzieren oder sich Ihre eigene Pipette ausdenken, die sogar noch besser ist als unsere.

Wir nahmen ein Stück dickes Penoplex und schnitten daraus mit einem Messer einen quadratischen Rahmen mit den Maßen 30x30 cm aus, klebten diesen Rahmen mit Doppelklebeband auf den Ständer und befestigten darauf eine weitere Penoplex-Platte mit den Maßen 30x10 cm.

Sie benötigen außerdem vier Blechdosen, ein etwa einen halben Meter langes Stück dicken isolierten Kupferdrahts, zwei 15 x 3 cm große Blechstreifen und zwei leere Stiftminen. Beide Blechstreifen müssen zu Ringen gebogen und diese Ringe mit einer Ahle und Stahlklammern zusammengenäht werden. Die Ringe werden mit zwei an den Enden abisolierten Drahtstücken kreuz und quer an den beiden Bodendosen befestigt. Am besten verbinden Sie den Draht mit einem Lötkolben mit der Dose. Diese Ringe werden normalerweise genannt Induktoren.

An einem Ende beider Stangenrohre müssen Sie eine Verengung anbringen und sie über das Kerzenfeuer spannen. In den Boden der beiden oberen Gläser werden Löcher gebohrt und die Röhrchen in diese Löcher eingeführt, sodass die breiten Enden der Röhrchen nach oben zeigen. Die Verbindungsstellen der Dosen und Tuben müssen mit Wachs oder Dichtmittel beschichtet werden – sie dürfen auf keinen Fall undicht sein. Testen Sie diesen Teil des Geräts: Füllen Sie nacheinander beide Gläser mit Wasser und stellen Sie sicher, dass das Wasser in einem dünnen Strahl aus dem Stab fließt und in Tropfen zerfällt.

Mit einer Ahle bohren wir dünne Löcher in den Rahmen und stecken die Rohre hinein. Wir befestigen alle vier Dosen mit Doppelklebeband am Rahmen. Es müssen nur noch die oberen Dosen mit einem weiteren Stück Draht verbunden werden, und schon ist die Maschine fertig.

Gießen Sie Wasser in die oberen Gläser und beobachten Sie. Zunächst fließt Wasser aus den Rohren nach unten, so dass Ströme durch die Induktoren fliegen. Aber wenn alles richtig gemacht wird, werden Sie etwas Erstaunliches sehen: Der Strom unter dem Induktor beginnt, in Tropfen aufzubrechen, die in alle Richtungen fliegen, und einzelne Tropfen fliegen sogar in einem Bogen nach oben und landen auf dem Induktor. Legen Sie Ihren Finger auf eine der unteren Dosen – Sie spüren eine leichte elektrische Entladung. In diesem Fall wird die Bank, die Sie mit Ihrer Berührung entladen haben, bereits nach wenigen Sekunden wieder aufgeladen.

Wie funktioniert dieses wunderbare Gerät? Nehmen wir an, dass am unteren linken Ufer bereits eine kleine positive Ladung vorhanden war. Ein Teil dieser Ladung fließt über den Verbindungsdraht zur rechten Induktivität. Die positive Ladung am rechten Induktor zieht die negative Ladung von der oberen rechten Bank an. Die abgelösten Tröpfchen übertragen diese negative Ladung auf das untere rechte Gefäß. Ein Teil dieser Ladung fließt über den Verbindungsdraht zur linken Induktivität. Die negative Ladung am rechten Induktor zieht die positive Ladung von der oberen linken Bank an. Die abgelösten Tröpfchen übertragen diese positive Ladung auf das untere linke Gefäß. Es lädt sich stärker auf, was bedeutet, dass sich auch der mit ihm verbundene Induktor stärker auflädt und der Prozess der Ladungstrennung immer schneller verläuft, und zwar im geometrischen Verlauf, d. h. mit jedem Tropfen nimmt die Ladungsmenge im Gefäß um denselben Betrag zu Anzahl.

Warum hört die Ladungstrennung irgendwann auf? Tatsache ist, dass fallende geladene Tropfen von ihrem unteren Gefäß, das eine elektrische Ladung mit dem gleichen Vorzeichen hat, abgestoßen und von einem Induktor angezogen werden, dessen Ladung das entgegengesetzte Vorzeichen hat. Darüber hinaus stoßen sich Teile eines geladenen Tropfens gegenseitig ab, der Tropfen zerfällt in kleine Tröpfchen, die am Boden des Glases vorbeifliegen. Die Schwerkraft reicht nicht mehr aus, um die Ladungen noch stärker zu trennen, und der Tropfer erreicht den Sättigungsmodus. Die von einem solchen Gerät erzeugte elektrische Spannung kann mehrere Kilovolt erreichen, die angesammelten Ladungen sind jedoch gering und daher ist der Entladestrom ungefährlich.

Künstler Artjom Kostjukewitsch

Es gibt verschiedene Einheiten zur Temperaturmessung.

Die bekanntesten sind die folgenden:

Grad Celsius - wird im Internationalen Einheitensystem (SI) zusammen mit Kelvin verwendet.

Der Grad Celsius ist nach dem schwedischen Wissenschaftler Anders Celsius benannt, der 1742 eine neue Skala zur Temperaturmessung vorschlug.

Die ursprüngliche Definition von Grad Celsius hing von der Definition des Standardatmosphärendrucks ab, da sowohl der Siedepunkt von Wasser als auch der Schmelzpunkt von Eis vom Druck abhängen. Dies ist für die Standardisierung der Maßeinheit nicht sehr praktisch. Daher wurde nach der Einführung des Kelvin K als Grundeinheit der Temperatur die Definition des Grad Celsius überarbeitet.

Nach moderner Definition entspricht ein Grad Celsius einem Kelvin K, und der Nullpunkt der Celsius-Skala ist so festgelegt, dass die Temperatur des Tripelpunkts von Wasser 0,01 °C beträgt. Dadurch verschieben sich die Celsius- und Kelvin-Skalen um 273,15:

Im Jahr 1665 schlug der niederländische Physiker Christiaan Huygens zusammen mit dem englischen Physiker Robert Hooke erstmals vor, die Schmelzpunkte von Eis und kochendem Wasser als Referenzpunkte auf der Temperaturskala zu verwenden.

Im Jahr 1742 entwickelte der schwedische Astronom, Geologe und Meteorologe Anders Celsius (1701-1744) auf Grundlage dieser Idee eine neue Temperaturskala. Ursprünglich war 0° (Null) der Siedepunkt von Wasser und 100° der Gefrierpunkt von Wasser (Schmelzpunkt von Eis). Später, nach dem Tod von Celsius, verwendeten seine Zeitgenossen und Landsleute, der Botaniker Carl Linnaeus und der Astronom Morten Stremer, diese Skala umgekehrt (sie begannen, die Schmelztemperatur von Eis als 0° und die des kochenden Wassers als 100° anzunehmen). In dieser Form wird die Skala bis heute verwendet.

Einigen Quellen zufolge stellte Celsius selbst auf Anraten von Stremer seine Waage auf den Kopf. Anderen Quellen zufolge wurde die Waage 1745 von Carl Linnaeus umgedreht. Und dem dritten zufolge wurde die Skala von Celsius-Nachfolger Morten Stremer auf den Kopf gestellt, und im 18. Jahrhundert wurde ein solches Thermometer unter dem Namen „schwedisches Thermometer“ und in Schweden selbst weit verbreitet – unter dem Namen Stremer, aber das Der berühmte schwedische Chemiker Jons Jacob Berzelius nannte die Skala in seinem Werk „Handbuch der Chemie“ „Celsius“ und seitdem trägt die Celsius-Skala den Namen Anders Celsius.

Grad Fahrenheit.

Benannt nach dem deutschen Wissenschaftler Gabriel Fahrenheit, der 1724 eine Skala zur Temperaturmessung vorschlug.

Auf der Fahrenheit-Skala liegt der Schmelzpunkt von Eis bei +32 °F und der Siedepunkt von Wasser bei +212 °F (bei normalem Atmosphärendruck). Darüber hinaus entspricht ein Grad Fahrenheit 1/180 der Differenz zwischen diesen Temperaturen. Der Bereich von 0...+100 °F Fahrenheit entspricht etwa dem Bereich von -18...+38 °C Celsius. Der Nullpunkt auf dieser Skala wird durch den Gefrierpunkt einer Mischung aus Wasser, Salz und Ammoniak (1:1:1) bestimmt, und 96 °F ist die normale Temperatur des menschlichen Körpers.

Kelvin (vor 1968 Grad Kelvin) ist eine Einheit der thermodynamischen Temperatur im Internationalen Einheitensystem (SI), einer der sieben SI-Basiseinheiten. Vorgeschlagen im Jahr 1848. 1 Kelvin entspricht 1/273,16 der thermodynamischen Temperatur des Tripelpunkts von Wasser. Der Skalenanfang (0 K) fällt mit dem absoluten Nullpunkt zusammen.

Umrechnung in Grad Celsius: °C = K−273,15 (Temperatur des Tripelpunkts von Wasser - 0,01 °C).

Die Einheit ist nach dem englischen Physiker William Thomson benannt, dem der Titel Lord Kelvin of Larg of Ayrshire verliehen wurde. Dieser Titel wiederum stammt vom Fluss Kelvin, der durch das Gelände der Universität in Glasgow fließt.

Grad Reaumur - eine Maßeinheit für die Temperatur, bei der der Gefrier- und Siedepunkt von Wasser mit 0 bzw. 80 Grad angenommen wird. 1730 von R. A. Reaumur vorgeschlagen. Die Réaumur-Skala ist praktisch außer Gebrauch geraten.

Roemers Abschluss - eine derzeit nicht verwendete Temperatureinheit.

Die Römer-Temperaturskala wurde 1701 vom dänischen Astronomen Ole Christensen Römer erstellt. Sie wurde zum Prototyp der Fahrenheit-Skala, die Roemer 1708 besuchte.

Null Grad ist der Gefrierpunkt von Salzwasser. Der zweite Bezugspunkt ist die Temperatur des menschlichen Körpers (30 Grad nach Roemers Messungen, also 42 °C). Dann beträgt der Gefrierpunkt von Süßwasser 7,5 Grad (1/8-Skala) und der Siedepunkt von Wasser 60 Grad. Somit beträgt die Roemer-Skala 60 Grad. Diese Wahl scheint durch die Tatsache zu erklären, dass Roemer in erster Linie Astronom ist und die Zahl 60 seit Babylon der Eckpfeiler der Astronomie ist.

Rankin-Abschluss - eine Temperatureinheit auf der absoluten Temperaturskala, benannt nach dem schottischen Physiker William Rankin (1820-1872). Wird im englischsprachigen Raum für technische thermodynamische Berechnungen verwendet.

Die Rankine-Skala beginnt beim absoluten Nullpunkt, der Gefrierpunkt von Wasser liegt bei 491,67°Ra, der Siedepunkt von Wasser liegt bei 671,67°Ra. Die Gradzahl zwischen dem Gefrierpunkt und dem Siedepunkt von Wasser auf der Fahrenheit- und Rankine-Skala ist gleich und beträgt 180.

Das Verhältnis zwischen Kelvin und Rankine beträgt 1 K = 1,8 °Ra, Fahrenheit wird mit der Formel °Ra = °F + 459,67 in Rankine umgerechnet.

Grad Delisle - eine derzeit ungenutzte Temperaturmesseinheit. Es wurde vom französischen Astronomen Joseph Nicolas Delisle (1688-1768) erfunden. Die Delisle-Skala ähnelt der Réaumur-Temperaturskala. In Russland bis zum 18. Jahrhundert verwendet.

Peter der Große lud den französischen Astronomen Joseph Nicolas Delisle nach Russland ein und gründete die Akademie der Wissenschaften. Im Jahr 1732 entwickelte Delisle ein Thermometer mit Quecksilber als Arbeitsflüssigkeit. Der Siedepunkt von Wasser wurde als Null gewählt. Als Temperaturänderung wurde ein Grad angenommen, was zu einer Abnahme des Quecksilbervolumens um ein Hunderttausendstel führte.

Somit betrug die Schmelztemperatur des Eises 2400 Grad. Später erschien eine solche Bruchskala jedoch überflüssig, und bereits im Winter 1738 reduzierte Delisles Kollege an der St. Petersburger Akademie, der Arzt Josias Weitbrecht (1702-1747), die Anzahl der Schritte vom Siedepunkt bis zum Gefrierpunkt des Wassers bis 150.

Die „Umkehrung“ dieser Skala (sowie der ursprünglichen Version der Celsius-Skala) im Vergleich zu den derzeit akzeptierten wird normalerweise durch rein technische Schwierigkeiten bei der Kalibrierung von Thermometern erklärt.

Delisles Skala erlangte in Russland eine große Verbreitung und seine Thermometer wurden etwa 100 Jahre lang verwendet. Diese Skala wurde von vielen russischen Akademikern verwendet, darunter auch Michail Lomonossow, der sie jedoch „umkehrte“ und den Gefrierpunkt von Wasser auf Null und den Siedepunkt von 150 Grad setzte.

Hookes Abschluss - historische Temperatureinheit. Die Hooke-Skala gilt als die allererste Temperaturskala mit einem festen Nullpunkt.

Der Prototyp der von Hooke geschaffenen Waage war ein Thermometer aus Florenz, das er 1661 erhielt. In Hookes Micrographia, das ein Jahr später veröffentlicht wurde, findet sich eine Beschreibung der von ihm entwickelten Skala. Hooke definierte ein Grad als eine Änderung des Alkoholvolumens um 1/500, d. h. ein Grad Hooke entspricht etwa 2,4 °C.

Im Jahr 1663 einigten sich die Mitglieder der Royal Society darauf, das Hooke-Thermometer als Standard zu verwenden und die Messwerte anderer Thermometer damit zu vergleichen. Der niederländische Physiker Christiaan Huygens schlug 1665 zusammen mit Hooke vor, die Schmelztemperaturen von Eis und kochendem Wasser zur Erstellung einer Temperaturskala zu nutzen. Dies war die erste Skala mit einem festen Nullpunkt und negativen Werten.

Grad Dalton – historische Temperatureinheit. Es gibt keinen spezifischen Wert (in Einheiten traditioneller Temperaturskalen wie Kelvin, Celsius oder Fahrenheit), da die Dalton-Skala logarithmisch ist.

Die Dalton-Skala wurde von John Dalton für Messungen bei hohen Temperaturen entwickelt, da herkömmliche Thermometer mit einer einheitlichen Skala aufgrund der ungleichmäßigen Ausdehnung der thermometrischen Flüssigkeit Fehler verursachten.

Null auf der Dalton-Skala entspricht null Grad Celsius. Eine Besonderheit der Dalton-Skala ist, dass ihr absoluter Nullpunkt − ∞°Da ist, also ein unerreichbarer Wert (was nach dem Satz von Nernst tatsächlich der Fall ist).

Grad Newton – eine derzeit nicht verwendete Temperatureinheit.

Die Newtonsche Temperaturskala wurde 1701 von Isaac Newton zur Durchführung thermophysikalischer Forschungen entwickelt und war wahrscheinlich der Prototyp der Celsius-Skala.

Newton verwendete Leinöl als thermometrische Flüssigkeit. Newton ging davon aus, dass der Gefrierpunkt von Süßwasser bei null Grad liegt, und die Temperatur des menschlichen Körpers beschrieb er mit 12 Grad. Somit betrug der Siedepunkt des Wassers 33 Grad.

Leiden-Abschluss ist eine historische Temperatureinheit, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts zur Messung kryogener Temperaturen unter –183 °C verwendet wurde.

Diese Waage stammt aus Leiden, wo sich seit 1897 das Labor Kamerlingh Onnes befindet. 1957 stellten H. van Dijk und M. Durau die L55-Skala vor.

Der Siedepunkt von Standard-Flüssigwasserstoff (−253 °C), bestehend aus 75 % Orthowasserstoff und 25 % Parawasserstoff, wurde mit null Grad angenommen. Der zweite Bezugspunkt ist der Siedepunkt von flüssigem Sauerstoff (−193 °C).

Planck-Temperatur , benannt nach dem deutschen Physiker Max Planck, ist eine Temperatureinheit mit der Bezeichnung T P im Planck-Einheitensystem. Dies ist eine der Planck-Einheiten, die den fundamentalen Grenzwert in der Quantenmechanik darstellt. Die moderne physikalische Theorie ist aufgrund des Fehlens einer entwickelten Quantentheorie der Schwerkraft nicht in der Lage, etwas Heißeres zu beschreiben. Oberhalb der Planck-Temperatur wird die Energie der Teilchen so groß, dass die Gravitationskräfte zwischen ihnen mit anderen fundamentalen Wechselwirkungen vergleichbar werden. Dies ist die Temperatur des Universums im ersten Moment (Planck-Zeit) des Urknalls gemäß den aktuellen Konzepten der Kosmologie.

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