Шкала кельвина сообщение 8 класс
Обновлено: 04.07.2024
Наиболее широко используется шкала Цельсия. В этой шкале за 0 ° C принята температура таяния льда, а 100 ° C определяет температура кипения воды. Интервал между этими точками разделён на 100 равных частей, величина каждой части равна одному градусу Цельсия ( ° C ).
В США и некоторых других странах используется шкала Фаренгейта, в которой температура таяния льда соответствует 32 ° F , а температура кипения воды — 212 ° F . Из этого можно сделать вывод, что один градус Цельсия больше одного градуса Фаренгейта.
В шкале Фаренгейта за нуль принята температура таяния смеси льда, нашатырного спирта и поваренной соли ( − 18 ° C ).
Шкалу Кельвина, главным образом, используют учёные. В этой шкале за нулевой уровень принята наименьшая возможная в природе температура − 273 , 15 ° C , которую называют абсолютным нулём. Один градус Кельвина (К) равен по величине одному градусу Цельсия, из этого можно сделать вывод, что шкала Кельвина такая же, как и шкала Цельсия, только лишь сдвинута на 273 , 15 градуса вверх.
В различных температурных шкалах значения температуры одного и того же процесса могут резко отличаться.
Так как в различных температурных шкалах значения температуры различны, то существуют формулы, которые связывают температурные шкалы друг с другом.
Из того, что температура - это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.
Шкала Кельвина
В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.
Шкала Цельсия
В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии , поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.
Шкала Фаренгейта
В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.
В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F - 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.
Шкала Реомюра
Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.
Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)
В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.
Единица измерения температуры Кельвин названа в честь Ульяма Томсона(1824 - 1907 гг.) - британского физика, одного из основателей термодинамики, которому в 1892 году, королевой Соединённого Королевства Великобритании и Ирландии - Викторией, за достижения в науке, пожаловано пэрство с титулом "Барон Кельвин"(известен так же как "Лорд Кельвин"). Им была предложена абсолютная шкала температур начало которой (0K) совпадает с абсолютным нулём(температура при которой прекращается хаотическое движение молекул и атомов), так же эту шкалу называют ещё термодинамической температурной шкалой.
По современному определению, утвержденному Генеральной конференцией по мерам и весам в 1967 году, один Кельвин - это единица температуры, составляющая 1/273,16 части температуры тройной точки воды. Температура тройной точки воды - это температура при которой вода может находится в трёх состояниях: твёрдом, газообразном, жидком и соответствует 273,16К или 0,01°С .
Один градус Цельсия и один Кельвин равны по значимости и соотносятся так:
К(Кельвин) = °С(градус Цельсия) + 273,15
, где 273.15 разность между температурой тройной точки воды в Кельвинах и температурой тройной точки воды в градусах Цельсия.
В настоящее время Международный комитет мер и весов (МКМВ) планирует в 2011 году отказаться от определения Кельвина через тройную точку воды как от неудобного(достаточно сложно обеспечить условия и характеристики воды) и определить Кельвин через секунду и постоянную Больцмана, величина которой на данный момент вычислена не с надлежащей точностью(2x10 -6 ). Сейчас ведётся разработка метода определения постоянной Больцмана который позволить увеличить существующую точность в два раза.
Абсолютный ноль — это воображаемая температура, при достижении которой вещество охлаждается настолько, что атомы его перестают совершать движение. Достигнут абсолютный ноль никогда не был — ни в природе, ни в лаборатории. Однако ученые подбирались к нему очень близко. Не исключено, что дойти до абсолютного ноля можно, но, даже дойдя, мы не сможем это узнать, потому что не существует термометра, который способен его измерить.
Измеряя температуру какого-либо тела, мы регистрируем среднюю энергию частиц, из которых оно состоит. Температура показывает, насколько быстро колеблются или движутся эти частицы. В газе или жидкости частицы могут летать в любом направлении и при этом они нередко соударяются. Поэтому температура их связана со средней скоростью движения частиц. Атомы твердого тела закреплены в решеточной структуре и удерживаются в ней электрическими связями. При разогреве тела атомы приобретают энергию и начинают подрагивать, точно желе, не покидая, однако, своих мест.
Шкала Кельвина
Идея абсолютного ноля появилась в XVIII веке при экстраполяции графика температуры и энергии к нолю. Энергия устойчиво возрастает вместе с температурой, и линию, соединяющую два ее значения, можно продлить в сторону уменьшения до температуры, при которой энергия становится нулевой: -273,15 градуса по шкале Цельсия, или -459,67 градуса по шкале Фаренгейта.
В XIX веке лорд Кельвин предложил новую температурную шкалу, начинающуюся с абсолютного ноля. По сути дела, это просто сдвинутая шкала Цельсия. Так, вода замерзает при 0 градусов по Цельсию, или при 273 градусах по Кельвину, а закипает при 373 градусах по Кельвину (эквивалент 100 градусам Цельсия). Высшие участки этой шкалы фиксированы, как и тройная точка воды — температура (при определенном давлении), при которой вода, пар и лед могут сосуществовать, — это 273,16 по Кельвину, или 0,01 по Цельсию, при малом давлении (меньше 1% атмосферного). В настоящее время для измерения температуры большинство ученых использует шкалу Кельвина.
Большой мороз
Температура падает, и когда вы забираетесь высоко в горы или поднимаетесь на самолете. Если же выбраться в космос, там окажется еще холоднее. Но даже в самых пустых глубинах вселенной самые холодные атомы обладают температурой, на несколько градусов превышающей абсолютный ноль. Наиболее холодное место, найденное пока во вселенной, находится в туманности Бумеранг, темном облаке газа с температурой всего на один градус выше абсолютного ноля. Вне этой туманности, во всем пустом пространстве температура среды держится на довольно приятном уровне в 2,7 градуса Кельвина. Это такая теплая ванна, наполненная космическим микроволновым фоновым излучением, оставшимся со времен Большого взрыва и пронизывающим все пространство вселенной. Чтобы охладить какой-нибудь регион вселенной, его нужно оградить от этого реликтового тепла, — тогда любые атомы в нем утратят остаточную температуру. Поэтому представить себе, что температура какого-либо места во вселенной может равняться абсолютному нолю, трудновато.
Внутренний холод
Температуры очень низкие удавалось получать в лабораториях, где физики пытались приблизиться к абсолютному нолю хотя бы на короткие промежутки времени. И они смогли подойти к нему очень близко — ближе, чем в открытом космосе.
В лабораториях используются в качестве охладителей многие жидкие газы, однако и они теплее абсолютного ноля. Можно охладить азот до жидкого состояния — этот газ переходит в него при 77 градусах Кельвина (-196 Цельсия). Жидкий азот легко транспортируется в особых емкостях и используется в больницах для хранения биологических образцов, в том числе для замораживания эмбрионов и спермы в клиниках для больных бесплодием; находит он применение и в современной электронике. Если капнуть жидким азотом на цветок гвоздики, он станет до того хрупким, что уроните его на пол — и он разобьется, точно фарфоровый.
Еще холоднее жидкий гелий — всего 4 градуса Кельвина, однако и эта температура изрядно выше абсолютного ноля. А вот при смешивании двух типов гелия — гелия-3 и гелия-4 — достигается температура в несколько тысячных градуса Кельвина.
Для достижения температур еще более низких физикам приходится использовать изощренные методы. В 1994-м ученые Американского национального института стандартов и технологии (NIST), находящегося в Боулдере, штат Колорадо, с помощью лазера охладили атомы цезия до 700 миллиардных градуса Кельвина. Девять лет спустя ученым Массачусетского технологического института удалось пойти дальше, достигнув 0,5 миллиардных градуса Кельвина.
Лорд Кельвин, 1824-1907
Слайд 3
Уильям Томпсон, лорд Кельвин. Познакомившись с теоремой Карно, Томсон высказал идею абсолютной термодинамической шкалы (1848 г.). Он сформулировал второе начало термодинамики (1851 г.); заложил основы теории электромагнитных колебаний и в 1853 г. вывел зависимость периода собственных колебаний контура от его ёмкости и индуктивности (формула Томсона). В 1856 г. учёный открыл третий термодинамический эффект (эффект Томсона). Томсон внёс большой вклад в развитие практического применения науки: он был главным научным консультантом при прокладке первых трансатлантических кабелей, сконструировал ряд электрометрических и навигационных приборов. Известны исследования Томсона по теплопроводности, работы по теории приливов, распространению волн по поверхности, по теории вихревого движения. В 1892 г. учёному был пожалован титул барона Кельвина. В 1896 г. его избрали почётным членом Петербургской академии наук. В последние годы жизни Томсона интересовали рентгеновские лучи и радиоактивность, он выполнил расчёты по определению размеров молекул, выдвинул гипотезу о строении атомов. Умер 17 декабря 1907 г. в своём имении близ города Лэрг (графство Северный Эйршир, Шотландия), похоронен в Вестминстерском аббатстве.
Слайд 4
Температурная шкала Кельвина Температура (от лат. temperatura — надлежащее смешение, соразмерность, нормальное состояние), физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. В системе СИ температура измеряется в кельвинах. Но на практике часто применяют градусы Цельсия из-за привязки к важным характеристикам воды — температуре таяния льда (0° C) и температуре кипения (100° C). Это удобно, так как большинство климатических процессов, процессов в живой природе и т. д. связаны с этим диапазоном.
Слайд 5
Температурная шкала Кельвина Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой. Единица абсолютной температуры — кельвин (К). Абсолютная шкала температуры называется так, потому что мера основного состояния нижнего предела температуры — абсолютный ноль, то есть наиболее низкая возможная температура, при которой в принципе невозможно извлечь из вещества тепловую энергию. Абсолютный ноль определён как 0 K, что приблизительно равно −273.15 °C. Шкала температур Кельвина — температурная шкала, в которой начало отсчёта ведётся от абсолютного нуля.
Слайд 6
Температурная шкала Кельвина Используемые в быту температурные шкалы — как Цельсия, так и Фаренгейта (используемая, в основном, в США), — не являются абсолютными и поэтому неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды, из-за чего температуру приходится выражать отрицательным числом. Для таких случаев были введены абсолютные шкалы температур. Температуре замерзания воды при стандартном атмосферном давлении соответствуют 273,15 K. Число градусов Цельсия и кельвинов между точками замерзания и кипения воды одинаково и равно 100. Поэтому градусы Цельсия переводятся в кельвины по формуле K = °C + 273,15.
Слайд 7
Интересные факты Самая высокая температура созданная человеком ~ 4 трлн. К (что сравнимо с температурой Вселенной в первые секунды её жизни) была достигнута в 2010 году при столкновении золотых частиц, ускоренных до околосветовых скоростей. Эксперимент был проведён на установке RHIC, расположенной в Брукхейвенской национальной лаборатории, США. Самая высокая теоретически возможная температура - планковская температура. Более высокая температура не может существовать, так как всё превращается в энергию (все субатомные частицы разрушатся). Эта температура примерно равна 1.41679(11)⋅1032 °C (примерно 142 нониллиона градусов). Самая низкая температура, созданная человеком была получена в 1995 году Эриком Корнеллом и Карлом Виманом из США при охлаждении атомов рубидия. Она была выше абсолютного нуля менее чем на 1/170 млрд долю градуса (5,9⋅10−12). Поверхность Солнца имеет температуры около 6000 °С.
Слайд 8
Читайте также: