Embedded Files
Ο άνθρωπος έχει την ικανότητα να διακρίνει τα διάφορα αντικείμενα με τα οποία έρχεται σ’ επαφή, σε θερμά και ψυχρά, ή πιο σωστά σε αντικείμενα θερμότερα ή ψυχρότερα απ’ το ανθρώπινο σώμα. Πέρα όμως απ’ αυτό το υποκειμενικό κριτήριο, για τη θερμοκρασία είναι αναγκαίο να οριστεί ένα πιο αντικειμενικό κριτήριο, γιατί ο άνθρωπος σίγουρα δεν μπορεί να αποφανθεί για το πόσο θερμότερο ή ψυχρότερο είναι ένα αντικείμενο απ’ το ανθρώπινο σώμα.
Ένας πρώτος ορισμός της θερμοκρασίας είναι:
Θερμοκρασία είναι η ιδιότητα ενός σώματος η οποία δείχνει το πόσο ζεστό ή κρύο είναι το σώμα, σε σχέση με ένα πρότυπο σώμα σταθερής θερμοκρασίας.
Όσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία του τόσο πιο ζεστό είναι το σώμα και αντίθετα.
Ο αυστηρός ορισμός της θερμοκρασίας, όμως, μπορεί να γίνει μόνο με βάση τους κανόνες της θερμοδυναμικής που ορίζουν ότι:
«Η ύλη αποτελείται από άτομα και μόρια που κινούνται συνεχώς. Με τον συνδυασμό των μορίων προκύπτουν στέρεα, υγρά, αέρια ή πλάσμα, ανάλογα με το ρυθμό ταλάντωσης τους».
Θερμική κίνηση ονομάζεται το αποτέλεσμα της χαοτικής και τυχαίας κίνησης των ατόμων και των μορίων.
Θερμική ενέργεια καλείται η ενέργεια που αποκτά ένα σώμα εξαιτίας της ενεργειακής κίνησης του, δηλαδή της συνεχούς κίνησης ατόμων και μορίων.
Όσο μεγαλύτερη είναι η κινητική ενέργεια των μορίων μιας ουσίας τόσο πιο θερμή είναι.
Μέχρι και το 18o αιώνα δεν είχε αναπτυχθεί τρόπος μέτρησης της θερμοκρασίας, με αποτέλεσμα η εκτίμησή της να υπόκειται σε υποκειμενικά σφάλματα.
Σύμφωνα με τη Θερμοδυναμική όμως:
Θερμοκρασία είναι το μέγεθος που εκφράζει τη μέση κινητική ενέργεια των μορίων ενός σώματος.
Δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η κινητική ενέργεια των μορίων του, τόσο πιο μεγάλη είναι η θερμοκρασία. Αντιθέτως, όσο μικρότερη είναι η κινητική ενέργεια των μορίων του, τόσο πιο μικρή είναι η θερμοκρασία.
Από τα παραπάνω γίνεται σαφής η διαφορά μεταξύ θερμοκρασίας και θερμικής ενέργειας. Π.χ. η θερμική ενέργεια δύο λίτρων βραστού νερού είναι διπλάσια από αυτή του ενός λίτρου βραστού νερού. Και στις δύο όμως περιπτώσεις η θερμοκρασία είναι ίδια, εφόσον τα μόριά τους έχουν την ίδια μέση κινητική ενέργεια και για τις δύο ποσότητες. Η θερμική ενέργεια είναι διπλάσια, λόγω της διπλάσιας μάζας του νερού.
Αξίζει να τονιστεί ότι η θερμοκρασία δεν εξαρτάται από την ποσότητα των μορίων αλλά μόνο από την κινητικότητά τους.
Τέλος το ύψος της θερμοκρασίας ορίζει την κατεύθυνση κίνησης της θερμότητας, η οποία ρέει πάντα από το σώμα υψηλότερης θερμοκρασίας προς εκείνο με τη χαμηλότερη. Είναι δηλαδή ένας δείκτης ποιότητας κατά μια έννοια.
Μονάδες μέτρησης Θερμοκρασίας
Μονάδες μέτρησης Θερμοκρασίας
Η κλίμακα θερμοκρασιών που έχει επικρατήσει στον Ευρωπαϊκό χώρο είναι η κλίμακα Κελσίου (Celsius - °C) που βασίζεται στη διαστολή του υδράργυρου. Στην κλίμακα αυτή, στην τήξη του πάγου αντιστοιχεί το 0 της κλίμακας (0°C) και στο βρασμό του νερού αντιστοιχεί το 100 (100°C), με την προϋπόθεση ότι η τήξη και ο βρασμός γίνονται υπό πίεση μιας φυσικής ατμόσφαιρας (1atm).
Υπάρχει ακόμα και η κλίμακα Φαρενάιτ (Fahrenheit - °F), η οποία χρησιμοποιείται κυρίως στις Η.Π.Α., αλλά τείνει να αντικατασταθεί από την κλίμακα Κελσίου. Τα αντίστοιχα σημεία στην κλίμακα Φαρενάιτ είναι το 32 (32°F) για την τήξη του πάγου και το 212 (212°F), για το βρασμό του νερού, υπό πίεση 1atm.
Τονίζουμε το υπό πίεση 1atm, γιατί οι θερμοκρασίες τήξης και βρασμού μιας ουσίας εξαρτώνται από την πίεση που επικρατεί.
Στο διεθνές σύστημα μονάδων (S.I.), μονάδα μέτρησης της θερμοκρασίας είναι οι βαθμοί Κέλβιν (Kelvin – K), στην κλίμακα απόλυτης θερμοκρασίας.
Την κλίμακα Κέλβιν την ονόμασε έτσι ο περίφημος Βρετανός φυσικός Λόρδος Κέλβιν (Lord Kelvin), που δημιούργησε τη λέξη θερμοδυναμική και πρότεινε πρώτος τη θερμοδυναμική κλίμακα θερμοκρασίας.
Μετατροπή – ισοδυναμία κλιμάκων θερμοκρασίας
Μετατροπή – ισοδυναμία κλιμάκων θερμοκρασίας
Οι ενδείξεις ΤC (σε °C) και ΤF (°F) των δύο κλιμάκων, που αντιστοιχούν στην ίδια θερμοκρασία, συνδέονται με τη σχέση:
Η αντίστοιχη σχέση μεταξύ των κλιμάκων Celsius και Kelvin (ΤΚ), είναι:
TK = 273,15 + TC και TC = TK - 273,15
Απόλυτο Μηδέν ("0")
Απόλυτο Μηδέν ("0")
Καταρχάς πρέπει να τονισθεί ότι, δεν υπάρχει ανώτατο όριο θερμοκρασίας. Όταν αυξάνεται η θερμική κίνηση, το στέρεο σώμα πρώτα τήκεται και μετά εξατμίζεται. Όταν η θερμοκρασία αυξηθεί παραπάνω, τα μόρια σπάνε σε άτομα, τα άτομα χάνουν μερικά ή όλα τα ηλεκτρόνιά τους και σχηματίζουν ένα νέφος από σωμάτια, ηλεκτρικά φορτισμένα, το πλάσμα. Η κατάσταση αυτή υπάρχει στα άστρα, όπου η θερμοκρασία φτάνει σε πολλά εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Αντίθετα, στην άλλη άκρη της θερμοκρασιακής κλίμακας υπάρχει καθορισμένο όριο, το οποίο προτάθηκε τον 19ο αιώνα βάσει πειραμάτων με αέρια.
Τα αέρια διαστέλλονται όταν θερμαίνονται και συστέλλονται, όταν ψύχονται.
Βρέθηκε, μετά από πειράματα, πως σε όλα τα αέρια (ανεξάρτητα από την αρχική τους πίεση και τον αρχικό τους όγκο) μεταβάλλεται ο όγκος τους κατά το 1/273 της τιμής που έχουν σε θερμοκρασία 0 ºC για κάθε βαθμό μεταβολής της θερμοκρασίας, αρκεί η πίεση να μένει σταθερή. Αν δηλαδή αέριο που έχει θερμοκρασία 0 ºC ψυχθεί κατά 273 ºC, θα συσταλεί κατά 273/273 του όγκου του και θα περιοριστεί σε μηδενικό όγκο. Είναι σαφές πως δεν είναι δυνατή η ύπαρξη ουσίας με μηδενικό όγκο.
Υπάρχει λοιπόν όριο ψύχους. Όταν τα άτομα και τα μόρια χάσουν όλη τη διαθέσιμη κινητική ενέργειά τους, φτάνουν στη θερμοκρασία του απόλυτου μηδενός. Στο απόλυτο μηδέν δεν είναι δυνατό να αποσπασθεί ενέργεια από κάποια ουσία, ούτε είναι δυνατή η περαιτέρω πτώση της θερμοκρασίας της.
Αυτή η οριακή θερμοκρασία είναι στην πραγματικότητα 273,15 °C κάτω από το μηδέν της κλίμακας Κελσίου (459,69 °F κάτω από το μηδέν της κλίμακας Φαρενάιτ)
Στην κλίμακα της απόλυτης θερμοκρασίας που ονομάζεται Κέλβιν, το απόλυτο μηδέν είναι στους 0 Κ
(αντί του «0 βαθμοί Κέλβιν» 0 °Κ χρησιμοποιείται απλά το «0 Κέλβιν» και γράφεται 0 Κ).
Google Sites
Report abuse