Teplota. Tepelná rovnováha. Absolutní teplotní stupnice. Molekulární fyzika – Super! fyzika

teplota — je mírou průměrné kinetické energie molekul.
Teplota charakterizuje stupeň ohřevu těles.

Zařízení pro měření teploty – teploměr.
Princip teploměr:
Při měření teploty se využívá závislosti změny libovolného makroskopického parametru (objem, tlak, elektrický odpor atd.) látky na teplotě.
U kapalinových teploměrů se jedná o změnu objemu kapaliny.
Když se dvě média dostanou do kontaktu, energie se přenáší z teplejšího média na chladnější.
Během měření se tělesná teplota a teploměr dostanou do stavu tepelné rovnováhy.

Kapalinové teploměry

V praxi se často používají kapalinové teploměry: rtuťové (v rozsahu od -35 °C do +750 °C) a lihové (od -80 °C do +70 °C).
Využívají vlastnost kapaliny měnit svůj objem při změně teploty.
Každá kapalina má však své vlastní charakteristiky změny objemu (roztažnosti) při různých teplotách.
V důsledku porovnání například hodnot rtuťového a lihového teploměru dojde k přesné shodě pouze ve dvou bodech (při teplotách 0 °C a 100 °C).
Plynové teploměry tyto nevýhody nemají.

Plynové teploměry

První plynový teploměr vytvořil francouzský fyzik J. Charles.

Výhody plynový teploměr:
— používá se lineární závislost změny objemu nebo tlaku plynu na teplotě, která platí pro všechny plyny
— přesnost měření od 0,003 °C do 0,02 °C
— teplotní rozsah od -271 °C do +1027 °C.

Tepelná rovnováha

Když se dvě tělesa s různou teplotou dostanou do kontaktu, vnitřní energie se přenese z teplejšího tělesa na chladnější a teploty obou těles se vyrovnají.
Nastává stav tepelné rovnováhy, ve kterém všechny makroparametry (objem, tlak, teplota) obou těles zůstávají za stálých vnějších podmínek nezměněny.

Tepelná rovnováha je stav, ve kterém všechny makroskopické parametry zůstávají po libovolně dlouhou dobu nezměněny.
Stav tepelné rovnováhy soustavy těles je charakterizován teplotou: všechna tělesa soustavy, která jsou ve vzájemné tepelné rovnováze, mají stejnou teplotu.
Bylo zjištěno, že v tepelné rovnováze jsou průměrné kinetické energie translačního pohybu molekul všech plynů stejné, tj.

Pro zředěné (ideální) plyny množství

a závisí pouze na teplotě, pak

kde k je Boltzmannova konstanta

Tato závislost umožňuje zavést novou teplotní stupnici, absolutní teplotní stupnici, nezávislou na látce použité k měření teploty.

Absolutní teplotní stupnice

— zaveden anglickým fyzikem W. Kelvinem
– žádné záporné teploty

Jednotka absolutní teploty v soustavě SI je: [T] = 1 K (Kelvin)
Absolutní nula je absolutní nula (0K = -273 °C), nejnižší teplota v přírodě. Nejnižší teplota, které se v současnosti dosahuje, je 0,0001 K.
Hodnota 1K se rovná 1 °C.

Vztah mezi absolutní stupnicí a stupnicí Celsia

Zapamatujte si! Ve vzorcích se absolutní teplota označuje písmenem „T“ a teplota na stupnici Celsia písmenem „t“.