3.7: Температурні та температурні шкали

Малюнок$\PageIndex{1}$ (Кредит: Tantien3; Джерело: https://pixabay.com/photos/ice-glacier-hand-nature-water-2438495/(opens в новому вікні); Ліцензія: CC0 (відкривається в новому вікні)/Громадське надбання)

Кубик льоду в руці відчуває холод, але чому?

Частинки речовини в гарячому об'єкті рухаються набагато швидше, ніж частинки речовини в холодному об'єкті. Кінетична енергія об'єкта - це енергія, обумовлена рухом. Частинки речовини, що входять до складу гарячої печі, мають більшу кількість кінетичної енергії, ніж ті, що знаходяться в кубику льоду.

Температурні та температурні шкали

Температура - це міра середньої кінетичної енергії частинок в речовині. У повсякденному використанні температура вказує на міру того, наскільки гарячим або холодним є предмет. Температура - важливий параметр в хімії. Коли речовина змінюється з твердого на рідке, це відбувається тому, що відбулося підвищення температури матеріалу. Хімічні реакції зазвичай протікають швидше, якщо температура підвищена. Багато нестабільні матеріали (наприклад, ферменти) будуть життєздатними довше при більш низьких температурах.

Малюнок$\PageIndex{2}$: Світиться вугілля зліва представляє високу кінетичну енергію, тоді як сніг та лід праворуч мають набагато нижчу кінетичну енергію. (Кредит: Деревне вугілля: Serge Melki; Сніг: Користувач:Haymanj/Wikimedia Commons; Джерело: Деревне вугілля: http://www.flickr.com/photos/sergemelki/3106924114/(opens в новому вікні); Сніг: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Snow_Gum1.JPG(opens в новому вікні); Ліцензія: Деревне вугілля: CC-BY 2.0; Сніг: Громадський Домен)

Температурні ваги

Перші термометри були скляними і містили спирт, який розширювався і скорочувався в міру зміни температури. Німецький вчений Даніель Габріель Фаренгейт використовував ртуть у трубці, ідею, висунуту Ісмаелем Булліо. Шкала Фаренгейта була вперше розроблена в 1724 році і деякий час після цього возитися. Основними проблемами з цією шкалою є довільні визначення температури. Температура замерзання води була визначена як,$32^\text{o} \text{F}$ а температура кипіння як$212^\text{o} \text{F}$. Шкала Фаренгейта, як правило, не використовується в наукових цілях.

Малюнок$\PageIndex{3}$: Даніель Габріель Фаренгейт. (Кредит: Анонімний; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fahrenheit_small.jpg(opens в новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

Шкала Цельсія метричної системи названа на честь шведського астронома Андерса Цельсія (1701-1744). Шкала Цельсія встановлює температуру замерзання$0^\text{o} \text{C}$ та$100^\text{o} \text{C}$ температуру кипіння води відповідно. Відстань між цими двома точками ділиться на 100 рівних інтервалів, кожен з яких дорівнює одному градусу. Інший термін, який іноді використовується для шкали Цельсія, - це «за Цельсієм», оскільки між температурами замерзання та кипіння води в цій шкалі є 100 градусів. Однак кращим терміном є «за Цельсієм».

Малюнок$\PageIndex{4}$: Андерс Цельсій. (Кредит: Olof Arenius; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anders-Celsius-Head.jpg(opens в новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

Температурна шкала Кельвіна названа на честь шотландського фізика і математика лорда Кельвіна (1824-1907). Він заснований на молекулярному русі, з температурою$0 \: \text{K}$, також відомою як абсолютний нуль, є точкою, де припиняється весь молекулярний рух. Температура замерзання води за шкалою Кельвіна дорівнює$273.15 \: \text{K}$, тоді як температура кипіння$373.15 \: \text{K}$. Зверніть увагу, що в позначенні температури не використовується «градус». На відміну від шкал Фаренгейта та Цельсія, де температури називаються «градусами$\text{F}$» або$\text{C}$ «градусами», ми просто позначили температури в шкалі Кельвіна як кельвіни.

Малюнок$\PageIndex{5}$: Лорд Кельвін. (Кредит: Анонімний; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kelvin-1200-scale1000.jpg(opens в новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

Як видно з різниці в 100 кельвінів між ними, зміна на один градус за шкалою Цельсія еквівалентна зміні одного Кельвіна за шкалою Кельвіна. Перетворення з одного масштабу в інший легко, так як ви просто додаєте або віднімаєте 273.

Малюнок$\PageIndex{6}$: Порівняння між шкалами температури Кельвіна та Цельсія. (Кредит: Лаура Герін; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Симуляція

Незалежно від температурної шкали, яку ви використовуєте, температура, при якій кипить рідина, залежить від декількох різних змінних. Спробуйте кип'ятити воду в декількох місцях по всьому світу, щоб побачити, що ми маємо на увазі.

Резюме

• Температура - це міра середньої кінетичної енергії частинок в речовині.
• Шкала Фаренгейта визначає температуру замерзання води як$32^\text{o} \text{F}$ і температуру кипіння як$212^\text{o} \text{F}$.
• Шкала Цельсія встановлює температуру замерзання$0^\text{o} \text{C}$ та$100^\text{o} \text{C}$ температуру кипіння води відповідно.
• Шкала Кельвіна заснована на молекулярному русі, причому температура$0 \: \text{K}$ - також відома як абсолютний нуль - є точкою, де припиняється весь молекулярний рух.

Рецензія

1. Що таке абсолютний нуль за температурною шкалою Цельсія?
2. Які температури замерзання та кипіння води за шкалою Цельсія?
3. Перетворіть наступні температури Кельвіна в градуси Цельсія.
   1. 188 КМ
   2. 631 КМ
4. Температуру в градусах Фаренгейта можна перетворити в Цельсія, спочатку віднімаючи 32, потім діливши на 1,8. Яка температура за Цельсієм на вулиці в теплий день (88°F)?
5. Чому шкалу Цельсія іноді називають «за Цельсієм»?