Θερμοκρασία

Θερμοκρασία είναι το φυσικό μέγεθος που μετρά τη μέση κινητική ενέργεια από μεταφορά,ταλάντωση ή περιστροφή των δομικών συστατικών (ατόμων, μορίων, ιόντων) της ύλης. Η μεταφορά της ενέργειας αυτής (θερμότητας), όταν πιάνουμε κάτι με το χέρι για παράδειγμα, μας δίνει την αίσθηση του ζεστού και του κρύου με την κατάσταση αύξησης ενέργειας να αντιστοιχεί στο «ζεστό» ή «θερμό», όταν συνολικά παίρνουμε ενέργεια, και της κατάστασης μείωσης ενέργειας, κατά την οποία αντιλαμβανόμαστε να χάνουμε συνολικά ενέργεια, να αντιστοιχεί στο «κρύο».

Τμήμα από μόριο πρωτεΐνης, του οποίου τα άτομα κινούνται θερμικά.

Γενικά

Η θερμοκρασία στην πράξη είναι ακριβώς το μέτρο εκείνο με το οποίο προσδιορίζεται η "θερμική κατάσταση" των διαφόρων σωμάτων, είναι δηλαδή ένα φυσικό μέγεθος που συνδέεται με τη μέση κινητική ενέργεια των σωματιδίων ενός συστατικού, το οποίο και χαρακτηρίζει πόσο θερμό ή πόσο ψυχρό είναι αυτό.

Το αίτιο που δημιουργεί το αίσθημα του θερμού ή ψυχρού είναι η θερμότητα που όταν χορηγείται (απορροφάται) ή αφαιρείται (εκλύεται) από ένα σώμα προκαλεί "μεταβολή θερμοκρασίας" (ύψωση ή υποβιβασμό). Συνεπώς θερμότητα και θερμοκρασία είναι διαφορετικές έννοιες. Η μεν θερμότητα είναι μορφή ενέργειας, η δε θερμοκρασία ιδιότητα και μέγεθος.

Η θερμοκρασία μετριέται με ειδικά όργανα που λέγονται θερμόμετρα, η λειτουργία των οποίων βασίζεται στο φαινόμενο της διαστολής ή συστολής ως αποτέλεσμα παροχής ή αφαίρεσης της θερμότητας. Αλλά και η μεταβολή της θερμοκρασίας (ύψωση ή υποβιβασμός) είναι επίσης αποτέλεσμα της παροχής ή αφαίρεσης της θερμότητας. Έτσι με την παρατήρηση της διαστολής ή συστολής του υδραργύρου, που χρησιμοποιείται συνήθως στα θερμόμετρα, διαπιστώνεται και η μεταβολή της θερμοκρασίας η οποία αναγνώσκεται στην κατάλληλα βαθμολογημένη σε βαθμούς θερμοκρασίας κλίμακα του θερμομέτρου. Γενικώς τα θερμόμετρα διακρίνονται σε "κοινά" ή "υδραργυρικά" και σε "θερμόμετρα οινοπνεύματος" (για χαμηλότερες θερμοκρασίες). Χρησιμοποιούνται επίσης και "ηλεκτρικά θερμόμετρα" που βασίζονται στην αρχή του θερμοηλεκτρικού στοιχείου, επίσης τα "οπτικά" ή ηλεκτρικά "πυρόμετρα" καθώς και άλλα ειδικών κατηγοριών. Η βαθμολογία των θερμομέτρων γίνεται σε βαθμούς Celsius (Κελσίου) ^oC, στο μετρικό σύστημα, και σε βαθμούς Fahrenheit (Φαρενάιτ) ^oF, στο αγγλικό σύστημα.

Στο θερμόμετρο Κελσίου το μηδέν της κλίμακας (0°C) αντιστοιχεί στη θερμοκρασία τήξεως του πάγου, το δε 100 (100°C) στη θερμοκρασία βρασμού του ύδατος. Η ενδιάμεση αυτών απόσταση υποδιαιρείται σε 100 ίσα μέρη που καλούνται "βαθμοί Κελσίου".

Στο θερμόμετρο Φαρενάιτ η θερμοκρασία τήξεως του πάγου αντιστοιχεί στους 32°F, η δε θερμοκρασία βρασμού στους 212°F. Το ενδιάμεσο αυτών διάστημα υποδιαιρείται σε 180 ίσα μέρη που καλούνται "βαθμοί Φαρενάιτ".

Εκ των παραπάνω συμπεραίνεται ότι οι 180 βαθμοί Φαρενάιτ που περιέχονται μεταξύ 32°F και 212°F, αντιστοιχούν στους 100 βαθμούς Κελσίου, που περιέχονται μεταξύ 0°C και 100°C. Επομένως ένας βαθμός Κελσίου ισούται με 0,55 βαθμούς Φαρενάιτ μείον 17,6 (δίνεται μία όσο γίνεται ευκολομνημόνευτη ανάλυση της εξίσωσης). Όπου και ακολουθούν οι σχέσεις: C = (F - 32)100/180 ή C = (F - 32)/1,8 και F = 180/100 X C + 32 ή F = 1,8 C + 32

Σημείωση: Εκτός των παραπάνω κλιμάκων Κελσίου και Φαρενάιτ υπάρχει και η κλίμακα Κέλβιν για μέτρηση της απόλυτης θερμοκρασίας καθώς επίσης και η ογδοντάβαθμη κλίμακα Ρεωμύρου που δίδει τη θερμοκρασία σε βαθμούς Ρεωμύρου (^oR) χωρίς όμως πρακτική αξία αν και χρησιμοποιείται μόνο σε εργαστηριακές μετρήσεις.

Σχετική θερμοκρασία

Κάθε θερμοκρασία που μετριέται αρχίζοντας από το 0° της κλίμακας Κελσίου ή της κλίμακας Φαρενάιτ ονομάζεται σχετική θερμοκρασία και καλείται θετική όταν είναι υψηλότερα του μηδενός και αρνητική όταν είναι χαμηλότερα.

Η σχετική θερμοκρασία έχει ευρύτατη χρήση τόσο στην καθημερινή ζωή του ανθρώπου όσο και στις διάφορες τεχνικές και μηχανολογικές εφαρμογές. Συμβολίζεται με το λατινικό γράμμα t (στα ελληνικά θ)

Απόλυτη θερμοκρασία

Κάθε θερμοκρασία που έχει ως αρχή μέτρησης το απόλυτο μηδέν της όποιας κλίμακας (Κελσίου ή Φαρενάιτ) χαρακτηρίζεται απόλυτη θερμοκρασία. Το απόλυτο μηδέν είναι η θερμοκρασία από την οποία ξεκινά η κλίμακα Κέλβιν και που προσδιορίζεται για μεν την κλίμακα Κελσίου στους –273,15°C, για δε την κλίμακα Φαρενάιτ στους –459,67°F. Θεωρητικά είναι η κατάσταση εκείνη στην οποία ένα υλικό δεν έχει καμία άλλη ενέργεια παρά αυτή από τις κβαντομηχανικές ταλαντώσεις των ατόμων που το αποτελούν (ενέργεια μηδενικού σημείου).

Η απόλυτη θερμοκρασία συμβολίζεται με το γράμμα Τ.

Σχέση σχετικής και απόλυτης θερμοκρασίας Τ=273.15 +θ.όπου θ σε ^οC

Θερμοδυναμική

Με τον όρο θερμοκρασία χαρακτηρίζεται, πιο ποσοτικά, η τάξη μεγέθους των διακυμάνσεων της ενέργειας που συνδέονται με ένα άτομο, μόριο ή κάποιο άλλο στοιχειώδες συστατικό ενός φυσικού συστήματος που είναι k_BT, όπου k_B είναι η σταθερά του Μπόλτζμαν και T η θερμοκρασία εκπεφρασμένη σε βαθμούς Κέλβιν.

Οι τυπικές ιδιότητες της θερμοκρασίας μελετώνται στη θερμοδυναμική και στη στατιστική μηχανική. Η θερμοκρασία ενός συστήματος σε θερμοδυναμική ισορροπία ορίζεται από τη σχέση μεταξύ της θερμότητας δQ που προσφέρεται σε ένα σύστημα στη διάρκεια μιας απειροστά μικρής αντιστρεπτής μεταβολής και τη μεταβολή dS της εντροπίας του κατά τη μεταβολή.

dS=\delta Q/T\,

Σε αντίθεση με την εντροπία και τη θερμότητα των οποίων οι μικροσκοπικοί ορισμοί ισχύουν ακόμα και μακριά από τη θερμοδυναμική ισορροπία, η θερμοκρασία μπορεί να οριστεί μόνο σε θερμοδυναμική ισορροπία ή τοπική θερμοδυναμική ισορροπία.

Καθώς ένα σύστημα προσλαμβάνει θερμότητα η θερμοκρασία του ανεβαίνει και ομοίως απώλεια θερμότητας προκαλεί πτώση της θερμοκρασίας. Όταν δυο συστήματα βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία, δεν παρατηρείται ροή θερμότητας μεταξύ τους. Όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας, θερμότητα θα τείνει να κινηθεί από το υψηλότερης θερμοκρασίας σύστημα στο χαμηλότερης μέχρι την αποκατάσταση θερμικής ισορροπίας. Η μεταφορά θερμότητας μπορεί να γίνει με επαφή, μεταφορά (ύλης) ή ακτινοβολία.

Η θερμοκρασία είναι εντατική παράμετρος ενός συστήματος, δηλαδή δεν εξαρτάται από το μέγεθος του συστήματος. Άλλες εντατικές παράμετροι είναι η πίεση και η πυκνότητα. Σε αντίθεση η μάζα, ο όγκος και η εντροπία είναι εκτατικές παράμετροι και εξαρτώνται από το μέγεθος του συστήματος (συνήθως είναι ανάλογες με το μέγεθός του).

Δείτε επίσης

Το Βικιλεξικό έχει σχετικό λήμμα:
θερμοκρασία

Τα Wikimedia Commons έχουν πολυμέσα σχετικά με το θέμα
Θερμοκρασία