Εισαγωγή στην Απόλυτη Κλίμακα Θερμοκρασίας

Οποιαδήποτε θερμομετρική κλίμακα με ένδειξη μηδέν που αντιστοιχεί στο θεωρητικό απόλυτο μηδέν της θερμοκρασίας—δηλαδή τη θερμοδυναμική συνθήκη ισορροπίας της ελάχιστης ενέργειας. Η κλίμακα Kelvin (K) είναι η τυπική μέτρηση της θερμοκρασίας στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων. Είναι μια απόλυτη κλίμακα που ορίζεται από τη σταθερά Boltzmann, η οποία είναι 1,380649 x 10-23 joule ανά Kelvin. Πριν από το 2019, η κλίμακα Kelvin ορίστηκε ως 273,15 K, που ήταν το χάσμα θερμοκρασίας μεταξύ του απόλυτου μηδέν και του τριπλού σημείου του νερού (η μοναδική θερμοκρασία στην οποία οι υγρές, στερεές και αέριες φάσεις του νερού μπορούν να διατηρηθούν όλες ταυτόχρονα).

Τι είναι η Απόλυτη Κλίμακα Θερμοκρασίας;

Η θερμοκρασία που μετράται χρησιμοποιώντας την κλίμακα Kelvin, όπου το 0 ισούται με απόλυτο μηδέν, αναφέρεται ως απόλυτη θερμοκρασία. Το σημείο μηδέν είναι η θερμοκρασία στην οποία τα σωματίδια της ύλης έχουν τη μικρότερη κίνηση και δεν μπορούν να ψυχρανθούν (ελάχιστη ενέργεια). Μια ένδειξη θερμοδυναμικής θερμοκρασίας δεν προηγείται από σύμβολο βαθμού, καθώς είναι "απόλυτη".

Παρά το γεγονός ότι βασίζεται στην κλίμακα Κέλβιν, η κλίμακα Κελσίου δεν μετρά την απόλυτη θερμοκρασία αφού οι μονάδες της δεν σχετίζονται με το απόλυτο μηδέν. Μια άλλη κλίμακα απόλυτης θερμοκρασίας είναι η κλίμακα Rankine, η οποία έχει το ίδιο διάστημα βαθμών με το σύστημα Fahrenheit. Ο Φαρενάιτ, όπως ο Κελσίου, δεν είναι απόλυτη κλίμακα.

Η κλίμακα απόλυτης θερμοκρασίας βασίζεται στις εξισώσεις (p, V, T) για ένα ιδανικό αέριο, όπως φαίνεται στην ακόλουθη εξίσωση.

PV=nRT

Όπου T είναι η απόλυτη θερμοκρασία, p, V και n είναι η πίεση, ο όγκος και ο αριθμός των moles και R είναι η σταθερά του αερίου.

Ποια είναι η σημασία της απόλυτης κλίμακας θερμοκρασίας;

Σε απόλυτη κλίμακα, οι τιμές θερμοκρασίας δεν περιέχουν σύμβολα βαθμών. Επειδή οι Κελσίου και Φαρενάιτ είναι σχετικές κλίμακες που βασίζονται στο σημείο πήξης του νερού, αντιπροσωπεύονται με σύμβολα μοιρών. Έτσι, ενώ η θερμοκρασία του σώματός σας μπορεί να είναι 98,6 βαθμούς Φαρενάιτ ή 37 βαθμούς Κελσίου, η απόλυτη θερμοκρασία είναι 310,5 βαθμούς Κελσίου ή 558,27 βαθμούς Φαρενάιτ. Μια θερμοκρασία Rankine δηλώνεται μερικές φορές με ένα σύμβολο βαθμού. Αυτό το κάνει να ξεχωρίζει από άλλα είδη "R" που χρησιμοποιούνται στην επιστήμη. Για να γίνει διάκριση μεταξύ της κλίμακας Rankine και της κλίμακας Rømer και Réaumur, οι θερμοκρασίες Rankine χρησιμοποιούν επίσης °Ra.

Με εξαίρεση το απόλυτο μηδέν, κάθε θερμοκρασία σε απόλυτη κλίμακα είναι θετική. Αυτός είναι ο λόγος που πολλοί τύποι απαιτούν απόλυτες θερμοκρασίες.

Οι απόλυτες και οι σχετικές θερμοκρασίες μετρώνται στις ίδιες κλίμακες (για την κύρια μετρική και την αγγλική κλίμακα). Ο βαθμός Κελσίου έχει το ίδιο μέγεθος με το μοναδιαίο διάστημα Kelvin. Ως αποτέλεσμα, μια αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1 °C ισοδυναμεί με μια αύξηση θερμοκρασίας 1 Κ. Ο βαθμός Φαρενάιτ έχει το ίδιο μέγεθος με το διάστημα μονάδων Rankine.

Η ατομική και μοριακή κινητική ενέργεια βρίσκεται στο χαμηλότερο σημείο στο απόλυτο μηδέν. Αν και ορισμένες πηγές υποστηρίζουν ότι τα άτομα και τα μόρια δεν έχουν ενέργεια, αυτό δεν είναι τεχνικά έγκυρο. Τα μόρια περιέχουν μηδενική θερμική (θερμική) ενέργεια σε απόλυτη κλίμακα, ωστόσο έχουν ενθαλπία και δονούνται. Επιπλέον, η έννοια της απόλυτης θερμοκρασίας βασίζεται στην ιδανική συμπεριφορά αερίου.

Κλίμακα Κελσίου

Ο Κελσίου, κοινώς γνωστός ως εκατοστά, είναι μια κλίμακα θερμοκρασίας που κυμαίνεται από 0° έως 100° για το σημείο πήξης του νερού και από 0° έως 100° για το σημείο βρασμού του νερού. Εφευρέθηκε το 1742 από τον Σουηδό αστρονόμο Anders Celsius και αναφέρεται συνήθως ως η κλίμακα του εκατοστού λόγω του εύρους των 100 μοιρών μεταξύ των σημείων ρύθμισης. Για να μετατρέψετε μια θερμοκρασία από το σύστημα Φαρενάιτ (°F) στην κλίμακα Κελσίου (°C), χρησιμοποιήστε τον ακόλουθο τύπο: 

°C =5/9(°F − 32)

Η κλίμακα Κελσίου χρησιμοποιείται ευρέως παντού όπου υιοθετείται το μετρικό σύστημα μονάδων και χρησιμοποιείται ευρέως στην επιστημονική δραστηριότητα.

Σύγχρονη κλίμακα Κελσίου

Η σύγχρονη κλίμακα Κελσίου λέγεται ότι βασίζεται στο τριπλό σημείο του Τυπικού Μέσου Ωκεανικού Νερού της Βιέννης, καθώς και στην ιδέα του απόλυτου μηδενός. Αυτό σημαίνει ότι ούτε τα σημεία βρασμού ή τήξης του νερού καθορίζουν τη σύγχρονη κλίμακα Κελσίου. Όταν πρόκειται για πρακτικές καταστάσεις, οι παραλλαγές που συμβαίνουν μεταξύ του επίσημου ορισμού της κλίμακας Κελσίου και της κοινής έννοιας της κλίμακας Κελσίου μπορεί να θεωρηθούν μικρές. Θα πρέπει επίσης να αναφερθεί ότι υπάρχει μόνο μια διαφορά 16,1 millikelvin μεταξύ της σύγχρονης κλίμακας υπολογισμού του σημείου βρασμού του νερού και της αρχικής κλίμακας υπολογισμού του σημείου βρασμού του νερού.

Μετρική μετατροπή

Πολλές εξισώσεις απαιτούν τη χρήση απόλυτων αριθμών θερμοκρασίας. Έτσι, εάν έχετε μια θερμοκρασία σε Κελσίου ή Φαρενάιτ, θα πρέπει να τη μετατρέψετε σε Kelvin ή Rankine πριν την εισαγάγετε στους υπολογισμούς. Αφού εκτελέσετε τον υπολογισμό, μετατρέψτε από Kelvin ή Rankine σε Κελσίου ή Φαρενάιτ.

Μετατροπές μετρικής θερμοκρασίας μεταξύ Κελσίου και Κέλβιν Κελσίου σε Μετατροπή Από Κελσίου σε Κέλβιν:K =C + 273,15 

Μετατροπή από Κέλβιν σε Κελσίου:C =K – 273,15

Μετατροπές μεταξύ Fahrenheit και Rankine στα Αγγλικά

Μετατροπή από Fahrenheit σε Rankine:R =F + 459,67

Μετατροπή από Rankine σε Fahrenheit:F =R – 459,67

Συμπέρασμα 

Οποιαδήποτε θερμομετρική κλίμακα με ένδειξη μηδέν που αντιστοιχεί στο θεωρητικό απόλυτο μηδέν της θερμοκρασίας, δηλαδή στη θερμοδυναμική συνθήκη ισορροπίας ελάχιστης ενέργειας. Η κλίμακα Kelvin είναι η τυπική μέτρηση της θερμοκρασίας στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων. Η θερμοκρασία που μετράται χρησιμοποιώντας την κλίμακα Kelvin, όπου το 0 ισούται με απόλυτο μηδέν, αναφέρεται ως απόλυτη θερμοκρασία. Μια άλλη κλίμακα απόλυτης θερμοκρασίας είναι η κλίμακα Rankine, η οποία έχει το ίδιο διάστημα βαθμών με το σύστημα Fahrenheit. Η κλίμακα απόλυτης θερμοκρασίας βασίζεται στις εξισώσεις για ένα ιδανικό αέριο, όπως φαίνεται στην ακόλουθη εξίσωση. PV=nRT Όπου T είναι η απόλυτη θερμοκρασία, p, V και n είναι η πίεση, ο όγκος και ο αριθμός των moles και R είναι η σταθερά του αερίου.