Setiap orang dihadapkan pada konsep suhu setiap hari. Istilah ini telah memasuki kehidupan kita sehari-hari dengan kuat: kita memanaskan makanan dalam microwave atau memasak makanan di oven, kita tertarik dengan cuaca di luar atau mencari tahu apakah air di sungai itu dingin - semua ini terkait erat dengan konsep ini. Dan apa itu suhu, apa arti parameter fisik ini, dengan cara apa diukur? Kami akan menjawab pertanyaan ini dan pertanyaan lainnya di artikel.
Jumlah fisika
Mari kita pertimbangkan berapa suhu dari sudut pandang sistem terisolasi dalam kesetimbangan termodinamika. Istilah ini berasal dari bahasa Latin dan berarti "pencampuran yang tepat", "keadaan normal", "proporsionalitas". Nilai ini mencirikan keadaan kesetimbangan termodinamika dari setiap sistem makroskopik. Dalam kasus ketika sistem terisolasi berada di luar kesetimbangan, seiring waktu ada transisi energi dari benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas. Hasilnya adalah pemerataan (perubahan) suhu di seluruh sistem. Ini adalah postulat pertama (prinsip nol) termodinamika.
Suhu menentukandistribusi partikel penyusun sistem menurut tingkat energi dan kecepatan, derajat ionisasi zat, sifat-sifat radiasi elektromagnetik kesetimbangan benda, kerapatan volumetrik total radiasi. Karena untuk sistem yang berada dalam kesetimbangan termodinamika, parameter yang tercantum adalah sama, biasanya disebut suhu sistem.
Plasma
Selain benda kesetimbangan, ada sistem di mana keadaan dicirikan oleh beberapa nilai suhu yang tidak sama satu sama lain. Plasma adalah contoh yang baik. Ini terdiri dari elektron (partikel bermuatan ringan) dan ion (partikel bermuatan berat). Ketika mereka bertabrakan, energi dengan cepat ditransfer dari elektron ke elektron dan dari ion ke ion. Tetapi di antara unsur-unsur heterogen ada transisi yang lambat. Plasma dapat berada dalam keadaan di mana elektron dan ion secara individual mendekati kesetimbangan. Dalam hal ini, suhu terpisah untuk setiap jenis partikel dapat diambil. Namun, parameter ini akan berbeda satu sama lain.
Magnet
Dalam benda di mana partikel memiliki momen magnetik, transfer energi biasanya terjadi secara perlahan: dari derajat kebebasan translasi ke magnetik, yang terkait dengan kemungkinan perubahan arah momen. Ternyata ada keadaan di mana tubuh dicirikan oleh suhu yang tidak sesuai dengan parameter kinetik. Ini sesuai dengan gerakan translasi partikel elementer. Suhu magnetik menentukan bagian dari energi internal. Itu bisa positif ataunegatif. Selama proses penyelarasan, energi akan ditransfer dari partikel dengan nilai yang lebih tinggi ke partikel dengan nilai suhu yang lebih rendah jika keduanya positif atau negatif. Jika tidak, proses ini akan berjalan ke arah yang berlawanan - suhu negatif akan "lebih tinggi" daripada suhu positif.
Mengapa ini perlu?
Paradoksnya terletak pada kenyataan bahwa rata-rata orang, untuk melakukan proses pengukuran baik dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam industri, bahkan tidak perlu mengetahui berapa suhu. Cukuplah baginya untuk memahami bahwa ini adalah derajat pemanasan suatu benda atau lingkungan, terutama karena kita telah akrab dengan istilah-istilah ini sejak kecil. Memang, sebagian besar perangkat praktis yang dirancang untuk mengukur parameter ini sebenarnya mengukur sifat zat lain yang berubah dengan tingkat pemanasan atau pendinginan. Misalnya, tekanan, hambatan listrik, volume, dll. Selanjutnya, pembacaan tersebut secara manual atau otomatis dikonversi ke nilai yang diinginkan.
Ternyata untuk menentukan suhu tidak perlu belajar fisika. Sebagian besar populasi planet kita hidup dengan prinsip ini. Jika TV menyala, maka tidak perlu memahami proses transien perangkat semikonduktor, untuk mempelajari dari mana listrik berasal dari stopkontak atau bagaimana sinyal tiba di parabola. Orang-orang terbiasa dengan kenyataan bahwa di setiap bidang ada spesialis yang dapat memperbaiki atau men-debug sistem. Orang awam tidak mau membebani otaknya, karena di mana lebih baik menonton sinetron atau sepak bola di "kotak" sambil menyeruputbir dingin.
Saya ingin tahu
Tetapi ada orang, paling sering siswa, yang, entah karena penasaran atau karena kebutuhan, dipaksa untuk belajar fisika dan menentukan berapa suhu sebenarnya. Akibatnya, dalam pencarian mereka, mereka jatuh ke alam liar termodinamika dan mempelajari hukum nol, pertama dan kedua. Selain itu, pikiran yang ingin tahu harus memahami siklus dan entropi Carnot. Dan di akhir perjalanannya, dia pasti akan mengakui bahwa definisi suhu sebagai parameter sistem termal reversibel, yang tidak bergantung pada jenis zat yang bekerja, tidak akan menambah kejelasan perasaan konsep ini. Dan tetap saja, bagian yang terlihat akan menjadi beberapa derajat yang diterima oleh sistem satuan internasional (SI).
Suhu sebagai energi kinetik
Lebih "nyata" adalah pendekatan yang disebut teori kinetik-molekul. Ini membentuk gagasan bahwa panas dianggap sebagai salah satu bentuk energi. Misalnya, energi kinetik molekul dan atom, parameter yang dirata-ratakan pada sejumlah besar partikel yang bergerak secara acak, ternyata merupakan ukuran yang biasa disebut suhu benda. Jadi, partikel dari sistem yang dipanaskan bergerak lebih cepat daripada yang dingin.
Karena istilah yang dibahas terkait erat dengan energi kinetik rata-rata sekelompok partikel, maka sangat wajar jika menggunakan joule sebagai satuan suhu. Namun, ini tidak terjadi, yang dijelaskan oleh fakta bahwa energi gerak termal elementerpartikel sangat kecil dibandingkan dengan joule. Karena itu, penggunaannya tidak nyaman. Gerak termal diukur dalam satuan yang diturunkan dari joule dengan menggunakan faktor konversi khusus.
Satuan suhu
Hari ini, tiga unit dasar digunakan untuk menampilkan parameter ini. Di negara kita, suhu biasanya diukur dalam derajat Celcius. Unit pengukuran ini didasarkan pada titik beku air - nilai absolut. Dia adalah titik awal. Artinya, suhu air di mana es mulai terbentuk adalah nol. Dalam hal ini, air berfungsi sebagai ukuran keteladanan. Konvensi ini telah diadopsi untuk kenyamanan. Nilai mutlak kedua adalah suhu uap, yaitu saat air berubah dari wujud cair ke wujud gas.
Satuan selanjutnya adalah Kelvin. Titik acuan sistem ini dianggap sebagai titik nol mutlak. Jadi, satu derajat Kelvin sama dengan satu derajat Celcius. Perbedaannya hanya awal hitungan mundur. Kami mendapatkan bahwa nol dalam Kelvin akan sama dengan minus 273,16 derajat Celcius. Pada tahun 1954, pada Konferensi Umum tentang Berat dan Ukuran, diputuskan untuk mengganti istilah "derajat Kelvin" untuk satuan suhu dengan "kelvin".
Satuan ukuran umum ketiga adalah Fahrenheit. Sampai tahun 1960, mereka banyak digunakan di semua negara berbahasa Inggris. Namun, hari ini dalam kehidupan sehari-hari di Amerika Serikat menggunakan unit ini. Sistem ini pada dasarnya berbeda dari yang dijelaskan di atas. Diambil sebagai titik aw altitik beku campuran garam, amonia dan air dengan perbandingan 1:1:1. Jadi, pada skala Fahrenheit, titik beku air ditambah 32 derajat, dan titik didihnya ditambah 212 derajat. Dalam sistem ini, satu derajat sama dengan 1/180 perbedaan antara suhu ini. Jadi, rentang dari 0 hingga +100 derajat Fahrenheit sesuai dengan rentang dari -18 hingga +38 Celcius.
Suhu nol mutlak
Mari kita pahami apa arti parameter ini. Nol mutlak adalah suhu pembatas di mana tekanan gas ideal menghilang pada volume tetap. Ini adalah nilai terendah di alam. Seperti yang diprediksi Mikhailo Lomonosov, "ini adalah tingkat dingin terbesar atau terakhir." Hukum kimia Avogadro mengikuti dari ini: gas dengan volume yang sama pada suhu dan tekanan yang sama mengandung jumlah molekul yang sama. Apa yang mengikuti dari ini? Ada suhu minimum gas di mana tekanan atau volumenya hilang. Nilai absolut ini sama dengan nol Kelvin, atau 273 derajat Celcius.
Beberapa fakta menarik tentang tata surya
Suhu di permukaan Matahari mencapai 5700 Kelvin, dan di pusat inti - 15 juta Kelvin. Planet-planet di tata surya sangat berbeda satu sama lain dalam hal tingkat pemanasan. Jadi, suhu inti Bumi kita hampir sama dengan di permukaan Matahari. Jupiter dianggap sebagai planet terpanas. Suhu di pusat intinya lima kali lebih tinggi daripada di permukaan Matahari. Dan di sini adalah nilai terendah dari parametertercatat di permukaan bulan - hanya 30 kelvin. Nilai ini bahkan lebih rendah daripada di permukaan Pluto.
Fakta Bumi
1. Suhu tertinggi yang pernah tercatat oleh seseorang adalah 4 miliar derajat Celcius. Nilai ini 250 kali lebih tinggi dari suhu inti Matahari. Rekor ini dibuat oleh New York Brookhaven Natural Laboratory dalam penumbuk ion, yang panjangnya sekitar 4 kilometer.
2. Suhu di planet kita juga tidak selalu ideal dan nyaman. Misalnya, di kota Verkhnoyansk di Yakutia, suhu di musim dingin turun hingga minus 45 derajat Celcius. Tetapi di kota Dallol di Ethiopia, situasinya terbalik. Di sana, suhu rata-rata tahunan ditambah 34 derajat.
3. Kondisi paling ekstrem di mana orang bekerja tercatat di tambang emas di Afrika Selatan. Penambang bekerja di kedalaman tiga kilometer dengan suhu plus 65 derajat Celcius.
