Комнатная температура — это… Что такое Комнатная температура?

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 7 августа 2011.

Ко́мнатная температу́ра — это определённая температура в замкнутом пространстве, используемая людьми в разнообразных целях. Она также может относиться к температуре потребляемой еды (например, красного вина), которое помещается в такую комнату на определённое время. Также это может означать определённую температуру при постановке научных экспериментов и вычислений.

Здоровье и удобство человека

Для удобства человека температура сильно зависит от индивидуальных особенностей и других разнообразных факторов. В то время как один человек предпочитает комнату с температурой 17 градусов по Цельсию, другой может предпочитать 27 градусов по Цельсию. Например, изучение здоровой температуры помещений в Шэндонге (Китай) Менгом дало результаты, что зимой благоприятной температурой является 16—20 градусов по Цельсию, а летом — от 26 до 27 градусов по Цельсию. В Швеции стандартом температуры в школах считается 22 градуса.

Предпочтительная комнатная температура может выбираться с учётом многих факторов, таких как: погода, одежда, проветривание, солнечный свет, время дня, болезнь, горячая еда, физический труд, приготовление еды.

Температурное удобство также зависит от условий окружающей среды (влажность, разница температур внизу (на уровне ног) и вверху (на уровне головы), скачки температуры и давления).

Научные вычисления

Для научных вычислений комнатной температурой считается ориентировочно температура от 28 до 35 градусов по Цельсию (от 72 до 81 градусов по Фаренгейту, от 300 до 315 градусов по Кельвину). Для удобства вычислений часто используют 32 градуса по Цельсию или 315 градусов по Кельвину.

Как бы то ни было, комнатная температура не является термином, в отличие от нормальных условий.^{[источник не указан 645 дней]}

См. также

Ссылки

Физики заморозили 100 миллионов атомов при комнатной температуре

Схема эксперимента: частицу размером около 150 нанометров поместили в резонатор (серые стенки) с помощью оптического пинцета (фиолетовый луч) и затем провели частотный анализ резонатора с использованием гетеродинной схемы (обозначено зеленым)

Uroš Delić et al. / Science, 2020

Ученые из Австрии и США смогли поймать частицу, состоящую из 100 миллионов атомов, с помощью лазера и практически заставить ее остановиться при комнатной температуре. Частица находилась в основном квантовом состоянии с эффективной температурой 12 микрокельвинов. Работа опубликована в журнале Science.

Известно, что микроскопические объекты, размером пару атомов, описываются законами квантовой механики. Такие объекты естественным образом могут быть использованы в квантовых технологиях: при проектировании высокочувствительных сенсоров или симуляторов сложных макроскопических систем. Однако, создание больших когерентных объектов, которые состоят из миллионов атомов, — открытая проблема на сегодняшний день.

Физики из Венского университета и MIT создали макроскопическую суперпозицию внутри частицы диоксида кремния, которая содержала в себе 100 миллионов атомов. Ученые поместили частицу в резонатор с помощью оптического пинцета — устройства, в котором используется достаточно мощный лазер для удержания объекта в фиксированном положении в пространстве с точностью в несколько нанометров.

С помощью частотного анализа резонатора физики измерили энергию движения частицы и её температуру, а также время жизни этого состояния. Благодаря точному подбору параметров оптического пинцета исследователи заставили частицу быть в основном квантовом состоянии с наименьшей возможной энергией.

Эффективная температура охлаждаемого объекта составляла всего 12,2 ± 0,5 микрокельвина, а среднее число фононов было 0,43 ± 0,03. Число фононов характеризует энергию механического движения частицы — это первый раз, когда физикам удалось достичь столь малого числа при комнатной температуре. Время жизни созданного состояния составило 7,6 ± 1 микросекунда.

В дальнейших экспериментах исследователи планируют увеличить время когерентности системы, используя более совершенные резонаторы.

Проведенный физиками эксперимент открывает возможности для макроквантовой физики. Это, в свою очередь, поможет в создании высокоточных детекторов, в том числе и детекторов темной материи. Помимо технического применения, такие системы могут помочь физикам выявить квантовые эффекты в гравитации.

Михаил Перельштейн

Шкала температуры. Шкала Цельсия, Фаренгейта, Кельвина, Реомюра

История

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Из того, что температура — это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F — 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

 

Пересчёт температуры между основными шкалами
	Кельвин	Цельсий	Фаренгейт
Кельвин (K)	= K	= С + 273,15	= (F + 459,67) / 1,8
Цельсий (°C)	= K − 273,15	= C	= (F − 32) / 1,8
Фаренгейт (°F)	= K · 1,8 − 459,67	= C · 1,8 + 32	= F

 Сравнение температурных шкал

Описание	Кельвин	Цельсий	Фаренгейт	Ньютон	Реомюр
Абсолютный ноль	0	−273.15	−459. 67	−90.14	−218.52
Температура таяния смеси Фаренгейта (соли и льда в равных количествах)	255.37	−17.78	0	−5.87	−14.22
Температура замерзания воды (нормальные условия)	273.15	0	32	0	0
Средняя температура человеческого тела¹	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Температура кипения воды (нормальные условия)	373.15	100	212	33	80
Температура поверхности Солнца	5800	5526	9980	1823	4421

¹ Нормальная температура человеческого тела — 36.6 °C ±0.7 °C, или 98.2 °F ±1.3 °F. Приводимое обычно значение 98.6 °F — это точное преобразование в шкалу Фаренгейта принятого в Германии в XIX веке значения 37 °C. Поскольку это значение не входит в диапазон нормальной температуры по современным представлениям, можно говорить, что оно содержит избыточную (неверную) точность. Некоторые значения в этой таблице были округлены.

Сопоставление шкал Фаренгейта и Цельсия

(^oF — шкала Фаренгейта, ^oC — шкала Цельсия)

 

oF	oC		oF	oC		oF	oC		oF	oC
-459.67 -450 -400 -350 -300 -250 -200 -190 -180 -170 -160 -150 -140 -130 -120 -110 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70 -65	-273.15 -267.8 -240.0 -212.2 -184.4 -156.7 -128.9 -123.3 -117.8 -112.2 -106.7 -101.1 -95.6 -90.0 -84.4 -78.9 -73.3 -70.6 -67.8 -65.0 -62.2 -59.4 -56.7 -53.9		-60 -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5	-51.1 -48.3 -45.6 -42.8 -40.0 -37.2 -34.4 -31.7 -28.9 -28.3 -27.8 -27. { \circ} C)$. Теплоёмкостью стенок скороварки и потерями тепла через них пренебречь. Подробнее Физики впервые достигли сверхпроводимости при комнатной температуре Группа ученых под руководством Эллиота Снайдера из Университета Рочестера достигли нулевого электрического сопротивления при 15 градусах по Цельсию. Это на 38 градусов выше, чем показатели предыдущего рекорда. Отчет о достижении опубликовал о журнале Nature, коротко о нем сообщает Science Alert. Авторы отмечают, что теперь материалы со сверхпроводимыми свойствами получат более широкое применение, чем раньше. Уникальные свойства – нулевое сопротивление и полное вытеснение магнитного поля – могли бы совершить революцию в нашем мире. Но проблема в том, что сверхпроводники создаются и хранятся при чрезвычайно низких температурах, а это сильно затрудняет широкое использование. Поэтому ученые постоянно работают над ее повышением. Идея была в том, чтобы использовать водород как газ-изолятор. Но чтобы сделать элемент сверхпроводящим, его нужно металлизировать под огромным давлением.     В 2017 и 2019 годах физики уже заявляли о попытках металлизировать водород, однако температуры оставались экстремально низкими, а давление чрезвычайно высоким. Группа Снайдера сначала попыталась объединить водород с иттрием, чтобы создать супергидрид иттрия. Этот материал продемонстрировал сверхпроводимость при -11 градусов по Цельсию. Затем Снайдер и его команда попытались объединить углерод, серу и водород для создания углеродсодержащего гидрида серы. Они зажали крошечный образец в алмазной наковальне и измерили его на сверхпроводимость. Результат превзошел ожидания, так как температура составляла 15 градусов Цельсия при давлении 270 гигапаскалей. Следующим шагом в исследовании будет попытка снизить высокое давление путем изменения химического состава образца. Физики полагают, что если им удастся правильно приготовить смесь, то они получат сверхпроводник, работающий при комнатной температуре и давлении окружающей среды. Ранее канал «Наука» подробно рассказал, за что получили Нобелевскую премию лауреаты по физике. Температура. | Объединение учителей Санкт-Петербурга Температура Важнейшим внутренним параметром газа является температура, чувствительность к которой заложена в живых системах, однако она субъективна («степеньнагретости тела»). Основные свойства температуры Тепловое (термодинамическое) равновесие – состояние тела или системы тел, при котором его термодинамические параметры (p, V, m  и др.) остаются неизменными сколь угодно долго. Температура — характеристика внутреннего состояния макроскопической системы – состояния теплового равновесия.Температура – термодинамический параметр, одинаковый во всех частях термодинамической системы, находящейся в тепловом равновесии.Температуры тел, находящихся в тепловом контакте, выравнива­ются. Измерение температуры. Тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром. Термометр должен иметь массу значительно меньше массы тела. Показание термометра следует отсчитывать после наступ­ления теплового равновесия. Термометры. Жидкостный термометр (ртуть: температура от -38до 2600С; глицерин: от – 50 до 1000С) – тепловое расширение. Термопара (температура от -269 до 23000 С). Термисторы (зависимость сопротивления от температуры). Манометрические (зависимость давления от температуры). Газовые термометры – тепловое расширение. Акустические, магнитные и др.   Температурные шкалы: Шкала Цельсия.  00С – таяние люда, 1000С – кипение воды (изначально – наоборот). Шкала Реомюра. 00С — 00R, 1000С — 800R. → 10R=1,250С. Шкала Фаренгейта. 00С=320F, 1000С=2120F → t0C=5/9(t0F-32). Недостаток этих шкал – произвольность выборареперных точек (точек отсчета), их зависимость от внешних условий.   Физический смысл температуры Опыт: давление газа зависит от температуры —      и . Из основного уравнения МКТ идеального газа: . Следовательно .   Если мы установим, как меняется это выражение при переходе от одного состояния теплового равновесия к другому, то можно будет ввести понятие температуры и изучить ее свойства. Физическая величина, одинаковая у любых тел при тепловом равновесии. Опыт показывает, что для любых веществ . Заменяя знак пропорциональности на знак равенства, получим: , где k – коэффициент пропорциональности, называемый постоянная Больцмана, а Т – абсолютная термодинамическая температура. Абсолютная температура.  — абсолютная температура неотрицательна!   Т.к. объем газа равен нулю быть не может, то температура равна нулю, если давление равно нулю, а значит, равна нулю скорость поступательного теплового движения (сохраняются т.н. нулевые колебания).   Единица температуры – Кельвин (К). Кельвин равен1/273,16 части термодинамической температуры трой­ной точки воды. Шкала строится так, что . КЕЛЬВИН 1К Температура абсолютного нуля не зависит от внешних условий и одинаковадля всех веществ. Связь температуры  и средней кинетической энергии поступательного движения молекул.   Сравнивая два выражения  и , получим: . Т.о. средняя кинетическая энергия прямо пропорциональна абсолютной температуре. Температура — мера средней кинетической энергии молекул. Постоянная Больцмана   Температуру можно измерять в энергетических единицах – Джоулях. При Т=0 средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул равна нулю. При комнатной температуре (300К) энергия примерно6.10-21Дж – очень маленькая (барабанные перепонки – шум в ушах; движение частиц мозга – передача сигналов).   Т.к.   и , то   — связь давления итемпературы (еще одна форма основного уравнения МКТ идеального газа). Физики добились сверхпроводимости при комнатной температуре Георгий Голованов16 января 2019, 14:24Фото: EAST NEWS Одним из последних великих фронтиров науки называют специалисты Университета Джорджа Вашингтона сверхпроводимость при комнатной температуре. Они получили новый материал, который проводил ток без потерь — правда, при огромном давлении. 9413 Сверхпроводимость — это отсутствие электрического сопротивления, которое можно наблюдать во многих материалах, охлажденных примерно до минус 180 градусов Цельсия. Такие низкие температуры ограничивают возможности их применения. Достижение сверхпроводимости при комнатной температуре преобразит энергетику, вычислительные системы и многие другие отрасли, указывает Science Daily. И теперь исследователи Университета Джорджа Вашингтона в США сделали это — с одной важной оговоркой. Ключевым элементом открытия стало создание металлического, богатого водородом соединения под очень высоким давлением примерно в 2 млн атмосфер. Ученые использовали ячейки с алмазными наковальнями, чтобы сжать образцы лантана и водорода, а затем нагрели их и изучили новую структуру — Lah20, которая, как они и предполагали, стала полупроводником при высоких температурах. При экстремальном давлении исследователи наблюдали воспроизводимое изменение в электрических свойствах. Они отметили значительное снижение удельного сопротивления при охлаждении образца ниже 260 К (-13 С) при 180 — 200 гигапаскалях давления. В последующем эксперименте наблюдался переход при еще более высоких температурах, до 280 К. «Мы считаем, что это новая эра сверхпроводимости, — говорит профессор Рассел Хемли. — Мы исследовали всего одну химическую систему — редкоземельный лантан плюс водород. Есть другие структуры в этой системе, но важнее то, что есть множество других богатых водородом материалов, как этот, которые можно исследовать. Мы убеждены, что будут открыты многие другие водородистые соединения — или супергидриды — с еще более высокой температурой перехода под давлением». В конце прошлого года команда российского физика Михаила Еремца создала сверхпроводник, сохраняющий свои свойства при минус 23 градусах Цельсия (250 К). Для достижения такого результата ученым также пришлось прибегнуть к огромному давлению в 170 гигапаскалей.    Facebook94Вконтакте13WhatsAppTelegram Температура | Физика Цели обучения К концу этого раздела вы сможете: Определите температуру. Преобразование температур между шкалами Цельсия, Фаренгейта и Кельвина. Определите тепловое равновесие. Укажите нулевой закон термодинамики. Понятие температуры произошло от общих понятий горячего и холодного. Человеческое восприятие того, что кажется горячим или холодным, относительное.Например, если вы поместите одну руку в горячую воду, а другую — в холодную, а затем поместите обе руки в прохладную воду, теплая вода будет казаться прохладной для руки, которая была в горячей воде, и теплой для той, которая была в ней. холодная вода. Научное определение температуры менее двусмысленно, чем ваше восприятие тепла и холода. Температура определяется как температура, которую мы измеряем с помощью термометра. (Многие физические величины определяются исключительно в терминах того, как они измеряются. Позже мы увидим, как температура связана с кинетической энергией атомов и молекул, более физическое объяснение.) Два точных термометра, один из которых помещен в горячую воду, а другой — в холодную, покажут, что горячая вода имеет более высокую температуру. Если их затем поместить в прохладную воду, оба будут давать одинаковые показания (в пределах погрешностей измерения). В этом разделе мы обсуждаем температуру, ее измерение с помощью термометров и ее связь с тепловым равновесием. Опять же, температура — это величина, измеряемая термометром. Предупреждение о заблуждении: человеческое восприятие против реальности Холодным зимним утром дерево на крыльце кажется теплее, чем металл вашего велосипеда.Дерево и велосипед находятся в тепловом равновесии с окружающим воздухом и, следовательно, имеют одинаковую температуру. Они чувствуют себя по-другому из-за разницы в способе отвода тепла от вашей кожи. Металл отводит тепло от вашего тела быстрее, чем дерево (подробнее о проводимости см. В разделе «Проводимость»). Это всего лишь один пример, демонстрирующий, что человеческое чувство горячего и холодного определяется не только температурой. Еще одним фактором, влияющим на наше восприятие температуры, является влажность.Большинству людей жарко в жаркие влажные дни, чем в жаркие и засушливые дни. Это связано с тем, что во влажные дни пот не испаряется с кожи так эффективно, как в засушливые дни. Нас охлаждает испарение пота (или воды из разбрызгивателя или бассейна). Рисунок 1. Кривизна биметаллической полосы зависит от температуры. (а) Полоса прямая при начальной температуре, когда два ее компонента имеют одинаковую длину. (б) При более высокой температуре эта полоса изгибается вправо, потому что металл слева расширился больше, чем металл справа. Любое физическое свойство, зависящее от температуры и воспроизводимое при изменении температуры, может быть использовано в качестве основы для термометра. Поскольку многие физические свойства зависят от температуры, разнообразие термометров примечательно. Например, для большинства веществ объем увеличивается с повышением температуры. Это свойство лежит в основе обычного спиртового термометра, старого ртутного термометра и биметаллической полоски (рис. 1). Другие свойства, используемые для измерения температуры, включают электрическое сопротивление, цвет и излучение инфракрасного излучения. Одним из примеров электрического сопротивления и цвета является пластиковый термометр. Каждый из шести квадратов на пластиковом (жидкокристаллическом) термометре на Рисунке 2 содержит пленку из другого термочувствительного жидкокристаллического материала. Ниже 95ºF все шесть квадратов черные. Когда пластиковый термометр подвергается воздействию температуры, которая повышается до 95 ° F, первый квадрат жидкого кристалла меняет цвет. Когда температура повышается выше 96,8 ° F, второй квадрат жидкого кристалла также меняет цвет и так далее. Рис. 2. Пластиковый (жидкокристаллический) термометр. (Источник: Аркришна, Wikimedia Commons) Рис. 3. Пожарный Джейсон Орманд использует пирометр для проверки температуры в системе вентиляции авианосца. (Источник: Ламель Дж. Хинтон / ВМС США) Пример излучения излучения показан при использовании пирометра (Рисунок 3). Измеряется инфракрасное излучение (излучение которого зависит от температуры) из вентиляционного отверстия на Рисунке 3, и быстро производится считывание температуры.Инфракрасные измерения также часто используются для измерения температуры тела. Эти современные термометры, помещаемые в ушной канал, более точны, чем спиртовые термометры, помещаемые под язык или в подмышку. Температурные шкалы Термометры используются для измерения температуры в соответствии с четко определенными шкалами измерения, в которых используются заранее определенные контрольные точки для сравнения величин. Три наиболее распространенных температурных шкалы — это шкала Фаренгейта, Цельсия и Кельвина.Температурную шкалу можно создать, указав две легко воспроизводимые температуры. Обычно используются температуры замерзания и кипения воды при стандартном атмосферном давлении. Шкала по Цельсию (которая заменила немного другую шкалу по Цельсию ) имеет точку замерзания воды при 0ºC и точку кипения при 100ºC. Единица измерения — градусов Цельсия (ºC). По шкале по Фаренгейту (все еще наиболее часто используемой в Соединенных Штатах) точка замерзания воды составляет 32 ° F, а точка кипения — 212 ° F.Единица измерения температуры на этой шкале — градусов Фаренгейта (ºF). Обратите внимание, что разница температур в один градус Цельсия больше, чем разница температур в один градус Фаренгейта. Только 100 градусов Цельсия охватывают тот же диапазон, что и 180 градусов по Фаренгейту, таким образом, один градус по шкале Цельсия в 1,8 раза больше, чем один градус по шкале Фаренгейта 180/100 = 9/5. Шкала Кельвина — это шкала температур, которая обычно используется в науке. Это шкала абсолютной температуры , шкала , определенная как 0 K при минимально возможной температуре, называемая абсолютным нулем .Официальная единица измерения температуры на этой шкале — кельвин , которая обозначается аббревиатурой K и не сопровождается знаком градуса. Температура замерзания и кипения воды составляет 273,15 К и 373,15 К соответственно. Таким образом, величина перепада температур одинакова в кельвинах и градусах Цельсия. В отличие от других температурных шкал шкала Кельвина является абсолютной шкалой. Он широко используется в научной работе, потому что ряд физических величин, таких как объем идеального газа, напрямую связаны с абсолютной температурой.Кельвин — это единица СИ, используемая в научной работе. Рис. 4. Соотношение температурных шкал по Фаренгейту, Цельсию и Кельвину, округленное до ближайшего градуса. {\ circ} \ text {F} \ right) -32 \ right) +273.{\ circ} \ text {F}} = \ frac {9} {5} \ left (T_ {K} -273,15 \ right) +32 \\ [/ latex]

Обратите внимание, что преобразование между градусами Фаренгейта и Кельвина выглядит довольно сложно. Фактически, это простые комбинации преобразований между градусами Фаренгейта и Цельсия и преобразованиями между градусами Цельсия и Кельвина.

Пример 1. Преобразование шкалы температур: комнатная температура

«Комнатная температура» обычно составляет 25ºC.

1. Что такое комнатная температура в ºF?
2. Что это в К?

Стратегия

Чтобы ответить на эти вопросы, все, что нам нужно сделать, это выбрать правильные уравнения преобразования и подставить известные значения.{\ circ} \ text {F} \\ [/ latex]

Решение для Части 2

1. Выберите правильное уравнение. Чтобы преобразовать из ºC в K, используйте уравнение T _K = T _ºC + 273,15
2. Подставьте известное значение в уравнение и решите: T _K = 25ºC + 273,15 = 298 K.

Пример 2. Преобразование между температурными шкалами: шкала Реомюра

Шкала Реомюра — это шкала температур, которая широко использовалась в Европе в восемнадцатом и девятнадцатом веках.По температурной шкале Реомюра точка замерзания воды составляет 0ºR, а температура кипения — 80ºR. Если «комнатная температура» составляет 25ºC по шкале Цельсия, что это такое по шкале Реомюра?

Стратегия

Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны сравнить шкалу Реомюра со шкалой Цельсия. Разница между температурой замерзания и температурой кипения воды по шкале Реомюра составляет 80ºR. По шкале Цельсия это 100ºC. Следовательно, 100º C = 80ºR. Обе шкалы начинаются с 0 º для замораживания, поэтому мы можем вывести простую формулу для преобразования между температурами на двух шкалах.{\ circ} \ text {R} \\ [/ latex]

Диапазоны температур во Вселенной

На рисунке 6 показан широкий диапазон температур во Вселенной. Известно, что люди выживают при температуре тела в небольшом диапазоне от 24 до 44 ° C (от 75 до 111 ° F). Средняя нормальная температура тела обычно составляет 37,0 ° C (98,6 ° F), и колебания этой температуры могут указывать на состояние здоровья: лихорадку, инфекцию, опухоль или проблемы с кровообращением (см. Рисунок 5).

Рисунок 5.Это изображение излучения тела человека (инфракрасный термограф) показывает расположение температурных аномалий в верхней части тела. Темно-синий соответствует холодным областям, а красный цвет белому соответствует горячим областям. Повышенная температура может быть признаком злокачественной ткани (например, раковой опухоли в груди), а пониженная температура может быть следствием снижения кровотока из сгустка. В этом случае аномалии вызваны состоянием, называемым гипергидрозом. (Источник: Porcelina81, Wikimedia Commons)

Самые низкие температуры, когда-либо зарегистрированные, были измерены в ходе лабораторных экспериментов: 4.5 × 10 ⁻¹⁰ K в Массачусетском технологическом институте (США) и 1,0 × 10 ⁻¹⁰ K в Технологическом университете Хельсинки (Финляндия). Для сравнения: самым холодным местом на поверхности Земли является Восток, Антарктида, температура 183 К (–89ºC), а самым холодным местом (за пределами лаборатории) во Вселенной является туманность Бумеранг с температурой 1 К.

Рис. 6. Каждое приращение на этой логарифмической шкале означает увеличение в десять раз и, таким образом, иллюстрирует огромный диапазон температур в природе.Обратите внимание, что ноль в логарифмической шкале будет располагаться в нижней части страницы на бесконечности.

Установление соединений: абсолютный ноль

Что такое абсолютный ноль? Абсолютный ноль — это температура, при которой прекращается движение молекул. Концепция абсолютного нуля возникает из поведения газов. На рис. 7 показано, как давление газов при постоянном объеме уменьшается с понижением температуры. Различные ученые отметили, что давление газов экстраполируется до нуля при той же температуре –273. 15ºC. Эта экстраполяция подразумевает, что существует самая низкая температура. Эта температура называется , абсолютный ноль . Сегодня мы знаем, что большинство газов сначала сжижается, а затем замерзает, и на самом деле невозможно достичь абсолютного нуля. Числовое значение температуры абсолютного нуля составляет –273,15ºC или 0 К.

Тепловое равновесие и нулевой закон термодинамики

Рис. 7. График зависимости давления от температуры для различных газов при постоянном объеме. Обратите внимание, что все графики экстраполируются к нулевому давлению при одной и той же температуре.

Термометры фактически принимают свою собственную температуру , а не температуру объекта, который они измеряют. Это поднимает вопрос, как мы можем быть уверены, что термометр измеряет температуру объекта, с которым он находится в контакте. Это основано на том факте, что любые две системы, помещенные в тепловой контакт (что означает, что между ними может происходить теплопередача), будут достигать одинаковой температуры. То есть тепло будет перетекать от более горячего объекта к более холодному, пока они не достигнут точно такой же температуры.Тогда объекты находятся в тепловом равновесии , и никаких дальнейших изменений не произойдет. Системы взаимодействуют и изменяются, потому что их температуры различаются, и изменения прекращаются, как только их температуры становятся одинаковыми. Таким образом, если дается достаточно времени для того, чтобы эта передача тепла протекала своим чередом, температура, регистрируемая термометром , не представляет собой систему, с которой он находится в тепловом равновесии. Тепловое равновесие устанавливается, когда два тела находятся в контакте друг с другом и могут свободно обмениваться энергией.

Кроме того, эксперименты показали, что если две системы, A и B, находятся в тепловом равновесии друг с другом, а B находится в тепловом равновесии с третьей системой C, то A также находится в тепловом равновесии с C. Этот вывод может показаться очевидным. , потому что все три имеют одинаковую температуру, но это основа термодинамики. Это называется нулевым законом термодинамики .

Нулевой закон термодинамики

Если две системы, A и B, находятся в тепловом равновесии друг с другом, а B находится в тепловом равновесии с третьей системой, C, то A также находится в тепловом равновесии с C.

Этот закон был постулирован в 1930-х годах после того, как были разработаны и названы первый и второй законы термодинамики. Он называется нулевым законом , потому что он логически предшествует первому и второму законам (обсуждаемым в термодинамике). Пример этого закона в действии наблюдается у младенцев в инкубаторах: у младенцев в инкубаторах обычно очень мало одежды, поэтому наблюдателю они кажутся недостаточно теплыми. Однако температура воздуха, детской кроватки и ребенка одинакова, поскольку они находятся в тепловом равновесии, которое достигается за счет поддержания температуры воздуха, чтобы ребенку было комфортно.

Проверьте свое понимание

Зависит ли температура тела от его размеров?

Решение

Нет, систему можно разделить на более мелкие части, каждая из которых имеет одинаковую температуру. Мы говорим, что температура — это интенсивность . Интенсивные количества не зависят от размера.

Сводка раздела

• Температура — это величина, измеряемая термометром.
• Температура связана со средней кинетической энергией атомов и молекул в системе.{\ circ} \ text {F}} — 32 \ right) \\ [/ latex]
• T _K = T _ºC + 273,15
• T _ºC = T _K — 273,15

Системы находятся в тепловом равновесии, когда они имеют одинаковую температуру.
Тепловое равновесие возникает, когда два тела находятся в контакте друг с другом и могут свободно обмениваться энергией.
Нулевой закон термодинамики гласит, что когда две системы, A и B, находятся в тепловом равновесии друг с другом, а B находится в тепловом равновесии с третьей системой, C, тогда A также находится в тепловом равновесии с C.

Концептуальные вопросы

1. Что значит сказать, что две системы находятся в тепловом равновесии?
2. Приведите пример физического свойства, которое изменяется в зависимости от температуры, и опишите, как оно используется для измерения температуры.
3. Когда термометр с холодным спиртом помещается в горячую жидкость, столб спирта немного опускается, прежде чем подниматься. Объяснить, почему.
4. Если вы добавите кипящую воду в чашку при комнатной температуре, какой будет конечная равновесная температура устройства? Вам нужно будет включить окружение как часть системы.Рассмотрим нулевой закон термодинамики.

Задачи и упражнения

1. Какова температура по Фаренгейту у человека с температурой 39,0 ° C?
2. Повреждение большинства растений морозом происходит при температуре 28,0 ° F или ниже. Что это за температура по шкале Кельвина?
3. Для экономии энергии комнатная температура поддерживается на уровне 68,0 ° F зимой и 78,0 ° F летом. Что это за температуры по шкале Цельсия?
4. Нить накаливания вольфрамовой лампы может работать при 2900 К.Какая у него температура по Фаренгейту? Что это по шкале Цельсия?
5. Температура поверхности Солнца составляет около 5750 К. Что это за температура по шкале Фаренгейта?
6. Одна из самых высоких температур, когда-либо зарегистрированных на поверхности Земли, составляла 134 градуса по Фаренгейту в Долине Смерти, Калифорния. Что это за температура в градусах Цельсия? Что это за температура в Кельвинах?
7. (a) Предположим, что в вашу местность дует холодный фронт и температура снизится на 40 градусов по Фаренгейту. На сколько градусов по Цельсию понижается температура при 40.Снижение температуры на 0ºF? (б) Покажите, что любое изменение температуры в градусах Фаренгейта составляет девять пятых изменения в градусах Цельсия.
8. (a) При какой температуре шкалы Фаренгейта и Цельсия имеют одинаковое числовое значение? (б) При какой температуре шкала Фаренгейта и Кельвина имеют одинаковое числовое значение?

Глоссарий

температура: величина, измеренная термометром

Шкала Цельсия: шкала температур , в которой точка замерзания воды составляет 0ºC, а точка кипения воды — 100ºC

градусов Цельсия: единиц температурной шкалы Цельсия

Шкала Фаренгейта: шкала температур , в которой точка замерзания воды составляет 32 ° F, а точка кипения воды — 212 ° F

градусов по Фаренгейту: единиц по температурной шкале по Фаренгейту

Шкала Кельвина: шкала температур , в которой 0 K — минимально возможная температура, представляющая абсолютный ноль

абсолютный ноль: минимально возможная температура; температура, при которой прекращается движение молекул

тепловое равновесие: состояние, при котором тепло больше не течет между двумя контактирующими объектами; два объекта имеют одинаковую температуру

нулевой закон термодинамики: закон, который гласит, что если два объекта находятся в тепловом равновесии, а третий объект находится в тепловом равновесии с одним из этих объектов, он также находится в тепловом равновесии с другим объектом

Избранные решения проблем и упражнения

1.{\ circ} \ text {C} \ right) \ end {array} \\ [/ latex]

2.4: Температура — Chemistry LibreTexts

Температурные шкалы

Одной из фундаментальных величин в науке является температура, которая является мерой среднего количества энергии движения, или кинетической энергии , содержащейся в системе. Температура выражается с помощью шкалы, в которой используются единицы, называемые градусами. Для отображения температуры используются три шкалы. На рисунке \ (\ PageIndex {1} \) сравниваются три температурные шкалы.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): температуры по Фаренгейту, Цельсию и Кельвину. Сравнение трех температурных шкал. Эти термометры содержат жидкость красного цвета, содержащую спирт и пищевой краситель. Термометры серебристого цвета содержат ртуть, которая является нейротоксином.

В США обычно используется шкала температур по Фаренгейту (обозначается как ° F и обозначается как «градусы Фаренгейта»). По этой шкале точка замерзания жидкой воды (температура, при которой жидкая вода превращается в твердый лед) составляет 32 ° F, а точка кипения воды (температура, при которой жидкая вода превращается в пар) составляет 212 ° F.{\ circ} C \ times \ dfrac {9} {5} \ right) +32 \ label {C2F} \]

Обратите внимание, что наука почти исключительно использует шкалы Цельсия и Кельвина; практически ни один практикующий химик не выражает измеренные в лаборатории температуры по шкале Фаренгейта. (Фактически, Соединенные Штаты — одна из немногих стран в мире, которые все еще используют шкалу Фаренгейта на ежедневной основе. Люди, проезжающие мимо границ Канады или Мексики, могут поймать местные радиостанции на другой стороне границы, которые выражают суточную погоду в градусах Цельсия, чтобы не запутаться в их сводках погоды.{\ circ} F \ end {align *} \]

Чтобы увидеть больше примеров того, как решать эти типы проблем, щелкните это видео, чтобы увидеть своего профессора в действии.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

1. Преобразование 0 ° F в градусы Цельсия.
2. Преобразование 212 ° C в градусы Фаренгейта.

Ответьте на

−17,8 ° С

Ответ б

414 ° F

Основной единицей измерения температуры в СИ является Кельвин (K).{\ circ} C + 273.15 \ label {C2K} \]

Для большинства целей допустимо использовать 273 вместо 273,15 в уравнении \ ref {C2K}.

Обратите внимание, что шкала Кельвина не использует слово градусов ; о температуре 295 К говорят как о «двести девяносто пяти градусах Кельвина», а не о «двести девяносто пяти градусах Кельвина».

Причина, по которой шкала Кельвина определяется таким образом, заключается в том, что существует минимально возможная температура, называемая абсолютным нулем (ноль Кельвина). Температурная шкала Кельвина установлена ​​так, что 0 K является абсолютным нулем, и отсчет температуры отсчитывается оттуда.{\ circ} C + 273,15 \\ [5pt] & = 295,4K \ end {align *} \]

Итак, температура в помещении около 295 К.

Приложение для здоровья: температура тела

Нормальная температура тела определяется как 98,6 ° F (+/- 1,0 ° F). Для определения температуры тела термометры можно размещать внутри или на поверхности тела. Два лучших метода измерения температуры тела — это поместить термометр под язык или внутрь прямой кишки. Обычно дети могут держать во рту градусник в возрасте четырех лет (развлечься до этого возраста).

Лихорадка определяется как температура тела выше 100 ° F (взрослые). Высокая температура возникает при температуре 104 ° F и выше. Взрослым следует немедленно обратиться за медицинской помощью, если температура превышает 104 ° F. Для детей эти значения намного ниже.

Гипертермия (неспособность тела регулировать тепло) возникает при превышении нормальной температуры тела. Состояниями, которые могут вызвать гипертермию, являются лихорадка (инфекция), тепловой удар, заболевания щитовидной железы, сердечный приступ или травма.Лекарства от рака, артрита и лечения щитовидной железы могут вызвать повышение температуры тела. Симптомы гипертермии включают потливость, спутанность сознания, тошноту и головокружение.

Гипотермия (воздействие холода) возникает, когда нормальная температура тела опускается ниже 95,0 ° F. В этом случае пострадавшим следует немедленно обратиться за медицинской помощью. Во время переохлаждения организм испытывает проблемы с выделением тепла. Заболевания, такие как диабет, инфекции и дисфункция щитовидной железы, могут вызывать переохлаждение.Посмотрите это видео, в котором американские морские пехотинцы пытаются выжить в экстремальных условиях. Симптомы этого состояния включают дрожь, спутанность сознания и вялое поведение.

Лечение гипертермии может включать гидратацию пациента. Если лихорадка вызвана инфекцией, обезболивающие (например, тайленол, адвил, аспирин или алев) могут помочь снизить лихорадку. Поместите кого-нибудь в прохладную ванну, чтобы облегчить симптомы.

Для борьбы с переохлаждением необходимо снимать мокрую одежду, одеваться теплыми материалами и участвовать в физических движениях.

Наука криогеники

Криогеника — это раздел физики, который включает в себя образование и воздействие веществ при температурах от -150 ° C до -273 ° C. В конце 1870-х годов криогенная наука началась с охлаждения газообразного кислорода. При -183ºC O ₂ конденсировался из прозрачного газа в голубую жидкость. Изменение состояния кислорода облегчает его транспортировку. И авиационная, и медицинская промышленность полагаются на жидкую форму этой молекулы, чтобы обеспечить пригодный для дыхания кислород для пилотов, путешественников и пациентов.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): жидкий кислород (O ₂ ) имеет голубоватый оттенок.

Кроме кислорода конденсировались и другие газы. Эти постоянные газы, означающие, что эти вещества обычно существуют в газообразном состоянии, включают азот (N ₂ ), водород (H ₂ ), хлор (Cl ₂ ) и гелий (He). Манипулируя давлением и / или температурой, многие химики и физики пытались добиться минимально возможной теоретической температуры. При абсолютном нуле (-273 ° C или 0 K) частицы материала имеют минимальную кинетическую энергию.Нажмите на это видео, чтобы определить, смогут ли ученые когда-нибудь достичь абсолютного нуля в своих лабораториях.

Исследование криогенного материала: \ (\ ce {N2 (l)} \)

Жидкий азот с температурой кипения -196 ° C (-321 ° F) имеет множество криогенных применений. Эта прозрачная жидкость без запаха широко используется в дерматологии. Для пациентов, у которых есть бородавки, кожные бирки (см. Изображение ниже) или предраковые родинки, врачи могут спрыснуть выбранный участок кожи. Как правило, нежелательное поражение кожи отваливается от тела после воздействия этого криогенного материала.Если этого не происходит, дерматолог удалит замороженный участок кожи скальпелем.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Жидкий азот хранится в изотермических колбах, называемых Дьюарами. Изображение любезно предоставлено Элизабет Р. Гордон.

Жидкость № ₂ также используется для замораживания биологических образцов. В клиниках репродуктивного здоровья замораживают сперму, яйцеклетки и эмбрионы, которые могут быть использованы позже для пар, которые выбрали оплодотворение InVitro (ЭКО). Пуповинную кровь и стволовые клетки можно хранить в жидком азоте для будущих применений.

В

Culinary Arts жидкий азот используется для приготовления разнообразных блюд и интересных коктейлей. В следующем видео повара замораживают компоненты салатов и десертов для своих клиентов. При использовании жидкого азота для любых целей химики, повара и другие люди должны защищать свою кожу и глаза от очень низких (-196ºC) температур. Ношение толстых резиновых перчаток и защитных очков может предотвратить обморожение. При проглатывании материалов, замороженных жидким азотом, есть опасения, что могут возникнуть внутренние ожоги.Наконец, использование жидкого азота в помещении может вызвать удушье. Кухни и лаборатории должны иметь соответствующую вентиляцию, чтобы в атмосфере оставалось достаточное количество кислорода.

Видео \ (\ PageIndex {2} \): В ресторане Bazaar: готовка на жидком азоте и многое другое

Список литературы

Что такое температура окружающей среды?

Температура окружающей среды — это температура воздуха любого объекта или среды, в которой хранится оборудование. Прилагательное окружающий означает «относящийся к ближайшему окружению».«Это значение, также иногда называемое обычной температурой или базовой температурой, важно для проектирования системы и термического анализа.

В вычислительной среде поддержание соответствующей температуры окружающей среды имеет решающее значение для правильного функционирования и долговечности компьютерного оборудования. Как правило, безопасный диапазон составляет от 60 до 75 градусов по Фаренгейту или от 15 до 25 градусов по Цельсию, хотя более холодный конец этого диапазона лучше. Температура окружающей среды выше этих диапазонов мешает системе охлаждения компьютера поддерживать безопасную рабочую температуру.

Измерение температуры окружающей среды

Измерение температуры окружающей среды в помещении или компоненте осуществляется с помощью термометра или датчика. Чтобы показания были наиболее точными, измерительный прибор следует хранить в тени, на средней высоте комнаты и в хорошо вентилируемом помещении, позволяющем воздуху свободно циркулировать. При измерении температуры окружающей среды в помещении важно контролировать значения температуры в течение дня, чтобы определить максимальную и минимальную температуру окружающей среды.При определении температуры наружного воздуха может быть полезно посмотреть на исторические средние значения температуры.

Важно отметить, что существуют факторы, которые могут повлиять на ощущения температуры окружающей среды, но не на показания температуры. Некоторые из этих факторов включают влажность, охлаждение ветром и изоляцию.

Важность температуры окружающей среды

Измерение температуры окружающей среды является важным компонентом увеличения срока службы устройств, предотвращения сбоев и повреждений.Несколько применений определения температуры окружающей среды:

• Проверка правильности работы внутренней системы охлаждения устройства, например вентилятора ноутбука.
• Обеспечение безопасного хранения материалов, таких как продукты питания или химикаты.
• Определение энергоэффективности системы отопления или охлаждения.
• Анализ компонентов, чтобы убедиться, что максимальная и минимальная температуры не влияют на функциональность или использование.
• Контроль температуры окружающей среды в допустимом диапазоне.
• Ограничение рассеиваемой мощности или силы тока до более безопасного значения.

Окружающая температура и комнатная температура

В то время как температура окружающей среды — это фактическая температура окружающей среды, комнатная температура относится к диапазону температур, в котором большинство людей чувствуют себя комфортно. Температура окружающей среды измеряется термометром, тогда как комнатная температура больше основана на ощущениях. Температура окружающей среды может сильно отличаться от допустимой комнатной температуры, например, при неисправности кондиционера или обогревателя.

Температура воздуха

Температура воздуха

Важное свойство любого газа (включая воздух) — это температура. У нас есть некоторый опыт работы с температура, которой у нас нет, с такими свойствами, как вязкость и сжимаемость. Мы слышали, как метеорологи ежедневно значение температуры атмосферы (15 градусов Цельсия, для пример). Мы знаем, что горячий объект имеет высокую температуру, а холодный объект имеет низкую температуру.И мы знаем, что температура объекта может измениться, если мы нагреем объект или охладим его.

Ученые, однако, должны быть более точными, чем просто описывать объект как «горячий» или «холодный». Целая отрасль физики, называемая термодинамика, посвящена изучению температура предметов и поток тепла между объектами с разной температурой. Мы включаем некоторые основы термодинамики в Руководстве для начинающих, чтобы помочь вам лучше разбираться в двигателях и силовых установках.Мы также есть интерактивный симулятор чтобы вы могли изучить, как температура меняется с высотой через Атмосфера.

Есть два способа взглянуть на температуру: (1) в мелком масштабе. действие отдельных молекул воздуха и (2) крупномасштабное действие газ в целом. Начиная с мелкомасштабного действия, с кинетическая теория газов, газ составлен большого количества молекул, которые очень малы по сравнению с расстояние между молекулами.Молекулы находятся в постоянном, случайном движения и часто сталкиваются друг с другом и со стенками любой контейнер. Молекулы обладают физическими свойствами массы, импульс и энергия. Импульс отдельной молекулы равен произведение его массы и скорости, а кинетическая энергия равна единице. половина массы, умноженная на квадрат скорости (как показано слева рисунка выше). Для двухатомных газов , таких как кислород и азот, в котором молекулы состоят из пар атомов, энергия также может храниться в вибрации и вращении атомов друг о друге.На отдельном слайде мы покажем, что температура газа напрямую связана со средней поступательной кинетическая энергия молекул. В горячем газе молекулы движутся быстрее, чем на холодном газе. Тогда можно было бы ожидать, что время между столкновениями молекул будет уменьшаться, и импульс передается в контейнер (что связано с давлением газа) увеличится в горячем газе.

В больших масштабах температура газа — это нечто что мы можем качественно определить с помощью наших органов чувств.Мы можем почувствовать что один газ горячее другого и, следовательно, имеет более высокую температура. Но чтобы определить температуру количественно , чтобы присвоить номер, мы должны использовать некоторые принципы из термодинамика:

1. Первый принцип заключается в том, что температура объект может влиять на некоторые свойства объекта (например, длина твердого тела, или давление газа в закрытом сосуде, или электрическое сопротивление провода).(Вы можете изучить эффекты температура от давления газа в анимированном газе лаборатория).
2. Второй принцип — это определение термодинамики . равновесие между двумя объектами. Два объекта находятся в термодинамическом равновесие, когда они имеют одинаковую температуру.
3. И последний принцип — наблюдение, что если два объекта разных температур соприкасаются с одним другой, они в конечном итоге установят термодинамический равновесие.(Слово «в конце концов» важно. Изоляция материалы достигают равновесия через очень долгое время, в то время как проводящие материалы очень быстро достигают равновесия.)

С помощью этих трех термодинамических принципов мы можем построить прибор для измерения температуры, термометр , который назначает число температуры объекта. Когда термометр соприкоснувшись с другим объектом, он быстро устанавливает термодинамическое равновесие.Измеряя термодинамическое воздействие на свойства термометра при некоторых фиксированных условиях (например, точка кипения и точка замерзания воды) мы можем установить шкалу для задания значений температуры.

Число, присвоенное температуре, зависит от того, что мы выбираем для эталонных условий. Так возникло несколько различных температурных шкал. Шкала Цельсия , обозначенная a C , использует точку замерзания чистой воды в качестве нулевой точки и точки кипения как 100 градусов с линейной шкалой между этими крайними значениями.Шкала по Фаренгейту , обозначенная с F намного сложнее. Изначально здесь использовалась точка замерзания моря. вода в качестве нулевой точки и точка замерзания чистой воды как 30 градусов, что сделало температура здорового человека равна 96 градусам. По этой шкале точка кипения чистого вода была 212 градусов. Поэтому он настроил шкалу так, чтобы точка кипения чистой воды составляла 212 и точка замерзания чистой воды 32, которая составляет 180 градусов между двумя контрольными точками.Было выбрано 180 градусов (как для круга), потому что оно делится на 2, 3, 4, 5 и 6 без остатка. По новой температурной шкале тепло здорового человека составляет 98,6 градусов по Фаренгейту, потому что есть 100 ° C и 180 ° F между одними и теми же эталонными условиями:

1 градус C = 1 градус F * 100/180 = 1 градус F * 5/9

Поскольку шкалы начинаются с разных нулевых точек, мы можем преобразовать температуру на Шкала Фаренгейта (TF) к температуре по шкале Цельсия (TC) с использованием этого уравнения:

TF = 32 + (9/5) * TC

Конечно, у вас могут быть температуры ниже точки замерзания воды, и они назначаются отрицательные числа.Когда ученые начали изучать максимально низкую температуру, они определили абсолютный ноль , при котором молекулярная кинетическая энергия минимальна (но не строго равна нулю!). Они обнаружили, что это значение составляет -273,16 ° C. Используя эту точку в качестве новой нулевой точки, мы может определить другую температурную шкалу, называемую абсолютной температурой . Если мы сохраним размер одного градуса должен быть таким же, как шкала Цельсия, мы получаем шкалу температуры который был назван в честь лорда Кельвина и обозначен K .Затем:

К = С + 273,16

Аналогичная абсолютная температура соответствует градусу Фаренгейта. Он назван в честь ученый Рэнкин и обозначен номером R .

R = F + 459,69

Абсолютные температуры используются в уравнение состояния, вывод переменных состояния энтальпия и энтропия и определение скорость звука.Температура, как и давление, представляет собой скалярную величину ; у него нет направления связанные с ним. У него есть только одно значение в каждом месте газа. В значение может меняться от места к месту, но нет направления, связанного с температура.

---

---

Экскурсии с гидом

---

---

Руководство по аэродинамике для начинающих

Руководство по двигательной установке для новичков

Руководство по моделированию ракет для новичков

Руководство по воздушным змеям для новичков

Руководство по воздухоплаванию для новичков

---

---

К началу

Перейти к…

Руководство для начинающих Домашняя страница

---

byTom Бенсон
Присылайте предложения / исправления по адресу: [email protected]

Сверхпроводник доволен при комнатной температуре

Американские физики создали материал, который, кажется, проводит электричество с идеальной эффективностью при 15 градусах Цельсия — первый в мире сверхпроводник, работающий при комнатной температуре.

Есть только одна загвоздка: для этого требуется сокрушительное давление, эквивалентное примерно двум третям давления в ядре Земли.

С момента своего открытия в 1911 году сверхпроводники были святым Граалем физики конденсированного состояния. Они не только демонстрируют нулевое электрическое сопротивление, но и излучают магнитные поля, что побуждает ученых мечтать о революционных технологических приложениях, таких как линии электропередач без потерь, передовые методы медицинской визуализации и рельсовые системы с магнитной левитацией без трения.

Но сверхпроводимость — это хрупкое состояние, которое до сих пор было стабильным только при определенных условиях, таких как экстремальные температуры и давления, которые слишком неудобны или дороги для практического применения.

«Из-за пределов низких температур материалы с такими необычными свойствами не совсем изменили мир так, как многие могли себе представить», — объясняет физик Ранга Диас, соавтор нового исследования из Университета Рочестера.

В течение столетия исследователи искали материал, который проявлял бы сверхпроводящие свойства в условиях окружающей среды.

Теперь Диас и команда из США синтезировали именно такой материал: соединение водорода, углерода и серы.Их результаты опубликованы в Nature .

Раздробив соединение в ячейке с алмазной наковальней — устройстве, которое может исследовать крошечные количества материала под невероятно высоким давлением — команда показала, что этот материал является сверхпроводником при температуре 15 градусов Цельсия.

Это побит предыдущий рекорд по высокой температуре, достигнутый в прошлом году с использованием другого материала, называемого супергидридом лантана.

Хотя это не совсем комнатная температура, его можно легко достичь и поддерживать в 15 градусов Цельсия, что с точки зрения логистики делает возможным использование полупроводникового устройства в повседневной среде.

«Это, безусловно, очень интересный результат», — говорит физик конденсированных сред Ронгкун Чжэн из Сиднейского университета, который не принимал участия в исследовании.

По словам Чжэна, это самая важная веха в исследованиях сверхпроводников с момента открытия в 2015 году того, что богатые водородом материалы могут проявлять высокотемпературную сверхпроводимость.

На протяжении многих лет исследователи исследовали множество различных материалов в качестве кандидатов в высокотемпературные сверхпроводники, но водород является наиболее многообещающим.

«Чтобы иметь высокотемпературный сверхпроводник, вам нужны более прочные связи и легкие элементы», — говорит Диас. «Водород — самый легкий материал, а водородная связь — одна из самых прочных.

Но чистому водороду требуется чрезвычайно высокое давление, чтобы достичь металлического состояния и, таким образом, действовать как сверхпроводник — проблема, которую Диас и его команда избежали, используя соединение, богатое водородом, которое можно металлизировать при гораздо более низких давлениях.

Новый материал по-прежнему требует давления 39 миллионов фунтов на квадратный дюйм.Чтобы представить это в перспективе, атмосферное давление на уровне моря составляет всего 15 фунтов на квадратный дюйм, поэтому следующей задачей является наблюдение проводимости при комнатной температуре при атмосферном давлении.

По мнению исследователей, ключевым моментом может быть дальнейшая «композиционная настройка».

Чжэн добавляет, что наблюдение сверхпроводимости при комнатной температуре «в относительно простой структуре также проливает свет на механизм сверхпроводимости, который является одним из самых загадочных и загадочных вопросов для физиков».

«Вместе с недавними достижениями в области сверхпроводимости, наблюдаемыми в 2D-материалах и интерфейсах, люди могут открыть полную теорию сверхпроводимости в ближайшие пару десятилетий.”

Королевский институт Австралии имеет образовательный ресурс, основанный на этой статье. Вы можете получить к нему доступ здесь.

ученых создали первый сверхпроводник при комнатной температуре | Физика

Группа физиков и материаловедов из Университета Рочестера, Университета Невады в Лас-Вегасе и корпорации Intel создала сверхпроводящий материал при комнатной температуре.

На этом изображении показана камера для образца внутри ячейки с алмазной наковальней, если смотреть в осевом направлении через верхний алмаз.Образец изначально состоит из углерода и серы, показанного в виде черного порошка, находящегося в среде, богатой водородом. Образец имеет давление 4 ГПа и освещается 10 мВт лазерным светом с длиной волны 532 нм для инициирования и завершения фотохимической реакции с образованием твердого тела Ван-дер-Ваальса. Изображение предоставлено: Snider et al ., DOI: 10.1038 / s41586-020-2801-z.

Сверхпроводимость, впервые обнаруженная в 1911 году, придает материалам два ключевых свойства. Электрическое сопротивление пропадает. И любое подобие магнитного поля исключается из-за явления, называемого эффектом Мейснера.

Силовые линии магнитного поля должны проходить вокруг сверхпроводящего материала, позволяя таким материалам левитировать.

Мощные сверхпроводящие электромагниты уже являются критически важными компонентами поездов на магнитной подвеске, аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР), ускорителей частиц и других передовых технологий, включая первые квантовые суперкомпьютеры.

Но сверхпроводящие материалы, используемые в устройствах, обычно работают только при чрезвычайно низких температурах — ниже любых естественных температур на Земле.Это ограничение делает их обслуживание дорогостоящим и слишком дорогостоящим для распространения на другие потенциальные приложения.

«Стоимость содержания этих материалов при криогенных температурах настолько высока, что вы не можете извлечь из них полную пользу», — сказал руководитель группы д-р Ранга Диас, исследователь из отдела машиностроения и отдела физики и астрономии. в Университете Рочестера.

Ранее самая высокая температура сверхпроводящего материала была достигнута в 2019 году двумя группами исследователей под руководством доктора химии из Института Макса Планка.Михаил Еремец и доктор Рассел Хемли из Университета Иллинойса в Чикаго.

Эти группы сообщили о сверхпроводимости при температуре от 250 до 260 К (от минус 23,15 до минус 13,15 градусов по Цельсию или от минус 9,67 до 8,33 градусов по Фаренгейту) с использованием супергидрида лантана.

Установив новый рекорд, д-р Диас и его коллеги объединили водород с углеродом и серой для фотохимического синтеза простого органического углеродсодержащего гидрида серы в ячейке с алмазной наковальней.

Углеродистый гидрид серы проявил сверхпроводимость при температуре 287,7 К (14,55 градуса Цельсия или 58,19 градуса по Фаренгейту) и давлению около 39 миллионов фунтов на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм).

«Из-за пределов низких температур материалы с такими необычными свойствами не совсем изменили мир так, как многие могли себе представить», — сказал д-р Диас.

«Однако наше открытие разрушит эти барьеры и откроет двери для многих потенциальных приложений.”

«Мы живем в обществе полупроводников, и с помощью такой технологии вы можете превратить общество в сверхпроводящее общество, где вам больше никогда не понадобятся такие вещи, как батареи», — добавил соавтор доктор Ашкан Саламат, исследователь из Департамента. доктора физики и астрономии в Университете Невады в Лас-Вегасе.

«Следующей задачей является поиск способов создания сверхпроводящих материалов при комнатной температуре при более низком давлении, чтобы их было экономически выгодно производить в больших объемах», — сказал д-р.- сказал Диас.

«По сравнению с давлением в миллионы фунтов, создаваемым в ячейках с алмазной наковальней, атмосферное давление Земли на уровне моря составляет около 15 фунтов на квадратный дюйм».

Исследование описано в статье, опубликованной на этой неделе в журнале Nature .

_____

Э. Снайдер и др. . 2020. Сверхпроводимость при комнатной температуре в углеродистом гидриде серы. Nature 586, 373-377; DOI: 10.1038 / s41586-020-2801-z

Эта статья основана на тексте, предоставленном Университетом Рочестера.

Наконец, первый сверхпроводник при комнатной температуре

В 2015 году Михаил Еремец, физик из химического института им. Макса Планка в Майнце, Германия, сообщил, что сероводород — молекула, состоящая из двух атомов водорода и одного атома серы, превратилась в сверхпроводящее вещество. при минус 94 градусах по Фаренгейту при сжатии примерно до 22 миллионов фунтов на квадратный дюйм. Это была рекордная температура для сверхпроводника в то время.

«Это, я бы сказал, бумага, которая меняет правила игры, которая задает тон», — сказал доктор.- сказал Диас.

Доктор Ереметс и другие ученые впоследствии обнаружили, что гидрид лантана — соединение, содержащее водород и лантан — достигает сверхпроводящей температуры минус 10 градусов по Фаренгейту при сверхвысоких давлениях.

Группа доктора Диаса изучила смесь трех элементов: водорода, серы и углерода. С помощью трех элементов ученые смогли настроить электронные свойства для достижения более высоких сверхпроводящих температур.

«Вы можете начать с знания хороших двойных систем, а затем, возможно, добавить к ним еще один элемент, чтобы сделать их более сложными», — сказала Ева Зурек, профессор химии в Университете Буффало, которая выполняет численные расчеты для прогнозирования поведения материалы высокого давления.