Температура

Температура
$\ T$, $\ \Theta$
Үлсәнеш	Θ
Үлсәү берәмеге
СИ	К
СГС	К

Ер өҫтөнөң 1961—1990 йылдарҙағы уртаса айлыҡ температураһы

Донъя буйынса уртаса йыллыҡ температура

Температу́ра (лат. temperatura — тейешле ҡушылыу, нормаль, ғәҙәти хәл-торош) — есемдәрҙең йылыныу һәм һыуыныу дәрәжәһен характерлай торған дәүмәл; термодинамик системаны характерлап билдәләүсе һәм есемдәрҙең төрлөсә йылыныу дәрәжәһен һиҙемләп аңлауҙың миҡдарын күрһәтеүсе физик дәүмәл.

Тере йән эйәләре йылы һәм һыуыҡты туранан-тура үҙҙәренең һиҙеү ағзалары аша ҡабул итергә һәләтле. Әммә температураны аныҡ билдәләү уның объектив, махсус приборҙар ярҙамында үлсәнеүен талап итә. Улар термометр тип атала һәм эмпирик тип йөрөтөлгән температураны билдәләй. Температураларҙың эмпирик шкалаһында ике репер нөктә һәм улар араһында һан бүлемдәре билдәләнә — әлеге ваҡытта ҡулланылған Цельсий градусы, Фаренгейт градусы һәм башҡа шкалалар нәҡ шуның өлгөһө. Кельвиндарҙа үлсәнелгән абсолют температура бер репер нөктә менән билдәләнә, сөнки тәбиғәттә температураның иң минималь сик күрһәткесе — абсолют нуль бар. Температураның юғары күрһәткесе Планк температураһы менән сикләнә.

Йылылыҡ тигеҙлегендәге системаның бар өлөштәренең дә температураһы бер төрлө була. Кире хәлдә энергия системаның нығыраҡ йылынған өлөштәренән уның аҙ йылынған өлөштәренә күсә һәм был системалағы температураның тигеҙләнешенә килтерә. Был температураның системала бүленеүе тураһында һөйләй. Термодинамикала температура — интенсив термодинамик дәүмәл.

Термодинамик температура менән бер рәттән физиканың башҡа бүлектәрендә температураның башҡа аңлатмалары ла индерелеүе мөмкин. Молекуляр-кинетик теорияла билдәләнеүенсә, температура система өлөштәренең уртаса кинетик энергияһына пропорциональ була. Температура система өлөшсәләренең энергия кимәле буйынса («Максвелл — Больцман статистикаһы»), тиҙлеге яғынан (Максвелл бүленеше), есемдең ионлашыу дәрәжәһе йәһәтенән (Саха тигеҙләмәһе), нурланыуҙың спектраль тығыҙлығы (Планк формулаһы) һәм уның тулы күләм тығыҙлығы (Стефан — Больцман законы) буйынса һәм башҡа бүленеүҙәрҙе билдәләй. Бынан сығып, Больцман бүленеүе параметры булған температураны йыш ҡына ҡуҙғатыу температураһы, Максвелл бүленеүендәгеһен — кинетик температура, Саха тигеҙләмәһендә булғанын — ионизацион температура, Стефан — Больцман законына ҡарағанын — радиацион температура тип йөрөтәләр. Термодинамик тигеҙлектә булған система өсөн бөтә был параметрҙар бер-береһе менән тигеҙ була, һәм уларҙы бергә система температураһы тип атайҙар.

Халыҡ-ара дәүмәлдәр системаһында (ингл. International System of Quantities, ISQ) термодинамик температура системаның ете төп дәүмәлдәре эсенә индерелә. Ошо Халыҡ-ара дәүмәлдәр системаһына нигеҙләнгән Халыҡ-ара берәмектәр системаһында (СИ, франц. Le Système International d’Unités, SI) был температураның берәмеге итеп кельвин алынған һәм ул Халыҡ-ара берәмектәр системаһының ете төп берәмегенең береһе. СИ системаһында һәм көндәлек практикала шулай уҡ Цельсий температураһы ла ҡулланыла, уның берәмеге итеп ҙурлығы буйынса кельвинға тиң булған Цельсий градусы (°С) алынған. Ерҙәге климат процесстарының һәм тере тәбиғәттәге башҡа күренештәрҙең күпселеге Цельсий градусының (°С) −50-нән +50-гә арауығы менән бәйле булғанлыҡтан, был берәмекте ҡулланыуы бик тә уңайлы.

Локаль параметр булараҡ температура

Өҙлөкһөҙ мөхит физикаһы температураны локаль макроскопик үҙгәреүсән, йәки өҙлөкһөҙ мөхиттең (континуумдың) уйҙа айырып ҡаралған бер өлкәһен (элементар күләмен) характерлаған дәүмәл тип ҡарай, һәм уның ҙурлығы мөхиттең төрлөлөгө менән сағыштырғанда сикһеҙ бәләкәй һәм бер үк ваҡытта был мөхиттең өлөшсәләренә (атомдарына, иондарына, молекулаларына һәм башҡаларына) ҡарағанда сикһеҙ ҙур. Температура мәғәнәһе бер нөктәнән икенсеһенә (бер элементар күләмдән икенсеһенә) тиклем үҙгәрергә мөмкин; бирелгән ваҡытта температураның арауыҡта (пространствола) бүленеше температураның скаляр яланы (температура яланы) менән билдәләнә. Температура яланы ваҡытҡа бәйләнешһеҙ стационар һәм ваҡыт буйынса үҙгәреүсән дә (нестационар) булырға мөмкин. Барлыҡ нөктәләрендәге бер төрлө температуралы мөхитте термик яҡтан бер төрлө тип атайҙар. Температура яланын математик юҫыҡта температураның арауыҡ координаттарына һәм ваҡытҡа бәйле тигеҙләмә $T$ аша һүрәтләйҙәр (ҡайһы саҡ быны бер йәки ике координата ҡарау менән генә сикләйҙәр). Термик яҡтан бер төрлө системалар өсөн $\mathrm {grad} \,T=0.$

Термодинамик билдәләмә

Термодинамик ҡараш тарихы

«Температура» һүҙенең барлыҡҡа килеүе кешеләрҙең нығыраҡ йылынған есемдәрҙә теплород грек.  φλογιστός — урыҫса пламя — ялҡын) тип аталған махсус матдә күберәк була тип һанауы менән бәйле. Шуға ла температура матдә һәм теплород ҡатнашмаһының ҡатылығы (көслөлеге) итеп ҡабул ителгән. Нәҡ ошо нигеҙҙә спиртлы эсемлектәрҙең көслөлеге һәм температураны үлсәү берәмеге өсөн бер төрлө атама — градус нығынып ҡалған да инде.

Термодинамик яҡтан бер төрлө хәл-торошта температура системаның барлыҡ макроскопик өлөштәре өсөн бер үк төрлө мәғәнәгә эйә була. Әгәр ҙә системалағы ике есем бер төрлө температуралы икән, улар араһында кинетик энергияны бер-береһенә биреү булмай. Әгәр ҙә температура араһында айырма килеп сыға икән, юғарыраҡ температуралы есемдән ул түбәнерәк температуралыһына күсә.

Температура шулай уҡ «йылы» һәм "һыуыҡ"ты субъектив ҡабул итеү менән дә бәйле, ә был үҙ сиратында тере туҡыманың йылыны биреүенән йә алыуынан килә.

Квант механикаһына ҡараған ҡайһы бер системалар (мәҫәлән, лазерҙың эш өлөшө) энергия өҫтәгәндә есемдең йылылыҡ хәлен характерлаусы физик дәүмәл — энтропия артмаған, ә киреһенсә кәмегән хәлдә лә була ала. Был формаль яҡтан кире абсолют температураға тиң була. Әммә бындай хәл-торош «абсолют нулдән түбән» түгел, ә «сикһеҙлектән юғары» була, сөнки бындай системаның ыңғай температуралы есем менән туранан-тура бәйләнешкә кергәнендә энергия системанан есемгә бирелә, ә киреһенсә түгел (был хаҡта «Кире абсолют температура» бүлегендә һөйләнелә).

Температура үҙенсәлектәрен физиканың термодинамика тип аталған бүлеге өйрәнә. Температура шулай уҡ фәндең башҡа өлкәләрендә лә мөһим роль уйнай, бында тәү сиратта физиканың башҡа бүлектәрен, уларға өҫтәп химия менән биологияны айырым билдәләп үтергә кәрәк.

Температураны үлсәү

Цельсий шкалаһы буйынса −17 градусты күрһәтеп торған типик термометр

Термодинамик температураны үлсәү өсөн ниндәйҙер термометрик есемдең термодинамик параметры алына. Нәҡ ошо параметрҙың үҙгәреүе туранан-тура температура үҙгәреүе менән бәйләнелә. Термодинамик термометрҙың классик өлгөһө — газлы термометр. Ул даими күләмле баллондағы газ баҫымын үлсәү аша температураны билдәләй. Шулай уҡ абсолют радиацион, тауышлы һәм акустик термометрҙар барлығы билдәле.

Термодинамик термометрҙар — бик ҡатмарлы ҡорамал, һәм уларҙы практик маҡсаттарҙа ҡулланыу ғәмәлдә мөмкин түгел. Шуға ла үлсәүҙәрҙең күпселеге практик термометрҙар ярҙамында башҡарыла. Уларҙы икенсел тип билдәләргә кәрәк, сөнки бындай ҡорамалдар есемдең ниндәйҙер үҙенсәлеген туранан-тура температура менән бәйләй алмай. Математик ысул булып иҫпләнгән интерполяция функцияһын үтәү өсөн улар халыҡ-ара температура шкалаһының репер нөктәләренә ярашлы градустарға бүленергә тейеш.

Ниндәй ҙә булһа есемдең температураһын үлсәү өсөн температура менән бәйле ниндәйҙер физик параметрҙы үлсәйҙәр, мәҫәлән, геометрик үлсәм (ҙурлыҡ), газдар өсөн — күләм һәм баҫым, тауыш тиҙлеге, электр үткәреүсәнлек, йотоу (һеңдереү) һәм нурланыштың электромагнит спектрҙары һ.б.

Көндәлек практикала температураны ғәҙәттә махсус приборҙар — контактлы термометрҙар ярҙамында үлсәйҙәр. Бының өсөн термометр менән тикшерелгән есем араһында идеаль контакт булдырылырға тейеш, һәм ошо есем менән термометр араһында термодинамик тигеҙлек урынлашҡандан һуң — уларҙың температураһы тигеҙләнгәс, термометрҙың ниндәйҙер үҙгәешле физик параметрҙары үҙгәреүенән есемдең температураһы тураһында фекер йөрөтәләр. Термометр һәм есем араһында йылылыҡ контакты етерлек булыуы шарт, был температураларҙың тиҙерәк тигеҙләнеүенә килтерә. Быға шулай уҡ тикшереләсәк есем менән сағыштырғанда термометрҙың йылылыҡ һыйышын кәметеү (термометрҙы бәләкәйләтеү) юлы менән дә ирешәләр. Термометрҙың йылылыҡ һыйышын кәметеү үлсәү һөҙөмтәләрен мөмкин тиклем аҙыраҡ боҙоуға килтерә, сөнки тикшерелгән есемдең йылыһының аҙ ғына миҡдары алына һәм термометрға күсә. Идеаль термометрҙың йылылыҡ һыйышы нуль кимәлендә була.

Температураны үлсәү приборҙары ғәҙәттә Цельсий йәки Фаренгейт шкалаларына ярашлы бүленгән була.

Практикала температура үлсәү өсөн ҡулланылалар:

• шыйыҡсалы һәм механик термометрҙар,
• термопаралар,
• ҡаршылыҡ термометрҙары,
• газлы термометрҙар,
• пирометр.

Иң төгәл практик термометр булып платина химик элементынан яһалған ҡаршылыҡ термометрҙары һанала. Һуңғы осорҙа температураны лазер нурланышы параметрҙарын үлсәүгә нигеҙләнгән ысулдар менән үлсәү методтары ла практикала ҡулланыу тапты.

Температура үлсәү берәмектәре һәм шкалаһы

Температураның молекулаларҙың кинетик энергияһы икәнлектән сығып ҡарағанда, уны энергетик берәмектәрҙә (мәҫәлән, СИ системаһындағы джоуль йәки электронвольт) үлсәү кәрәклеге тәбиғи булып сыға. Әммә температура үлсәү молекуляр-кинетик теория эшләнгәнгә тиклем күптән башҡарылғанлыҡтан, практик шкалалар температураны градус тигән шартлы берәмектәр менән билдәләүгә ҡоролған.

Абсолют температура. Кельвиндың температура шкалаһы

Термодинамик (абсолют) температура аңлатмаһын фәнгә Уильям Томсон (лорд Кельвин) индергән, шуға ла абсолют температура шкалаһын Кельвиндың температура шкалаһы йәки термодинамик температура шкалаһы тип йөрөтәләр. Абсолют температура берәмеге — кельвин (К).

Температураның абсолют шкалаһы температураның түбәнге сигенең дөйөм торошоноң үлсәме — абсолют ноль булғанлыҡтан шулай атала, икенсе төрлө әйткәндә, был мөмкин булған иң түбән температура һәм был шарттарҙа есемдән йылылыҡ энергияһы алып булмай.

Абсолют ноль — 0 K итеп билдәләнә, ул −273,15 °C һәм −459,67 °F тигеҙ була.

Кельвиндың температура шкалаһында иҫәпләү абсолют ноль билдәһенән башлана.

Көнкүрештә ҡулланылған Цельсий һәм Фаренгейт (башлыса АҠШ-та ҡулланыла) температура шкалалары абсолют түгел, һәм шуға ла температура һыу туңған нөктәнән түбән төшкән шарттарҙа эксперименттар үткәреүҙә ҡыйынлыҡтар тыуа — температураны кире һандарҙа күрһәтергә тура килә. Бындай осраҡтар өсөн температураның абсолют шкалалары индерелгән.

Уларҙың береһе Ранкин шкалаһы, икенсеһе — Кельвин шкалаһы (абсолют термодинамик шкала) тип атала; Улар буйынса температура Ранкин (°Ra) һәм Кельвин]] (К) градустары итеп билдәләнә. Был ике шкала ла абсолют нуль температураһынан башлана. Уларҙың айырмаһы: Кельвин шкалаһындағы бер бүлем Цельсий шкалаһындағы шундай уҡ бүлемгә тиң, ә Ранкин шкалаһы бүлеме Фаренгейт шкалалы термометр бүлеменә бәрәбәр. Стандарт һауа (атмосфера) баҫымы шарттарында һыуҙың туңыу температураһы төрлө шкалалар буйынса: 273,15 K, 0 °C, 32 °F.

Кельвин шкалаһы масштабы һыуҙың өс нөктәһенә (ҡаты, шыйыҡ һәм газ рәүешендә) (273,16 К) бәйләнгән, быға үҙ сиратында Больцман константаһы бәйле. Был юғары температураларҙы үлсәүҙең теүәллеген аңлатыуҙа ҡыйынлыҡтар (проблемалар) тыуҙыра. Хәҙер Халыҡ-ара үлсәү һәм ауырлыҡ бюроһы кельвиндың яңы билдәләмәһенә күсеү мөмкинлеген ҡарай: ул "һыуҙың өс нөктәһе"нә бәйле булыу урынына Больцман константаһының тәғәйен һанын нигеҙ итеп аласаҡ.

Төрлө шкалаларҙан күсеү

Төп шкалалар араһында температураны яңынан иҫәпләү

Шкала	Шартлы билдәләмә	Цельсий градусынан (°C)	Цельсийға
Фаренгейт градусы	(°F)	[°F] = [°C] × 9⁄5 + 32	[°C] = ([°F] − 32) × 5⁄9
Кельвин	(K)	[K] = [°C] + 273.15	[°C] = [K] − 273.15
Ранкин градусы (Rankin)	(°R)	[°R] = ([°C] + 273.15) × 9⁄5	[°C] = ([°R] − 491.67) × 5⁄9
Делиль градусы (Delisle)	(°Д или °De)	[°De] = (100 − [°C]) × 3⁄2	[°C] = 100 − [°De] × 2⁄3
Ньютон шкалаһы (Newton)	(°N)	[°N] = [°C] × 33⁄100	[°C] = [°N] × 100⁄33
Реомюр градусы (Réaumur)	(°Re, °Ré, °R)	[°Ré] = [°C] × 4⁄5	[°C] = [°Ré] × 5⁄4
Рёмер (Rømer)	(°Rø)	[°Rø] = [°C] × 21⁄40 + 7.5	[°C] = ([°Rø] − 7.5) × 40⁄21

Температура шкалаларын сағыштырыу

Температура шкалаларын сағыштырыу

Һүрәтләү	Кельвин	Цельсий	Фаренгейт	Ранкин	Делиль	Ньютон	Реомюр	Рёмер
Абсолют нуль	0	−273,15	−459,67	0	559,725	−90,14	−218,52	−135,90
Фаренгейт ҡушымтаһының (аш тоҙо һәм боҙ тигеҙ дәүмәлдә) иреү температураһы	255,37	−17,78	0	459,67	176,67	−5,87	−14,22	−1,83
Һыуҙың туңыу температураһы (Нормаль шарттар)	273,15	0	32	491,67	150	0	0	7,5
Кеше тәненең уртаса температураһы¹	309,75	36,6	98,2	557,9	94,5	12,21	29,6	26,925
Һыуҙың ҡайнау температураһы (Нормаль шарттар)	373,15	100	212	671,67	0	33	80	60
Титандың иреүе	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
Ҡояш²	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

Әҙәбиәт

• Callen H. B. Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics. — 2nd ed. — N. Y. e. a.: John Wiley, 1986. — XVI + 493 p. — ISBN 0471862568, 9780471862567.
• Falk G., Jung H. Axiomatik der Thermodynamik (нем.) // Flügge S. (ed.). Encyclopedia of Physics / Flügge S. (Hrsg.). Handbuch der Physik. — Springer-Verlag, 1959. — Vol. III/2. Principles of Thermodynamics and Statistics / Band III/2. Prinzipien der Thermodynamik und Statistik, S. 119–175.
• Guggenheim E. A. Thermodynamics: An Advanced Treatment for Chemists and Physicists. — 8th ed. — Amsterdam: North-Holland, 1986. — XXIV + 390 p. — ISBN 0444869514, 9780444869517.
• Jou D., Casas-Vázquez J., Lebon G. Extended Irreversible Thermodynamics. — 4th ed. — N. Y.—Dordrecht—Heidelberg—London: Springer, 2010. — XVIII + 483 p. — ISBN 978-90-481-3073-3. — DOI:10.1007/978-90-481-3074-0.
• Tisza Laszlo. Generalized Thermodynamics. — Cambridge (Massachusetts) — London (England): The M.I.T. Press, 1966. — XI + 384 p.
• Базаров И. П. Термодинамика. — 5-е изд. — СПб.—М.—Краснодар: Лань, 2010. — 384 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1003-3.
• Борн М. Критические замечания по поводу традиционного изложения термодинамики (рус.) // Развитие современной физики. — М.: Наука, 1964, с. 223—256.
• Вукалович М. П., Новиков И. И. Термодинамика. — М.: Машиностроение, 1972. — 671 с.
• Гиббс Дж. В. Термодинамика. Статистическая механика / Отв. ред. Д. Н. Зубарев. — М.: Наука, 1982. — 584 с. — (Классики науки).
• Гухман А. А. Об основаниях термодинамики. — Алма-Ата: Изд-во АН КазССР, 1947. — 106 с.
• Гухман А. А. Об основаниях термодинамики. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 384 с.
• Дьярмати И. Неравновесная термодинамика. Теория поля и вариационные принципы. — М.: Мир, 1974. — 304 с.
• Залевски К. Феноменологическая и статистическая термодинамика: Краткий курс лекций / Пер. с польск. под. ред. Л. А. Серафимова. — М.: Мир, 1973. — 168 с.
• Зоммерфельд А. Термодинамика и статистическая физика / Пер. с нем.. — М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1955. — 480 с.
• Клаузиус Р. Механическая теория тепла (рус.) // Второе начало термодинамики. — М.—Л.: Гостехиздат, 1934, с. 70—158.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — 5-е изд. — М.: Физматлит, 2002. — 616 с. — (Теоретическая физика в 10 томах. Том 5). — ISBN 5-9221-0054-8.
• Леонова В. Ф. Термодинамика. — М: Высшая школа, 1968. — 159 с.
• Поулз Д. Отрицательные абсолютные температуры и температуры во вращающихся системах координат (рус.) // Успехи физических наук. — 1964, т. 84, № 4, с. 693—713.
• Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур / Пер. с англ. — М.: Мир, 2002. — 462 с.
• Рудой Ю. Г. Математическая структура равновесной термодинамики и статистической механики. — М. — Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2013. — 368 с. — ISBN 978-5-4344-0159-3.
• Сивухин Д. В. Термодинамика и молекулярная физика. — Москва: «Наука», 1990.
• Сорокин В. С. Макроскопическая необратимость и энтропия. Введение в термодинамику. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 174 с. — ISBN 5-9221-0507-8.
• Спасский Б. И. История физики Ч.I. — Москва: «Высшая школа», 1977.
• Тальма Лобель. Теплая чашка в холодный день: Как физические ощущения влияют на наши решения = Sensation The New Science of Physical Intelligence. — М.: Альпина Паблишер, 2014. — 259 с. — ISBN 978-5-9614-4698-2.
• Трусделл К. Термодинамика для начинающих (рус.) // Механика. Периодический сборник переводов иностранных статей. — М.: Мир, 1970. — № 3 (121), с. 116—128.
• Физика. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. — 944 с. — ISBN 5-85270-306-0.