Температура — разлика између измена
Садржај обрисан Садржај додат
ревизија прва два параграфа |
Нема описа измене |
||
Ред 17:
Термодинамичка температура (ознака -{''T''}-) одређује се основним законима [[термодинамика|термодинамике]].<ref name="Truesdell 1980">Truesdell, C.A. , Sections 11 B, 11H,</ref>{{sfn|Mach|1900|pp=}}<ref name="Maxwell 1872 155-158">Maxwell, J.C. (1872). ''Theory of Heat'', third edition, Longmans, Green, London, pages 155-158.</ref><ref name="Tait 1884 68-69">Tait, P.G. (1884). ''Heat'', Macmillan, London, Chapter VII, Section 95, pages 68-69.</ref><ref>Buchdahl, H.A. (1966). стр. 73.</ref><ref>Kondepudi, D. (2008). ''Introduction to Modern Thermodynamics'', Wiley, Chichester. {{page|year=1980|isbn=978-0-470-01598-8|pages=306–310,320-332}} Section 32., pages 106-108.</ref> Мерна јединица термодинамичке температуре је[[Келвин]] (-{K}-). Келвинова скала за мерење температуре се назива апсолутна скала, а постоји велики број других мерних скала које су се историјски користиле за мерење температуре. Данас су се у свакодневном животу задржала [[Степен целзијуса|Целзијусова мерна скала]] са [[Степен целзијуса|Целзијусовим степеном]] ( °C) као мерном јединицом, и [[Фаренхајт|Фаренхајтова мерна скала]] (у [[Сједињене Америчке Државе|Сједињеним Америчким Државама]] и на [[Јамајка|Јамајци]]) са мерном јединицом [[Фаренхајт|Фаренхајтовим степеном]] ('''°'''F).
[[Апсолутна температура]] одређује се полазећи од најниже могуће температуре у природи, такозване температуре [[Апсолутна нула|апсолутне нуле]], тако да се некој референтној температури, која се може тачно одређивати, договором пропише одређена вредност.<ref>[http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=60785 ''Температура''] „Хрватска енциклопедија“, Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref> Температура апсолутне нуле је дефинисана као температура на којој је [[ентропија]] система
У макроскопском смислу, температура је [[Интензивне особине|интензивна особина]] система, што значи да не зависи од количине материјала у систему. (Температура цигле иста је као и њене половине. Интензивне особине су исто [[притисак]] и [[густина]].) Насупрот температури, [[маса]] и [[запремина]] су [[екстензивне особине]], дакле, особине које директно зависе од количине материје. (Маса половине цигле дупло је мања од масе целе цигле.)
Ред 24:
Температура у свом најосновнијем смислу је дефинисана микроскопски помоћу [[термодинамика|термодинамике]] и [[статистичка механика|статистичке механике]].
[[Молекул]]и у телима не мирују, него се налазе у сталном [[кретање|кретању]], чија [[брзина]] може бити варирати од великих до малих брзина. Молекули које чине систем који се налази у чврстом агрегатном стању се слабо се крећу, док се молекули гаса крећу врло великим брзинама. Што се тело више загрева, молекули се све брже крећу и имају све већу кинетичку енергију. Због тога се молекули међусобно удаљавају, па се чврсто тело загревањем топи и прелази у течно [[агрегатно стање]]. [[Течност|Течно тело]] загрејавањем прелази у [[гас]]овито агрегатно стање, као што на пример [[вода]] прелази у [[водена пара|водену пару]].
=== Клаузијусова релација ===
Линија 47 ⟶ 49:
Макроскопски гледано, међу системима који су на истој температури, нема протока топлоте. Међутим, када се јави температурска разлика, топлота почиње да тече из система са вишом температуром ка систему са нижом, док се не достигне [[Равнотежно стање (термодинамика)|топлотна равнотежа]].
== Историја ==
Први корак у дефинисању температуре био је изум [[термометар|термометра]] који је омогућивао [[мерење|мерења]] и упоређивање топлотног стања различитих тела. Тај [[мерни инструмент]] морао је да буде реверзибилан, то јест да се врати након престанка деловања топлоте у почетно стање, те да показује исти учинак за једнака топлотна стања различитих тела. Први инструмент за мерење температуре, ''термоскоп'', израдио је [[Галилео Галилеј]] почетком 17. века, а заснивао се на [[Топлотно истезање|топлотном ширењу]] [[гас]]а. Први термометар, који је омогућивао прецизнија мерења температуре, изумео је [[Медичи|Фердинандо -{II}- Медичи]] 1654. Ускоро се, како би се могла успоредити два мерења, појавила потреба за [[температурна скала|температурном скалом]]. Показало се најкорисније да се температурни размак између два одређена топлотна стања некога тела узме као основица температурне скале, која се онда може поделити на повољан број делова (ступњева). Узимајући две одређене тачке уместо једне, једнозначно се одређује мерна јединица искуствене (емпиријске) температуре.
== Мерне јединице температуре ==
Постоји више [[Мјерне јединице|мерних јединица]] за температуру. Историјски је постојао велики број различитих температурних скала, као што су [[Келвин|Келвинова]], [[Степен целзијуса|Целзијусова]], [[Фаренхајт|Фаренхајтова]], [[Ранкинова скала|Ранкинова]], [[Делилова скала|Делилиова]], [[Њутнова скала|Њутнова]], [[Reomirova temperaturna skala|Реамурова]], [[Ремерова скала|Ромерова]], итд. Међу њима, данас су се у свакодневном животу задржале [[Фаренхајт|Фаренхајтова скала]] (која се данас користи у [[Сједињене Америчке Државе|САД]] и на [[Јамајка|Јамајци]], а била је коришћена у већини земаља енглеског говорног подручја до [[1970-е|1970-их година]]<ref>{{Cite web|url=https://fahrenheittocelsius.com/fahrenheit.php|title=Fahrenheit temperature scale|website=fahrenheittocelsius.com|access-date=2018-08-23}}</ref>) и [[Степен целзијуса|Целзијусова скала]] (која се данас користи у остатку света).
Претварање бројевних вредности уобичајених температурних скала су дате следећим формулама:
: -{'''K = °C + 273,15'''}-
: -{'''°C = 5/9 · (°F - 32)'''}-
:-{'''°F = °C/(5/9) + 32 '''}-
=== Фаренхајтова скала ===
{{Види још|Фаренхајт}}
[[Фаренхајт|Фарентхајтова скала]] је названа по [[Данијел Фаренхајт|Данијелу Фаренхајту]] који се бавио производњом [[Термометар|термометара]]. Он је историјски био први који је у својим термометрима су за мерење температуре користио [[Жива|живу]] у течном агрегатном стању која има висок коефицијент експанзије. Своју температурну мерну скалу је предложио [[1724|1724. године]] . У односу на до тада велико одступање међу постојећим термометарским скалама, Фаренхајт је помоћу живиног термометра квалитетне продукције могао да постигне већу прецизност мерења и бољу репродуцибилност скале, што је довело до широког прихватања његове температурне мерне скале. На његовој скали 0° F означава највећу зиму која је забележена у [[Гдањск|Гдањску]] [[1709|1709. године]]. Тачка мржњења воде је одређена вредношћу од 32 °F, а тачка кључања воде је на 212 °F. Разлика између тачке мржњења и кључања воде од 180 °F није случајна, већ је одабрана намерно. Мржњење и кључање као два супротна појма одвојена су бројем од 180 степени који одговара углом између две најудаљеније тачке на кругу.<ref>{{Cite book|url=http://worldcat.org/oclc/1011499426|title=Absolute zero and the conquest of cold|last=author.|first=Shachtman, Tom, 1942-|isbn=9780547525952|oclc=1011499426}}</ref>
=== Целзијусова скала ===
{{Види још|Целзијус}}
[[Андерс Целзијус]] је [[1742|1742. године]] предложио температурну скалу која данас по њему носи име. Интересантно је да је он предложио да нула температуре на његовој скали буде температура на којој вода кључа, а да 100 степени буде вредност температуре на којој се вода леди. Временом скала је прихваћена, али су додељене вредности температуре 0 и 100 преокренуте, те сада је општеприхваћено да по Целзијусовој скали вода кључа на 100 степени, а леди се на 0.<ref>{{Cite news|url=https://www.livescience.com/39959-celsius.html|title=Celsius: Facts, Formulas & History|work=Live Science|access-date=2018-08-23}}</ref>
=== Апсолутна или Келвинова скала ===
{{Види још|Келвин}}
Температурна скала која се универзално користи у науци је тзв. термодинамичка скала или апсолутна скала или Келвинова скала. Названа ја по [[Вилијам Томсон, 1. барон Келвин|Вилијаму Томсону, 1. барону Келвин]] који се залагао за дефиницију апсолутне скале која би мерила температуру независно од особина одређених термометријских супстанци термометра.<ref>{{Cite web|url=https://zapatopi.net/kelvin/papers/on_an_absolute_thermometric_scale.html|title=Lord Kelvin {{!}} On an Absolute Thermometric Scale...|website=zapatopi.net|language=en|access-date=2018-08-23}}</ref> Међународним договором, Kелвинова скала је дефинисана двема тачкама: апсолутном нулом и тројном тачком тзв. Бечке Стандардне Средње Океанске Воде<ref>{{Cite web|url=https://nucleus.iaea.org/rpst/referenceproducts/referencematerials/Stable_Isotopes/2H18O-water-samples/VSMOW2.htm|title=VSMOW2|website=nucleus.iaea.org|language=en|access-date=2018-08-23}}</ref> која је на Келвиновој скали дефинисана на 273.16 K.
[[Апсолутна нула|Тачка апсолутне нуле]] је дефинисана као температура на којој би [[ентропија]] система нула, а вредност температуре апсолутне нуле је одређена екстраполацијом измерених вредности температуре и ентропије на вредност на којој би ентропија била нула.
[[Бечка Стандардна Средња Океанска Вода]] ([[Енглески језик|енгл]]. Vienna Standard Mean Ocean Water) је стандард за одређену изотопску смешу свеже воде. Врло чиста и пажљиво дестилована, представља стандард воде за производљу термометара високе прецизности.
[[Изотоп|Изотопски]] састав Бечке Стандардне Средње Океанске Воде дат је са:
* [[Деутеријум|<sup>2</sup>H]]/[[Протијум|<sup>1</sup>H]] = 155.76 ± 0.1 ppm (однос приближно 1:6420)
* [[Трицијум|<sup>3</sup>H]]/<sup>1</sup>H = 1.85 ± 0.36 × 10<sup>−11</sup> ppm (однос приближно 1:5.41 × 10<sup>16</sup> )
* <sup>18</sup>O/<sup>16</sup>O = 2005.20 ± 0.43 ppm (однос приближно 1:498.7)
* <sup>17</sup>O/<sup>16</sup>O = 379.9 ± 1.6 ppm (однос приближно 1:2632)
=== Однос између температурних скала ===
Табела која приказује неке оријентационе температуре с вредностима израженим на разним температурним скалама:
{| cellpadding="2" cellspacing="0" border="1" style="border-collapse: collapse"
|- style="background:#f0f0f0;"
! Опис
!
!
!
!
!
!
!
!
|-
| Апсолутна нула
| 0
| style="color:maroon;" | -273,15
| style="color:maroon;" | -459,67
| 0
| 559,725
| style="color:maroon;" | -90,14
| style="color:maroon;" | -218,52
| style="color:maroon;" | -135,90
|-
| Фаренхајта мешавина леда и соли
| 255,37
| style="color:maroon;" | -17,78
| 0
| 459,67
| 176,67
| style="color:maroon;" | -5,87
| style="color:maroon;" | -14,22
| style="color:maroon;" | -1,83
|-
|
| 273,15
| 0
Линија 142 ⟶ 138:
| 26,925
|-
|
| 373,15
| 100
Линија 157 ⟶ 153:
| 3034
| 3494
| style="color:maroon;" | -2352
| 550
| 1334
| 883
|}
Табела која приказује однос између разних температурних скала:{{-}}
<timeline>ImageSize = width:905 height:50
PlotArea = left:80 right:15 bottom:20 top:5
Линија 418 ⟶ 415:
[[Датотека:NOAA-NDBC-discus-buoy.jpg|мини|десно|250px|Аутоматска [[метеоролошка станица]].]]
За мерење температуре служи [[мерни инструмент]] који се зове [[термометар]].
Живин термометар се заснива на појави да се [[Физичко тело|физичка тела]] [[Termička dilatacija|загријавањем растежу]], а [[Termička dilatacija|хлађењем стежу]]. Као радна супстанца се некад користио алкохол, а данас се скоро једино користи [[жива]] у течном агрегатном стању због свог високог коефицијента експанзије. При додиру са околином, термометар брзо размењује топлоту те се лако прати брзо растезање или сажимање живе у њему.
Термометар се састоји од уске стаклене цеви ([[Капиларност|капиларе]]) која је дуж термометра свугде истог [[пречник]]а, док се на доњем крају проширује у ваљкасту или кугласту посудицу.
У [[метеорологија|метеорологији]], мерни инструменти за мерење температуре су смештени у [[Метеоролошка станица|метеоролошким станицама]] на 2 метра изнад земље ради уклањања неповољних утицаја [[Осунчаност|осунчавања]], [[Ветар|ветрова]] и [[Падавине|падавина]], док је размена ваздуха споља стално могућа.
Данас постоје неколико стандардизованих начина за мерење температуре, као што су гасни термометри, акустични гасни термометри, термометри који се заснивају на мерењу електричног шума проводника, термометри који се заснивају на мерењу укупног зрачења црног тела.
=== Примарни термометри ===
Примарни термометрису термометри чији се рад заснива на добро проученом физичком принципу и који су врло поуздани, у смислу да имају велику репродуцибилност мерења (резултат се врло добро репродукује поновљеним мерењем). Особина примарних термометара је да се [[једначина стања]] која описује термометар може написати без увођења неких других температурно-зависних величина.
Примарни термометри могу бити<ref>{{Cite web|url=https://www.lakeshore.com/Documents/LSTC_appendixA_l.pdf|title=Appendix A: Overview of Thermometry|last=Lake Shore Cryotronics, Inc.|first=|date=|website=www.lakeshore.com|archive-url=https://www.lakeshore.com/Documents/LSTC_appendixA_l.pdf|archive-date=|dead-url=|access-date=23.08.2018.}}</ref>:
* гасни термометри са гасом као радним телом (на пример [[Хелијум|хелијумом]] који се понаша скоро као идеалан гас) код којих се мери [[притисак]] по благо коригованој [[Jednačina stanja idealnog gasa|једначини стања за идеалан гас <math>pV=nRT</math>]]
* акустични гасни термометри који одређују температуру преко мерења брзине звука који се креће кроз гасни медијум (нпр. хелијум)
* термометри који мере електрични шум отпорника који је директно пропорционалан температури <math>\overline{V^2}=4k_BTR \Delta \nu</math>, где је <math>k_B</math>Планкова константа, а <math> \Delta \nu</math>је распон фреквенције
* термометри који одређују температуру мерењем укупног [[Zračenje crnog tela|зрачења црног тела]]
=== Секундарни термометри ===
Секундарни термометри, за разлику од примарних, нису толико поуздани. Код њих се добијени резултат мора калибрисати преко дефинисаних температурних фиксних тачака, због тога што величине које се мере додатно зависе од температуре. За разлику од примарних термометара, особина секундарних термометара је да се [[једначина стања]] код њих не може написати без увођења неких других температурно-зависних величина. Предност секундарних термометара и њихова заступљеност у пракси је у томе што су примарни термометри често непрактични због величине, брзине или цене.
Међу секундарним термометрима користе се:
* термометри који раде на принципу мерења [[Отпорник|отпора]]
** [[Метал|метални]] (позитивни) сензори који су врло репродуцибилни, али нису превише осетљиви на ниским температурама
** [[Полупроводник|полупроводни]] (негативни) сензори су врло остљиви али захтевају додатну калибрацију због тога што температурно зависна отпорност <math>R(T)</math>зависи и од нечистоћа у полупроводнику
* који раде на принципу диода - лако је очитавати температуру, али нису тако прецизни и репродуцибилни као термометри који ради на принципу отпорника
* [[Термопар|термопари]] или [[Термопар|термоелементи]] који - раде на принципу [[Термоелектрични ефекат|термоелектричног ефекта]], тешко је очитавати температуру, али могу да мере широк опсег температуре и погодни су због тога што су пасивни сензори
* термометри који раде на принципу [[Капацитивност|капацитивности]] - имају најмању грешку на мерење температуре у присуству [[Магнетно поље|магнетног поља]], али нису репродуцибилни те је увек потребно мерити уз присуство контролног сензора
Актуелне дефинисане и интернационално прихваћене тепературне скале за коришћење секундарних термометара су (ITS-90) и (PLTS-2000).
=== Важне практичне карактеристике термометара ===
* тачност термометра која је одређена осетљивошћу и резолуцијом инструмента
* осетљивост на магнетно поље
* репродуцибилност мерења (колико сличан резултат се добија понављањем мерења)
* јединственост калибрације
* једноставност коришћења
* цена
* ...
== Улога температуре у природи ==
Осим у свакодневном животу, температура игра важну улогу у скоро свим [[природне науке|природним наукама]]. Многе [[физичке особине]] материје, од [[агрегатна стања|агрегатног стања]] преко густине, [[растворљивост]]и, [[напон паре|напона паре]], [[елетрична проводљивост|елетричне проводљивости]] до [[индекс преламања|индекса преламања]] зависе од температуре. Слично, од темепературе зависи којом ће се брзином одвијати нека [[хемијска реакција]] а у сложеном систему, и које ће реакције да се одиграју. То је један од разлога што код човека постоји неколико врло сложених механизама за одржавање телесне температуре нешто испод 37 °C, јер је само неколико степени одступања довољно да поремети оптимално стање у организму. Од температуре такође зависи интензитет топлотног зрачења које се емитује са површине тела. Тај је ефекат, на пример, примењен у сијалици са влакном у којој се електричном струјом подиже температура влакна до температуре на којој долази до знатне емисије видљивог зрачења. На том принципу и Сунце сија — због високе температуре, површина Сунца непрекидно емитује огромну количину енергије у виду електромагнетних таласа, великим делом у видљивом делу спектра.
(<math>k_B</math>)
Уобичајена јединица за мерење темпратуре у физици је конвенционална температура (<math>\tau</math>) која се изражава преко стандардне температуре (<math>T</math>) и [[Планкова константа|Планкове константе (<math>k_B</math>)]]:
<math>\tau = k_B T</math>
Мерна јединица конвенционалне температуре је димензије [[Енергија|енергије]], као што је [[џул]] или [[електронволт]].
=== Температура тела ===
Температура тела је мера топлотног стања [[Организам|организма]]; последица је равнотеже између апсорпције и зрачења топлоте ([[терморегулација]]). Код [[човек]]а, као и код других топлокрвних (хомеотермних) животиња, температура у унутрашњости организма одржава се сразмерно сталном, без обзира на температуру околине, што је у првоме реду нужно за правилну функцију [[ензим]]а. Температура хладнокрвних (поикилотермних) животиња зависи од температуре околине.
Температура се обично мери у устима (орална или сублингвална температура), под пазухом (аксиларна температура) или у дебелом цреву (ректална температура). Међу здравим појединцима температура показује сразмерно велику варијабилност: орална температура износи између 36,4 и 37,6 °C, аксиларна температура приближно је 0,5 °C нижа од оралне, а ректална температура приближно 0,5 °C виша од оралне. Температура је обично нижа у јутарњим сатима, а виша у вечерњима. Током врло напорнога мишићног рада температура се привремено може повисити и до 40 °C. Код жена температура зависи од фазе менструацијскога циклуса: у другој половини циклуса она је приближно 0,3 °C виша него у првој половини. Повишена температура (врућица или [[грозница]]) може имати различите узроке, а најчешће је последица упалних процеса и [[зараза]]. Код мале деце терморегулација још није добро развијена, па температура може бити повишена и без патолошких разлога. Умерено повишење телесне температуре назива се субфебрилном температуром. Ако се температура повиси на 40,0 до 42,0 °C, може настати [[топлотни удар]], а ако се снизи на приближно 25,0 °C (на пример при боравку у леденој води), човек обично умире због срчанога застоја.
=== Температура ваздуха ===
Температура ваздуха, у [[метеорологија|метеорологији]], је температура у приземном слоју [[Атмосфера небеског тела|атмосфере]] која није узрокована [[топлотно зрачење|топлотним зрачењем]] [[тло|тла]] и околине или [[Сунчева светлост|Сунчевим зрачењем]]. Мери се на [[висина|висини]] од 2 метра изнад тла. Температура ваздуха мења се током дана и током године. Дневни ход зависи од доба дана и величине и врсте облачности, и може се знатно променити при наглим продорима топлог или хладног ваздуха или при термички јако израженим [[ветар|ветровима]], на пример [[Фен (ветар)|фену]], чинуку или [[бура|бури]]. Годишњи ход зависи од положаја [[Земља|Земље]] према [[Сунце|Сунцу]], земљописном положају места, те о [[Климатске промене|климатским променама]]. У нашим [[Географска ширина|географским ширинама]] у просеку је најхладнији месец јануар, а најтоплији јул. Због утицаја топлоте тла, уз само тло температура ваздуха нагло се мења, па разлика између температуре ваздуха на 2 метра висине и оне при тлу може износити и до 10 ступњева. Температура ваздуха при тлу мери се термометрима постављенима 5 [[центиметар]]а изнад тла. Најнижа је до сада измерена температура ваздуха – 89,2 °C на станици Восток ([[Антарктика]], 1983.), а највиша 57,3 °C у месту Асисија (Либија, 1923).<ref>[http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=60787 ''Температура ваздуха''] „Хрватска енциклопедија“, Лексикографски завод Мирослав Крлежа, www.enciklopedija.hr, 2016.</ref>
== Референце ==
| |||