Поняттям «температура» ми часто користуємося в повсякденному житті. «Треба подивитися, скільки градусів на вулиці, щоб знати, як одягтися», - говоримо ми. Або: «Чи не захворів чи ваша дитина? Виміряйте йому температуру ». І кожен добре розуміє, що означають ці слова. Температура виражає фізичний стан деякої системи, її внутрішню енергію.
Температура пов'язана з хаотичним рухом молекул. Це знав ще наш великий співвітчизник М. В. Ломоносов. У своїй роботі «Роздуми про причину тепла і холоду» він писав:
«Дуже добре відомо, що теплота збуджується рухом: від взаємного тертя руки зігріваються; дерево спалахує полум'ям; при ударі кременя про кресало з'являються іскри; залізо розжарює від проковиванія частими і сильними ударами, а якщо їх припинити, то теплота зменшується ... З цього всього абсолютно очевидно, що достатня підстава теплоти полягає в русі. А так як рух не може відбуватися без матерії, то необхідно, щоб достатня підстава теплоти полягало в русі якоїсь матерії.
І хоча в гарячих тілах здебільшого на вигляд не помітно будь-якого руху, таке все-таки дуже часто виявляється по виробленим дій. Так, залізо, нагріте майже до розжарювання, здається на-віч знаходяться у спокої, а проте одні тіла, присунуті до нього, воно плавить, інші перетворює на пар; тобто, приводячи частки їх у рух, воно тим самим показує, що і в ньому є рух якоїсь матерії. Адже не можна заперечувати існування руху там, де воно не видно: хто справді буде заперечувати, що коли через ліс проноситься сильний вітер, то листя і сучки дерев колишатся, хоча при розгляданні видали і не видно руху. Точно так само, як тут внаслідок відстані, так і в теплих тілах внаслідок малості частинок рухомої матерії рух вислизає від погляду ».
Ломоносов впритул підійшов до поняття абсолютного нуля. Він стверджував: «... неможлива вища і остання ступінь теплоти як руху. Навпаки, те ж саме рух може настільки зменшитися, що тіло досягає нарешті стану досконалого спокою і ніяке подальше зменшення руху неможливо. Отже, за необхідності повинна існувати найбільша і остання ступінь холоду, яка повинна складатися в повному припиненні ... руху частинок ».
Поняття абсолютного нуля було введено в 1848 році англійським вченим У. Томсоном (Кельвіном). Воно випливає з другого початку термодинаміки, а з третього початку слід, що абсолютний нуль недосяжний. Його значення - мінус 273,15 ° C. З наближенням температури до абсолютного нуля прагнуть до нуля всі теплові характеристики речовини: ентропія, теплоємність і т.д.
Температуру не можна вимірювати безпосередньо, її значення знаходять по зміні будь-якого властивості речовини, наприклад, щодо збільшення кількості жиру за зростанням його температури. На цьому заснована дія ртутних, спиртових та інших подібних термометрів. Можна вимірювати температуру по зміні електричного опору, тиску, випромінювання і т.п., треба тільки, щоб ця зміна була добре помітно.
Рис. 1. Співвідношення між температурними шкалами Фаренгейта (F), Цельсія (C) і Кельвіна (K)
Англійський вчений Р. Гук і нідерландський натураліст X. Гюйгенс встановили дві постійні точки термометра: точку танення льоду і точку кипіння води. У 1742 році А. Цельсій запропонував стоградусную шкалу термометра, на якій точка кипіння води відзначалася нулем, а точка танення льоду - числом 100. Зараз ми часто користуємося цією, але як би перевернутої шкалою, яка як і раніше носить ім'я шведського вченого. Крім шкали Цельсія (C), існують ще температурні шкали Кельвіна (K), Фаренгейта (F), Реомюр (R), Ранкіна (Ra). Співвідношення між першими трьома показано на рис. 1. Зв'язок двох останніх зі шкалами Цельсія та Кельвіна дають такі формули:
n ° С = 0,8 n ° R
nK = 1,8 n ° Ra
Рис. 2. Температури, що зустрічаються в природі і техніці
На рис. 2 представлені температури, що зустрічаються в природі і техніці. Ліва шкала логарифмічна. Це означає, що дві сусідні поділу відрізняються один від одного за величиною в десять разів. Права шкала - «розтягнута» невелика частина лівої шкали. Вона лінійна.
Перш за все ви знайдете температури, що характеризують пашу місце існування - планету Земля. На ній багато жарких місць. Одне з них - Долина смерті в Каліфорнії (США). Там відзначена спека 56,7 ° C. Але рекорд за позитивними температур належить, безумовно, Сахарі. Він дорівнює 63 ° C в тіні. На Землі є також полюса холоду. У Північній півкулі вони розташовані в Якутії і Гренландії, температура там сягає близько 70 градусів морозу. А найхолодніше місце на нашій планеті - це Антарктида. У її глибинних районах зареєстрована температура - 94,5 ° C. На такому морозі метал стає крихким, соляр перетворюється в густу тістоподібну масу, а гас не спалахує навіть при зіткненні з відкритим вогнем.
А яка температура надр Землі? Раніше висловлювалися різні гіпотетичні припущення і наводилися розрахунки, за якими температура на глибині 15 км виходила 100 ... 400 ° C. Тепер Кольська надглибока свердловина, яка пройшла відмітку 12 км, дала точну відповідь на поставлене питання. Спочатку (до 3 км) температура зростала на 1 ° через кожні 100 м проходки, далі це зростання склало 2,5 ° на кожні нові 100 м. На глибині 10 км температура надр Землі виявилася рівною 180 ° C!
На шкалі ви знайдете температури внутрішніх зон самих гарячих зірок, Всесвіту незабаром після її народження, газів, що випливають з сопла ракети, і багатьох інших об'єктів і процесів. Але, звичайно, один малюнок не може вмістити всі велика кількість значень температур, що зустрічаються в природі і техніці. Він тільки інформація для роздумів.