Как вы рассчитываете температуру "в два раза ниже"? Я столкнулся с тривиальной на первый взгляд задачей: "На термометре 20 градусов С. Рассчитайте, какой будет температура, если ее уменьшить вдвое?". Тривиальный (и, как мне кажется, неверный) ответ - 10 градусов C, но я в растерянности, как рассчитать ту же задачу, если базовая температура равна 0 градусов C, или еще хуже -150 градусов C? Когда в дополнение к этому я думаю о шкале Кельвина в том же физическом состоянии, то 293K, разделенные на 2, дают 146,5K, что очень холодно и уж точно не 283K. Так что же означает удвоение температуры (я имею в виду интерпретацию в терминах суммы кинетических энергий молекул, поэтому я ожидаю чего-то иного, чем линейная шкала)?
ОТВЕТ
Чтобы решить эту проблему, нам нужно лучше понять, как понятие температуры вводится в физике.
Согласно нулевому принципу термодинамики, нахождение в тепловом равновесии является отношением эквивалентности, что на практике означает, что мы можем назначить определенное число, называемое эмпирической температурой, для каждого набора тел, находящихся в тепловом равновесии. Его выбор является вопросом конвенции, если он не повторяется для тел в различных тепловых состояниях. Следовательно, можно ввести бесконечное число возможных температурных шкал. На практике каждая шкала основана на связи с одним измеряемым свойством простой физической системы, называемой термометром. Примером такой зависимости является высота ртутного столба.
Помимо эмпирической температуры существует также абсолютная температура. Его определение и свойства следуют из второго закона термодинамики. Она неотрицательна, что связано с тем, что для каждой физической системы существует состояние с минимально возможной энергией, так называемое основное состояние, в котором прекращается всякое движение, кроме квантовых флуктуаций. Кроме того, при тепловом контакте энергия перетекает от тел с более высокой абсолютной температурой к телам с более низкой, что, например, не является необходимым для эмпирических температур в определенных экзотических масштабах. Стоит отметить, что именно абсолютная температура фигурирует во всех физических формулах в рамках термодинамики. При этом средняя кинетическая энергия идеального газа пропорциональна абсолютной температуре.
Абсолютная температура определяется практически однозначно. Единственное, что вам нужно определить, это единицы измерения, т.е. сколько составляет один градус. Наиболее распространенной здесь является абсолютная шкала Кельвина, но можно использовать и другую, например, абсолютную шкалу Ранкина.
Вы справедливо отмечаете, что в целом понятие дважды пониженной температуры не имеет четкого определения из-за произвольного выбора температурной шкалы. Однако если мы говорим об абсолютной температуре, то эта концепция уже становится однозначной, поскольку различные абсолютные шкалы должны быть прямо пропорциональны друг другу.
Комментарии
Отправить комментарий