Kila mtu anakabiliwa na dhana ya halijoto kila siku. Neno hilo limeingia sana katika maisha yetu ya kila siku: tunapasha moto chakula kwenye microwave au kupika chakula katika oveni, tunavutiwa na hali ya hewa nje au kujua ikiwa maji kwenye mto ni baridi - yote haya yanahusiana sana na wazo hili. Na joto ni nini, parameter hii ya kimwili ina maana gani, kwa njia gani inapimwa? Tutajibu maswali haya na mengine katika makala.
idadi halisi
Hebu tuzingatie halijoto ni nini kutoka kwa mtazamo wa mfumo uliotengwa katika usawa wa thermodynamic. Neno linatokana na lugha ya Kilatini na linamaanisha "mchanganyiko sahihi", "hali ya kawaida", "usawa". Thamani hii inaashiria hali ya usawa wa thermodynamic ya mfumo wowote wa macroscopic. Katika kesi wakati mfumo uliotengwa haupo kwa usawa, baada ya muda kuna mpito wa nishati kutoka kwa vitu vyenye joto hadi chini ya joto. Matokeo yake ni kusawazisha (mabadiliko) ya halijoto katika mfumo mzima. Hili ndilo neno la kwanza (kanuni sifuri) la thermodynamics.
Joto huamuausambazaji wa chembe za mfumo kwa viwango vya nishati na kasi, kiwango cha ionization ya vitu, mali ya usawa wa mionzi ya umeme ya miili, jumla ya wiani wa volumetric ya mionzi. Kwa kuwa kwa mfumo ulio katika msawazo wa thermodynamic, vigezo vilivyoorodheshwa ni sawa, kwa kawaida huitwa halijoto ya mfumo.
Plasma
Kando na vyombo vya usawa, kuna mifumo ambayo hali hiyo ina sifa kadhaa za viwango vya joto ambavyo si sawa. Plasma ni mfano mzuri. Inajumuisha elektroni (chembe za kushtakiwa mwanga) na ioni (chembe nzito za chaji). Zinapogongana, nishati huhamishwa haraka kutoka kwa elektroni hadi elektroni na kutoka ioni hadi ioni. Lakini kati ya vipengele tofauti kuna mabadiliko ya polepole. Plasma inaweza kuwa katika hali ambayo elektroni na ayoni moja moja ziko karibu na usawa. Katika kesi hii, joto tofauti kwa kila aina ya chembe zinaweza kuchukuliwa. Hata hivyo, vigezo hivi vitatofautiana.
Sumaku
Katika miili ambayo chembe zina muda wa sumaku, uhamishaji wa nishati kwa kawaida hutokea polepole: kutoka kwa uhuru wa kutafsiri hadi wa sumaku, unaohusishwa na uwezekano wa kubadilisha mwelekeo wa sasa. Inatokea kwamba kuna majimbo ambayo mwili una sifa ya joto ambayo hailingani na parameter ya kinetic. Inalingana na mwendo wa kutafsiri wa chembe za msingi. Joto la sumaku huamua sehemu ya nishati ya ndani. Inaweza kuwa chanya auhasi. Wakati wa mchakato wa kupanga, nishati itahamishwa kutoka kwa chembe zilizo na thamani ya juu hadi kwa chembe zilizo na thamani ya chini ya joto ikiwa zote ni chanya au hasi. Vinginevyo, mchakato huu utaendelea kinyume - halijoto hasi itakuwa "juu" kuliko ile chanya.
Kwa nini hii ni muhimu?
Kitendawili kiko katika ukweli kwamba mtu wa kawaida, ili kutekeleza mchakato wa kipimo katika maisha ya kila siku na katika tasnia, hata hahitaji kujua halijoto ni nini. Itakuwa ya kutosha kwake kuelewa kwamba hii ni kiwango cha joto la kitu au mazingira, hasa kwa vile tumekuwa tukifahamu maneno haya tangu utoto. Hakika, vifaa vingi vya vitendo vilivyoundwa kupima parameter hii kwa kweli hupima sifa nyingine za vitu vinavyobadilika na kiwango cha joto au baridi. Kwa mfano, shinikizo, upinzani wa umeme, sauti, n.k. Zaidi ya hayo, usomaji kama huo hubadilishwa kwa mikono au kiotomatiki hadi thamani inayotakiwa.
Inabadilika kuwa ili kubaini halijoto, hakuna haja ya kusoma fizikia. Wengi wa wakazi wa sayari yetu wanaishi kwa kanuni hii. Ikiwa TV imewashwa, basi hakuna haja ya kuelewa taratibu za muda mfupi za vifaa vya semiconductor, kujifunza ambapo umeme hutoka kwenye duka au jinsi ishara inavyofika kwenye sahani ya satelaiti. Watu hutumiwa na ukweli kwamba katika kila uwanja kuna wataalamu ambao wanaweza kurekebisha au kurekebisha mfumo. Mtu wa kawaida hataki kusumbua ubongo wake, kwa sababu ni wapi bora kutazama opera ya sabuni au mpira wa miguu kwenye "box" wakati wa kumeza.bia baridi.
Nataka kujua
Lakini kuna watu, mara nyingi wanafunzi, ambao, kwa kiwango cha udadisi wao au kwa lazima, wanalazimika kusoma fizikia na kubaini halijoto halisi ni nini. Matokeo yake, katika utafutaji wao huanguka katika pori la thermodynamics na kujifunza sheria zake za sifuri, kwanza na ya pili. Kwa kuongezea, akili ya kudadisi itabidi ielewe mizunguko ya Carnot na entropy. Na mwisho wa safari yake, hakika atakubali kwamba ufafanuzi wa hali ya joto kama kigezo cha mfumo wa joto unaobadilika, ambao hautegemei aina ya dutu inayofanya kazi, hautaongeza uwazi kwa hisia ya dhana hii. Na vivyo hivyo, sehemu inayoonekana itakuwa digrii kadhaa zinazokubaliwa na mfumo wa kimataifa wa vitengo (SI).
Joto kama nishati ya kinetic
Zaidi "shikika" ni mkabala unaoitwa nadharia ya molekuli-kinetic. Inaunda wazo kwamba joto huzingatiwa kama moja ya aina za nishati. Kwa mfano, nishati ya kinetic ya molekuli na atomi, kigezo kilichowekwa wastani juu ya idadi kubwa ya chembe zinazosonga bila mpangilio, zinageuka kuwa kipimo cha kile kinachojulikana kama halijoto ya mwili. Kwa hivyo, chembechembe za mfumo wa joto husogea kwa kasi zaidi kuliko baridi.
Kwa kuwa neno linalozingatiwa linahusiana kwa karibu na wastani wa nishati ya kinetiki ya kundi la chembe, itakuwa jambo la kawaida kabisa kutumia joule kama kipimo cha joto. Walakini, hii haifanyiki, ambayo inaelezewa na ukweli kwamba nishati ya mwendo wa joto wa msingichembe ni ndogo sana kuhusiana na joule. Kwa hiyo, matumizi yake hayafai. Mwendo wa halijoto hupimwa kwa vizio vinavyotokana na joule kwa kutumia kipengele maalum cha ubadilishaji.
Vipimo vya halijoto
Leo, vitengo vitatu vya msingi vinatumiwa kuonyesha kigezo hiki. Katika nchi yetu, joto hupimwa kwa digrii Celsius. Kitengo hiki cha kipimo kinategemea kiwango cha kufungia cha maji - thamani kamili. Yeye ni mahali pa kuanzia. Hiyo ni, joto la maji ambayo barafu huanza kuunda ni sifuri. Katika kesi hii, maji hutumika kama kipimo cha mfano. Mkataba huu umepitishwa kwa urahisi. Thamani kamili ya pili ni halijoto ya mvuke, yaani, wakati ambapo maji hubadilika kutoka hali ya kioevu hadi hali ya gesi.
Sehemu inayofuata ni Kelvin. Hatua ya kumbukumbu ya mfumo huu inachukuliwa kuwa hatua ya sifuri kabisa. Kwa hivyo, digrii moja Kelvin ni sawa na digrii moja ya Selsiasi. Tofauti ni mwanzo tu wa kuhesabu. Tunapata sifuri hiyo katika Kelvin itakuwa sawa na minus 273.16 digrii Celsius. Mnamo 1954, katika Mkutano Mkuu wa Uzito na Vipimo, iliamuliwa kubadilisha neno "degree Kelvin" kwa kitengo cha joto na "kelvin".
Kipimo cha tatu cha kawaida cha kipimo ni Fahrenheit. Hadi 1960, zilitumiwa sana katika nchi zote zinazozungumza Kiingereza. Hata hivyo, leo katika maisha ya kila siku nchini Marekani kutumia kitengo hiki. Mfumo huo kimsingi ni tofauti na ule ulioelezwa hapo juu. Imechukuliwa kama sehemu ya kuanziakiwango cha kufungia cha mchanganyiko wa chumvi, amonia na maji kwa uwiano wa 1: 1: 1. Kwa hivyo, kwa kiwango cha Fahrenheit, kiwango cha kufungia cha maji ni pamoja na digrii 32, na kiwango cha kuchemsha ni pamoja na digrii 212. Katika mfumo huu, digrii moja ni sawa na 1/180 ya tofauti kati ya viwango hivi vya joto. Kwa hivyo, kiwango cha kuanzia nyuzi joto 0 hadi +100 kinalingana na kiwango cha kuanzia -18 hadi +38 Selsiasi.
joto sifuri kabisa
Hebu tuelewe maana ya kigezo hiki. Sufuri kabisa ni halijoto inayozuia ambapo shinikizo la gesi bora hutoweka kwa kiwango kisichobadilika. Hii ndiyo thamani ya chini kabisa katika asili. Kama Mikhailo Lomonosov alivyotabiri, "hii ni kiwango kikubwa au cha mwisho cha baridi." Sheria ya kemikali ya Avogadro inafuata kutoka kwa hii: viwango sawa vya gesi kwenye joto sawa na shinikizo vina idadi sawa ya molekuli. Nini kinafuata kutoka kwa hii? Kuna joto la chini la gesi ambalo shinikizo au kiasi chake hupotea. Thamani hii kamili inalingana na sifuri Kelvin, au nyuzi joto 273.
Baadhi ya ukweli wa kuvutia kuhusu mfumo wa jua
Joto kwenye uso wa Jua hufikia Kelvin 5700, na katikati ya msingi - Kelvin milioni 15. Sayari za mfumo wa jua ni tofauti sana kutoka kwa kila mmoja kwa suala la kiwango cha joto. Kwa hivyo, joto la msingi wa Dunia yetu ni sawa na kwenye uso wa Jua. Jupita inachukuliwa kuwa sayari yenye joto zaidi. Joto katikati ya msingi wake ni mara tano zaidi kuliko kwenye uso wa Jua. Na hapa ni thamani ya chini kabisa ya parameteriliyorekodiwa juu ya uso wa mwezi - ilikuwa kelvins 30 tu. Thamani hii ni ya chini hata kuliko kwenye uso wa Pluto.
Hali za Dunia
1. Joto la juu kabisa lililorekodiwa na mtu lilikuwa nyuzi joto bilioni 4. Thamani hii ni mara 250 zaidi ya joto la msingi wa Jua. Rekodi hiyo iliwekwa na Maabara ya Asili ya New York Brookhaven katika mgongano wa ioni, ambao una urefu wa takriban kilomita 4.
2. Joto kwenye sayari yetu pia sio bora kila wakati na vizuri. Kwa mfano, katika jiji la Verkhnoyansk huko Yakutia, hali ya joto wakati wa baridi hupungua hadi digrii 45 Celsius. Lakini katika mji wa Dallol nchini Ethiopia, hali imebadilika. Huko, wastani wa halijoto ya kila mwaka ni pamoja na digrii 34.
3. Hali mbaya zaidi ambazo watu hufanya kazi chini yake zimerekodiwa katika migodi ya dhahabu nchini Afrika Kusini. Wachimba migodi hufanya kazi kwa kina cha kilomita tatu kwa joto la nyuzi joto zaidi ya 65.
