Teplota
Z Encyklopedie o termovizi a termovizní diagnostice - Termowiki
Teplota je základní fyzikální veličinou soustavy SI s jednotkou kelvin (K) a vedlejší jednotkou stupeň Celsia (°C). 1 kelvin je 273,16-tá část termodynamické teploty trojného bodu vody (o jednotkách měření teploty a jejich vzájemných přepočtech více v samostatném článku teplotní stupnice). Pomocí trojného bodu vody je jednotka kelvin definována.
Teplota byla zpočátku chápána pouze na základě vjemu (teplé, studené, ledové, vroucí apod.). Později byla teplota definována a měřena na základě změny objemu látek se změnou termodynamické teploty. S rozvojem moderních disciplín fyziky (především s kinetickou teorií látek, statistickou fyzikou a kvantovou mechanikou) vznikaly další interpretace a upřesnění pojmu teploty.
Teplota je pojem statistický (jak bude naznačeno dále), který je vhodný k popisu chování systémů s velkým počtem částic. Teplota (v klasickém pojetí) souvisí s vnitřní kinetickou energií neuspořádaného pohybu částic, které ji tvoří. Rozdíl či rovnost teplot určuje, ze kterého tělesa na které bude probíhat přenos tepla nebo případně nastane termodynamická rovnováha.
Obsah |
Interpretace teploty
Interpretace teploty v kinetické teorii látek
Kinetická teorie látek spojuje makroskopicky stav látky (v naší souvislosti například teplotu) s mikroskopickým pohybem částic, z nichž je daná látka složena.
Podle této teorie přísluší pohybu každé částice určitá kinetická energie, která odpovídá teplotě látky. Změna kinetické energie částic látky, kterou provádíme přidáním nebo odebráním tepla, se makroskopicky projevuje změnou teploty látky. Nejlépe je tato teorie rozpracována pro ideální plyn, kdy obvykle mluvíme o tzv. kinetické teorie plynů.
Ve spojení se stavovou rovnicí dala absolutní teplotě konkrétní interpretaci – absolutní teplotě je úměrná střední kinetická energie neuspořádaného posuvného pohybu molekuly jednoatomového (ideálního) plynu:
, kde
-
je (absolutní) teplota [K]
-
je Boltzmannova konstanta [J/K]
-
je hmotnost molekuly
-
je rychlost molekuly
I když je tato definice pro řadu situaci dostatečná, neumí se však vypořádat s některými skutečnostmi:
- definice počítá pouze s posuvným pohybem molekul, nepočítá tedy například s rotacemi a vibracemi molekul (tyto jevy se však projevují až u víceatomových molekul a v definici se počítá pouze s jednoatomovými molekulami)
- přestává platit při nízkých teplotách (viz princip neurčitosti z kvantové mechaniky)
- definice neuvažuje změnu vnitrní energie změnou potenciální energie (tj. změnou prostorového uspořádání nebo skupenství molekul)
Termodynamická interpretace teploty
Z druhé hlavní věty termodynamické vyplývá (tzv. Carnotova věta), že účinnost všech vratných Carnotových cyklů pracujících mezi danými dvěma teplotami 
, je shodná (tedy nezávislá na jiných vnitřních či vnějších parametrech ani pracovní látce) – lze ji zapsat jako funkci pouze těchto teplot 
. Z obecných úvah o vratných Carnotových cyklech pak lze psát:
, kde 
, je teplo přijaté od ohřívače, 
, je teplo odevzdané chladiči, 
nějaká funkce obecné teploty.
Funkci nazval Kelvin termodynamickou teplotou a namísto závislosti na obecné teplotě 
ji definoval právě pomocí vztahu pro účinnost přepsaného do tvaru:
.
Poměr dvou termodynamických teplot je rovný poměru tepla odevzdaného chladiči a tepla přijatého od ohřívače při vratném Carnotově cyklu pracujícím mezi těmito dvěma teplotami. Pomocí dvou bodů lze takto definovat celou termodynamickou teplotní stupnici. Jeden z bodů – nulová termodynamická teplota – je dán implicitně jako teplota chladiče, při které má vratný Carnotův cyklus účinnost 100%; tato teplota je však podle třetí hlavní věty termodynamické nedosažitelná.
Definice teploty pomocí statistické fyziky
Ve statistické fyzice se při definici pojmu teploty vychází z pojmu možných rozlišitelných mikrostavů, kterými lze realizovat daný pozorovaný makroskopický stav.
Boltzmann (r. 1896) zkoumal možné analogie statistických veličin s termodynamickými a odvodil statistickou definici absolutní teploty:
, kde
- je Boltzmanova konstanta [J/K]
-
je hmotnost molekuly
-
je vnitřní energie látky
Měření teploty
Problematika měření teploty je zpracována v samostatných článcích:
Související články
-
Trojný bod vody
- Bolometr
- Teploměr
- Pyrometr
- Historie měření teploty
- Měření teploty
- Bezkontaktní měření teploty
- Teplotní stupnice
- Teplo
- Kinetická teorie látek
