I.- Co to jest temperatura ?
Temperatura jest to skalarna wielkość fizyczna, charakteryzująca stan równowagi termodynamicznej układu makroskopowego. Zgodnie z zerową zasadą termodynamiki, każdemu stanowi równowagi układu fizycznego można przyporządkować pewną wielkość o takiej własności, że dwa ciała znajdują się w stanie równowagi termicznej wtedy i tylko wtedy, gdy ich temperatury są sobie równe.
temperatura – skalarna wielkość fizyczna, jeden z parametrów określających stan układu termodynamicznego; jest miarą średniej energii kinetycznej chaotycznego ruchu cząsteczek (atomów) danego układu (ciała); jednostką temperatury w układzie SI jest kelvin (1°K)
II.- Skale temperaturowe
Skale temperatur są to zbiory wartości temperatur uporządkowanych w taki sposób, że każdej temperaturze (pojętej jako określony stan cieplny) przyporządkowana jest określona wartość wyrażona iloczynem wartości liczbowej i jednostki temperatury przyjętej w danej skali. Zdefiniowanie skali temperatur wymaga:
1) Przyjęcia co najmniej jednej temperatury jako punktu podstawowego skali i przyporządkowanie tej temperaturze określonej wartości;
2) Określenia przyjętej jednostki temperaturowej;
Za punkty podstawowe skali temperatur przyjmuje się najczęściej temperatury równowagi międzyfazowej układów jednoskładnikowych (np. temperatury wrzenia, krzepnięcia, topnienia lub punktów potrójnych substancji czystych). Najczęściej wybiera się punkty i substancje odznaczające się dużą odtwarzalnością i niezmiennością. Na przykład temperatura punktu potrójnego wody (273,16 °K = 0 °C) czy temperatura wrzenia wody (100 °C) pod ciśnieniem 101325 N/m3 (1 atmosfery fiz.)
Ponieważ temperatura należy do wartości, które mierzymy metodą pośrednią – mierząc inne wielkości zależne od temperatury, określenie jednostki temperaturowej wynika z przyjętej zależności pomiędzy wybraną własnością określonego ciała i temperaturą. Ciało takie nazywamy ciałem termometrycznym, a własność – własnością termometryczną. Tą ostatnią może być na przykład objętość określonej masy rtęci, ciśnienie określonej masy rzeczywistego gazu przy stałej objętości, opór elektryczny czujnika platynowego itd. W najprostszym ujęciu zależność pomiędzy temperaturą a wartością termometryczną przedstawia się liniowo. Teoretycznie możliwe jest istnienie nieskończonej ilości skal temperatur ze względu na dowolność w wyborze substancji termometrycznych i przyjmowanych punktów podstawowych skali. Do najważniejszych skal temperatur stosowanych obecnie należą: skala Kelvina, Celsjusza, Fahrenheita oraz mniej znane lub nie stosowane już skale: Rankine’a, Réaumura oraz Międzynarodowa Praktyczna Skala Temperatur.
1) Skala Kelvina – jest podstawową jednostką temperatury układu SI, powstała przez przyporządkowanie punktowi potrójnemu wody wartości równej 273,16 K. Za wartość zerową tej skali przyjęto temperaturę zera absolutnego. Jednostką temperatury w tej skali jest kelwin (1K). Wartość T° dobrano w taki sposób aby między wartością temperatury Tk w skali Kelvina a wartością temperatury tc w skali Celcjusza zachodził związek.
Tc = Tk – 273,15 Tk = Tc + 273,15
2) Skala Celsjusza – jest oparta na dwóch punktach stałych: 0°C – temperaturze topnienia lodu przy ciśnieniu normalnym i 100°C – temperaturze wrzenia wody przy ciśnieniu j.w. Jednostką temperatury w tej skali jest jeden stopień Celsjusza (1°C). Początkowo skala Celsjusza była określana na podstawie cieplnych zmian objętości rtęci, następnie po wielu udoskonaleniach przekształcono ją w Międzynarodową Praktyczną Skalę Temperatur.
3) Skala Fahrenheita – była początkowo oparta na dwóch punktach stałych: 0°F – temperatura topnienia mieszaniny śniegu i salmiaku) i 100°F, będącej naturalną temperaturą ciała ludzkiego. Obecnie skalę Fahrenheita definiuje się przez przyporządkowanie 0°C wartości 32°F oraz 100°C – 212°F. Jednostką temperatury w tej skali jest jeden stopień Fahrenheita. Związek pomiędzy temperaturą w skali Celsjusza i Fahrenheita ma postać:
Tf = 32 + Tc Tc = (Tf – 32)
4) Skala Réaumura – powstała przez przyporządkowanie temperaturze 0°C wartości 0°R,
a temperaturze 100°C wartości 80°R. Jednostką w tej skali jest jeden stopień Reumera. Skala ta nie jest obecnie stosowana.
Tr = Tc Tc = Tr
5) Skala Rankine’a – powstała przez przyporządkowanie punktowi potrójnemu wody wartości 491,688°Rank. Jednostką temperatury w tej skali jest jeden stopień Rankine’a. Pomiędzy wartością w skali Rankine’a a wartością w skali Fahrenheita zachodzi związek:
Trank = Tf + 459,67
6) Międzynarodowa Praktyczna Skala Temperatur – zamiennie skala Kelvina i Celsjusza.
III.- Źródła
1.- Ilustrowana Encyklopedia dla Wszystkich “Fizyka”, Warszawa, WNT, 1985/87/91
2.- Encyklopedia Fizyki, Warszawa, PWM, 1974
3.- Eric M. Rogers, Fizyka dla dociekliwych cz. III, Warszawa, PWN, 1986