Termodinamik harorat

Termodinamik harorat () yoki mutlaq harorat () — jismlar (tizimlar) oʻrtasida oʻz-oʻzidan issiqlik uzatish yoʻnalishini tavsiflovchi termodinamik tizim holatining yagona funktsiyasi   .

Termodinamik harorat  harfi bilan belgilanadi , kelvin bilan oʻlchanadi (K harfi belgilangan) va mutlaq termodinamik shkalada (Kelvin shkalasi) oʻlchanadi. Absolyut termodinamik harorat fizikada va termodinamika tenglamalarida asosiy shkala (oʻlchov) hisoblanadi.

Molekulyar kinetik nazariya, oʻz navbatida, mutlaq haroratni termodinamik muvozanat holatidagi ideal gaz molekulalarining harakatining oʻrtacha kinetik energiyasi bilan bogʻlaydi:

 

Bu yerda  ─ molekulaning massasi,  ─ molekulalarning harakatining oʻrtacha kvadrat tezligi,  ─ mutlaq harorat,  ─ Boltsman doimiysi.

Tarixi 
Haroratni oʻlchash ishlari rivojlanishida uzoq va qiyin yoʻlni bosib oʻtdi. Haroratni toʻgʻridan-toʻgʻri oʻlchash mumkin emasligi sababli, uni oʻlchash uchun funktsional ravishda haroratga bogʻliq boʻlgan termometrik jismlarning xususiyatlari ishlatilgan. Shu asosda empirik deb nomlangan turli xil harorat shkalalari ishlab chiqilgan va ularning yordami bilan oʻlchangan harorat empirik deb ataladi. Empirik oʻlchovlarning muhim kamchiliklari ularning uzluksizligi va turli xil termometr jismlari uchun harorat qiymatlari oʻrtasida tafovut bor: mos yozuvlar nuqtalari oʻrtasida ham, ulardan tashqarida ham. Empirik shkalalarning uzluksizligi tabiatda mumkin boʻlgan haroratning barcha diapazonida oʻz xususiyatlarini saqlab qolishga qodir boʻlgan moddaning yoʻqligi bilan bogʻliq. 1848 -yilda Tomson (Lord Kelvin) harorat shkalasini shunday tanlashni taklif qildiki, uning chegaralarida ideal issiqlik dvigatelining samaradorligi bir xil boʻladi. Keyinchalik, 1854 -yilda u termometrik jismlarning xususiyatlariga bogʻliq boʻlmagan termodinamik shkalani qurish uchun teskari Karno funktsiyasidan foydalanishni taklif qildi. Biroq, bu gʻoyani amalga oshirish imkonsiz boʻlib chiqdi. 19-asrning boshlarida haroratni oʻlchash uchun „mutlaq“ asbobni qidirib, ular yana Gay-Lyussak va Charlz qonunlariga asoslangan ideal gaz termometri gʻoyasiga qaytishdi. Gaz termometri uzoq vaqt davomida mutlaq haroratni takrorlashning yagona usuli edi. Mutlaq harorat shkalasini koʻpaytirishning yangi yoʻnalishlari kontaktsiz termometriyada Stefan-Boltsmann tenglamasidan va kontaktli termometriyada Garri Nyquist tenglamasidan foydalanishga asoslangan .

Termodinamik harorat shkalasini qurish uchun fizik asoslar 
1. Termodinamik harorat shkalasi, asosan , Karno teoremasi asosida tuzilishi mumkin, bu ideal issiqlik dvigatelining samaradorligi ishchi suyuqlikning tabiatiga va dvigatel konstruktsiyasiga bogʻliq emas va faqat isitgich va sovutgich haroratiga bogʻliq.

 

Bu yerda  — isitgichdan ishchi jismga (ideal gaz) berilgan issiqlik miqdori;  — ishchi jismdan sovutgichga berilgan issiqlik miqdori;  mos ravishda isitgich va sovutgichning haroratlari.

Yuqoridagi tenglamadan quyidagi munosabat kelib chiqadi :

 

Bu munosabat mutlaq termodinamik haroratni qurish uchun ishlatilishi mumkin. Karno siklining izotermik jarayonlaridan biri boʻlsa  suvning uch nuqtasi haroratida  da oʻrnatilgan. Har qanday boshqa harorat  formula bilan aniqlanadi  . Shunday qilib belgilangan harorat shkalasi Kelvin termodinamik shkalasi deb ataladi. Afsuski, issiqlik miqdorini oʻlchashning aniqligi yuqori emas, bu yuqoridagi usulni amalga oshirishga imkon bermaydi.

2. Mutlaq harorat shkalasini termometrik jism sifatida ideal gaz yordamida qurish mumkin. Haqiqatan ham, bu munosabat Klapeyron tenglamasidan kelib chiqadi

 

Agar siz xossalari boʻyicha idealga yaqin boʻlgan, doimiy hajmli germetik idishda joylashgan gazning bosimini oʻlchasangiz, u holda siz ideal gaz shkalasi deb ataladigan harorat shkalasini oʻrnatishingiz mumkin. Ushbu shkalaning afzalligi shundaki,  da ideal gazning bosimi harorat bilan chiziqli bogʻlangan. Hatto juda siyrak gazlar ham oʻz xususiyatlariga koʻra ideal gazdan bir oz farq qilganligi sababli, ideal gaz shkalasini amalga oshirishda muayyan qiyinchiliklar bor.

3. Termodinamikaga oid turli darsliklarda ideal gaz shkalasida o‘lchangan harorat termodinamik haroratga to‘g‘ri kelishi haqida dalillar keltirilgan. Ammo shuni taʼkidlash kerakki, termodinamik va ideal gaz shkalalari son jihatdan mutlaqo bir xil boʻlishiga qaramay, ular oʻrtasida sifat nuqtai nazaridan tubdan farq bor. Faqat termodinamik shkala termometrik moddaning xususiyatlaridan mutlaqo mustaqildir.

4. Yuqorida aytib oʻtilganidek, termodinamik shkalani, shuningdek, ideal gaz shkalasini aniq takrorlash jiddiy qiyinchiliklar bilan bogʻliq. Birinchi holda, ideal issiqlik dvigatelining izotermik jarayonlarida yetkazib beriladigan va chiqariladigan issiqlik miqdorini aniqlik bilan oʻlchash kerak. Bunday turdagi oʻlchovlar aniq emas. Termodinamik (ideal-gaz) harorat shkalasini 10 K dan 1337 K gacha oraligʻida gaz termometri bilan oʻlchash mumkin. Yuqori haroratlarda rezurvuar devorlari orqali haqiqiy gazning diffuziyasi sezilarli boʻladi va bir necha ming daraja haroratda koʻp atomli gazlar atomlarga parchalanadi. Bundan ham yuqori haroratlarda haqiqiy gazlar ionlanadi va plazmaga aylanadi va Klapeyron tenglamasiga boʻysunmaydi. Past bosimli geliy bilan toʻldirilgan gaz termometri bilan oʻlchash mumkin boʻlgan eng past harorat 1K ga teng. Gaz termometrlarining imkoniyatlaridan tashqari haroratni oʻlchash uchun maxsus oʻlchash usullari qoʻllaniladi. Batafsil maʼlumot uchun qarang Termometriya .

Adabiyotlarlar

Manbalar 

Harorat