Hőmérséklet

A hőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó. Változása szorosan összefügg az anyag más makroszkopikus tulajdonságainak változásával. E jellemzőt az ember elsősorban tapintás útján, a hőérzettel észleli, másodsorban hőmérő segítségével. A hőtan, más néven termodinamika tudományának egyik alapfogalma, intenzív mennyiség, tehát nem additív, két test között hőáramlással kiegyenlítődésre törekszik. A hőmérőkben található folyadék - legtöbbször higany vagy etanol - folyadékszintje a hőmérséklet-változás hatására végbemenő hőtágulás miatt változik. Fizikai szempontból a termodinamikai hőmérséklet az anyagot felépítő részecskék átlagos mozgási energiájával kapcsolatos mennyiség. A részecskék egy szabadsági fokra (például egy kitüntetett irányú mozgásra) jutó mozgási energiájának hosszabb időtávon mért átlaga T hőmérsékleten kT, ahol k a Boltzmann-állandó. Hangsúlyozzuk tehát, hogy a hőmérséklet egy olyan fizikai mennyiség, amit meghatározásakor arányosnak választottak az anyagrészecskék mozgási energiájával, és a Boltzmann-állandó a választott skáláink miatt lesz adott értékű. Látszik, hogy a hőmérséklet statisztikus fogalom, ilyen szempontú leírása a statisztikus fizika témakörébe tartozik.

A hőmérséklet mértékegységei

Kelvin-skála 
 A mértékegység Lord Kelvin nevét viseli. Az elnevezést a tudós iránti tiszteletből 1954-ben a 10. CGPM határozta meg. Történelmileg megelőzi a Celsius-fok, de hivatalos meghatározása szempontjából elsődleges.
A kelvin SI-alapegység. A kelvinben és a Celsius-fokban mért hőmérséklet-különbség számértéke azonos.
A Kelvin-skála a Celsius-fokhoz képest 273,15 fokkal el van tolva. 0 K egyenlő az abszolút nulla fokkal (-273,15 °C), ahol a részecskék hőenergiája nullára csökken. Tudományos és mérnöki számításokban használják.

Celsius-skála 

Bevezetője Anders Celsius.

A legelterjedtebb hőmérsékleti skála a hétköznapi életben, az európai kontinensen.

Ezen a skálán légköri nyomás mellett az olvadó jég hőmérséklete jelenti a 0° értéket, a forrásban levő víz hőmérséklete pedig a 100°. Egysége tehát ezen intervallum -ad része. Mértékegysége: °C (Celsius-fok).

A mértékegységeket a hozzá tartozó fizikai mennyiség jelével is megkülönböztetik. Így a t betű a Celsius-fokban, a T betű a kelvinben megadott hőmérsékletre utal. Azonban nem összetévesztendő az idő t-jével. Ha például a környezeti hőmérsékletet kell az idő függvényében ábrázolni, célszerű azt nagy T-vel jelölni.

Fahrenheit-skála 
Bevezetője Daniel Gabriel Fahrenheit.

Az 1700-as évektől széles körben használják, napjainkban főképp az amerikai kontinensen.

A Fahrenheit-skála nullpontja az általa kísérleti úton előállított legjobban lehűlő sós oldat fagyáspontja, a másik alappontja az emberi test hőmérséklete volt, amely hőtartományt az oszthatóság kedvéért 96 egységre bontotta (így a víz fagyáspontja épp 32 °F). Mértékegysége: °F (Fahrenheit-fok) Nagy előnye a Celsius és Kelvin skálákhoz képest, hogy ennek tartománya fedi le a legjobban a hétköznapi életet. 100 °C-on a legtöbb élőlény elpusztul, és 0 Kelvin körül is megszűnik az élet. A Fahrenheit értékei a kettő között helyezkednek el.

Rankine-skála 
Bevezetője William John Macquorn Rankine.

A ritkán használt Rankine-skála ugyanakkora egységeket használ, mint a Fahrenheit, de a nullpontja az abszolút nullánál van.
Mértékegysége: °R (Rankine-fok)

Réaumur-skála 

Bevezetője René Antoine Ferchault de Réaumur.

A Réaumur-skálának már csak történeti jelentősége van. Az alkotója a víz fagyáspontját adta meg nulla foknak, míg a forráspontját 80 foknak.
Az egység nevét René Antoine Ferhault de Réaumur francia természettudós tiszteletére választották.

A skálák összehasonlítása

Átszámítás a különböző hőmérsékleti skálák között

Fahrenheit-fokra áttérés a Celsius-fokról: 

Kelvinre áttérés a Celsius-fokról:

Celsius-fokra áttérés a Fahrenheit-fokról:

A hideg–meleg fogalma 
A hideg és meleg a tudományban a környezethez viszonyított hőmérsékletet jelenti. Előjelét a hőáramlás iránya fejezi ki. Tehát hideg az az anyag, amely felé hőáramlást észlelünk; míg a meleg dolgokból kifelé észlelünk hőáramot. Az a hely, ahol bármely általunk vizsgált térbe hő áramlik be, pozitív forrásnak nevezzük.

A fiziológia szempontjából a természetes hőszabályzás által fenntartott normális testhőmérsékletet nevezik "meleg"-nek, vagyis ami ideális az adott melegvérű (homeoterm) élőlény életműködéseihez. Azt a jelenséget, amikor a szervezet képtelen az állandó testhőmérséklet fenntartására, és az jelentősen a normális érték fölé emelkedik, hipertermiának nevezik. Ennek ellentéte a testhő normális érték alá történő csökkenése, a hipotermia.

Az élőlényeknél a hőmérséklet-érzékelés az alapvető érzékszervek közé tartozik.

Negatív hőmérséklet 
A termodinamika harmadik főtétele az entrópia határértékét a következőképpen rögzíti: a termodinamikai rendszerek entrópiája véges pozitív érték felé, az entrópia hőmérséklet szerinti deriváltja pedig a zéró felé tart akkor, amikor a rendszer hőmérséklete az abszolút nulla érték felé közelít. Ennek értelmében a Kelvin-skála a pozitív oldaláról haladva a 0 K irányába az tetszőlegesen megközelíthető, de el nem érhető. Léteznek azonban olyan elszigetelt, mikroszkopikus - tehát klasszikus termodinamikai értelemben nem vizsgálható - rendszerek, melyekben a részecskék eloszlásából, mikroszkopikus tulajdonságaiból visszakövetkeztethetünk a rendszer hőmérsékletére, ami az általánostól eltérő, fordított eloszlás esetén lehet negatív kelvin hőmérsékletű.

Kelvini szemléletben, negatív hőmérsékletű az a zártabb eseményhorizontú – kifele–befele ható – egyensúlyi rendszer, amely elvonja az energiát a kevésbé zárt eseményhorizontú rendszertől, amely ez esetben a pozitív értékű és egy nála is nyitottabb rendszer szempontjából negatív értékű. Ilyen a Nap negatív értéke a Föld viszonylatában, ami pozitív értékű a hidrogén atom szempontjából, amelyet nem képes megtartani a gravitációs légkörében a Föld.

Kapcsolódó szócikkek 

 Hőveszteség
 Elektromos hőmérsékletmérés

Megjegyzések

Hivatkozások

További információk 

 Hőmérséklet mértékegység átszámítás online
 https://web.archive.org/web/20050109062412/http://www.ddkkk.pte.hu/alkfiz/konyvtar/hotan/1/h1_ea.htm 
 Magyarország pillanatnyi hőtérképe

Termodinamikai állapotjelzők
Statisztikus fizika