Nhiệt độ
Phân loại thang đo > Thang đo lý thuyết > Quy mô cơ học thống kê vi mô

Trong vật lý, thang đo nhiệt độ thông thường được quốc tế đồng ý được gọi là thang Kelvin. Nó được hiệu chuẩn thông qua giá trị được quốc tế đồng ý và quy định của hằng số Boltzmann, đề cập đến chuyển động của các hạt cực nhỏ, chẳng hạn như nguyên tử, phân tử và electron, thành phần trong cơ thể có nhiệt độ cần đo. Ngược lại với thang nhiệt độ nhiệt động lực học do Kelvin phát minh, nhiệt độ Kelvin thông thường hiện nay không được xác định thông qua việc so sánh với nhiệt độ của trạng thái chuẩn của vật chuẩn, cũng như nhiệt động lực học vĩ mô.
Ngoài nhiệt độ không tuyệt đối, nhiệt độ Kelvin của một vật thể ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học bên trong được xác định bằng các phép đo về các tính chất vật lý được lựa chọn phù hợp của nó, chẳng hạn như đã biết chính xác lý thuyết giải thích về hằng số Boltzmann. Hằng số đó đề cập đến các loại chuyển động được chọn của các hạt cực nhỏ trong cấu tạo của cơ thể. Trong các loại chuyển động đó, các hạt chuyển động riêng lẻ, không có sự tương tác lẫn nhau. Các chuyển động như vậy thường bị gián đoạn do va chạm giữa các hạt, nhưng đối với phép đo nhiệt độ, các chuyển động được chọn sao cho giữa các va chạm, các đoạn không tương tác của quỹ đạo của chúng được biết là có thể đo được chính xác. Vì mục đích này, thế năng giữa các hạt bị bỏ qua.
Trong khí lý tưởng, và trong các vật thể hiểu theo lý thuyết khác, nhiệt độ Kelvin được định nghĩa là tỷ lệ thuận với động năng trung bình của các hạt vi mô chuyển động không tương tác, có thể được đo bằng các kỹ thuật thích hợp. Hằng số tỷ lệ là bội số đơn giản của hằng số Boltzmann. Nếu các phân tử, nguyên tử hoặc điện tử, được phát ra từ một vật liệu và vận tốc của chúng được đo, thì phổ vận tốc của chúng thường gần như tuân theo một định luật lý thuyết được gọi là phân bố Maxwell – Boltzmann, một phép đo có cơ sở. nhiệt độ mà luật áp dụng. Vẫn chưa có thí nghiệm thành công nào thuộc loại tương tự sử dụng trực tiếp phân bố Fermi – Dirac để đo nhiệt, nhưng có lẽ điều đó sẽ đạt được trong tương lai.
Tốc độ âm thanh trong chất khí có thể được tính theo lý thuyết từ đặc điểm phân tử của chất khí, từ nhiệt độ và áp suất của nó, và từ giá trị của hằng số Boltzmann. Đối với một chất khí có đặc tính phân tử và áp suất đã biết, điều này cung cấp mối quan hệ giữa nhiệt độ và hằng số Boltzmann. Những đại lượng đó có thể được biết hoặc đo lường chính xác hơn những biến nhiệt động lực học có thể xác định trạng thái của một mẫu nước tại điểm ba của nó. Do đó, lấy giá trị của hằng số Boltzmann làm tham chiếu chủ yếu được xác định của giá trị được xác định chính xác, phép đo tốc độ âm thanh có thể cung cấp một phép đo chính xác hơn về nhiệt độ của chất khí.
Phép đo phổ bức xạ điện từ từ vật đen ba chiều lý tưởng có thể cung cấp phép đo nhiệt độ chính xác vì tần số bức xạ phổ cực đại của bức xạ vật đen tỷ lệ thuận với nhiệt độ của vật đen; đây được gọi là định luật dịch chuyển Wien và có giải thích lý thuyết trong định luật Planck và định luật Bose – Einstein.
Phép đo phổ công suất nhiễu do một điện trở điện tạo ra cũng có thể cung cấp phép đo nhiệt độ chính xác. Điện trở có hai đầu cuối và thực chất là phần thân một chiều. Định luật Bose-Einstein cho trường hợp này chỉ ra rằng công suất nhiễu tỷ lệ thuận với nhiệt độ của điện trở và giá trị của điện trở và độ rộng dải nhiễu. Trong một dải tần nhất định, công suất nhiễu có đóng góp bằng nhau từ mọi tần số và được gọi là nhiễu Johnson. Nếu biết giá trị của điện trở thì nhiệt độ có thể được tìm thấy.