Температура и абсолютная шкала Кельвина

Что такое температура

Температура — это физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. С точки зрения молекулярно-кинетической теории температура является мерой средней кинетической энергии хаотического теплового движения молекул вещества. Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура тела.

Связь между средней кинетической энергией поступательного движения молекул и температурой выражается формулой:

Здесь k — постоянная Больцмана, равная k = 1,38*10^-23 Дж/К, а T — абсолютная температура. Из этой формулы видно, что температура напрямую определяется энергией движения молекул.

Температурные шкалы

В быту используется шкала Цельсия, где за нуль принята температура таяния льда, а за 100 градусов — температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении. В физике для расчётов применяют абсолютную шкалу Кельвина, которую ввёл английский учёный Уильям Томсон (лорд Кельвин).

Абсолютный нуль

Нуль шкалы Кельвина называют абсолютным нулём. Это самая низкая возможная температура, при которой тепловое движение молекул практически прекращается. Абсолютный нуль соответствует -273 °С (точнее, −273,15 °С). Достичь абсолютного нуля невозможно, к нему можно только приближаться.

Перевод между шкалами

Формулы перевода очень просты:

Здесь T — температура в кельвинах, t — в градусах Цельсия. Цена деления у обеих шкал одинакова, поэтому изменение температуры на один кельвин равно изменению на один градус Цельсия. Это значит, что разности температур в обеих шкалах совпадают.

Разбор примера

Температура воздуха равна 27 °С. Переведём её в кельвины.

Почему нужна абсолютная шкала

Абсолютная шкала удобна тем, что в ней температура прямо пропорциональна средней энергии молекул: при нуле кельвинов энергия движения молекул минимальна. В шкале Цельсия такого простого смысла у нуля нет — это лишь точка таяния льда. Поэтому во всех физических законах, где температура входит как множитель, например в газовых законах, используют именно кельвины. Один и тот же интервал в один градус Цельсия и в один кельвин обозначает одинаковое изменение нагретости.

Частые ошибки. Не пишите «градусы Кельвина» — правильно говорить просто «кельвины», без слова «градус». При расчётах в газовых законах и уравнении состояния всегда используют абсолютную температуру, иначе формулы дадут неверный результат, особенно вблизи нуля по Цельсию, где относительная ошибка очень велика.

Кратко о главном

• Температура — мера средней кинетической энергии молекул.
• Абсолютный нуль (0 К) равен −273 °С, ниже него температуры не бывает.
• Перевод: T = t + 273.
• В физических формулах используют температуру по Кельвину.