קניי טמפרטורה
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| thermometer/θɜːˈmɒmɪtə/ | מדחום |
| thermocouple/ˈθɜːməkʌpl/ | תרמו-זוג |
| thermodynamic/ˌθɜːməʊdaɪˈnæmɪk/ | תרמודינמי |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | קלווין |
| absolute zero/ˈæbsəluːt ˈzɪərəʊ/ | אפס מוחלט |
| Celsius/ˈselsɪəs/ | צלזיוס |
כיצד מדחום עובד
- לדחום יש צורך בדבר מה ש-מתעצב עם הטמפרטורה.
- נוזל מתפשט, התנגדות של מתכת עולה, גז מתנפח.
- קראו את השינוי הזה ותקראו את הטמפרטורה.
מעבדה לקניי טמפרטורה
מדד קלווין = מדד צלזיוס + 2.73
הזז את קניי טמפרטורת הצלזיוס וראה כיצד קנה קלווין משתנה ב-273.
סוגי מדחומים
- כל דבר שמתעצב באופן חוזר עם הטמפרטורה עובד:
- התפשטות של נוזל, התנגדות של מתכת, e.m.f. של תרמוזוגה, נפח של גז.
מדחום מודד טמפרטורה על סולם מוגדר
בחר את כל התכונות שיכולות לשמש למדידת טמפרטורה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
כל תכונה השתנה באופן חוזר עם הטמפרטורה עובדת. הצבע הקבוע של המארז אינו עובד.
הקנה המוחלטת
- הקנה הטרמודינמי (מוחלט) משתמש ב-קלווין (K) ואינו תלוי בחומר ספציפי.
- אפס מוחלט ($0\ \text{K}$) הוא הטמפרטורה הנמוכה האפשרית ביותר — כמות האנרגיה הפנימית הכי קטנה. אין דבר קר יותר.
אפס מוחלט (0 K) הוא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
על 0 K, למערכת יש את אנרגיית הפנים המינימלית האפשרית; אין דבר שקר יותר.
קלווין וצלזיוס
- $T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273.15$. לכן $0\ °\text{C} = 273\ \text{K}$.
- גודל של מעלה קלווין ומעלה צלזיוס הם זהים, ולכן שינוי של $1\ \text{K} = 1\ °\text{C}$.
- יש להשתמש תמיד בקלווין בחישובים הקשורים לחוק הגזים.
החלפת קו הלחץ-טמפרטורה אחורה ללחץ אפול נותנת את אפס מוחלט, בערך -273 מעלות צלזיוס
מהו $27\ °\text{C}$ בקלווין?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273 = 27 + 273 = 300\ \text{K}$.
עלייה בטמפרטורה של 1 K זהה לעלייה של 1 °C.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
לשתי הסקالات גודל מידה זהה — רק נקודות האפס שונות (בפרש של 273.15).
בחשבונות חוק הגזים, הטמפרטורה חייבת להיות ב:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חוקי גזים משתמשים בטמפרטורה מוחלטת — קלווין. שימוש ב-C° נותן תשובות שגויות.
טמפרטורה היא 27 מעלות צלזיוס. מה היא בקלווין?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
T = 27 + 273 = 300 K. עם זאת, הפרש טמפרטורות הוא אותו מספר בשתי הסקالات: עלייה של 27 C היא עלייה של 27 K.
מדוע הקנה הטרמודינמי הוא ייחודי
- הוא אינו תלוי בתכונה של חומר כלשהו — הוא מוגדר על בסיס התנהגותו של גז אידיאלי, עם אפס מוחלט ונקודת המשולשת של מים כנקודות ייחוס.
- מדחום נוזל-בזכוכית מניח שהנוזל שלו מתפשט באופן אחיד עם הטמפרטורה. הדבר נכון רק בקירוב, ולכן הוא תואם את הקנה הטרמודינמי במדויק רק בנקודות שבהן הוא נכוון.
- זוהי השאלה "הסבר מדוע מדחום נוזל-בזכוכית אינו מודד טמפרטורה תרמודינמית" בבחינות.
מה הופך את הסקאלה התרמודינמית למיוחדת? סמן את כל האפשרויות החלופיות.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
היחידה היא תוצאה, לא התכונה המגדירה. סקאלה במדחום כספית תלויה באופן שבו הכסף נוטה להתפשט; זו תלויה בשום דבר מסוג זה.
בחירת מדחום
- התנגדות פלטינה: ההתנגדות משתנה בקווי ובאופן חוזר עם הטמפרטורה בטווח רחב — מאוד מדויק. אך יש לו קיבולת תרמית גדולה, ולכן הוא איטי ואינו מסוגל לעקוב אחר שינויים מהירים בטמפרטורה.
- תורמוזוגל: שני חיבורי מתכת מייצרים כוח חשמלי; קטן, מהיר, בטווח רחב, מודד בנקודה — אידיאלי לשינוי בטמפרטורה.
- נוזל בזכוכית: זול ופשוט; טווח מוגבל, איטי, ומודד רק במקום בו נמצאת הנורה.
התאם כל מדחום לתכונה המרכזית שלו.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
קיבול חום גדול גורם לכך שמדחום ההתנגדות מדויק אך איטי; נקודת החיבור הקטנה של תרמוזוגה מגיבה מהר; הסקאלה המוחלטת מוגדרת מתוך התנהגות גז אידיאלי, לא מחומר.
התאם כל מדחום לתכונה הפיזיקלית שעליה הוא מסתמך.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
לתרמוזוגה יש קיבול חום קטן ומגיבה מהר, ולכן היא נבחרת למדידת טמפרטורות משתנות במהירות.
דוגמה פתורה: מציאת אפס מוחלט, ולאחר מכן המרה
נפח קבוע של גז יש לו לחץ $100\ \text{kPa}$ בטמפרטורת $0\ °\text{C}$ ולחץ $136.6\ \text{kPa}$ בטמפרטורת $100\ °\text{C}$. לאחר מכן: גז מחומם מטמפרטורת $27\ °\text{C}$ לטמפרטורת $742\ °\text{C}$.
- מדרגת שיפוע: $\dfrac{136.6 - 100}{100} = 0.366\ \dfrac{\text{kPa}}{°\text{C}}$; הלחץ הוא קו ישר בטמפרטורה.
- השלכה ללחץ אפס: $\theta = -\dfrac{100}{0.366} = -273\ °\text{C}$ — הטמפרטורה המוחלטת (אפס מוחלט).
- המרה: $27\ °\text{C} = 300\ \text{K}$; $742\ °\text{C} = 1015\ \text{K}$.
- שינוי טמפרטורה: $742 - 27 = 715\ °\text{C} = 715\ \text{K}$ — הפרש טמפרטורות זהה במספרו בשני הקלימות.
- בדיקה: אפס מוחלט הוא הנקודה שבה הלחץ של גז אידיאלי היה צופה לרדת לאפס; הגז היה נוזלי הרבה לפני כן, ולכן הנקודה נמצאת באמצעות השלכה, ולא על ידי קירור.
גז מחומם מ$20\ °\text{C}$ ל$95\ °\text{C}$. מהי השינוי בטמפרטורה, ב-K?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
שינוי זהו אותו מספר בשני הקלימות: $95 - 20 = 75\ °\text{C} = 75\ \text{K}$. הוספת 273 תהיה שגויה כאן.
הוסיפו $273$ כדי להמיר טמפרטורת צלזיוס לקלวิน, אך הפרש טמפרטורות הוא אותו מספר בשני הסקالات — אל תוסיפו $273$ ל-$\Delta T$. טמפרטורת קלวิน לעולם אינה שלילית. ואפס מוחלט הוא הטמפרטורה של אנרגיה פנימית מינימלית, ולא אנרגיה אפסית — "המולקולות מפסיקות לנוע" אינו תשובה מקובלת.
אפס מוחלט הוא הטמפרטורה שבה לחומר יש את אנרגייתו הפנימית ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
לא אפס אנרגיה — המינימום האפשרי. לכן הביטוי "המולקולות מפסיקות לנוע" אינו מתקבל.
הבנתך מושלמת
- מדחום משתמש בכל תכונה השתנה באופן חוזר עם הטמפרטורה; הקלימה התרמודינמית לא תלויה בחומר ספציפי.
- אפס מוחלט $= 0\ \text{K} = -273.15\ °\text{C}$, הטמפרטורה הנמוכה ביותר האפשרית (מינימום אנרגיה פנימית).
- $T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273$; הפרש טמפרטורות זהה ב-K וב-°C; השתמשו בקלווין בחוקי הגזים.