Thang đo nhiệt độ
Đã giới thiệu| English | Ý nghĩa |
|---|---|
| thermometer/θɜːˈmɒmɪtə/ | nhiệt kế |
| thermocouple/ˈθɜːməkʌpl/ | cặp nhiệt điện |
| thermodynamic/ˌθɜːməʊdaɪˈnæmɪk/ | nhiệt động lực học |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | kelvin |
| absolute zero/ˈæbsəluːt ˈzɪərəʊ/ | không tuyệt đối |
| Celsius/ˈselsɪəs/ | Celsius |
Nhiệt kế hoạt động như thế nào
- Nhiệt kế cần một thứ gì đó thay đổi theo nhiệt độ.
- Chất lỏng giãn nở, điện trở kim loại tăng, khí nở ra.
- Đọc sự thay đổi đó là đọc được nhiệt độ.
Phòng thí nghiệm thang đo nhiệt độ
Chỉ số Kelvin = Chỉ số Celsius + 2.73
Trượt nhiệt độ Celsius và xem thang Kelvin dịch chuyển 273.
Các loại nhiệt kế
- Bất cứ thứ gì thay đổi lặp lại theo nhiệt độ đều hoạt động:
- sự giãn nở của chất lỏng, điện trở của kim loại, e.m.f. của cặp nhiệt điện, thể tích của khí.
Nhiệt kế đo nhiệt độ trên thang đo xác định
Chọn tất cả các tính chất có thể dùng để đo nhiệt độ.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Bất kỳ tính chất nào thay đổi lặp lại theo nhiệt độ đều hoạt động. Màu cố định của vỏ không hoạt động.
Thang tuyệt đối
- Thang nhiệt động học (tuyệt đối) sử dụng kelvin (K) và không phụ thuộc vào một chất cụ thể nào.
- Nhiệt độ tuyệt đối ($0\ \text{K}$) là nhiệt độ thấp nhất có thể — năng lượng nội tại ít nhất. Không có thứ gì lạnh hơn.
Độ tuyệt đối không (0 K) là:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Ở 0 K, một hệ có nội năng ít nhất có thể; không gì có thể làm lạnh hơn nữa.
Kelvin và Celsius
- $T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273.15$. Vậy $0\ °\text{C} = 273\ \text{K}$.
- Một độ Kelvin và một độ Celsius có kích thước bằng nhau, nên một sự thay đổi $1\ \text{K} = 1\ °\text{C}$.
- Luôn dùng kelvin trong các tính toán định luật khí.
Ngoại suy đường thẳng áp suất-nhiệt độ ngược về áp suất bằng 0 cho ra nhiệt độ tuyệt đối, khoảng -273 degC
$27\ °\text{C}$ là bao nhiêu trong kelvin?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273 = 27 + 273 = 300\ \text{K}$.
Sự gia tăng nhiệt độ 1 K giống hệt như sự gia tăng 1 °C.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Hai thang đo có cùng kích thước độ — chỉ điểm zero của chúng khác nhau (bằng 273.15).
Trong tính toán các định luật khí, nhiệt độ phải ở đơn vị:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Các định luật khí sử dụng nhiệt độ tuyệt đối — kelvin. Sử dụng °C sẽ cho kết quả sai.
Nhiệt độ là 27 độ Celsius. Nhiệt độ đó bằng bao nhiêu kelvin?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
T = 27 + 273 = 300 K. Tuy nhiên, sự CHỆNH NHIỆT ĐỘ thì có cùng giá trị trên cả hai thang đo: mức tăng 27 C chính là mức tăng 27 K.
Tại sao thang nhiệt động học đặc biệt
- Nó không phụ thuộc vào tính chất của bất kỳ chất cụ thể nào — nó được định nghĩa từ hành vi của khí lý tưởng, với nhiệt độ tuyệt đối và điểm ba pha của nước làm điểm cố định.
- Nhiệt kế chất lỏng trong thủy tinh giả định chất lỏng của nó giãn nở đều theo nhiệt độ. Điều đó chỉ đúng xấp xỉ, nên nó khớp chính xác với thang nhiệt động học chỉ tại các điểm đã hiệu chuẩn.
- Đó là câu hỏi trong đề thi "giải thích tại sao nhiệt kế thủy tinh không đo được nhiệt độ động lực học".
Điều gì làm cho thang đo nhiệt động lực học trở nên đặc biệt? Chọn tất cả các đáp án đúng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Đơn vị chỉ là hệ quả, không phải là đặc điểm xác định. Thang đo của nhiệt kế thủy ngân phụ thuộc vào cách thủy ngân giãn nở; còn thang đo này lại không dựa vào điều đó chút nào.
Chọn loại nhiệt kế
- Kháng điện bạch kim: điện trở thay đổi tuyến tính và lặp lại theo nhiệt độ trên một khoảng rộng — rất chính xác. Tuy nhiên, nó có dung lượng nhiệt lớn, nên chậm và không thể theo dõi nhiệt độ biến đổi nhanh.
- Cặp nhiệt điện: hai mối nối kim loại tạo ra suất điện động; nhỏ gọn, nhanh, dải đo rộng, đo tại một điểm — lý tưởng cho nhiệt độ đang biến đổi.
- Thủy tinh chứa chất lỏng: giá rẻ và đơn giản; dải đo hạn chế, chậm, và chỉ đọc được tại nơi bóng đèn nhiệt kế đặt.
Ghép nối mỗi nhiệt kế với đặc điểm chính của nó.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Dung lượng nhiệt lớn khiến nhiệt kế điện trở chính xác nhưng phản ứng chậm; nút nối của cặp nhiệt điện rất nhỏ nên phản ứng nhanh; thang đo tuyệt đối được định nghĩa từ hành vi khí lý tưởng, không phải từ vật liệu.
Ghép nối mỗi nhiệt kế với tính chất mà nó sử dụng.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Cặp nhiệt điện có dung lượng nhiệt nhỏ và phản ứng nhanh, đó là lý do nó được chọn để đo nhiệt độ thay đổi nhanh.
Ví dụ minh họa: tìm nhiệt độ tuyệt đối, sau đó chuyển đổi
Một lượng khí cố định có áp suất $100\ \text{kPa}$ ở $0\ °\text{C}$ và $136.6\ \text{kPa}$ ở $100\ °\text{C}$. Sau đó: khí được làm nóng từ $27\ °\text{C}$ đến $742\ °\text{C}$.
- Độ dốc: $\dfrac{136.6 - 100}{100} = 0.366\ \dfrac{\text{kPa}}{°\text{C}}$; áp suất là đường thẳng theo nhiệt độ.
- Kéo dài về phía áp suất bằng 0: $\theta = -\dfrac{100}{0.366} = -273\ °\text{C}$ — nhiệt độ tuyệt đối.
- Chuyển đổi: $27\ °\text{C} = 300\ \text{K}$; $742\ °\text{C} = 1015\ \text{K}$.
- Sự thay đổi nhiệt độ: $742 - 27 = 715\ °\text{C} = 715\ \text{K}$ — một chênh lệch như nhau trên cả hai thang đo.
- Kiểm tra: nhiệt độ tuyệt đối là nơi áp suất của khí lý tưởng sẽ giảm xuống bằng 0; khí đã hóa lỏng từ lâu trước đó, do đó điểm này được tìm thấy bằng cách kéo dài, không phải bằng cách làm lạnh.
Một khí được gia nhiệt từ $20\ °\text{C}$ đến $95\ °\text{C}$. Sự thay đổi nhiệt độ là bao nhiêu, tính theo K?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
Sự thay đổi có cùng giá trị trên cả hai thang đo: $95 - 20 = 75\ °\text{C} = 75\ \text{K}$. Việc cộng thêm 273 ở đây sẽ là sai lầm.
Thêm $273$ để chuyển đổi nhiệt độ sang Kelvin, nhưng một sự chênh lệch nhiệt độ là cùng một giá trị trên cả hai thang đo — đừng cộng $273$ vào một $\Delta T$. Nhiệt độ Kelvin không bao giờ âm. Và nhiệt độ tuyệt đối là nhiệt độ có năng lượng nội thấp nhất, không phải năng lượng bằng 0 — "các phân tử dừng chuyển động" không phải là câu trả lời được chấp nhận.
Điểm tuyệt đối là nhiệt độ mà tại đó một chất có năng lượng nội bộ ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
Không phải năng lượng bằng 0 — mà là mức tối thiểu có thể. Đó là lý do câu nói "các phân tử ngừng chuyển động" không được chấp nhận.
Bạn đã nắm vững
- nhiệt kế sử dụng bất kỳ tính chất nào thay đổi lặp lại theo nhiệt độ; thang đo động lực học dựa vào không có chất nào cụ thể
- nhiệt độ tuyệt đối $= 0\ \text{K} = -273.15\ °\text{C}$, nhiệt độ thấp nhất có thể (năng lượng nội tối thiểu)
- $T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273$; một sự chênh lệch như nhau trong K và °C; hãy dùng kelvin trong các định luật khí