Температура

Температура (от лат. temperatura -надлежащее смешение, соразмерность, нормальное состояние), физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Температура одинакова для всех частей изолированной системы, находящейся в термодинамическом равновесии. Если изолированная система не находится в равновесии, то с течением времени переход энергии (теплопередача) от более нагретых частей системы к менее нагретым приводит к выравниванию Температуры во всей системе (первый постулат, или нулевое начало термодинамики). Температура определяет: распределение образующих систему частиц по уровням энергии и распределение частиц по скоростям; степень ионизации вещества; свойства равновесного электромагнитного излучения тел - спектральную плотность излучения, полную объемную плотность излучения и т. д. Температура, входящую в качестве параметра в распределение Больцмана, часто называют Температурой возбуждения, в распределение Максвелла - кинетической Температурой, в формулу Саха - ионизационной Температурой, в закон Стефана-Больцмана - радиационной температурой. Поскольку для системы, находящейся в термодинамическом равновесии, все эти параметры равны друг другу, их называют просто температурой системы. В кинетической теории газов и других разделах статистической механики Температура количественно определяется так, что средняя кинетическая энергия поступательного движения частицы (обладающей тремя степенями свободы) равна ³/₂kT, где k - постоянная Больцмана, Т - температура тела. В общем случае Температура определяется как производная от энергии тела в целом по его энтропии. Такая Температура всегда положительна (поскольку кинетическая энергия положительна), ее называют абсолютной Температурой или Температурой по термодинамической температурной шкале. За единицу абсолютной Температуры в Международной системе единиц (СИ) принят Кельвин (К). Часто Температуру измеряют по шкале Цельсия (t), значения t связаны с Т равенством t = Т - 273,15 К (градус Цельсия равен кельвину).

Строго определенной Температурой характеризуется лишь равновесное состояние тел. Существуют, однако, системы, состояние которых можно приближенно охарактеризовать несколькими не равными друг другу температурами. Например, в плазме, состоящей из легких (электроны) и тяжелых (ионы) заряженных частиц, при столкновении частиц энергия быстро передается от электронов к электронам и от ионов к ионам, но медленно от электронов к ионам и обратно. Существуют состояния плазмы, в которых системы электронов и ионов в отдельности близки к равновесию, и можно ввести Температуру электронов Т_э и Температуру ионов Т_и, не совпадающие между собой.

В телах, частицы которых обладают магнитным моментом, энергия обычно медленно передается от поступательных к магнитным степеням свободы, связанным с возможностью изменения направления магнитного момента. Благодаря этому существуют состояния, в которых система магнитных моментов характеризуется Температурой, не совпадающей с кинетической Температурой, соответствующей поступательному движению частиц. Магнитная Температура определяет магнитную часть внутренней энергии и может быть как положительной, так и отрицательной. В процессе выравнивания Температуры энергия передается от частиц (степеней свободы) с большей Температурой к частицам (степеням свободы) с меньшей Температурой, если они одновременно положительны или отрицательны, но в обратном направлении, если одна из них положительна, а другая отрицательна. В этом смысле отрицательная Температура "выше" .любой положительной.

Понятие Температура применяют также для характеристики неравновесных систем. Например, яркость небесных тел характеризуют яркостной температурой, спектральный состав излучения - цветовой температурой и т. д.

Температура

Абсолютная температура

Кельвин

Международная практическая температурная шкала