Termodinamik sıcaklık

Termodinamik sıcaklık Sıcaklığın tam ölçüsüdür ve termodinamiğin temel parametrelerinden biridir. Termodinamik sıcaklık, teorik olarak en düşük sıcaklığın sıfır veya sıfır noktası olduğu termodinamiğin üçüncü yasası ile tanımlanır. Bu noktada mutlak sıfır, maddenin parçacık bileşenleri çok az harekete sahiptir ve daha soğuk olamazlar. Kuantum-mekanik tanımlamada, sıfır olan madde, taban durumundadır, bu da onun en düşük enerjili halidir. Termodinamik sıcaklığa genellikle iki nedenden ötürü mutlak sıcaklık denir: Biri Kelvin tarafından önerilir, birinin belirli bir maddenin özelliklerine bağlı olmadığını; Ikisi, ideal gazın özelliklerine göre mutlak bir sıfıra denk gelir.

Uluslararası Birim Sistemleri, termodinamik sıcaklık için belirli bir ölçeği belirtir. Ölçüm için Kelvin ölçeğini kullanır ve temel sabitleme noktası olarak 273.16 K'de suyun çlü noktasını seçer. Diğer ölçekler tarihsel olarak kullanılmaktadır. Rankine ölçeği, birimin aralığı olarak Fahrenhayt derecesini kullanarak, bazı mühendislik alanlarında Birleşik Devletlerde İngilizce Mühendislik Birimleri'nin parçası olarak hala kullanılmaktadır. ITS-90, termodinamiğin sıcaklığını oldukça yüksek derecede tahmin etmenin pratik bir yolunu sunar.

Kabaca, bir cisimin isıdaaki sıcaklığı, maddenin parçacık bileşenleri olan moleküller, atomlar ve atom altı parçacıkları gibi translasyonel, titreşimsel ve dönme hareket enerjisinin ortalama ölçüsüdür. Bu kinetik hareketlerin tam çeşitliliği, parçacıkların potansiyel enerjileri ve bunlarla denge içinde diğer zaman zaman bazı başka tür parçacık enerjisi ile birlikte, bir maddenin toplam iç enerjisini oluşturmaktadır. Maddenin çevresi ya da çevresi üzerindeki madde tarafından herhangi bir çalışma yapılmadığı durumlarda, iç enerji yavaşça ısı enerjisi ya da termal enerji olarak adlandırılır. İç enerji, bir maddenin içinde çeşitli şekillerde depolanabilir, her şekilde bir "özgürlük derecesi" oluşturur. Dengede, her serbestlik derecesi ortalama olarak aynı enerjiye sahip olacak:$k_{B}T/2$ Burada $k_{B}$, Boltzmann sabitidir, bu özgürlük derecesi kuantum düzeninde değilse. İç serbestlik dereceleri (dönme, titreşim, vb.) Oda sıcaklığında kuantum düzeninde olabilir, ancak translasyonel serbestlik dereceleri son derece düşük sıcaklıklarda (kelvin kesirleri hariç) klasik düzeninde olacaktır ve söylenebilir Çoğu durumda, termodinamik sıcaklık parçacıkların ortalama translasyonel kinetik enerjisiyle belirlenir.