Рассмотрим две кастрюли с водой на плите. В одной из них вода бурлит и пузырится, в другой — ничего не происходит.
Наблюдение за кастрюлями лежит в основе понимания отличия температуры от тепла, а также понятия теплового равновесия.
Температура
Температура объекта определяется кинетической энергией движения частиц этого объекта.
В твёрдом теле эти движения являются колебаниями атомов относительно их расположения в кристаллической решётке. В газе это поступательные, вращательные и колебательные движения частиц.
Понятие теплового равновесия
Было замечено, что если допустить взаимодействие двух объектов, степень нагретости которых различна, то тепло будет передаваться от более нагретого тела к менее нагретому, пока не установится тепловое равновесие.
Тепловое равновесие — это состояние, в котором термодинамические параметры не изменяются с течением времени, при условии изолированности от окружающей среды.
Под термодинамическими параметрами понимают характеристики, описывающие состояние вещества, не учитывая его молекулярное строение:
- давление (p);
- объём (V);
- температура (T).
Понятие степени нагретости тела (тепла)
Если взять два тела: А и С, каждое из которых находится в тепловом равновесии с телом В, то эти два тела находятся в тепловом равновесии друг с другом. Тело В становится прибором, измеряющим тепло тел А и С, то есть термометром.
Это утверждение приводит к выводу, что температура является содержательным понятием. Она характеризует состояние теплового равновесия макроскопической системы, и неизменна во всех её частях.
Степень нагретости тела (тепло) указывает направление теплообмена и характеризует тепловое равновесие. Можно сказать, что тепло — это физическая величина, из-за которой могут сколь угодно долго не меняться давление, объём и энергия тела.
Тепло не следует путать с температурой. Температура описывает внутреннее состояние тела, в то время как тепло относится к энергии, переданной телу или отданной им. Поскольку тепло является одной из форм энергии, его измеряют в джоулях (Дж). К другим единицам тепловой энергии можно отнести калории и килокалории.
1 калория = 4,186 Дж
1 килокалория = 4186 Дж
Термометры
Температура — понятие содержательное. Человек может утверждать, что тела, находящихся в тепловом равновесии имеют равные значения температур. А какова их температура на самом деле? Количественную характеристику температуры получают с помощью термометров:
- Жидкостных. Работают на основе теплового расширения жидкости.
- Газово-манометрические. Изменение давления газа помогает получить значения температуры.
- Термосопротивления. Учитывают зависимость силы тока от сопротивления проводника.
- Металлические. Используют тепловое расширение двух металлических пластин.