1.7. Температура

К определению понятия температуры можно прийти на основании следующих соображений. Если соприкасающиеся тела находятся в состоянии теплового равновесия, т. е. не обмениваются энергией путем теплопередачи, то этим телам приписывается одинаковая температура. Если при установлении теплового контакта между телами одно из них передает энергию другому посредством теплопередачи, то первому телу приписывается большая температура, чем второму. Ряд свойств тел – объем, электрическое сопротивление и т. п. – зависит от температуры. Любое из этих свойств может быть использовано для количественного определения температуры.

Приведем тело, выбранное нами для измерения температуры (термометрическое тело), в тепловое равновесие с тающим льдом, припишем телу в этом случае температуру 0° и охарактеризуем количественно то свойство тела (температурный признак), которое мы намериваемся использовать для измерения температуры. Пусть в качестве этого признака выбран объем тела, и значение его при 0° равно V₀. Затем приведем то же тело в тепловое равновесие с кипящей под атмосферным давлением водой, припишем ему в этом состоянии значение температуры, равное 100°, и определим соответствующий объем V₁₀₀. Принимая, что выбранный 0 определим соответсвующий объем м давлением водой, припишем ему в этом состоянии значение температуры, равноо пишем телу в этнами температурный признак (в рассматриваемом примере – объем) изменяется с температурой линейно, состоянию, в котором термометрическое тело имеет объем V, следует приписать температуру

. (1.14)

Установленная таким образом температурная шкала называется, как известно, шкалой Цельсия. Соотношение, аналогичное (1.14), можно написать и для случая, когда для измерения температуры приводят в тепловое равновесие с тем телом, температура которого нас интересует, и производят отсчет величины объема.

При сравнении термометров, использующих различные по природе термометрические тела (например, ртуть и спирт) или различные температурные признаки (например, объем и электрическое сопротивление), обнаруживается, что показания этих термометров, совпадая из-за способа градуировки при 0° и 100°, не совпадают при других температурах. Отсюда следует, что для однозначного определения температурной шкалы необходимо условиться и о способе градуировки, и о выборе термометрического тела и температурного признака. О том, как делается этот выбор при установлении так называемой эмпирической шкалы температур, будет сказано в следующем параграфе. Забегая вперед, укажем, что на основе второго начала термодинамики может быть установлена температурная шкала, не зависящая от свойств термометрического тела. Эта шкала называется термодинамической шкалой температур.

В технике и в быту применяется международная практическая температурная шкала 1968 г. (МПТШ-1968), ранее именовавшаяся шкалой Цельсия. В физике более удобна абсолютная шкала. Температура T, отсчитанная по этой шкале, связана с температурой t по международной практической шкале соотношением

.

Единицу абсолютной температуры называют кельвином (обозначается K). Раньше ее именовали градусом Кельвина (и обозначали °K). Международную практическую температуру измеряют в градусах Цельсия (°C). Значения кельвина и градуса Цельсия одинаковы. Температура, равная 0 K, называется абсолютным нулем, ему соответствует .

В дальнейшем мы покажем, что абсолютная температура пропорциональна средней кинетической энергии поступательного движения молекул вещества. В этом заключается физический смысл абсолютной температуры.