Temperatura(Fizică)

Temperatura este proprietatea fizică a unui sistem, prin care se constată dacă este mai cald sau mai rece. Astfel, materialul cu o temperatură mai ridicată este mai cald, iar cel cu o temperatură joasă mai rece. Ea indică viteza cu care atomii ce alcătuiesc o substanță care se mișcă, în cazul încălzirii viteza lor crescând. Oamenii de știință afirmă că la o temperatură extrem de scăzută, numită zero absolut, atomii sau moleculele și-ar înceta mișcarea complet. Temperatura împreună cu lumina face parte din factorii ecologici.

Temperatura este un parametru fundamental de stare care caracterizează starea termică a unui corp, mai exact, starea de echilibru termodinamic. Condițiile stării de echilibru termodinamic sunt exprimate prin cele două postulate ale termodinamicii: -Primul postulat, denumit și principiul general al termodinamicii, se referă la faptul că un sistem izolat ajunge totdeauna, după un interval de timp, în starea de echilibru termodinamic și nu poate ieși, singur, de la sine, din această stare: Conform acestui postulat, dacă un sistem izolat este scos din starea de echilibru termodinamic, el va reveni la condițiile stării de echilibru după un interval de timp, numit timp de relaxare. -Al doilea postulat, numit și principiul zero al termodinamicii, precizează proprietățiile sistemului aflat în stare de echilibru termodinamic, prin două formulări echivalente:

• Element în listă cu puncte orice mărime de stare a unui sistem aflat în condiții de echilibru termodinamic poate fi determinată în funcție de parametrii de stare externi ai sistemului și de o mărime ce caracterizează starea interioară a sistemului, numită temperatură
• Element în listă cu puncte două sisteme termodinamice aflate în echilibru termic cu un al treilea sistem, se găsesc în echilibru între ele.
  Temperatura empirică
  
  Experimental se constată că dacă două sisteme termodinamice A și B sunt puse în contact termic (între ele este posibil un schimb de căldură) atunci sistemele ori rămân mai departe în starea de echilibru termodinamic inițial, ori stările de echilibru ale sistemelor sunt perturbate, iar după un anumit timp, în urma schimbului de căldură, se stabilește o altă stare de echilibru termodinamic pentru sistemele A si B. Dacă punem apoi sistemul compus (A+B) în contact termic cu un al treilea sistem C, fie că echilibrul stabilit între sistemele A și B nu se modifică, fie că acest echilibru este perturbat și după un anumit timp toate cele trei sisteme trec într-o nouă stare de echilibru termodinamic. Astfel este pusă în evidență proprietatea de tranzitivitate a echilibrului termodinamic. Starea de echilibru termodinamic a unui sistem este determinată de parametrii externi și de o mărime θ numită temperatură empirică, ce caracterizează starea internă a sistemului. Se spune ca temperatura este un parametru de stare al sistemului. Temperatura este o mărime scalară.
  Temperatura empirică la echilibru este aceeași pentru toate sistemele aflate în contact termic și rămâne neschimbată după întreruperea contactului termic. Proprietatea de tranzivitate a echilibrului termic permite compararea valorilor parametrului θ pentru diferite sisteme folosind un alt corp ca intermediar. Prin urmare, dacă două sisteme puse în contact nu-și schimbă starile termodinamice inițiale, cele două sisteme sunt caracterizate de aceeași temperatură empirică θ, iar dacă stările inițiale se schimbă, atunci cele două corpuri au temperaturi empirice diferite.
  Unități de măsură
  

  Formule pentru transformarea temperaturii exprimată în grade Celsius

  Convertire din	în	Formulă
  Celsius	Fahrenheit	°F = °C × 1,8 + 32
  Fahrenheit	Celsius	°C = (°F – 32) / 1,8
  Celsius	Kelvin	K = °C + 273,15
  kelvin	Celsius	°C = K – 273,15

  Unitatea de măsură în Sistemul Internațional (SI) este kelvinul(K).
  Temperatura 0 K este cea numită zero absolut și este punctul în care moleculele și atomii au cea mai mică energie termică. De obicei se folosesc două scări de temperatură, scaraCelsius, cu precădere în țările europene și scara Fahrenheit, în Statele Unite. Acestea se definesc cu ajutorul scării Kelvin care constituie scara fundamentală a temperaturilor în știință șitehnică.
  Un grad Celsius reprezintă a 1/273,16-a parte din intervalul cuprins între punctul triplu al apei (0,01 °C) și punctul de zero absolut (-273,15 °C), la presiune normală. Raportul de conversiune:

  T(°C)=T(K) - 273,15
  T(°F) = 9/5 T(K) - 459,67
  

  Exemple de temperaturi în kelvini

  Reacție termonucleară cu carbon	5× 108
  Reacție termonucleară cu heliu	108
  Soare în interior	107
  Coroana solară	106
  Nebuloase vizibile	104
  Suprafața Soarelui	6× 103
  Punctul de topire al wolframului	3,6× 103
  Punctul de topire al plumbului	6 × 102
  Punctul de înghețare al apei	2,7× 102
  Punctul de fierbere al oxigenului (1 atm)	9× 10
  Punctul de fierbere al hidrogenului	(1 atm) 2× 10
  Punctul de fierbere al heliului	(1 atm) 4,2

  Terminologie legată de temperatură

  Mărimi folosite în domeniul termic și definițiile lor 

  Termen	Definiție
  Sistem macroscopic	Porțiune din spațiu mărginită de o suprafață bine definită, reală sau convențională, compusă din corpuri aflate în interdependență
  Fază	Orice parte omogenă a unui sistem macroscopic
  Transformare de fază	Trecerea unui sistem termodinamic dintr-o fază în alta prin modificarea stării sale
  Temperatură termodinamică	Mărime fizică cu caracter universal, care exprimă starea mișcării interne a unui sistem termodinamic
  Temperatură Celsius	Diferența dintre temperatura termodinamică T și temperatura termodinamică T0 (prin convenție T0 = 273,15 K)
  Diferență de temperaturi	Diferența dintre două valori ale temperaturii unui sistem
  Scară de temperatură	Ansamblu de valori ale temperaturii, stabilite prin prescripții tehnice și acceptate prin convenție
  Scară termodinamică de temperatură	Scară de temperatură bazată pe principiul al doilea al termodinamicii, definită de relația: în care Q1 și Q2 sunt cantități de căldură schimbate de un sistem termodinamic cu două surse de căldură aflate la temperaturi T1 și T2 †
  Scară internațională practică de temperatură (SIPT)	Scară de temperatură bazată pe o serie de puncte fixe de solidificare și fierbere ale unor substanțe pure și pe utilizarea unor mijloace de măsurare și a unor formule de interpolare definite
  Puncte fixe de definire	valori constante și reproductibile ale temperaturii termodinamice corespunzătoare echilibrului dintre diferite faze
  Câmp de temperaturi	Totalitatea valorilor temperaturii într-un întreg spațiu, considerat la un moment de timp oarecare
  Punct triplu	Punctul caracteristic corespunzător stării termodinamice în care un sistem macroscopic se poate găsi simultan în echilibru, în fază solidă, lichidă și gazoasă
  Suprafață izotermă	Suprafața definită prin totalitatea punctelor din spațiu care au o anumită temperatură la un moment dat

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  Scara de temperatură Rankine
  Scara de temperatură Rankine este o scară termodinamică de temperatură, denumită după fizicianul și inginerul englez William John Macquorn Rankine, cel care a propus-o în anul 1859.
  Unitatea de măsură pentru temperatură pe această scară este gradul Rankine cu simbolul °R^[1] (sau °Ra dacă este necesară deosebirea ei de gradul Rømersau Réaumur ). Originea scării Rankine, ca și a scării Kelvin este temperatura zero absolut, dar gradul Rankine este definit ca egal cu un grad Fahrenheit, la fel cum gradul Celsius este unitatea de măsură adoptată pe scara Kelvin. Temperatura −459.67 °F este egal exact cu 0 °R.
  Scara de temperatură Rankine are o utilizare restrânsă, fiind folosit pentru exprimarea temperaturii pe scara termodinamică în anumite domenii inginerești în SUAși Canada .^[2] Lumea științifică, inclusiv din SUA și Canada utilizează în primul rând kelvinul.^[2] National Institute of Standards and Technology nu recomandă folosirea gradelor Rankine în publicațiile NIST .^[1]
  Câteva din temperaturile remarcabile, exprimate pe scara Rankine și alte scări uzuale sunt prezentate în tabelul următor.

  	kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankine
  Zero absolut (prin definiție)	0 K	−273.15 °C	−459.67 °F	0 °R
  Punctul de topire al gheții[3]	273.15 K	0 °C	32 °F	491.67 °R
  Punctul triplu al apei (prin definiție)	273.16 K	0.01 °C	32.018 °F	491.688 °R
  Punctul de fierbere al apei[4]	373.1339 K	99.9839 °C	211.9710 °F	671.641 °R

  Diagramă comparativă pentru diverse scări de temperatură

  
• Scara Celsius
  
  Celsius se referă la scara de temperatură Celsius (în centigrade). Grade Celsius (simbol: °C) se referă la o temperatură exprimată pe scara Celsius. Gradul Celsius este de asemenea unitatea folosită pentru indicarea unui interval de temperatură.
  Denumirea „Celsius” vine de la numele astronomului suedez Anders Celsius, care a propus primul această scară cu doi ani înainte de moartea sa.
  Definire
  Până în 1954 temperatura de 0 °C de pe scara Celsius a fost definită ca punctul de topire al gheții iar cea de 100 °C ca punctul de fierbere a apei la presiune normală, definiție aproximativă, încă folosită în școli. Actual, unitatea „grad Celsius” și scara Celsius este definită, conform convențiilor internaționale prin două puncte: zero absolut și punctul triplu al apei. Zero absolut — temperatura față de care nimic nu poate fi mai rece și la care în substanță nu mai există energie sub formă decăldură — este definită ca fiind exact 0 K și −273,15 °C. Punctul triplu al apei este definit ca fiind la exact 273,16 K și 0,01 °C.
  Această definiție:
  1. stabilește mărimea ambelor grade, Celsius și Kelvin, ca fiind exact 1 / 273,16 părți din intervalul dintre punctul triplu al apei și zero absolut;
  2. stabilește că un kelvin are exact aceeași mărime cu un grad de pe scara Celsius; și
  3. stabilește că diferența punctelor de zero între cele două scări este exact 273,15 kelvini.
  În tabelul de mai jos sunt prezentate câteva temperaturi de bază pe scara Celsius și corespondentele lor pe alte scări.

  	Kelvin	Celsius	Fahrenheit
  Zero absolut (exact, prin definiție)	0 K	−273,15 °C	−459,67 °F
  Punctul de topire al gheții	273,15 K	0 °C	32 °F
  Punctul triplu al apei (exact, prin definiție)	273,16 K	0,01 °C	32,018 °F
  Punctul de fierbere a apeiA	373,1339 K	99,9839 °C	211,9710 °F

  
  
  În 1742 Anders Celsius a propus o scară „inversă” scării Celsius moderne, unde 100 era temperatura de fierbere, iar 0 cea de îngheț a apei. El a constatat că temperatura de înghețare a apei nu depinde practic de presiune. De asemenea, el a determinat cu o precizie remarcabilă cum depinde temperatura de fierbere a apei de presiunea atmosferică. Datorită influenței mari a presiunii asupra temperaturii de fierbere a apei el a propus ca punctul de zero (punctul de fierbere al apei) să fie fixat la presiunea barometrică de la nivelul mării, adică la presiune normală. În 1954 Rezoluția 4 a celei de a 10-a Conferințe Generale de Măsuri și Greutăți (franceză Conférence Générale des Poids et Mesures - CGPM) a stabilit că pe plan internațional presiunea normală are 101325 Pa.^[1]
  În 1744, anul morții lui Anders Celsius, botanistul Carl Linné a inversat scara Celsius, dându-i forma actuală.
  În următorii 204 ani specialiștii în termodinamică au numit această scară „scara centigradă”. Temperaturile pe scara centigradă au fost numite simplu „grade”, sau mai precis „grade centigrade”. Simbolul acestor grade a fost °C (în diferite forme de-a lungul timpului). Deoarece termenul „centigrade” era de asemenea denumirea în limba franceză a unității de măsurare a unghiurilor (pe scara de 100 pentru un unghi drept – sistemul francez) și avea aceeași conotație și în alte limbi, s-a renunțat la folosirea lui pentru temperaturi, termenul actual fiind „grade Celsius”.
  Aceasta elimină ambiguitatea termenului „centigrade”, rezervându-i acestuia rolul exclusiv pentru definirea unghiurilor în sistemul francez.
  Temperaturi și intervale
  Gradul Celsius este echivalentul kelvinului la exprimarea temperaturilor pe scara Celsius.
  Efectul definirii scării Celsius pe baza punctului triplu al apei standard și a punctului de zero absolut este că scara nu mai este definită de punctele de înghețare și fierbere ale apei.
  Datorită faptului că apa standard a fost definită ulterior și că punctul ei triplu este ușor diferit de 0,01 °C, din raportul matematic exact 373,16 / 273,16 rezultă o temperatură de fierbere de numai 99.9839 °C (373.1339 K).
  Diferența de 16,1 milikelvini (miimi de grad Celsius) este nesemnificativă pentru aplicațiile tehnice, deoarece datorită variației presiunii atmosferice cu înălțimea o diferență de 1 milikelvin se obține pentru o variație a înălțimii de doar 0,28 m
  Utilizarea pe plan mondial
  Cu excepția Statelor Unite ale Americii scara Celsius este folosită pe larg în toate țările(, vezi S.I.). Toată lumea științifică (inclusiv din SUA) folosește scara Celsius. În multe din domeniile tehnice din SUA, în special cele de înaltă tehnologie se folosește scara Celsius.
  Simbolul special Unicode al °C
  Unicode, care este un standard industrial conceput să permită reprezentarea consistentă în calculatoare a tuturor simbolurilor din scrierile folosite în lume alocă „simbolul °C” la U+2103. În paginile WWW pentru simbolul °C se va folosi secvența: ℃ . Aspectul său este la fel cu ceea ce se obține prin alăturarea componentelor (°) și (C).
  Deoarece unele calculatoare au probleme la afișarea simbolului °C se admite folosirea în locul lui a combinației(°) și (C).
  Scara Fahrenheit

  Fahrenheit (pronunțat [ pron. farănhait ]) este o scară de temperatură utilizată în cadrul sistemului anglo-saxonde unități de măsură. Gradul Fahrenheit, notat cu °F, este unitatea de măsură a temperaturii și diferenței de temperatură pe această scară.

  Scara Fahrenheit a fost propusă în 1724 de către fizicianul Daniel Gabriel Fahrenheit și numită după acesta. Astăzi scara Fahrenheit a fost înlocuită de scara Celsius în cele mai multe țări. Este încă folosită în scopuri non-științifice în Statele Unite și alte câteva state, cum ar fi Belize.

  Se crede că Fahrenheit a luat ca punct 0 al scalei lui, temperatura la care un amestec masic echivalent de gheață și sare se topește și 100 (96 de fapt) temperatura internă a corpului uman. În mod foarte practic, acesta a divizat succesiv intervalul obținut la numere pare (întâi la 12 și apoi la 8), fapt care face facilă realizarea practică a scărilor gradate pentru termometre, tot așa cum facil e și lucrul cu țoli (sau alte câteva unități de măsura nonzecimale), la care până și cea mai mică diviziune o poți obține prin simple „îndoiri” (împărțiri în două) repetate.

  

  Formula de conversie a unei temperaturi date din grade Celsius în grade Fahrenheit (și invers) derivă din aplicarea unei reguli de trei (ținând cont, firește, de decalaj) al punctelor de echivalență binecunoscute, anume 32°F = 0°C și 212°F = 100°C.
  

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
                                                                        Termometru cu unităţi Fahrenheit pe scara exterioară şi unităţi Celsius pe scara interioară.