Elemente de termodinamică.

Noţiuni termodinamice de bază

B-6. Temperatura absolută

Alegerea valorii zero pentru temperatura la care gheaţa se topeşte (la presiune atmosferică normală), este convenţională.

Înaintea lui Celsius, germanul Daniel Fahrenheit a atribuit valoarea 32 pentru temperatura de topire a gheţii şi 212 pentru cea de fierbere a apei. Gradul Fahrenheit - notat °F - este, aşadar, a 180−a parte din intervalul de temperatură corespunzător topirii gheţii şi fierberii apei. Această scară termometrică - scara Fahrenheit - este utilizată şi astăzi în ţările în care se vorbeşte limba engleză (cu excepţia Marii Britanii, care a adoptat scara Celsius).

Fahrenheit a făcut această alegere astfel încât 0°F să corespundă celei mai coborâte temperaturi pe care o putea obţine în laboratorul său.

 Provocarea 6-1

Cât este, exprimată în °C, temperatura 0°F?

Există oare o scară de temperatură în care valoarea zero să fie "impusă" de natură, nu doar o alegere convenţională? Cu alte cuvinte, există oare o temperatură într−adevăr zero?

 Activitatea experimentală 6-1

Investighează cât de mult ar putea fi răcite corpurile. Lucrează în echipă.

Pasul 1. Realizaţi dispozitivul din figura 6-1, cu care puteţi investiga răcirea unui gaz menţinut la volum constant.

 Figura 6-1. Dispozitiv pentru studiul răcirii unui gaz menţinut la volum constant.

Folosiţi un flacon de sticlă cu capac filetat, având capacitatea 50...100 mL. Perforaţi capacul şi treceţi prin acesta capătul unui furtun transparent, lung de aproximativ un metru. Etanşaţi cu adeziv îmbinarea dintre furtun şi capac.

Puneţi flaconul în interiorul unui vas. Fixaţi porţiunea A a furtunului pe peretele exterior al vasului.

Pasul 2. Turnaţi apă colorată prin capătul B al furtunului, până când nivelul acesteia este în dreptul diviziunii zero a riglei.

Pasul 3. Turnaţi apă în vasul mare şi încălziţi-o până la 40°C cu un încălzitor cu imersie. Agitaţi în permanenţă pentru ca să uniformizaţi temperatura. Observaţi ce se întâmplă cu apa din furtun.

Pasul 4. Când temperatura s−a stabilizat, îndepărtaţi încălzitorul şi ridicaţi capătul B al furtunului, astfel ca nivelul apei din ramura A să fie din nou în dreptul diviziunii zero a riglei. Gazul din flacon este adus astfel la volumul său initial. Notati diferenţa de nivel a apei din cele două ramuri ale furtunului.

Pasul 5. Pe măsură ce apa din vas se răceşte, repetaţi procedura la 35°C şi la 30°C. Notaţi de fiecare dată diferenţa de nivel a apei din cele două ramuri ale furtunului, atunci când aerul din flacon este adus la volumul său iniţial.

Pasul 6. Folosind datele obţinute, estimaţi cât ar fi cea mai coborâtă temperatură!

Pe măsură ce aerul se răceşte, presiunea acestuia se micşorează!

Pentru un gaz care la 0°C are presiunea atmosferică normală (1,013·105 Pa), presiunea sa scade cu 370,93 Pa pentru fiecare grad Celsius cu care este micşorată temperatura sa, la volum constant. Când presiunea gazului ar deveni nulă (cea mai mică presiune), temperatura sa ar deveni -273,15°C. Aceasta este cea mai mică temperatură!

În 1848, englezul William Thomson - lord Kelvin (figura 6−2), a propus o scară de temperatură în care cea mai coborâtă temperatură să fie zero.

 Figura 6-2. William Thomson - lord Kelvin (1824−1907)

În această scară nu există temperaturi negative, astfel că temperatura este absolută.

Unitatea de măsură pe scara absolută de temperatură este kelvinul, simbol K. Temperatura 0 K (zero absolut) corespunde valorii -273,15°C.

Pentru a păstra o corespondenţă simplă cu scara Celsius, o variaţie de temperatură de un kelvin a fost aleasă egală cu o variaţie de temperatură de un grad Celsius.

 Scara absolută de temperatură (scara Kelvin) are valoarea 0 K pentru cea mai coborâtă temperatură (-273,15°C). O variaţie de temperatură de un kelvin corespunde cu o variaţie de temperatură de un grad Celsius.

 Provocarea 6-2

La presiune atmosferică normală, cât este temperatura absolută la care se topeşte gheaţa? Dar temperatura absolută la care fierbe apa?

Aşadar, conversia între scara absolută şi scara Celsius este:

T(K) = t(°C) + 273,15 K, respectiv

t(°C) = T(K) - 273,15°C.