¿Por qué no se la temperatura que se mide en unidades de energía?

Question

Es la temperatura promedio de la energía cinética de todas las moléculas de un cuerpo. Entonces, ¿por qué consideramos que es diferente fundamentales de la física de la cantidad total de [K], y no una forma alternativa de energía, con una dimensiones de la fórmula derivada de tres iniciales fundamentales cantidades, longitud [L], peso [M] y [T]?

Answer 1

La temperatura no es otra cosa que energía por cada grado de libertad. Es puramente por razones históricas que la energía por cada grado de libertad se mide en grados Kelvin, y no en, por ejemplo, micro-eV. Es sólo que estos sistemas de unidades arreglé y llegó a ser ampliamente utilizado antes de que las estadísticas significado de temperatura se hizo evidente.

Por la misma razón, la masa se mide en kg y no, digamos, el Tera-eV.

Si desea corregir todo esto, y aplicar más racional de las opciones de unidades, que terminaría con un sistema natural de unidades. Esto es lo que muchos de los físicos de hacer en su vida profesional. En un sistema de constantes como la velocidad de la luz y Boltzmann, terminan como se define igual a la unidad. Esto deja en claro que estas no son las constantes de la naturaleza, pero el hombre artefactos causados por el uso de torpe sistemas de unidades. En ese sentido Boltzmann, k no es diferente de la constante de medición el número de pulgadas cúbicas en un galón.

Answer 2

Los físicos de partículas de hecho lo hacen, como para expresar la temperatura en unidades de energía, por lo general en su mayoría de los favoritos de la unidad de energía, un gigaelectronvolt.

Kelvin se utiliza por razones históricas, así como por el bien de tener un número razonable en condiciones diarias. Antes de que la temperatura de la energía de la relación $$ E \sim kT$$ fue realizado en el siglo 19 ($k=1.38\times 10^{-23} {\rm J/K}$), las personas utilizan diferentes escalas de temperatura, tales como la escala Celsius (todavía). La escala Celsius se divide el intervalo entre el punto de congelación y el punto de ebullición del agua 100 partes (por ciento de la longitud del intervalo). La linealidad de la que es dada por el volumen de un gas ideal a presión fija, $V\sim T$.

Más tarde, se aprecia que el punto de congelación no es un terrible fundamental temperatura especial merece la etiqueta de "cero", por lo que un desplazado a la escala Celsius, la escala Kelvin, fue definido. Todavía es conveniente el uso de los grados Celsius porque es sensato hablar temperaturas cercanas a 0 y no a 300 grados kelvin.

Hoy en día, sabemos que es sensible para expresar la temperatura a través del equivalente de energía por cada grado de libertad (dos veces), $E=kT$, pero aún así es razonable el uso de grados kelvin y Celsius grados, la temperatura de la habitación es de orden $10^{-20}$ julios.

Answer 3

En realidad, explicó por qué ya por sí mismo y bien hecho notar el problema. Dimensiones de análisis muestra que la temperatura y la energía no son las mismas.

Sólo para convencerse de esto, veamos el caso de la ecuación del gas ideal para una sola mole, (es decir, el número de moles n=1) de los gases ideales:

$$pV=nRT=RT$$

Con $nR=8.31\mathrm{m^2kg s^{-2}K^{-1}}$ buscando como que no tiene unidades que utilizamos para la energía sobre los de temperatura (es decir, las unidades se $ \mathrm{\text{ } m^2kg s^{-2}K^{-1}}=JK^{-1}$).

$$\frac{pV}{R}=T$$

¿Qué sucede con las unidades de ahora? Las unidades en esta expresión no importe tot unidades de energía. Esto significa $\text{Energy}\neq\text{Temperature}$, y es lo que nos espera.

Como otros han dicho, en diversas formas; la temperatura es una función de estado. La suma de las variables de la función de estado depende de la que nos dice el número de grados de libertad que tiene. Estos están representados por el número de invariables en la función del estado. es decir, de forma general:

$$g(x_1,x_2,..,x_n)$$

Donde el subíndice n, es un número entero positivo que le da el grado de libertad. El Empírica de la temperatura es un único valor resultado que se encuentra en un momento en particular (es decir, de modo que tenemos un resultado que es independiente del tiempo) cuando examinamos nuestra función de estado. Ver la función de las variables de estado de volumen V y la presión, p los cuales están representados de la siguiente manera:

$$\Phi(p,V)=T_{empirical}$$

Prueba:

La prueba de la existencia de temperatura (derivación es de C. J. Adkins equilibrio termodinámica y parafraseado un poco aquí para ilustrar el concepto) añadido para cualquier persona que quiera convencerse a sí mismos de lo que acabo de decir.

La condición para el equilibrio térmico es descrito por el cero de ley de la termodinámica que es:

Si dos cuerpos a y B están en equilibrio con una tercera, C, a continuación, también se encuentran en equilibrio el uno con el otro.

Consideremos un ejemplo simple donde el modelo de un proceso termodinámico que implican el líquido de la masa (es decir, independientes de la masa).

La condición de equilibrio termodinámico para la función F de dos arbitrarias de los estados,con Un cuerpo en estado 1 y y C en el estado 3. (Puede haber conspirado un p/V indicador de diagrama por lo que le ayudará a pensar en esto ahora)

$$F_1=(p_1,V_1,p_3,V_3)=0$$

Siguiente la condición de equilibrio para el cuerpo B en el estado 2 y C 3.

$$F_2=(p_2,V_2,p_3,V_3)=0$$

Resolviendo para $p_3$

$$p_3=f_1(p_1,V_1,V_3)=0$$

$$p_3=f_2(p_2,V_2,V_3)=0$$

y la equiparación de los dos:

$$p_3=f_1(p_1,V_1,V_3)=f_2(p_2,V_2,V_3)$$

Resolver para $p_1$. El razonamiento para este cambio de variables ha hecho confundir a mí un poco de tiempo, pero de nuevo, es sólo una cuestión de ser cómoda manipulación de expresiones.

$$p_1=g(V_1,p_2,V_2,V_3)$$

$$F_3=(p_1,V_1,p_2,V_2)=0$$

$$p_1=f_3(V_1,p_2,V_2)$$

$$p_3=f_1(p_1,V_1,V_3)=f_2(p_2,V_2,V_3)$$

$$p_3=f_1(p_1,V_1)=f_2(p_2,V_2)$$

$$\Phi_1(p_1,V_1)=\Phi_2(p_2,V_2)$$

El que da las condiciones para el equilibrio térmico de la existencia de la temperatura como una función de p y V.

Por lo tanto el resultado expresado anteriormente.

$$\Phi(p,V)=T_{empirical}$$

Esto debe convencer de que la temperatura y la energía no es la misma cosa!

Answer 4

Desde el punto de vista fenomenológico de la termodinámica, de la unidad de temperatura es algo arbitrario y ha sido corregido por el histórico 'accidente', mientras que en los $$ Q = T\cdot\Delta S $$ termina siendo una energía, todo funciona.

Desde el punto de vista de la mecánica estadística, que tiene sentido hacer que la entropía $S$ radio sin unidades, lo mismo que las probabilidades en términos de los cuales se define.

Esto corresponde a la configuración de Boltzmann, $k_B=1$ y hace que la temperatura de la energía. Este, así como nuevas unificaciones (como el ajuste de la velocidad de la luz $c=1$ a unificar las dimensiones de espacio y tiempo, así como la masa y la energía) son características de 'natural' de los sistemas de unidades.

Answer 5

La temperatura cinética es el promedio de la energía cinética. El concepto termodinámico de la temperatura de la $T$ es más general.

Las mediciones de temperatura de los parciales de la relación de energía a la entropía de los cambios de $T\equiv (\partial E / \partial S)$. La temperatura no puede ser considerado como un equivalente de la energía, debido a que el concepto de entropía es necesaria para la definición así. Aviso a partir de la definición de que la energía es una cantidad extensiva, mientras que la temperatura es un curso intensivo de cantidad. Es posible tener un sistema compuesto con una energía dada, pero sin temperatura termodinámica (por ejemplo, un sistema compuesto de dos térmicamente aislado de sólidos: una caliente y la otra fría)

Utilizando la ecuación fundamental de la termodinámica nos encontramos con que $T=T(E,V,N,\dots)$, lo que implica que el concepto de temperatura sobrepasa la de la energía. Por ejemplo, la temperatura puede cambiar mientras que la energía permanece constante.