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Puede la temperatura se define como la propensión a transmitir la energía térmica?

Me sorprendió recientemente a aprender que la definición de la temperatura no es fácil. Durante mucho tiempo, se definió operacionalmente: ¿cuánto cuesta un termómetro expanda. También sorprendente, la temperatura no es una medida de la energía térmica: 0 C el agua tiene más energía térmica que 0 C hielo, pero la misma temperatura.

Se me ocurrió con esta definición, y me gustaría saber si es correcto:

La temperatura es la propensión de algo para dar calor, que es transmitir la energía térmica. De manera equivalente, es la resistencia de una cosa para recibir el calor.

Es eso correcto? Por favor, justifique su respuesta.

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Jon Puntos 171

Creo que hay otro, muy agradable, la definición de la temperatura dada en el libro de Física Térmica por Daniel Schroeder:

Sabemos que en un sistema cerrado, la entropía es máxima. Imagine ahora un gran sistema que consta de dos sistemas a y B en contacto. Podemos definir la temperatura como que es el mismo para a y B cuando el sistema está en equilibrio. Pero, ¿es el mismo?

La entropía es un aditivo cosa: la entropía total $S$ es sólo $S_A + S_B$, la suma de la entropía de los sistemas a y B. Puesto que los sistemas están en contacto, la energía se puede mover entre la a y la B. La energía total es fija, por lo $U_B = U - U_A$$dU_B = -dU_A$.

Mover la energía en torno a los cambios de la entropía: $$dS = \frac{\partial S_A}{\partial U_A} dU_A - \frac{\partial S_B}{\partial U_B} dU_A$$

Pero en equilibrio, $S$ ya está maximizada y $dS = 0$, por lo que tenemos $$\frac{\partial S_A}{\partial U_A} = \frac{\partial S_B}{\partial U_B}$$

Esto significa que: Si dos sistemas están en equilibrio térmico, a continuación, la cantidad es la misma para ellos es $\partial S / \partial U$. También vemos que la energía se quiere mover de $A$ $B$si $\partial S_A/\partial U_A$ es menor de $\partial S_B/\partial U_B$, por lo que podemos definir la temperatura como $$\frac{1}{T} = \frac{\partial S}{\partial U}$$

En una manera, tienes razón: la temperatura es la propensión a transmitir la energía térmica. Más estrictamente hablando, la temperatura es una medida de la ganancia de entropía cuando la energía interna de los cambios.

Intuitivamente hablando: si el sistema B gana más la entropía de Un pierde si la energía fluye de a a B, entonces la energía fluye de a a B, por lo que, en general, la entropía crece. En los típicos sistemas, la curva de $S(U)$ crece con $U$ y se vuelve más plano para mayor $U$, lo que significa que la temperatura también aumenta con la $U$. Que no es siempre el caso: Por alguna extraña sistemas (de dos estados paramagnets como el ejemplo más sencillo), usted puede realmente tener un impacto negativo o infinito temperaturas.

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Dori Puntos 1325

Creo que su descripción de temperatura ha intuitiva mérito, es un verdadero e importante declaración sobre la temperatura. Sin embargo, yo no la usaría como una definición de la temperatura ya que, en cierta medida, que sería trivializar la segunda ley de la termodinámica.

La segunda ley de la termodinámica dice que no podemos mover el calor de un cuerpo de baja temperatura a un cuerpo de mayor temperatura sin necesidad de hacer algún trabajo (la cantidad de trabajo requerido puede ser cuantificado, pero que no es crítica). Si definimos a la temperatura de referencia que forma en que el calor fluye espontáneamente, entonces la segunda ley pierde parte de su contenido físico.

Para decirlo de otra manera, si hacemos uso de esta propuesta de definición de la temperatura, la única manera de saber cual de los dos cuerpos es más caliente es para ponerlos en contacto y ver de qué manera el calor fluye. Eso no es realmente nuestro objetivo, sin embargo. Nuestro objetivo en la termodinámica es predecir de qué manera el calor de flujo (y cuánto trabajo se puede extraer del flujo de calor) antes de poner los cuerpos en contacto, y a hacer sobre la base de alguna otra propiedad que tiene el cuerpo. Sería mejor tener un concepto de temperatura independiente de la dirección del flujo de calor.

Hay dos buenas maneras alternativas de pensar acerca de la temperatura. Ya se mencionó que la primera. En la termodinámica clásica, la temperatura es simplemente lo que un termómetro de medidas. Si tomamos un mol de un gas ideal y se deja entrar en equilibrio con un sistema, el sistema es la temperatura del $PV/R$, $P$ la presión de gas, $V$ su volumen y $R$ una constante llamada la constante de los gases. Por lo tanto, la temperatura es una variable de estado, y una característica de los sistemas en equilibrio.

Esta definición de la temperatura, basado en un gas ideal, es más útil que uno basado en una determinada termómetro de mercurio debido a que las fórmulas tales como la eficiencia de un ideal de la bomba de calor llegado a tener una forma simple cuando utilizamos el termómetro de gas a definir la temperatura. Cuando la temperatura se mide en relación a un gas ideal, resulta que el mercurio y otros líquidos tienen coeficientes de expansión que cambiar ligeramente con la temperatura, por lo que no son una buena referencia para la precisión de las mediciones. Sin embargo, pueden ser calibrados de acuerdo con un termómetro de gas ideal. También debemos recordar que un gas ideal es que sólo se aproximó por los gases reales, por lo que incluso en este caso no podemos conseguir absolutamente perfecto mediciones de temperatura.

La más utilizada a escala de temperatura en la ciencia es la escala Kelvin. Se equipara al cero absoluto con 0 K y el punto triple del agua con 273.16 K. a Continuación, se toma una interpolación lineal entre los dos puntos, basado en el gas ideal se mencionó anteriormente.

La otra manera de pensar acerca de la temperatura es estadísticamente. Supongamos que usted tiene un montón de moléculas de gas rebotando en una habitación. En cualquier momento dado, algunos se van rápido y otros se van lentamente. Las moléculas tienen por lo tanto una propagación de la energía cinética.

Entonces nos preguntamos cuál es la distribución de estas energías cinéticas. En su mayoría son agrupados alrededor de un valor, por ejemplo entre el $.016$ $.020$ electrón-voltios? O se difundieron ampliamente de $0$ $0.1$electrón-voltios?

Podemos imaginar a la distribución de la energía que tiene todo tipo de formas diferentes. Podría haber cinco diferentes jorobas, o ver como una curva en forma de campana, o ser plana, con una brecha que faltan, etc. Resulta que este no es el caso. La distribución de la energía solar para el equilibrio de los sistemas que sale en busca bastante mucho la misma todo el tiempo; es una exponencial decreciente $\propto e^{-\beta E}$. Cada vez que se sube por una determinada cantidad fija de energía, el número de partículas en ese estado de energía se corta por la mitad. (La exacta cantidad fija, $\ln(2)/\beta$, dependiendo de las alteraciones del sistema; lo que es común es la propiedad de llegar con regularidad reduce a la mitad.) Esto se llama la distribución de Boltzmann.

Todo lo que tienes que hacer es especificar el número de $\beta$, y de todo lo que sabe acerca de la distribución de energía. Este es un hecho notable, y no obvia. Esta distribución se produce porque maximiza la entropía de un fijo de la energía.

En esta distribución, el promedio de energía es $1/\beta$, y llamamos a este medio de energía de la temperatura. (Si las energías no tienen una distribución de Boltzmann, por alguna razón que todavía podría identificar a la media de la energía como de la temperatura.) Si $\beta$ es pequeño, entonces la temperatura es alta, y la distribución de energía es ampliamente difundido y bastante plana. A alta temperatura, las cosas son bastante aleatorios. Si $\beta$ es grande, la temperatura es baja y las energías están agrupados cerca de cero. Las bajas temperaturas son un poco más ordenada. (Una nota interesante es que perfectamente plano de distribución de energía tiene la temperatura en el ser infinito, y más si la alta energía de los estados son estadísticamente más probable que los estados de baja energía, la temperatura es negativo.)

Resulta que este estadísticos de la temperatura y de la temperatura termodinámica definido anteriormente de acuerdo el uno con el otro, a una escala denominado factor de Boltzmann. Por lo que podemos pensar de la temperatura, de cualquier manera, y las definiciones son igual de buenas. La definición agrega contenido a la segunda ley de la termodinámica, haciendo de la temperatura independiente de concepto, y la dirección del flujo de calor físico hipótesis que involucra la temperatura.

Por último, una propiedad importante de la temperatura es que está bien definido. Es un hecho observado si los sistemas a y B están en equilibrio térmico, y B y C están en equilibrio térmico, y a y C son así. Esto se llama el cero de ley de la termodinámica.

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Alan Rominger Puntos 13921

Las otras respuestas son geniales, voy a tratar de responder lo más concisa.

La definición propuesta es:

La temperatura es la propensión de algo para dar calor, que es transmitir la energía térmica. De manera equivalente, es la resistencia de una cosa para recibir el calor.

Mi versión alterada (que es la mitad de la definición de la temperatura) es la siguiente:

El calor no fluirá entre dos cuerpos a la misma temperatura. Cuando dos cuerpos están a diferentes temperaturas, el calor fluye desde la temperatura más alta a la más baja temperatura.

Esto describe a la mayoría de las propiedades de la cantidad de llamados de la temperatura. Con esto, siempre se puede identificar con un mayor y menor temperatura relativa, sin embargo, no podemos usar esto y sólo esto para adjuntar un valor numérico de la temperatura. Para eso, usted puede leer las otras respuestas, que se mete en la ciencia de la termodinámica a sí mismo. Para muchas personas, sin embargo, mi propuesta mitad definición puede ser suficiente para lo que estás buscando. Si alguien sabe de una simple alteración que se definen completamente la temperatura, me encantaría escucharlo.

Lo que está mal con "la propensión de algo para dar calor"? Obviamente, la declaración tiene valor intuitivo. El flujo de calor, sin embargo, se caracteriza por varias y muy diferentes tipo de cantidades. Mi favorito es el concepto de resistencia térmica. Si usted tiene 2 grandes embalses a diferentes temperaturas, entonces el flujo de calor desde la temperatura más alta a la más baja que uno puede decir para ser inversamente proporcional a la resistencia térmica entre los dos, así como proporcional a la diferencia de temperaturas. Así, la concesión de calor es proporcional a la temperatura, pero también es proporcional a otras cosas. Por esa razón sólo podemos definir la dirección del flujo en este nivel cualitativo (me voy a dar un "no a las matemáticas" respuesta), que la razón y la función de mi alteración.

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