¿La temperatura es una propiedad extensa, como la densidad?

Question

Yo estaba pensando hace algún tiempo, y ahora que he descubierto este sitio, me gustaría preguntar esto aquí, porque yo no podía trabajar aquí.

Sé que a mayor temperatura que el aire en mi habitación, más la energía de las moléculas tienen. Pero la temperatura no es energía, porque de lo contrario estaríamos midiendo la temperatura en julios, y nosotros no. Y, a continuación, la temperatura dependerá del número de moléculas en la habitación, y que no tiene ningún sentido. Así que lo que yo pensaba que la temperatura había que fue el total de energía que las moléculas en la habitación dividida por algo, por ejemplo, el número de moléculas o el volumen de la habitación. Si fue esto último, luego de temperatura sería exactamente igual que la densidad, sólo con la energía en lugar de la masa. Pero, en cualquier caso, me fui a Wikipedia y traté de ver si podía entender lo que decían acerca de la temperatura. Yo no entiendo demasiado, pero he visto que se usa algo que se llama entropía para definir la temperatura. Yo no podía entender el artículo sobre la entropía en todo, pero creo que eso significa que mi forma de pensar debe haber sido incorrecta porque de lo contrario se podría mencionar algo tan simple como esto en el artículo. Podría usted por favor que me lo explique?

EDIT: he Aquí por qué yo pensaba que debería ser el total de la energía dividida por el volumen en lugar de por el número de partículas: porque si dividimos la energía por medio de un número, todavía sería de energía, y se mide la energía en julios, no en grados kelvin.

Answer 1

La temperatura está relacionada con el promedio de energía por cada grado de libertad a través del equipartition teorema. Por ejemplo, como la energía cinética es de segundo grado en la velocidad y corresponde a tres grados de libertad (las tres direcciones espaciales), en promedio, cada molécula tendrá una energía cinética de $\frac32k_BT$ donde $k_B$ es la constante de Boltzmann.

Esto significa que la temperatura y la energía son, de hecho, íntimamente relacionado con el (la temperatura puede considerarse como una medida del promedio de la energía) y por lo tanto no son los llamados naturales, los sistemas de unidades que se establezca $k_B=1$. Esto significa que la temperatura tendrá la misma unidad de energía, por ejemplo, el electrón voltios en el caso de la física de partículas.

Mientras que el equipartition teorema proporciona probablemente la más intuitiva visualización de la temperatura, también tiene sus problemas: Como Arnold Neumaier puntos, sólo tiene bajo determinados supuestos y, en particular, se descompone en caso de no ergodic sistemas o en los casos donde la continuidad ya no es una buena aproximación de los niveles de energía cuantizados.

Un ejemplo de tal sistema sería un no-atómica de gas, lo que añade cuantificada grados internos de libertad a la mezcla. La capacidad de calor de diatómico gases proporciona una buena ilustración de esto ya que puede ser derivada de la clásica a través del equipartition teorema. Una razonablemente buena explicación de las mediciones es que 'cuántica' grados de libertad no contribuyen a bajas temperaturas y empezar a approching la clásica contribución a medida que aumenta la temperatura. Rotación de grados de libertad contribuyen casi completamente a temperatura ambiente, mientras que la vibración de grados de libertad sólo contribuyen para moléculas más pesadas como el espacio de la energía vibracional de los niveles depende de la reducción de la masa del sistema.

Answer 2

En equilibrio, la temperatura y la energía son rigurosamente relacionados por la primera ley de la termodinámica.

Para un mol de un sistema simple (químicamente homogénea de la materia), la primera ley se refiere arbitrarias reversible de los procesos de los cambios infinitesimales $dU$, $dS$, y $dV$ de la energía interna $U$, la entropía $S$ (una medida de la microscópico de la complejidad), y el volumen de $V$, respectivamente, por la ecuación diferencial $dU=TdS-PdV$, donde la temperatura $T$ y la presión $P$ aparecen como factores.

El plazo $TdS$ es la cantidad infinitesimal de calor generado o absorbido por el proceso, que da algunas significado intuitivo para la entropía como una adecuada normalizado de medida de calor. El plazo $PdV$ es la cantidad infinitesimal de trabajo mecánico hecho por o sobre el sistema.

Por tanto, la temperatura es un "intensivo" de la cantidad análoga a la presión. El equilibrio se caracteriza por la constancia de la intensa cantidades. Así como las diferencias de presión causa el movimiento mecánico, por lo que las diferencias de temperatura que causa el flujo de calor.

En la mecánica estadística, uno aprende a expresar $U$ como una función de $U=U(S,V)$ $S$ $V$ que depende de la estructura microscópica de la materia. Manteniendo $V$ constante (sin trabajo mecánico hecho), la primera ley implica $T=\partial U(S,V)/\partial S$; manteniendo $S$ constante (sin intercambio de calor), la primera ley implica $P=\partial U(S,V)/\partial V$.

Para un gas ideal, fórmulas exactas puede ser derivado, que conduce a la ley de los gases ideales, que dicen que $PV/T$ es una constante universal de $R$ (independiente de la composición del gas).

Answer 3

Considere la posibilidad de un gran número de partículas, cada uno se caracteriza por su energía y la velocidad. El número es tan grande que uno no puede acceder a la velocidad o la energía de una prueba de partículas. Los físicos han ideado un medio para obtener algo de información acerca de este conjunto de partículas. Que hacen de la posición media, la masa, la inercia, la energía, ... Pero efectivamente calcular este promedio se necesita saber cuántos objetos tiene una energía específica. Es la misma situación cuando se calcule el promedio de sus calificaciones en la escuela. Usted necesita saber cómo muchas de las pruebas que usted tiene, a, B, c, etc.. No es una función, llamada función de distribución de la que precisamente nos dice cuántas partículas tienen una velocidad específica. Cuando el sistema está en equilibruium, esta función depende de un parámetro que puede ser identificado con la temperatura T. Para el equilibrio, la macroscópica de la temperatura coincide con el promedio de la energía cinética de una partícula. Fuera de la temperatura de equilibrio no puede ser único o definido aún. o se hace bien para el caso más común. Para la unidad, la temperatura en la escala microscópica siempre aparece combinado con kb la constante de Boltzmann, y a menudo se da en eV (1 ev=1.6 10^-19 J)