Усім змалку є звичними слова: гаряче, тепле, холодне. «Обережно, чашка гаряча, обпечешся», — застерігали нас дорослі. Ми не розуміли, що означає «гаряча», торкалися чашки — і обпікалися. «Сніг холодний, не знімай рукавичок, пальчики змерзнуть»,— умовляла бабуся. Нам дуже хотілося дізнатись, а як це — «холодний», ми знімали рукавички й невдовзі розуміли значення цього слова. «Доведеться побути в ліжку. Температура висока», — наполягав лікар... А що ж таке температура з погляду фізики?
З’ясовуючи, наскільки нагріті ті чи інші тіла, ми порівнюємо їхні температури. Коли говорять: «Сьогодні надворі тепліше, ніж учора», — це означає, що температура повітря на вулиці сьогодні вища, ніж учора; фраза «Сніг на дотик холодний» означає, що температура снігу нижча від температури руки. Таким чином, на інтуїтивному рівні ми визначаємо температуру тіла як фізичну величину, що характеризує ступінь нагрітості тіла.
Однак, визначаючи ступінь нагрітості тіл на дотик, можна дати лише приблизну оцінку їхньої температури. Крім того, не завжди можна торкнутися тіла та оцінити, наскільки воно гаряче або холодне. Більш того, відчуття можуть нас обманювати. Справді, за тієї самої кімнатної температури металеві предмети здаються холоднішими від дерев’яних або пластмасових, а шорсткі — теплішими за гладенькі. І навіть одне тіло в той самий момент може мати на дотик різний ступінь нагрітості.
Досліди показують: коли більш нагріте тіло контактує з менш нагрітим, то більш нагріте тіло завжди охолоджується, а менш нагріте — нагрівається. До того ж можуть змінюватися й інші властивості тіл: вони стають більшими або меншими за розмірами, можуть перейти в інший агрегатний стан, краще чи гірше проводити електричний струм, можуть почати випромінювати світло іншого кольору та ін. Натомість однаково нагріті тіла, контактуючи одне з одним, не змінюють своїх властивостей, і тоді кажуть, що ці тіла перебувають у стані теплової рівноваги.
Температура — це фізична величина, яка характеризує стан теплової рівноваги системи тіл.
Із курсу фізики 7 класу ви знаєте, що температура тіла тісно пов’язана зі швидкістю хаотичного руху його частинок (атомів, молекул, йонів). Цей рух так і називають — тепловий.
Частинки тіла завжди рухаються, отже, завжди мають кінетичну енергію. Чим швидше рухаються частинки, тим вища температура тіла.
Швидкість руху окремих частинок (а отже, їхня кінетична енергія) постійно змінюється. Проте в стані теплової рівноваги в усіх тілах системи середня кінетична енергія частинок (тобто кінетична енергія, що припадає в середньому на одну частинку) є однаковою. З точки зору молекулярно-кінетичної теорії можна дати таке означення температури:
Температура — міра середньої кінетичної енергії хаотичного руху частинок, із яких складається тіло.
Прилади для вимірювання температури називають термометрами.
Дія термометрів заснована на тому, що зі зміною температури тіла змінюються певні властивості цього тіла.
Щоб за довжиною стовпчика рідини можна було визначати температуру, слід нанести шкалу, насамперед позначивши на ній так звані реперні точки. Такі точки мають бути пов’язані з якимись фізичними процесами, які відбуваються за незмінної температури та які легко відтворити. Так, для побудови найбільш використовуваної шкали Цельсія за реперні точки беруть:
Поділивши відстань між позначками 0 і 100 °С на сто рівних частин, отримаємо термометр, який проградуйовано за шкалою Цельсія, та одиницю температури за цією шкалою — градус Цельсія (°С).
1 °С дорівнює одній сотій частині зміни температури води під час її нагрівання від температури плавлення до температури кипіння за нормального атмосферного тиску..
Температуру, виміряну за шкалою Цельсія, позначають символом t:
* Під час перевірки одиниць у ході розв’язування задач цифру 1 зазвичай опускають.
У СІ за основну одиницю температури взято кельвін (К). Температура, виміряна за шкалою Цельсія (t), пов’язана з температурою, виміряною за шкалою Кельвіна (Т), співвідношенням:
Зверніть увагу: термометр завжди показує свою власну температуру, отже, вимірюючи температуру будь-якого тіла, слід дочекатися стану теплової рівноваги між тілом і термометром.
Інтерактивна симуляція "Фізика в школі" (Температурна шкала)