열역학적 온도

열역학
고전적인 카르노 히트 엔진
나뭇가지 고전적인 통계 화학의 양자 열역학 평형/비평형
법률 제로스 첫번째 둘째 셋째
시스템들 폐쇄형 시스템 오픈 시스템 격리 시스템 주 상태 방정식 이상 기체 실가스 상황 위상(매터) 평형 볼륨 제어 인스트루먼트 과정 이소바릭 아이소코리 등온 단열성 등엔트로픽 이센탈픽 준정전성 폴리트로픽 자유 확장 가역성 불가역성 내복원성 사이클 히트 엔진 히트 펌프 열효율
시스템 속성 주의: 이탤릭체로 표시된 켤레 변수 속성도 집약적이고 광범위한 속성 프로세스 기능 일하다. 열 국가 기능 온도/엔트로피(개요) 압력/볼륨 화학 퍼텐셜/입자수 증기 품질 속성 감소
재료 특성 속성 데이터베이스 비열 용량 ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ $\displaystyle \partial S\$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle\partial T}$ 압축성 $\displaystyle \displays =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ $(\displaystyle\displayp)$ 열팽창 $\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle\partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle\partial T}$
방정식 카르노의 정리 클라우시우스 정리 기본 관계 이상기체의 법칙 맥스웰 관계 온사저 호혜 관계 브리지만 방정식 열역학 방정식 표
가능성 자유 에너지 자유 엔트로피 내부 에너지 ${\displaystyle U(S,V)}$ 엔탈피 ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ 헬름홀츠 자유 에너지 ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ 깁스 자유 에너지 ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
역사 문화 역사 일반 엔트로피 가스 법칙 "영구 운동" 기계 철학 엔트로피와 시간 엔트로피와 생명 브라운 래칫 맥스웰의 악마 열사 역설 로슈미트의 역설 시너제틱스 이론들 열량론 Vis viva ('생체력') 열의 기계적 등가 동력 주요 출판물 실험적인 질문 ~에 대해서열 균형에 대하여 이종 물질 의 리플렉션 불의 원동력 타임라인 열역학 히트 엔진 예체능 교육 맥스웰의 열역학 표면 에너지 분산으로서의 엔트로피
과학자 베르누이 볼츠만 브리지만 카라테오도리 카르노 클라피론 클라우시우스 돈더 듀헴 깁스 폰 헬름홀츠 줄 루이스 마시외 맥스웰 폰 메이어 네른스트 온사게 플랑크 랭킨 스미톤 스틸 태트 톰슨 톰슨 판 데르 발스 워터스톤
다른. 핵생성 자가 조립 자기 조직화 질서와 무질서
카테고리
v t

열역학적 온도는 열역학에서 운동 이론이나 통계 역학과 구별되는 양이다.열역학 온도 판독치 0은 열역학 제3법칙에서 특히 중요합니다.관례상 측정단위가 켈빈(단위기호: K)인 온도계 켈빈으로 보고된다.비교를 위해, 295 K의 온도는 21.85 °C 및 71.33 °F와 같습니다.

열역학적 온도의 영점인 절대 영점에서는 물질의 입자 성분은 최소한의 움직임을 가지며 차가워질 ^[1][2]수 없습니다.절대 영(0 K)은 -273.15°C 및 -459.67°F와 정확하게 동일합니다.절대 0에 있는 물질은 전달 가능한 평균 운동 에너지가 남아 있지 않고 유일하게 남아있는 입자 운동은 제로 포인트 ^[3]에너지라고 불리는 퍼베이시브 양자 역학 현상 때문이다.예를 들어, 절대 영점이었던 액체 헬륨 용기 안의 원자들이 여전히 영점 에너지 때문에 약간 흔들릴지라도, 이론적으로 완벽한 열 엔진은 작동 유체 중 하나로 헬륨과 같은 순수한 운동 에너지 (열 에너지)를 다른 작동 유체에 전달하지 못하고 열역학적 작용이 없다.uld가 발생합니다.

온도는 일반적으로 물질의 부피나 압력(게이 러삭의 법칙 참조), 또는 방출된 흑체 방사선의 파장과 같은 물질의 다른 물리적 특성과의 상호 관계를 과학적으로 조사할 때 절대적인 용어로 표현된다.절대 온도는 화학 반응 속도를 계산할 때도 유용합니다(아레니우스 방정식 참조).게다가 절대 온도는 일반적으로 극저온학 및 초전도 같은 관련 현상에 사용됩니다. 예를 들어 다음과 같습니다. "편리하게도 탄탈의 전이 온도(T_c) 4.4924 켈빈은 헬륨의 끓는점 4.221 K보다 약간 높습니다."

개요

SI(International System of Units)는 열역학적 온도를 측정하기 위한 켈빈 척도와 척도를 따라 특정 값에 대한 측정 단위 켈빈(단위 기호: K)을 지정합니다.켈빈은 또한 다음과 같은 사용 예에 따라 온도 간격(두 온도 사이의 간격 또는 차이)을 나타내는 데 사용됩니다. "60/40 주석/납 납땜은 비공정성이며 고화 시 5 켈빈 범위에 걸쳐 플라스틱입니다.섭씨 1도의 온도 간격은 1켈빈과 같다.

켈빈의 크기는 열역학적 온도의 기초가 되는 매우 물리적 특성인 원자 입자 운동의 운동 에너지와 관련하여 2019년에 재정의되었다.재정의는 볼츠만 상수를 정확히 1.380649×10⁻²³ 줄/켈빈(J/K)^[4]으로 고정했습니다.볼츠만 상수에 대한 복합 측정 단위도 종종 J·K로⁻¹ 표시되는데, 이는 곱셈 점(·)과 켈빈 기호 뒤에 이어지는 -1 지수 때문에 추상적으로 보일 수 있다.하지만, 이것은 단지 같은 척도를 나타내는 또 다른 수학적 구문일 뿐이다: 켈빈 당 줄(운동 에너지를 포함한 에너지의 SI 단위).

어떤 물질에 온도를 주입하는 특성은 볼츠만 상수에 따라 열에너지가 특정 가스의 압력과 온도에 어떻게 정확하게 정의된 변화를 일으키는지와 관련된 이상적인 가스 법칙을 조사함으로써 쉽게 이해할 수 있습니다.이것은 헬륨과 아르곤과 같은 단원자 기체가 물질에서 일어날 수 있는 가능한 움직임의 특정한 부분집합에서만 움직이는 완벽한 탄성과 구형의 당구공처럼 운동적으로 작용하기 때문입니다: 그것은 세 가지의 변환 자유도를 포함합니다.변환 자유도는 3D 공간의 X, Y 및 Z 축을 따라 당구공과 같은 익숙한 움직임입니다(아래 그림 1 참조).그렇기 때문에 귀한 가스는 모두 원자당 동일한 비열 용량을 가지며 그 값이 모든 가스 중에서 가장 낮은 것입니다.

그러나 분자(화학적으로 결합된 두 개 이상의 원자)는 내부 구조를 가지고 있기 때문에 추가적인 내부 자유도를 가지고 있으며(아래 그림 3 참조), 이는 분자가 단원자 가스보다 주어진 온도 상승에 대해 더 많은 열에너지를 흡수하도록 한다.열에너지는 사용 가능한 모든 자유도에서 생성됩니다. 이는 등분할 정리에 따르기 때문에 사용 가능한 모든 내부 자유도는 세 개의 외부 자유도와 동일한 온도를 가집니다.그러나 모든 기체에 압력을 가하는 성질은 기체 입자가 용기로부터 나오는 단위 면적당 순 힘이며 원자와 분자의 세 가지 변환 ^[5]자유도에서 발생하는 운동에너지의 함수이다.

볼츠만 상수를 다른 규칙 제정과 함께 특정 값으로 고정하는 것은 열역학 온도의 단위 간격인 켈빈의 크기를 귀한 가스의 평균 운동 거동으로 정확하게 설정하는 효과를 가져왔다.또한 열역학 온도 척도의 시작점인 절대 0은 표본에 0 평균 운동 에너지가 남아 있는 점으로 재확인되었다. 남은 입자 운동은 0점 에너지로 인한 무작위 진동을 구성하는 점뿐이다.

랭킨 스케일

역사상 많은 온도 척도가 존재했지만 열역학적 온도를 측정하는 척도는 두 가지뿐이며 절대 영점이 영점(0)입니다.켈빈 척도와 랭킨 척도가 있습니다.

거의 항상 국제 단위계를 사용하여 현대적인 측정이 이루어지는 과학 세계 전체에서 열역학적 온도는 켈빈 척도를 사용하여 측정됩니다.랭킨 척도는 미국의 영어 엔지니어링 유닛의 일부이며 특정 엔지니어링 분야, 특히 레거시 레퍼런스 저작물에 사용됩니다.랭킨 눈금은 화씨(기호: °F)와 같은 크기의 랭킨도(기호: °R)를 단위로 사용합니다.

랭킨 1도의 단위 증분은 정확히 1 켈빈보다 크기가 1.8배 작으므로 켈빈 척도의 특정 온도를 랭킨 척도로 변환하고 랭킨 척도의 온도에서 켈빈 척도로 변환하려면 "영점"에 대해 °R / 1.8 = K가 된다.물 얼음의 ing 지점(0°C 및 273.15K)은 491.67°R이다.

온도 간격(스팬 또는 두 온도 간의 차이)을 변환하려면 앞서 설명한 것과 동일한 공식을 사용합니다. 예를 들어, 5 켈빈의 범위는 랭킨의 9도 범위와 정확하게 동일합니다.

켈빈의 현대적 재정의

1954년부터 2019년까지 65년 동안 SI 베이스 유닛의 재정의 기간 동안 1 켈빈의 온도 간격은 다음과 같이 정의되었다.1/273.16 물의 삼중점과 절대 영점 사이의 차이.1954년 국제측량국(프랑스어 약자 BIPM으로 알려진)의 결의안 및 이후 결의안 및 간행물은 물의 삼중점을 정확히 273.16K로 정의했으며, 이전 협약(즉, 0°C는 오랫동안 t로 정의됨) 때문에 이를 수용하는 것이 "일반 관행"임을 인정했다.물의 녹는점과 물의 삼중점이 오랫동안 구별하기 어려울 정도로 0.01°C에 가까운 것으로 실험적으로 결정되었다.) 섭씨 척도와 켈빈 척도의 차이는 273.15 켈빈으로 인정된다. 즉, 0°C는 273.15 ^[6]켈빈과 같다.이후 분해능뿐만 아니라 이것의 순효과는 두 가지였다. 1) 절대 0을 정확히 0K로 정의했고 2) 비엔나 표준 평균 해양수라고 불리는 특수 동위원소 제어수의 삼중점은 정확히 273.16 켈빈과 0.01 °C로 정의했다.앞서 언급한 분해능의 한 가지 효과는 물의 녹는점이 273.15 켈빈과 0 °C에 매우 가깝지만 정의값이 아니며 보다 정밀한 측정을 통해 정제되어야 한다는 것이었다.

1954년 BIPM 표준은 물의 동위원소 시료 간 동위원소 변화로 인한 불확실성 내에서 물의 동결점과 3배 지점 주변의 온도를 잘 설정했지만, 3배 지점과 절대 0점 사이의 중간 값뿐만 아니라 실온과 그 이상의 추정 값도 경험해야 했다.개별 실험실의 장치 및 절차를 통해 결정됩니다.이러한 단점은 1990년 국제 온도 척도(ITS-90)에 의해 해결되었습니다. ITS-90은 13.8033 K에서 1,357.77 K까지 13개의 추가 지점을 정의했지만, ITS-90은 정의상으로는 금속 샘플의 용융점 또는 동결점에 따라 추정된 값 중 8개가 남아 있기 때문에 몇 가지 문제가 있었습니다.녹거나 결빙점이 영향을 받지 않도록 순수하게 흐릅니다(보통 우울함).

2019년 SI 베이스 유닛의 재정의는 SI 베이스 유닛을 정의하는 마지막 물리적 아티팩트(프랑스에 위치한 금고에 세 개의 중첩된 벨 항아리 아래에 보관된 백금/이리듐 실린더)인 킬로그램에서 SI 시스템의 정의적 기초의 상당 부분을 분리하기 위한 것이었다.baltzmann 상수를 포함한 4개의 물리 상수를 확실하게 고정해야 했습니다.

볼츠만 상수를 정밀하게 정의된 값으로 할당하는 것은 가장 정밀하게 측정되는 것을 제외하고는 현대 온도계에 실질적인 영향을 미치지 않았다.재정의 전 물의 삼중점은 정확히 273.16K와 0.01°C였고 볼츠만 상수는 1.38064903(51)×10⁻²³ J/K로 실험적으로 결정되었다. 여기서 "(51)은 두 개의 최하위 자릿수(03)의 불확실성을 나타내며 표준 불확도 ^[7]037ppm과 같다.이후 볼츠만 상수를 정확히 1.380649×10⁻²³ J/K로 정의함으로써 0.37ppm의 불확실성이 물의 삼중점으로 전달되었고, 이는 실험적으로 결정된 273.1600 ±0.0001 K(0.0100 ±0.0001 °C)의 값이 되었다.SI 재정의 후 물의 3중점이 273.16K에 매우 근접하게 된 것은 우연이 아니었다. 볼츠만 상수의 최종 값은 물의 3중점을 핵심 기준 ^[8]온도로 사용한 아르곤과 헬륨에 대한 현명한 실험을 통해 부분적으로 결정되었다.^[9]

2019년 재정의에도 불구하고, 물 3중점 셀은 273.16K와 0.01°C에서 매우 정밀한 교정 기준으로서 현대 온도계에서 계속 기능한다.또한 물의 3중점은 ITS-90으로 구성된 14개의 보정점 중 하나로 남아 있으며, 이는 수소 3중점(13.8033K)에서 열역학 온도의 거의 100배 범위인 구리 응고점(1357.77K)에 걸쳐 있다.

온도, 운동, 전도 및 열 에너지의 관계

운동에너지의 성질, 반향운동, 온도

물질의 부피(통계적으로 유의한 입자의 양)의 열역학적 온도는 변환 운동으로 알려진 특정 입자 운동의 평균 운동 에너지에 정비례합니다.공간의 세 X, Y 및 Z 축 치수의 이러한 단순한 움직임은 입자가 세 개의 공간 자유도로 움직인다는 것을 의미합니다.이 운동 에너지의 특정한 형태는 때때로 운동 온도라고 불린다.변환 운동은 열에너지의 한 형태일 뿐이며, 기체의 온도뿐만 아니라 압력과 부피의 대부분을 제공합니다.가스의 온도, 압력 및 부피 간의 관계는 이상적인 가스 법칙의 공식 pV = nRT로 정의되며 가스 법칙에 구체화됩니다.

세 가지 변환 자유도에서만 발생하는 운동 에너지는 물질의 열역학적 온도를 구성하지만, 그림 3에서 볼 수 있듯이 분자는 결합 길이, 결합 각도, 회전의 세 가지 범주로 분류되는 다른 자유도를 가질 수 있다.세 가지 추가 범주가 모두 모든 분자에 대해 반드시 이용 가능한 것은 아니며, 세 가지 모두를 경험할 수 있는 분자의 경우에도 일부는 특정 온도 이하로 "동결"될 수 있습니다.그럼에도 불구하고, 특정 조건 하에서 분자가 이용할 수 있는 모든 자유도는 물질의 특정 열 용량에 기여합니다. 즉, 물질의 특정 양을 1 켈빈 또는 섭씨 1도 상승시키는 데 필요한 열(운동 에너지)의 양을 증가시킵니다.

운동 에너지, 질량 및 속도의 관계는 E = 1/2mv라는^{2 [10]}공식으로_k 주어진다.따라서 질량이 1단위로 움직이는 입자는 질량이 4배지만 속도는 절반인 입자와 운동 에너지와 온도가 정확히 같다.

기체 내 원자 또는 분자의 통계적으로 유의한 집합에서 변환 운동의 운동 에너지가 가스의 압력과 부피에 기여하는 정도는 볼츠만 상수(기호: k_B)에 의해 확립된 열역학적 온도의 비례 함수이다.볼츠만 상수는 또한 기체의 열역학적 온도를 개별 입자의 변환 운동 평균 운동 에너지와 다음과 같이 관련짓습니다.

여기서:

• $~(\$는 각 입자의 평균 운동 에너지(J)입니다.
• k_B = 1.380649×10⁻²³ J/K
• T는 물질 부피의 열역학 온도(K)이다.

볼츠만 상수가 입자의 표본에서 평균 운동 에너지를 찾는데 유용한 반면, 중요한 것은 물질이 분리되고 열역학적 평형 상태에 있을 때조차도 개별 원자와 분자의 이동 운동이 일어나는 것입니다.다양한 속도(위 그림 1의 애니메이션을 참조하십시오.어느 순간이라도 이 범위 내에서 주어진 속도로 이동하는 입자의 비율은 맥스웰-볼츠만 분포에 의해 설명되는 확률에 의해 결정됩니다.그림 2의 그래프는 5500K 헬륨 원자의 속도 분포를 나타낸다.가장 가능성이 높은 속도는 4.780km/s(0.2092초/km)입니다.하지만, 어떤 특정한 비율의 원자는 어떤 순간에 더 빠르게 움직이는 반면, 어떤 원자는 상대적으로 더 느리게 움직인다; 어떤 원자는 순간적으로 가상의 정지 상태에 있다(오른쪽 x 축에서 벗어남).이 그래프는 x축에 역속도를 사용하므로 아래 그림 5의 곡선과 쉽게 비교할 수 있다.두 그래프에서 x축의 0은 무한 온도를 나타냅니다.또한 두 그래프의 x축과 y축은 비례적으로 조정됩니다.

번역 동작의 고속화

번역 운동을 직접 감지하려면 매우 특별한 실험 장비가 필요하지만, 액체 속에 떠 있는 작은 입자와 원자 또는 분자의 충돌로 인해 일반 현미경으로 볼 수 있는 브라운 운동이 발생한다.소립자의 병진운동은 매우 빠르고^[11] 직접 관찰하기 위해서는 절대영도에 가까운 온도가 필요하다.예를 들어, NIST의 과학자들이 1994년에 700nK (10억분의 1 켈빈)의 기록적인 저온에 도달했을 때, 그들은 광학 격자 레이저 장비를 사용하여 단열적으로 세슘 원자를 냉각시켰다.그리고 나서 그들은 끼임 레이저를 끄고 온도를 ^[12]계산하기 위해 초당 7mm의 원자 속도를 직접 측정했다.다음 각주에 ^[13]병진운동의 속도 및 속도를 계산하기 위한 공식이 제시되어 있다.

운동 온도에 의한 원자 움직임을 상상하는 것은 어렵지 않으며, 그러한 움직임과 제로점 에너지에 의한 움직임을 구별하는 것은 어렵지 않다.왼쪽의 그림 2.5와 같이 절대 0에 매우 가까운 원자를 가진 다음과 같은 가정적인 사고 실험을 생각해 보자.광학 현미경의 최대 배율인 400배율로 설정된 일반적인 광학 현미경을 통해 들여다본다고 상상해 보십시오.이러한 현미경은 일반적으로 직경이 0.4mm가 넘는 시야를 제공한다.시야의 중심에는 어두운 배경에 비추고 빛나는 단일 부상 아르곤 원자(Argon은 공기의 약 0.93%로 구성됨)가 있습니다.만약 이 아르곤 원자는 beyond-record-setting 절대 zero,[14]의 일반화 캘빈의one-trillionth에 수직이고 오른쪽을 향해 시야의 범위가로 이동하고 있었습니다. 이 여행 거리에 대한 thi의 끝에 있는 마침표의 너비와 같다 139초가 이미지의 중심에서 200-micron 진드기에 마크로 이사를 해야 것이다.ss최신 컴퓨터 모니터에 접속할 수 있습니다.아르곤 원자가 천천히 움직이면 제로점 에너지에 의한 위치 지터는 광학 현미경의 200나노미터(0.0002mm) 해상도보다 훨씬 작아집니다.중요한 것은 원자의 초당 14.43미크론의 이동 속도가 절대 0이 아니기 때문에 원자의 모든 운동 에너지를 구성한다는 것입니다.만약 원자가 정확히 절대 0에 있다면, 0점 에너지로 인해 감지할 수 없는 밀림은 원자를 아주 약간만 방황하게 만들겠지만, 원자는 평균적으로 시야 내의 같은 지점에 영구적으로 위치하게 될 것이다.이것은 모터가 꺼진 보트가 현재 비교적 고요하고 바람이 없는 바닷물에서 약간 흔들리는 것과 유사하다. 비록 보트가 무작위로 왔다 갔다 하지만, 그것은 오랜 기간 동안 같은 지점에 머무르며 물 속을 나아가지 못한다.따라서, 정확히 절대 0에 있는 원자는 "움직이지 않을 것"은 아니지만, 통계적으로 유의한 원자의 집합은 다른 원자 집합으로 전달될 수 있는 0의 순 운동 에너지를 가질 것이다.이것은 두 번째 원자 집합의 운동 온도에 관계없이, 그들 역시 제로 포인트 에너지의 효과를 경험하기 때문입니다.통계 역학의 결과와 열역학의 특성입니다.

분자의 내부 운동과 내부 에너지

위에서 언급했듯이, 물질의 운동 온도에 흡수되는 세 가지 변환 자유도 외에 분자가 흔들릴 수 있는 다른 방법이 있다.오른쪽 애니메이션에서 볼 수 있듯이, 분자는 복잡한 물체입니다; 그들은 원자의 집단이고 열 교반으로 인해 세 가지 다른 방식으로 내부 화학 결합을 변형시킬 수 있습니다: 회전, 결합 길이, 결합 각도 움직임; 이것들은 모두 내부 자유도입니다.이것은 분자를 헬륨과 아르곤과 같은 단원자 물질과 구별하게 만들며, 헬륨과 아르곤은 오직 세 가지의 변환 자유도를 가지고 있다.운동 에너지는 분자 내부의 자유도에 저장되며, 분자 내부의 온도를 제공한다.이러한 움직임을 "내부"라고 부르지만, 분자의 외부 부분은 정지해 있는 물 풍선의 꿈틀거림처럼 여전히 움직인다.이것은 각각의 분자 충돌에 따른 내부 운동과 변환 운동 사이의 운동에너지의 양방향 교환을 가능하게 한다.따라서 분자로부터 내부 에너지가 제거됨에 따라 분자 운동 온도(번역 운동의 운동 에너지)와 내부 온도가 동일한 비율로 동시에 감소한다.이 현상은 균등분할정리에 의해 설명되며, 균등분할정리는 입자가 이용할 수 있는 모든 활성자유도에 대해 입자운동의 운동에너지가 균등하게 분포한다는 것을 말한다.분자의 내부 온도는 보통 운동 온도와 같기 때문에, 그 구별은 보통 연소, 고체의 승화, 부분 진공에서의 뜨거운 가스의 확산과 같은 비국소 열역학적 평형(LTE) 현상에 대한 상세한 연구에만 관심이 있습니다.

분자 내부에 저장된 운동 에너지는 물질이 주어진 온도에서 더 많은 열에너지를 포함하고 주어진 온도 상승을 위해 추가적인 내부 에너지를 흡수하도록 합니다.이것은, 주어진 순간에, 내부 운동으로 묶인 어떤 운동 에너지도 분자의 이동 ^[15]운동에 기여하는 같은 순간에 있지 않기 때문입니다.이 여분의 운동 에너지는 단순히 주어진 온도 상승을 위해 물질이 흡수하는 내부 에너지의 양을 증가시킨다.이 특성은 물질의 비열 용량으로 알려져 있습니다.

다른 분자는 온도가 증가할 때마다 내부 에너지를 흡수합니다. 즉, 분자의 비열 용량이 다릅니다.높은 비열 용량은 부분적으로 특정 물질의 분자가 다른 물질보다 내부 자유도를 더 많이 가지고 있기 때문에 발생합니다.예를 들어, 이원자 분자인 상온 질소는 5개의 활성 자유도를 가지고 있습니다. 즉, 3개의 활성 자유도는 변환 운동과 2개의 내부 회전 자유도로 구성됩니다.당연히 등분할 정리에 따라 질소는 단원자 ^[16]가스와 마찬가지로 몰당 비열용량(특정 분자 수)의 5/3를 갖는다.또 다른 예는 가솔린입니다(표 참조).휘발유는 각 분자가 평균 21개의 원자로 구성되어 내부 자유도가 높기 때문에 약간의 온도 변화만으로 몰당 많은 양의 열에너지를 흡수할 수 있습니다.더 크고 복잡한 분자도 수십 개의 내부 자유도를 가질 수 있습니다.

열에너지의 확산: 엔트로피, 포논, 이동 전도 전자

열전도는 시스템의 뜨거운 부분에서 차가운 부분으로 열에너지가 확산되는 것입니다.시스템은 단일 벌크 엔티티 또는 여러 개의 이산 벌크 엔티티 중 하나일 수 있다.이 문맥에서 벌크란 통계적으로 유의한 입자의 양(미소한 양일 수 있음)을 의미합니다.고립된 시스템 내에서 열에너지가 확산될 때마다 시스템 내 온도차가 감소합니다(그리고 엔트로피가 증가합니다).

한 가지 특별한 열전도 메커니즘은 입자의 운동인 입자의 운동이 충돌로 입자에서 입자로 운동량을 전달할 때 발생합니다.기체에 있어서 이러한 변환운동은 그림 1과 같은 성질이다.이 애니메이션에서 볼 수 있듯이 연속적인 충돌에 의해 기체의 부피 전체에 운동량(열)이 확산될 뿐만 아니라 분자 또는 원자 전체가 새로운 영역으로 나아가 운동 에너지를 가져올 수 있다.따라서 온도 차이는 기체 전체에 걸쳐 매우 빠르게 균일해집니다. 특히 가벼운 원자나 분자의 경우, 대류는 이 과정을 훨씬 ^[17]더 빠르게 가속화합니다.

그러나 고체에서의 변환 운동은 포논의 형태를 취한다(오른쪽 그림 4 참조).포논은 제한된 양자화된 파동 패킷으로 특정 물질의 음속으로 이동합니다.고체 내에서 포논이 상호작용하는 방식에 따라 열전도율을 포함한 다양한 특성이 결정됩니다.전기 절연 고형물의 경우 포논 기반의 열전도는 일반적으로 비효율적이며^[18] 이러한 고형물은 단열재(유리, 플라스틱, 고무, 세라믹 및 암석)로 간주됩니다.이것은 고체에서는 원자와 분자가 이웃에 대해 제자리에 잠겨 자유롭게 돌아다닐 수 없기 때문입니다.

그러나 금속은 포논 기반의 열전도에만 국한되지 않습니다.열 에너지는 분자와 분자의 직접적인 충돌 대신 매우 가벼운 이동 전도 전자를 통해 전달되기 때문에 금속을 통해 매우 빠르게 전달됩니다.이것이 금속의 열전도율과 전기전도율 ^[19]사이에 거의 완벽한 상관관계가 있는 이유입니다.전도 전자는 금속이 비국재화(특정 원자에 얽매이지 않음)되고 제로점 에너지의 영향으로 인해 일종의 양자 가스처럼 행동하기 때문에 금속에 비상한 전도성을 주입한다(ZPE에 대한 자세한 내용은 아래 주 1 참조).또한 전자는 정지 질량만으로 비교적 가볍다.양성자의 1/1/1입니다.이는 총을 쏘는 소총과 비교했을 때 .22 쇼트 탄환(29개 또는 1.88g)과 거의 같은 비율이다.아이작 뉴턴이 운동의 제3법칙으로 썼듯이

법칙 3: 모든 힘은 쌍으로 발생하며, 이 두 힘은 크기가 같고 방향이 반대입니다.

하지만 총알은 같은 힘을 가할 때 소총보다 더 빨리 가속한다.운동 에너지가 속도의 제곱에 따라 증가하기 때문에, 비록 둘 다 팽창하는 추진제 가스로부터 같은 힘을 경험하더라도, 거의 모든 운동 에너지가 소총이 아닌 탄환에 들어갑니다.마찬가지로, 그것들은 훨씬 덜 크기 때문에, 열에너지는 이동 전도 전자에 의해 쉽게 전달된다.게다가 그것들은 비국재적이고 매우 빠르기 때문에 운동열 에너지는 풍부한 전도 전자를 가진 금속을 통해 매우 빠르게 전도됩니다.

열에너지의 확산 : 흑체방사

열복사는 원자의 다양한 진동 운동에서 발생하는 충돌의 부산물이다.이러한 충돌은 원자의 전자가 열 광자를 방출하게 만든다.광자는 전하가 가속될 때마다 방출됩니다(두 원자의 전자 구름이 충돌할 때 발생하는 현상).심지어 내부 온도가 절대 0보다 큰 개별 분자들도 원자로부터 흑체 방사선을 방출한다.평형상태의 물질의 부피에서 흑체 광자는 플랑크 곡선이라고 불리는 벨 곡선 모양의 스펙트럼에서 파장 범위에 걸쳐 방출된다(오른쪽 그림 5 참조).플랑크 곡선의 꼭대기(피크 방사 파장)는 흑체의 온도에 따라 전자기 스펙트럼의 특정 부분에 위치합니다.극저온에서 물질은 긴 전파 파장을 방출하는 반면 극저온에서는 짧은 감마선을 생성한다(일반 온도 표 참조).

흑체 복사는 광자가 주변 원자에 흡수되면서 그 과정에서 운동량을 전달하면서 물질 전체에 열에너지를 확산시킨다.흑체 광자는 또한 물질로부터 쉽게 빠져나와 주변 환경에 흡수될 수 있습니다. 그 과정에서 운동 에너지가 손실됩니다.

Stefan-Boltzmann 법칙에 따라 흑체 방사선의 강도는 절대 온도의 네 번째 거듭제곱으로 증가한다.따라서 824K(빛나는 칙칙한 빨간색에 조금 못 미치는)의 흑체는 296K(실온)의 60배의 복사 전력을 방출합니다.그래서 멀리서도 뜨거운 물체의 복사열을 쉽게 느낄 수 있다.백열등에서 볼 수 있는 것과 같은 고온에서는 흑체 복사가 열에너지가 시스템을 빠져나가는 주요 메커니즘이 될 수 있습니다.

열역학 온도표

절대 0부터 절대 고온까지 열역학 온도 척도의 전체 범위와 그 사이의 몇 가지 주목할 점이 아래 표에 나와 있습니다.

	켈빈	피크 방사율 파장[20] 흑체 광자
절대 제로 (정의에 따라 정의됨)	0 K	∞ [3]
가장 낮은 측정값 온도 [21]	450 pK	6,400 km
1밀리켈빈 (정의에 따라 정의됨)	0.001 K	2.897 77 m (라디오, FM 대역)[22]
우주 마이크로파 백그라운드 방사선	2.725 K	1.063mm(피크 파장)
물의 삼점	273.16 K	10.6083 µm (장파장 I.R.)
ISO 1 표준 온도 정밀 도량형용 (정의상 정확히 20°C)	293.15 K	9.88495 µm (장파장 I.R.)
백열등[A]	2500 K[B]	1.16 µm (근적외선)[C]
태양의 가시[C][23] 표면	5778 K	501.5 nm (녹색등)
번개의 채널.	28,000K	100 nm (원 자외선)
태양핵	16 MK	0.18 nm(X선)
열핵 폭발 (피크 온도)[24]	350 MK	8.3 × 10−3 nm (감마선)
Sandia 국립 연구소' Z머신[D][25]	2 GK	1.4 × 10−3 nm (감마선)
고질량 별의 마지막[26] 날 핵	3 GK	1 × 10−3 nm (감마선)
쌍성 중성자별 시스템을 병합하는 중	350 GK	8 × 10−6 nm (감마선)
감마선 폭발 전구체[28]	1 TK	3 × 10−6 nm (감마선)
CERN의 양성자와 핵충돌[29]	10 TK	3 × 10−7 nm (감마선)
Universe 5.391 × 10초−44 빅뱅 이후	1.417 × 1032 K	1.616 × 10−26 nm (플랭크 주파수)[30]

상열 변화

입자 운동의 운동 에너지는 물질 내 총 열 에너지에 기여하는 한 가지에 불과하고, 또 다른 것은 상전이이며, 이것은 물질이 냉각될 때 형성될 수 있는 분자 결합의 잠재적 에너지입니다(예: 응축 및 동결).상전이에 필요한 열에너지를 잠열이라고 합니다.이 현상은 반대 방향으로 생각하면 더 쉽게 파악할 수 있습니다. 잠열은 화학 결합을 끊는 데 필요한 에너지입니다(예: 증발 및 용해 중).거의 모든 사람이 상전이의 영향을 잘 알고 있습니다. 예를 들어, 100°C에서 증기를 뿜으면 헤어 드라이어의 100°C 공기보다 훨씬 빠르게 심한 화상을 입을 수 있습니다.이는 수증기가 응축되면서 피부에 있는 액체 상태의 물로 다량의 잠열이 방출되기 때문이다.

상전이 중에 열에너지가 해방되거나 흡수되더라도 순수한 화학 원소, 화합물 및 공정 합금은 어떠한 온도 변화도 보이지 않습니다(아래 그림 7 참조).한 가지 특정 유형의 상전이를 고려해 보십시오. 바로 용해입니다.고체가 녹을 때, 결정 격자 화학 결합은 분해됩니다; 그 물질은 더 질서 있는 상태로 알려진 상태에서 덜 질서 있는 상태로 이행하고 있습니다.그림 7은 파란색에서 녹색으로 향하는 왼쪽 하단 상자 안에서 얼음이 녹는 모습을 보여준다.

특정 열역학 지점인 녹는점(물의 경우 넓은 압력 범위에 걸쳐 0°C)에서 모든 원자 또는 분자는 평균적으로 격자에서 벗어나지 않고 화학 결합을 견딜 수 있는 최대 에너지 임계값에 도달합니다.화학적 결합은 모두 아니면 아무것도 아닌 힘이다: 그것들은 단단하게 유지되거나 끊어진다; 중간 상태는 없다.결과적으로, 물질이 녹는점에 있을 때, 추가된 열에너지의 모든 줄들은 원자나 ^[31]분자의 특정 양의 결합을 끊고, 그것들을 정확히 같은 온도의 액체로 변환합니다; 운동 에너지는 번역 운동에 추가되지 않습니다(그것이 물질의 온도를 주는 것입니다).그 효과는 팝콘과 비슷합니다: 특정 온도에서 추가적인 열에너지는 전환이 완료될 때까지 알맹이를 더 뜨겁게 만들 수 없습니다.(액체의 동결과 같이) 프로세스가 역방향일 경우 물질에서 열에너지를 제거해야 한다.

상기와 같이 상전이에 필요한 열에너지를 잠열이라고 합니다.녹는 것과 얼리는 것의 특정한 경우, 그것은 융합의 엔탈피 또는 융합의 열이라고 불립니다.결정 격자의 분자 결합이 강할 경우, 물과 대부분의 금속 ^[32]원소의 경우 일반적으로 몰당 6~30kJ의 범위에서 융해 열이 상대적으로 클 수 있다.물질이 (분자 결합을 형성하는 경향이 거의 없는) 단원자 가스 중 하나일 경우, 핵융합 열은 ^[33]몰당 0.021 ~ 2.3 kJ로 더 약하다.상대적으로 말하면, 상전이란 정말로 에너지적인 사건일 수 있습니다.0°C에서 얼음을 0°C에서 물에 완전히 녹이려면 동일한 액체 물 덩어리의 온도를 섭씨 1도 상승시키는 데 필요한 열 에너지의 약 80배를 추가해야 한다.금속의 비율은 훨씬 더 크며, 일반적으로 400배에서 1200배 ^[34]사이입니다.그리고 끓는 상전이 냉동보다 훨씬 더 강력합니다.예를 들어 물을 완전히 끓이거나 증발시키는 데 필요한 에너지(기화 엔탈피로 알려진 것)는 1도 ^[35]상승에 필요한 에너지의 약 540배입니다.

물의 상당한 증발 엔탈피는 수증기가 응축될 정도로 피부가 빨리 탈 수 있는 이유이다(위의 그림 7에서 빨간색에서 녹색으로 향함).반대로 액체 상태의 물이 증발하면서 피부가 시원해지는 이유다(상대습도에 따라 습구온도 이하에서 일어나는 과정이다.물의 고에너지 증발 엔탈피는 또한 왜 태양 전지 덮개가 난방비를 줄이는데 매우 효과적인지에 대한 기초가 되는 중요한 요소이다: 그것들은 증발을 방지한다.예를 들어, 1.29m 깊이의 수영장에서 불과 20mm의 물이 증발하면 물은 섭씨 8.4도(15.1°F)로 냉각됩니다.

내부 에너지

전도 전자를 포함한 모든 입자 운동 및 내부 에너지의 총합과 위상 변화의 잠재적 에너지, 그리고 0점^[3] 에너지는 물질의 내부 에너지를 구성합니다.

절대 영점에서의 내부 에너지

물질이 냉각됨에 따라, 다른 형태의 내부 에너지와 그 관련 효과는 동시에 크기가 감소합니다: 물질이 덜 질서 있는 상태에서 더 질서 있는 상태로 변화함에 따라 사용 가능한 상 전이의 잠열이 방출됩니다; 원자와 분자의 이동 운동이 감소합니다(운동 온도 감소).분자의 내부운동은 감소한다(내부온도는 감소한다). 전도전자(물질이 전기전도체일 경우)는 다소 느리게 이동한다. 그리고 흑체 복사의 피크 방사 파장은 증가한다(광자의 에너지는 감소한다).물질의 입자가 가능한 한 가깝게 정지하고 ZPE에 의해 유도되는 양자역학적 움직임만 유지하면 물질의 온도는 절대영도(T=0)가 된다.

절대 0은 열역학적 온도가 0인 점이며 물질의 입자 성분이 최소의 움직임을 갖는 점이지만 절대 0은 물질이 반드시 내부 에너지를 0으로 포함하는 지점이 아닙니다. 내부 에너지가 무엇을 의미하는지 매우 정밀해야 합니다.종종 물질에서 발생할 수 있는 모든 위상 변화는 절대 0에 도달할 때까지 발생합니다.하지만 항상 그렇지는 않다.특히 T = 0 헬륨은 실압에서 액체 상태로 유지되며(오른쪽 그림 9), 결정화하려면 25bar(2.5MPa) 이상의 압력을 받아야 한다.헬륨의 핵융합 열(헬륨 얼음을 녹이는 데 필요한 에너지)이 너무 낮아서(몰당 21줄에 불과) 0점 에너지의 운동 유발 효과가 더 낮은 압력에서 얼지 않도록 하기에 충분하기 때문이다.

또 다른 문제는 많은 고체가 결정 구조를 매우 높은 압력(최대 수백만 바 또는 수백 기가파스칼)에서 보다 콤팩트한 배열로 변경한다는 것입니다.이러한 현상을 고체-고체상 전이라고 하며, 결정 격자가 열역학적으로 유리한 소형 격자로 변화함에 따라 잠열이 방출됩니다.

위의 복잡성은 T = 0 물질의 내부 에너지에 관한 다소 번거로운 포괄적 문구를 만든다.그러나 압력에 관계없이 절대 영점에서는 가장 가까운 배열(왼쪽 위 그림 8 참조)을 가진 가장 낮은 에너지 결정 격자를 가진 모든 고체는 최소 내부 에너지를 포함하며, 항상 존재하는 0점 ^{[3] [37]}에너지의 배경 때문에 그 에너지만 유지한다고 말할 수 있다.또한 일정한 압력에서 주어진 물질에 대해 절대 0은 엔탈피(내부 에너지, 압력 및 부피를 고려한 ^[38]작업 전위의 측정)가 가장 낮은 지점이라고 말할 수 있다.마지막으로, 모든 T = 0 물질은 0의 운동 열에너지를 ^{[3] [13]}포함하고 있다고 말하는 것은 항상 사실이다.

열역학적 온도의 실용적 응용

열역학적 온도는 과학자들뿐만 아니라 가스와 관련된 많은 분야의 일반인들에게도 유용할 수 있습니다.절대적인 용어로 변수를 표현하고 Gay-Lussac의 온도/압력 비례 법칙을 적용함으로써 일상적인 문제에 대한 해결책은 간단합니다. 예를 들어, 온도 변화가 자동차 타이어 내부의 압력에 어떻게 영향을 미치는지 계산하는 것입니다.타이어의 냉간^[39] 게이지 압력이 200kPa이면 절대 압력은 300kPa입니다.^[40][41]실온(타이어 용어로 차가운)은 296 K입니다.타이어 온도가 20°C(20kelvins) 더 높을 경우 용액은 316K/296K = 6.8% 더 높은 열역학 온도 및 절대 압력, 즉 게이지 압력 220kPa의 절대 압력으로 계산됩니다.

이상기체의 법칙과의 관계

열역학적 온도는 이상적인 가스 법칙과 그 결과와 밀접하게 관련되어 있습니다.그것은 열역학 제2법칙과도 연관될 수 있다.열역학적 온도는 특별한 특성을 가지며, 특히 이상적인 열 엔진의 효율성을 고려함으로써 (일부 일정한 승수까지) 고유하게 정의된 것으로 볼 수 있다.따라서 두 온도₁ T와₂ T의 비율₂ T/T는₁ 모든 절대 척도에서 동일합니다.

엄밀히 말하면, 시스템의 온도는 열평형 상태에 있을 때만 명확하게 정의됩니다.현미경으로 보면, 개별 입자간의 열량이 상쇄되면 물질은 열평형 상태에 있다.물리적 현상에 대한 다양한 관측에서 도출된 많은 가능한 온도 척도가 있습니다.

대략적으로 말하면, 온도 차이는 두 시스템 간의 열 방향을 결정하며, 결합된 에너지가 가능한 가장 낮은 상태로 최대한 분산되도록 합니다.우리는 이 분포를 "엔트로피"라고 부릅니다.온도와 엔트로피의 관계를 더 잘 이해하려면 Carnot 열 엔진에 설명된 열, 작업 및 온도 간의 관계를 고려하십시오.엔진은 가스 충전 피스톤을 통해 고온 열원 T와_H 저온 열 싱크 T 사이의_C 온도 구배를 유도하여 열을 작업으로 변환합니다.사이클당 수행되는 작업은 고온 소스로부터 엔진이 차지하는 열_H q와 엔진에서 발생하는 폐열의 합인 q_C < ^[42]0인 순열과 같은 크기입니다.엔진의 효율은 시스템에 가해지는 열로 나눈 작업입니다.

${\displaystyle {\text{여기}}_{}}$서 cy$$w\$displaystyle w_{\text{cy}}$는 사이클당 수행되는 작업입니다.따라서 효율은 q_H / q에만_C 의존합니다.

Carnot의 정리는 동일한 열 저장고 사이에서 작동하는 모든 가역 엔진은 동등하게 효율적이라는 것입니다.따라서 온도₁ T와 온도₂ T 사이에서 작동하는 모든 가역 열 엔진은 동일한 효율성을 가져야 합니다. 즉, 효율은 온도의 함수입니다.

또한 온도₁ T와₃ T 사이에서 작동하는 가역 열 엔진은 T와 다른 (중간) 온도₂ T 사이₁, 그리고 T와₃ T 사이의₂ 두 번째 사이클로 구성된 것과 동일한 효율성을 가져야 합니다.그렇지 않을 경우 에너지(q의 형태)가 낭비되거나 획득되어 사이클이 컴포넌트 사이클로 분할될 때마다 전체적인 효율이 달라집니다.분명히 사이클은 작은 사이클의 수에 관계없이 구성할 수 있습니다.

수학적으로 Q, Q₂₃, Q를 이해하면₁

그러나 첫 번째 함수는 T의₂ 함수가 아니기 때문에, 최종 두 함수의 곱은 변수로 T를 제거해야₂ 한다.따라서 함수 f를 다음과 같이 정의하는 방법밖에 없습니다.

그리고.하도록

즉, 교환되는 열의 비율은 각 열이 발생하는 온도의 함수이다.We can choose any monotonic function for our ${\displaystyle g(T)}$; it is a matter of convenience and convention that we choose ${\displaystyle g(T)=$$T$ 다음으로 하나의 고정 기준 온도(즉 물의 3중점)를 선택하여 열역학적 온도 척도를 설정합니다.

이러한 정의는 이상적인 기체 유도 정의와 일치합니다. 또한 열역학적 온도의 정의는 T와_C T의 관점에서_H 카르노 효율을 나타낼 수 있게 하며, 따라서 (완전한) 카르노 사이클이 등방성이라는 것을 도출합니다.

이를 효율성에 대한 첫 번째 공식에 대입하면 온도와 관련하여 다음과 같은 관계가 생성됩니다.

T = 0의 경우_C 효율이 100%이고 T < 0의 경우_C 효율이 100% 이상 된다는 점에 유의하십시오. 이는 비현실적입니다.방정식 (4)의 오른쪽과 중간 부분에서 1을 빼면 ${\displaystyle \frac{q_{}}{}}$ C q ${\displaystyle H\frac{{}_{}}{}\frac{{}_{}}{}}$ - ${\displaystyle \frac{{}_{}}{{}_{}}}$ ${\displaystyle \frac{C_{}}{}}$ T$$H (\$displaystyle {frac${q_${\text})$가 됩니다.$C}} {q_{\text{$$H}}}}=-{\frac {T_{\text}$$C}}{T_{\text{$$H}}}}}}}$ 등$$

이 방정식의 일반화는 $Clausius$ 정리이며, 다음과 같이 정의된 상태 $함수{\displaystyle }$ S$($$즉$, 어떻게 그 상태에 도달했는지에 의존하지 않는 함수)의 존재를 제안한다.

$${\displaystyle dS=syslogfrac {dq_{\mathrm {rev}}}}{T}}$$

(5)

여기서 첨자는 가역 프로세스에서의 열 전달을 나타냅니다.$함수{\displaystyle }$ S$(\displaystyle$ S$)$는 앞에서 설명한 시스템의 엔트로피이며, 모든 사이클에서 S$(\displaystyle$ S$)$의 $변화$는 0입니다(상태 기능에 필요).식 5는 엔트로피와 열의 관점에서 온도에 대한 대체 정의를 얻기 위해 재배열할 수 있습니다(논리 루프를 피하기 위해 먼저 통계 역학을 통해 엔트로피를 정의해야 합니다).

$엔트로피{\displaystyle }$ S$(\displaystyle$ S$)$가 에너지 E$(\displaystyle$ E$)$의 $함수{\displaystyle }$S$displaystyle$ S$(E))$인 정용량 시스템의 경우 ${\displaystyle d={}_{}}$ ${\displaystyle r_{}}$ $(\$와 열역학적 $온도{\displaystyle }$T(\$displaystyle$ T$)$는 다음과 같습니다.

그래서 열역학적 온도의 역수는 일정한 부피에서 에너지에 대한 엔트로피의 증가율이다.

역사

1702–1703: 기욤 아몬톤스 (1663–1705)는 절대 0을 특징으로 하는 기본(열역학) 온도 척도의 존재를 추론한 최초의 연구자로 그를 신뢰하기 위해 사용될 수 있는 두 개의 논문을 발표했다.그는 당시 사용하던 공기 온도계를 개선하기 위해 노력하던 중 이 사실을 발견했다.그의 J-튜브 온도계는 온도계의 감지 부분 안에 갇힌 고정된 공기 덩어리에 의해 지탱되는 수은 기둥으로 구성되었다.열역학적 관점에서 그의 온도계는 일정한 압력 하에서 가스의 부피/온도 관계에 의존했다.물의 끓는점과 얼음의 녹는점에 대한 그의 측정은 그의 온도계 안에 갇힌 공기의 질량이나 공기가 지탱하는 수은의 무게와 상관없이 얼음 지점의 공기 부피의 감소는 항상 같은 비율이라는 것을 보여주었다.이러한 관찰을 통해 그는 충분한 온도 저하가 공기량을 0으로 감소시킬 것이라고 단언했다.사실, 그의 계산 결과 절대 0은 -240°C에 해당하며, 이는 실제 값인 -273.15°C보다 33.15도만 부족한 수치입니다.절대 온도와 절대 압력 사이의 일대일 관계에 대한 아몬톤의 발견은 한 세기 후에 다시 발견되었고 조셉 루이스 게이-루삭에 의해 과학계에서 널리 알려졌습니다.오늘날, 이 열역학의 원리는 일반적으로 게이-루삭의 법칙으로 알려져 있지만 아몬톤의 법칙으로도 알려져 있습니다.

1742: 앤더스 셀시우스 (1701–1744)는 현대의 셀시우스 온도 척도의 "뒤로" 버전을 만들었다.셀시스의 원래 척도에서 0은 물의 끓는점을 나타내고 100은 얼음의 녹는점을 나타냅니다.온도계에 대한 두 개의 지속적 도에 대한 그의 논문에서, 그는 얼음의 녹는점이 압력에 의해 효과적으로 영향을 받지 않는다는 것을 보여주는 그의 실험을 이야기했다.그는 또한 물의 끓는점이 대기압의 함수로서 어떻게 변화하는지 놀라운 정밀도로 알아냈다.그는 평균 해수면에서의 평균 기압에서 온도 척도(물의 비등점) 0을 보정할 것을 제안했다.

1744년: 앤더스 셀시우스의 죽음과 동시에, 유명한 식물학자 칼 린네 (1707–1778)는 0이 얼음의 녹는점을 나타내고 100이 물의 끓는점을 나타내는 그의 첫 번째 온도계를 받자마자 셀시우스의 눈금을 효과적으로^[44] 뒤집었다.그의 온실에서 사용하기 위해 맞춤 제작된 린네우스 온도계는 그 당시 스웨덴의 과학 기구 제조사 다니엘 에크스트롬에 의해 만들어졌다.이후 204년 동안 전 세계 과학 및 온도 측정 커뮤니티에서는 이 척도를 섭씨 척도라고 불렀습니다.섭씨 눈금의 온도는 종종 단순히 도 또는 더 큰 특이성이 필요한 경우 도로 보고되었다.이 척도의 온도 값 기호는 °C였다(수년간 여러 형식으로).센티그라드라는 용어는 각도 측정 단위(직각의 100분의 1)의 프랑스어 이름이기도 하고 다른 언어에서도 비슷한 의미를 가지고 있기 때문에, "센티시멀 도"라는 용어는 국제 표준 기구(International Bureau of Weights)와 같은 매우 정확하고 모호하지 않은 언어가 요구되었을 때 사용되었습니다.nd 측정(Bureau international des poids et mesure)(BIPM).제9회 CGPM(체중 및 측정에 관한 일반회의(Confrence généale des poids et mesure))와 CIPM(Comité international des poids et mesure)은 ^[46]1948년에 공식적으로^[45] 섭씨(기호: °C)를 채택했다.

1777: 그의 책 피로메트리에서 (베를린:Haude & Spener, 1779)는 죽기 4개월 전에 완성되었고, Johann Heinrich Lambert (1728–1777)는 때때로 Joseph Lambert로 잘못 불리며, 고정된 가스 부피의 압력/온도 관계에 기초한 절대 온도 척도를 제안했다.이것은 기욤 아몬톤스가 75년 전에 발견한 일정한 압력 하에서 가스의 부피와 온도 관계와는 다릅니다.램버트는 절대 0이 단순한 직선 외삽이 0 가스 압력에 도달한 지점이며 -270°C와 동일하다고 밝혔다.

Circa 1787: 85년 전 기욤 아몽톤의 연구에도 불구하고, 자크 알렉상드르 세사르 샤를(1746–1823)은 종종 일정한 압력 하에서 가스의 부피가 절대 온도에 비례한다는 것을 발견했지만 발표하지는 않았다.그가 만든 공식은₁ V/T₁ = V₂/T입니다₂.

1802: Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850)은 일정한 압력 하에서 가스의 부피가 절대(열역학) 온도와 선형으로 어떻게 변화하는지를 설명하는 연구 결과를 발표했습니다.이 행동은 찰스의 법칙이라고 불리며 가스 법칙 중 하나이다.이 공식은 얼음의 녹는점에 상대적인 가스 팽창 계수에 273을 사용한 최초의 공식입니다(절대 0이 -273°C와 동일함을 나타냄).

1848년: 켈빈 경으로도 알려진 윌리엄 톰슨(1824–1907)은 그의 논문 "절대 온도 측정 척도에 대하여"에서 무한 추위가 영점이고 그 단위 증가에 섭씨도를 사용하는 척도의 필요성에 대해 썼다.Gay-Lussac과 마찬가지로, Thomson은 절대 0이 당시의 공기 온도계에서 -273°C에 해당한다고 계산했습니다.이 절대 척도는 오늘날 켈빈 열역학 온도 척도로 알려져 있습니다.주목할 점은 Thomson의 값 -273은 실제로 0.00366에서 도출되었으며, 이는 빙점에 대한 섭씨당 가스의 허용 팽창 계수였습니다.유효 자릿수 5자리까지 표현되는 -0.00366의 역수는 -273.22°C로, 실제 값인 -273.15°C에 상당히 가깝다.

1859: 맥콘 랭킨(1820–1872)은 윌리엄 톰슨과 비슷하지만 단위 증분에 화씨도를 사용한 열역학 온도 척도를 제안했다.이 절대 척도는 오늘날 랭킨 열역학 온도 척도로 알려져 있습니다.

1877–1884: 루드비히 볼츠만(1844–1906)은 입자 역학과 흑체 복사가 수행하는 역할을 이해함으로써 열역학에 큰 기여를 했다.그의 이름은 오늘날 열역학에서 사용되는 공식들 중 몇 개에 붙여졌다.

1930년대 전후: 얼음의 녹는점과 물의 끓는점에 세심하게 보정된 가스 온도 측정 실험 결과 절대 영도는 -273.15°C에 해당합니다.

1948년: 제9차 CGPM(Conférence Généale des Poids et Mesures, 중량 및 측정에 관한 총회라고도 함)의 결의안 3은 물의 삼중점을 정확히 0.01°C로 고정했다.이때, 삼중점은 여전히 동등한 켈빈 값에 대한 공식적인 정의가 없었고, 결의안은 "나중에 고정될 것"이라고 선언했다.1930년대에 측정된 절대 영점 값이 정말로 -273.15°C이면 물의 삼중점(0.01°C)은 273.16K에 해당한다. 또한 CIPM(Comité International des poids et mesures, 국제 가중치 및 CGPM 측정 위원회라고도 공식적으로 알려져 있다.)섭씨와 섭씨 온도 척도에 대한 sius. ^[46]

1954년: 제10차 CGPM의 해상도 3은 물의 3중점을 상부 정의점으로 선택하고(절대 0에 대한 변화가 없음), 정확하게 273.16 켈빈(당시 실제로 273.16 켈빈으로 표기)의 온도를 할당함으로써 켈빈 척도를 현대적으로 정의했다.이것은 9번째 CGPM의 해결법 3과 함께 절대 영점을 정확히 0 켈빈과 -273.15°C로 정의하는 효과가 있었다.

1967/1968: 제13차 CGPM의 결의안 3은 열역학적 온도 켈빈(기호 K)의 단위 증가량을 절대도, 기호 °K로 변경했다.또한 제13차 CGPM은 단위증가의 크기를 보다 명확하게 규정하는 것이 유용하다고 판단하여 결의안 4에서 "열역학 온도의 단위인 켈빈은 물의 3중점 열역학 온도의 1/273.16이다"라고 결정했다.

2005년: CIPM(Comité International des Poids et Mesures, International Committee for Measures)은 물의 삼중점 온도를 기술하기 위해 켈빈 열역학 온도 척도의 정의는 p로 정의된 동위원소 조성을 가진 물을 지칭할 것이라고 단언했다.비엔나 표준 평균 해양수의 공칭 사양과 상당히 동일해야 한다.

2019년 : 2018년 11월, 제26차 도량형총회(CGPM)는 Kelvin의 정의를 Boltzmann 상수(단위 J/K)를 1.380649×10으로⁻²³ 수정하여 변경하였다.이 변경(및 SI 단위 정의의 기타 변경)은 미터 협약 144주년인 2019년 5월 20일에 발효되었다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

다음 주에서는 1.85487(14)×10과⁴³ 같이 수치적 동등성이 간결한 형태로 나타나는 경우, 괄호 사이의 두 자릿수는 유의한 두 자릿수의 1-µ(1 표준 편차, 68% 신뢰 수준)에서 불확실성을 나타낸다.

외부 링크

• 제로 포인트 에너지와 제로 포인트 필드.다양한 양자 효과에 대한 자세한 설명이 있는 웹 사이트입니다.Calphysics Institute의 Bernard Haisch가 작성했습니다.