Temperatura, Aequilibrium Thermodynamicum et Lex Zeroth

Temperatura non est solum index frigoris vel caloris; est magnitudo fundamentalis ad intellegendum quomodo systemata physica aequilibrium attingant. Hoc in contextu, Lex Zeroth Thermodynamicae eiusque relatio cum mensuratione temperaturae munus essentiale agit ad explicandum cur thermometri operentur et quomodo fieri possit ut scalae fideles constituantur. Hoc principium, quod corpora apparentia isolata coniungit, fundamentum est ad intellegendos phaenomena thermica quae tam in scientia quam in vita cotidiana nostra influunt. Nobiscum explora quomodo hic conceptus sensum praebeat de comportamento caloris et energiae.

Proposita Discendi:
Completa hac lectione studiosus poterit

1. Intelligere notionem temperaturae ut magnitudinem ad aequilibrium thermodynamicum pertinentem.
2. Explicare processum thermalisationis eiusque indolem irreversibilem in systematibus physicis.
3. Definire aequilibrium thermodynamicum eiusque relationem cum temperatura corporum.
4. Analysare Legem Zeroth Thermodynamicae ut fundamentum mensurationis temperaturarum.
5. Describere functionem thermometrorum earumque dependentiam a proprietatibus thermometricis.
6. Identificare proprietates physicas adhibitas in diversis generibus thermometrorum, sicut resistentia electrica et dilatatio thermica.

INDEX CONTENTORUM:
Aequilibrium thermodynamicum
Thermometra et mensuratio temperaturae

In lectionibus praeteritis, cum notionem caloris recenseremus, necesse erat loqui de temperatura, quamvis parum aut nihil explicatum esset ad hunc conceptum constituendum. Nunc incipiemus illud vacuum implere tractando de temperatura et aequilibrio thermodynamico inter systemata physica.

Aequilibrium thermodynamicum

Cum duo corpora in contactum veniunt, dicimus commutationem energiae fieri. Ut antea vidimus, calor est “quaedam energia thermica in transitu”. Praeterea experimenta suadent quod, absentibus causis externis, calor semper fluit a corpore calidiore ad frigidus. Propter hoc, expectatur ut energia in corporibus contenta atque eorum temperatura tempore mutentur.

Post aliquod tempus in contactu, commutatio caloris desinit. Cum hoc fit, dicitur corpora esse in aequilibrio thermodynamico et, consequenter, eandem habere temperaturam.

Primum quod animadvertimus hoc phaenomenon spectantes est processum esse irreversibilem. Duo corpora diversae temperatura, cum in contactum veniunt, semper tendent ad aequilibrium thermicum. Attamen processus inversus non fiet nisi actio externa exerceatur. Hic processus ad aequilibrium thermicum appropinquandi thermalizatio appellatur.

Lex Zeroth Thermodynamicae

Possibile est has ideas generalizare ad multa corpora; id est, cum plura corpora in aequilibrio thermico sunt, exspectatur ut eandem habeant temperaturam. Haec idea crystallizatur per Legem Zeroth Thermodynamicae.

Si duo systemata, unumquodque separatim, sunt in aequilibrio thermico cum tertio, tunc sunt in aequilibrio thermico inter se.

Lex zeroth fundamentum constituit ad mensurationem temperaturarum: ponimus corpus cuius temperaturam metiri volumus in contactu cum altero corpore quod aliquod comportamentum exhibet cuius dependentia a temperatura bene nota est et exspectamus donec aequilibrium thermicum attingant. Alterum corpus appellatur “thermometrum”. Lex zeroth cavet ut, si hoc corpus alterum calibravimus respectu alicuius alterius thermometri normati, semper eventus constantes habeamus. Si recte cogitamus, ex hoc infertur forma magis intuitiva ad legem zeroth constituendam quae haec est: “Thermometra operantur”.

Thermometra et mensuratio temperaturae

Quoad ea quae hactenus recensuimus, possumus has considerationes pro thermometris statuere:

• Ut thermometrum recte fungatur, necesse est ut eius capacitas calorifica multo minor sit quam obiecti cuius temperaturam metiri volumus. Si hoc non fit, actio mensurandi temperaturam obiecti afficere posset.
• Thermometra nituntur aliqua proprietate thermometrica ad suas mensuras constituendas. Galileo usus est thermometro aquae fundato in dilatatione thermica, Fahrenheit idem fecit cum thermometris fundatis in alcohol et mercurio. Aliae formae idem faciendi sunt observando quomodo resistentia electrica conductorii mutetur propter temperaturam, utens dilatatione thermica gasorum (ex aequatione gasorum idealium), etc.

Proprietates thermometricae

Omnes hi modi utuntur proprietate mensurabili sicut resistentia electrica, pressio vel magnitudo, quae plerumque pendent ex functione complicata temperaturae. Quamquam nulla harum proprietatum est omnino linearis per totum suum ambitum possibilitatum, tamen non est necesse ambitum totum considerare; si ambitus satis angustus est, relationem paene linearem habemus quam uti possumus.

Problema temperaturae absolutae

Problema harum considerationum est quod mensurae temperaturae obtinentur secundum gradationem alicuius proprietatis thermometricae. Sunt mensurae relative factae. Hinc oritur quaestio: Num exstabit aliqua mensura absoluta temperaturae? Saeculo XIX hoc problema solutum est per argumentum “machinae Carnot”. Deinde inventum est temperaturam definiri posse in terminis statisticis, quod nunc adhibemus. Tamen, ad has ideas rite recensendas, necesse est primum per notionem micro et macro statuum transire.