Ïîíÿòòÿ òåìïåðàòóðè.

Òåìïåðàòóðà - öå äîñèòü âàæëèâà õàðàêòåðèñòèêà òåðìîäèíàì³÷íî¿ ñèñòåìè. Âîíà âèçíà÷ຠñòóï³íü íàãð³òîñò³ ò³ë ³ º ì³ðîþ ³íòåíñèâíîñò³ òåïëîâîãî ðóõó.

Âíóòð³øí³ ïàðàìåòðè ñèñòåìè ïîä³ëÿþòüñÿ íà ³íòåíñèâí³ òà åêñòåíñèâí³. Ïàðàìåòðè òåðìîäèíàì³÷íî¿ ñèñòåìè, ÿê³ íå çàëåæàòü â³ä ìàñè àáî ÷èñëà ÷àñòèíîê â ñèñòåì³, íàçèâàþòü ³íòåíñèâíèìè.

Òåìïåðàòóðà âèðàæຠñòàí âíóòð³øíüîãî ðóõó ð³âíîâàæíî¿ ñèñòåìè íåçàëåæíî â³ä ê³ëüêîñò³ ÷àñòèíîê â íèõ.

Òîìó òåìïåðàòóðà º ³íòåíñèâíèì ïàðàìåòðîì.² â öüîìó ðîçóì³íí³ âîíà º ì³ðîþ ³íòåíñèâíîñò³ òåïëîâîãî ðóõó.

Åêñåíñèâí³ òåðìîäèíàì³÷í³ ïàðàìåòðè - öå ïàðàìåòðè, ÿê³ ïðîïîðö³éí³ ìàñ³ àáî ÷èñëó ÷àñòèíîê äàíî¿ òåðìîäèíàì³÷íî¿ ñèñòåìè.

¯õíº çíà÷åííÿ äîð³âíþº ñóì³ çíà÷åíü òàêèõ ñàìèõ ïàðàìåòð³â îêðåìèõ ÷àñòèí ñèñòåìè. Äî òàêèõ ïàðàìåòð³â íàëåæàòü îá’ºì, åíåðã³ÿ òà ³íø³.

Àáñîëþòíà òåðìîäèíàì³÷íà øêàëà.

Àáñîëþòíà òåðìîäèíàì³÷íà øêàëà º îñíîâíîþ òåìïåðàòóðíîþ øêàëîþ ó ô³çèö³. Âîíà ïîáóäîâàíà íà îñíîâ³ äðóãîãî çàêîíó òåðìîäèíàì³êè. Öþ øêàëó íàçèâàþòü òàêîæ øêàëîþ Êåëüâ³íà. Îäèíèöåþ òåðìîäèíàì³÷íî¿ øêàëè º êåëüâ³í.  Ѳ óìîâèëèñü øêàëó òåìïåðàòóð âèçíà÷àòè çà îäíîþ ðåïåðíîþ, çà ÿêó âçÿòî ïîòð³éíó òî÷êó âîäè. Òåìïåðàòóðó ïîòð³éíî¿ òî÷êè âîäè ïðèéíÿòî ââàæàòè òàêîþ ,ùî äîð³âíþå 273,16 Ê. Êåëüâ³í - öå 1\273,16 ÷àñòèíà òåðìîäèíàì³÷íî¿ òåìïåðàòóðè ïîòð³éíî¿ òî÷êè âîäè.

Îòæå, îäèíèöÿ òåìïåðàòóðè âèçíà÷àºòüñÿ ÿê 1\273,16 òåìïåðàòóðíîãî ³íòåðâàëó ì³æ ïîòð³éíîþ òî÷êîþ âîäè ³ òî÷êîþ àáñîëþòíîãî íóëÿ òåìïåðàòóð, ÿêà íå º ðåïåðíîþ, à º òåìïåðàòóðîþ íà 273,16 Ê íèæ÷îþ â³ä òåìïåðàòóðè ïîòð³éíî¿ òî÷êè âîäè.

Åêñïåðåìåíòàëüí³ óòðóäíåííÿ âèì³ðþâàííÿ òåìïåðàòóð çà àáñîëþòíîþ òåðìîäèíàì³÷íîþ øêàëîþ ïðèâåëè äî íåîáõ³äíîñò³ ñòâîðåííÿ ̳æíàðîäíî¿ òåìïåðàòóðíî¿ øêàëè (1968 ð.).

Âîíà îñíîâàíà íà îäèíàäéÿòè òåìïåðàòóðíèõ òî÷êàõ, ùî äîáðå â³äòâîðþþòüñÿ, ÿêèì ïðèïèñóþòüñÿ êîíêðåòí³ çíà÷åííÿ òåìïåðàòóð (ïåðâèíí³ ðåïåðí³ òî÷êè ). ̳æ ïåðâèííèìè ðåïåðíèìè òî÷êàìè òåìïåðàòóðíà øêàëà âñòàíîâëþºòüñÿ çà äîïîìîãîþ ³íòåðïîëÿö³éíèõ ôîðìóë, ÿê³ âèðàæàþòü ñï³ââ³äíîøåííÿ ì³æ òåìïåðàòóðîþ ³ïîêàçàìè ñòàíäàðòíèõ òåðìîìåòð³â (ïëàòèíîâèé òåðìîìåòð ,ïëàòèíîâî ðî䳺âà òåðìîïàðà, îïòè÷íèé ï³ðîìåòð), ÿê³ ãðàäóéîâàí³ ïî öèõ ðåïåðíèõ òî÷êàõ. Âñÿ îáëàñòü òåìïåðàòóð, ÿêà îõîïëþºòüñÿ ̳æíàðîäíîþ ïðàêòè÷íîþ øêàëîþ, ïîä³ëÿºòüñÿ íà ðÿä ³íòåðâàë³â, â êîæíîìó ç ÿêèõ ðåêîìåíäóºòüñÿ ñâî¿ ìåòîäè â³äòâîðåííÿ òåìïåðàòóð ³ ñâî¿ ³íòåðïîëÿö³éí³ ôîðìóëè.

Òåìïåðàòóðà Öåëüñ³ÿ âèçíà÷àºòüñÿ âèðàçîì t = T - T₀, äå Ò₀=273,16 Ê.

Îäèíèöÿ, ÿêà âèêîðèñòîâóºòüñÿ äëÿ âèì³ðþâàííÿ òåìïåðàòóðè Öåëüñ³ÿ, º ãðàäóñ Öåëüñ³ÿ (Ñ⁰). гçíèöþ òåìïåðàòóð âèðàæàþòü ó êåëüâ³íàõ; ¿¿ ìîæíà âèçíà÷àòè òàêîæ ó ãðàäóñàõ Öåëüñ³ÿ.

P&C By Shestopol Rusian All Rights Reservd

ÍàÓÊÌÀ Ëèñòîïàä 1997

Àáñîëþòíèé íóëü.

Äëÿ òîãî ùîá ó äàí³é ñèñòåì³ ìîãëà â³äáóâàòèñü ïåâíà õ³ì³÷íà ðåàêö³ÿ, â í³é ïîâèíí³ áóòè íàëåæí³ ïåðåäóìîâè ñóòî õ³ì³÷íîãî ðîäó òà ïåðåáóâàííÿ ¿¿ ó â³äïîâ³äíîìó ô³çè÷íîìó ñòàí³. Ñóêóïí³ñòü ô³çè÷íèõ òà õ³ì³÷íèõ óìîâ, ÿê³ ñòâîðþþòü ìîæëèâ³ñòü õ³ì³÷íî¿ ðåàêö³¿ â äàí³é ñèñòåì³ íàçèâàþòü õ³ì³÷íîþ ñïîð³äíåí³ñòþ. Äëÿ ïðàêòè÷íèõ ö³ëåé öüîìó ñóòî ÿê³ñíîìó âèçíà÷åííþ òðåáà ïîñòàâèòè ó â³äïîâ³äí³ñòü ïåâíó âåëè÷èíó,ÿêà áóëà á ê³ëüê³ñíîþ ì³ðîþ õ³ì³÷íî¿ ñïîð³äíåíîñò³ òàê, ùîá ¿¿ ÷èñëîâå çíà÷åííÿ õàðàêòåðèçóâàëî ³íòåíñèâí³ñòü õ³ì³÷íî¿ ðåàêö³¿, à ¿¿ çíàê - íàïðÿì. Ïåðøó ñïðîáó çíàéòè ì³ðó õ³ì³÷íî¿ ñïîð³äíåíîñò³ çðîáèâ Ê.-Þ. Òîìñåí ó 1853 ðîö³. ³í ïðèïóñòèâ, ùî çà òàêó ì³ðó ñë³ä áðàòè òåïëîâèé åôåêò ðåàêö³¿. Âàíò-Ãîôô ç’ÿñóâàâ, ùî ñïðàâæíüþ ì³ðîþ õ³ì³÷íî¿ ñïîð³äíåíîñò³ º íå òåïëîòà ðåàêö³¿ , ùî äîð³âíþå çìåíøåííþ âíóòð³øíü¿ åíåð㳿 ñèñòåìè, à ìàêñèìàëüíà ðîáîòà, âèêîíóâàíà õ³ì³÷íèìè âçàºìîä³ÿìè â îáîðîòíîìó ïðîöåñ³. Îñê³ëüêè õ³ì³÷í÷ âçàºìî䳿, ÿê ïîêàçóº äîñë³ä, çàëåæàòü â³ä òåìïåðàòóðè, òî öÿ ðîáîòà îäíîçíà÷íî âèçíà÷àòèìåòüñÿ ò³ëüêè ïðè óìîâ³ ñòàëî¿ òåìïåðàòóðè, òîáòî âîíà äîð³âíþº çìåíøåííþ â³ëüíî¿ åíåð㳿 ñèñòåìè.

Àíàë³çóþ÷è ðåçóëüòàòè åêñïåðåìåíòàëüíèõ äîñë³äæåíü ïîâåä³íêè ðå÷îâèíè ïðè íèçüêèõ òåìïåðàòóðàõ, Â.-Ã. Íåðíñò ñôîðìóëþâàâ òðåò³é çàêîí òåðìîäèíàì³êè òàê: ïðè íàáëèæåíí³ òåìïåðàòóðè äî àáñîëþòíîãî íóëÿ åíòðîï³ÿ áóäü-ÿêî¿ ð³âíîâàæíî¿ ñèñòåìè ïðè ³çîòåðì³÷íèõ ïðîöåñàõ ïåðåñòຠçàëåæàòè â³ä òåðìîäèíàì³÷íèõ ïàðàìåòð³â ñòàíó ³ ïðè Ò - > 0 íàáóâຠòó ñàìó ñòàëó äëÿ âñ³õ ñèñòåì, ÿêó ìîæíà ââàæàòè òàêîþ, ùî äîð³âíþº íóëþ. Ì. Ïëàíê ïðèïóñòèâ, ùî ïîáëèçó àáñîëþòíîãî íóëÿ ìຠì³ñöå íå ò³ëüêè íåçì³íí³ñòü åíòðîﳿ â äîâ³ëüíîìó ³çîòåðì³÷íîìó ïðîöåñ³, à é ùî ñàìà åíòðîï³ÿ ïåðåòâîðþºòüñÿ â íóëü ïðè àáñîëþòíîìó íóë³ òåìïåðàòóð,òîáòî

lim S = 0 Ò - > 0

Ïðè öüîìó Ì.Ïëàíê ïîøèðèâ öå òâåðäæåííÿ ç âèïàäêó êîíäèíñîâàíèõ ñèñòåì, ÿê³ ò³ëüêè ³ ðîçãëÿäàâ Â.-Ã.Íåðíñò, íà äîâ³ëüí³ ñèñòåìè. Âêàçàíà ôîðìóëà - öå íàéá³ëüø çàãàëüíå âèðàæåííÿ òðåòüîãî çàêîíó òåðìîäèíàì³êè.

Ç òðåòüãî çàêîíó òåðìîäèíàì³êè âèïëèâຠáåçïîñåðåäíüî ïîëîæåííÿ ïðî íåäîñÿæí³ñòü àáñîëþòíîãî íóëÿ òåìïåðàòóð.Öå ïîëîæåííÿ âèïëèâຠç òîãî ôàêòó, ùî âñ³ ô³çè÷í³ ìåòîäè îäåðæàííÿ íàäíèçüêèõ òåìïåðàòóð ãðóíòóºòüñÿ íà çàñòîñóâàíí³ àä³àáàòíèõ ïðîöåñ³â, ÿê³ ïðèâîäÿòü äî îõîëîäæåííÿ ñèñòåì, ùî âèêîíóþòü ö³ ïðîöåñè. Ïðîòå ïðè íàáëèæåíí³ äî àáñîëþòíîãî íóëÿ â³äì³íí³ñòü ì³æ ä³àáàòíèìè é ³çîòåðì³÷íèìè ïðîöåñàìè äåäàë³ çìåíøóºòüñÿ ³ â òî÷ö³ àáñîëþòíîãî íóëÿ çîâñ³ì çíèêàº. Òàêèì ÷èíîì, ç íàáëèæåííÿì äî àáñîëþòíîãî íóëÿ åôåêò àä³àáàòíîãî îõîëîäæåííÿ ñòຠâñå íèæ÷èì, ïîêè çîâñ³ì íå çíèêàº. Îòæå, ìîæíà ò³ëüêè àñèìïîòè÷íî íàáëèæàòèñÿ äî àáñîëþòíîãî íóëÿ, í³êîëè éîãî íå äîñÿãàþ÷è.

Çàñòîñóâàííÿ íèçüêî¿ òåìïåðàòóðè â á³îëî㳿.

Íèçüê³ òåìïåðàòóðè â á³îëî㳿 çàñòîñîâóþòüñÿ çîêðåìà ïðè âèâ÷åíí³ áóäîâè êë³òèí òà ¿õ îðãàíåë, à ñàìå â åëåêòðîíí³é ì³êðîñêîﳿ ï³ä ÷àñ òàê çâàíîãî â³äêîëþâàííÿ.

Ôðàãìåíò òêàíèíè øâèäêî çàìîðîæóþòü ïðè äóæå íèçüê³é òåìïåðàòóð³ ( áëèçüêî -100 Ñ⁰ ) , ïîò³ì ðîçìîðîæóºòüñÿ , ï³ñëÿ öüîãî çà äîïîìîãîþ íàäçâè÷àéíî òîíêîãî ëåçà òêàíèíà ðîçêîëþºòüñÿ âïðîäîâæ ñëàáî ç’ºäíàíèõ ÷àñòèí, ÿêèìè ÷àñòî ÿâëÿþòüñÿ êë³òèíí³ ìåìáðàíè. Ïðåïàðàò âèòðèìóþòü âõîëîä³ â óìîâàõ âèñîêîãî ðîçð³äæåííÿ ( âàêóóì³ ) ; â öèõ óìîâàõ ë³ä â³äãàíÿºòüñÿ çàëèøàþ÷è ñêîëîòó ïîâåðõíþ.

Ðåïë³êó ö³º¿ ïîâåðõí³ ñòâîðþþòü øëÿõîì îñàäæåííÿ íà íå¿ øàðó âóãëåöþ. Íà öþ ðåïë³êó ç âóãëåöþ íàïèëÿºòüñÿ âàæêèé ìåòàë , à òêàíèíè ï³ä ðåïë³êîþ ðóéíóþòüñÿ, ÿê ïðàâèëî 䳺þ ñèëüíèõ êèñëîò ïðè íîðìàëüíîìó àòìîñôåðíîìó òèñêó. Öåé ìåòîä å äóæå çðó÷íèì ïðè âèâ÷åíí³ ñòðóêòóðè ìåìáðàíè êë³òèí . Éîãî çðó÷í³ñòü ïîëÿãຠâ òîìó , ùî æèâ³ òêàíèíè øâèäêî â³äìåðàþòü , íå ï³ääàþ÷èñü õ³ì³÷í³é îáðîáö³, ùî ìîæå ïîøêîäèòè ¿¿ ñòðóêòóðó. Äóæå ìîæëèâî, ùî òàê³ êë³òèíè çáåð³ãàþòü ñâîþ ïîïåðåäíþ ( ïðèæèòòºâó ôîðìó ) òèì ñàìèì ï³äòâåðäæóþ÷è äàí³, îòðèìàí³ çà äîïîìîãîþ çàãàëüíîâæèâàíèõ ã³ñòîëîã³÷íèõ ìåòîäèê.

Íèçüê³ òåìïåðàòóðè â åëåêòðîí³ö³.

Áóëî äîñë³äæåíî, ùî äåÿê³ õàðàêòåðí³ íåìåòàëè çà ïåâíèõ óìîâ ìîæóòü ïðîÿâëÿòè ìåòàë³÷í³ âëàñòèâîñò³. À ñàìå ïðè íàäíèçüê³é òåìïåðàòóð³ òà âèñîêîìó òèñêó, íàïðèêëàä , ÷åðâîíèé ôîñôîð íàáóâຠìåòàë³÷íèõ âëàñòèâîñòåé. Íå ìåíø ö³êàâ³ ðåçóëüòàòè áóëè îòðèìàí³ äëÿ êðåìí³ÿ òà âóãëåöþ. ßêùî ö³ íåìåòàëè ï³ääàòè âèñîêîìó òèñêó ,( áëèçüêî 10000 ÌÐà ) òî âîíè îáèäâà ïåðåõîäÿòü äî ìåòàë³÷íîãî ñòàíó.

Îñîáëèâî ö³êàâèìè º ïðèïóùåííÿ ïðî ìåòàë³÷í³ âëàñòèâîñò³ âîäíþ. ßê â³äîìî, çà íîðìàëüíèõ óìîâ âîäåíü - ãàç, ïðè òåìïåðàòóð³ -253⁰ â³í çð³äæóºòüñÿ, à ïðè 259⁰ ïåðåõîäèòüäî òâåðäîãî ñòàíó .Ïðîòå ó âñèõ òðüîõ ñòàíàõ âîäåíü - ÿâíèé íåìåòàë. Ïðîòå, çã³äíî ç ñó÷àñíîþ òåîð³ºþ òâåðäîãî ò³ëà, ïðè äîñòàòíüî âèñîêîìó òèñêó òà íèçüê³é òåìïåðàòóð³ âñ³ ðå÷îâèíè ïåðåõîäÿòü äî ìåòàë³÷íîãî ñòàíó. ³äîì³ òàêîæ óìîâè ïðè ÿêèõ ïîâèíåí â³äáóòèñü òàêèé ïåðåõ³ä ó âîäíþ: òèñê (á³ëÿ 200000ÌÐà ) ³ òåìïåðàòóðà - 260⁰. Ùå çîâñ³ì íåäàâíî òàê³ óìîâè áóëè çà ìåæåþ åêñïåðåìåíòàëüíèõ ìîæëèâîñòåé. Çà öèõ óìîâ âîäåíü º íàäïðîâ³äíèêîì (éîãîåëåêòðè÷íèé îï³ð ð³âíèé íóëåâ³). ßêáè íàäïðîâ³äí³ñòü ìîæíà áóëî çáåðåãòè ïðè íîðìàëüíèõ óìîâàõ , òî íàäïðîâ³äíèêè ìîæíà áóëî á âèêîðèñòîâóâàòè äëÿ ïåðåäà÷³ åíåð㳿 áåç âòðàò, ùî áåçïåðå÷íî ïðèçâèëî á äî ðåâîëþö³éíèõ çì³í â åëåêòðîí³ö³.

Âèêîðèñòàíà ë³òåðàòóðà:

Ìîëåêóëÿðíà á³îëîã³ÿ êë³òèíè Ð.Ãð³í Í.Ñòàóò Î. Òåéëîð

Çàãàëüíà Ô³çèêà Â.Äóùåíêî Ì.Êó÷åðóê

Prof. Dr. sc. tecn. Manfred Beckert Welt der metalle