Visninger
 |
Temperatur er et mål for den gennemsnitlige energi af bevægelse, eller kinetisk energiAf partikler i sagen. Når partikler af materie, både i faste stoffer, væsker, gasser eller elementære plasmaer, bevæge sig hurtigere eller have større masse, de udfører mere kinetisk energi, og materialet synes varmere end et materiale med langsommere eller færre massive partikler. Kinetic energi, et begreb af mekanik, Er et produkt af masse og kvadratet på en partikels hastighed. I forbindelse med termodynamik Det er også kaldet termisk energi og overførsel af termisk energi er almindeligvis omtales som varme. Varm altid strømme fra områder i højere temperatur til regioner med lavere temperatur.
Engelsk sprog højttalere henvise til en genstand for lav temperatur som værende forkølelseSamt knytte forskellige grader af højere temperatur til begreber som lunkent, varme, hot, Og andre.
Historisk set har to ligeværdige begreber temperatur udviklet, termodynamisk beskrivelse og en mikroskopisk forklaring baseret på statistisk fysik. Da termodynamik omhandler udelukkende med makroskopiske målinger, kan det termodynamiske definition af temperatur, først oplyst af Lord Kelvin, Der står helt i empiriske, målelige variabler. Statistisk fysik giver en dybere forståelse af termodynamik ved at beskrive sagen som en samling af et stort antal partikler, og udleder termodynamiske (dvs. makroskopiske) parametre som statistiske gennemsnit af de mikroskopiske parametre partikler.
I statistisk fysik, er det vist, at termodynamiske definition af temperaturen kan tolkes som et mål for den gennemsnitlige energi i hver grad af frihed af partiklerne i termodynamisk system. Fordi temperatur ses som en statistisk ejendom, skal et system indeholder en lang række af partikler for temperatur til at have en nyttig betydning. For en fast, er denne energi findes primært i vibrationer af dens atomer om deres balance holdninger. I en ideal monatomic gasEr energi findes i translationelle bevægelser af partikler; med molekylær gasser, vibrationelle og roterende beslutningsforslag også termodynamiske grader af frihed.
Temperatur er en fysisk ejendom der ligger til grund for fælles begreber for hot og forkølelse. Noget, der føles varmere generelt har en højere temperatur, selv om temperaturen ikke er en direkte måling af varme. Temperatur er en af de vigtigste parametre for termodynamik. Hvis der ikke netto varmestrøm sker mellem to objekter, genstandene har samme temperatur, ellers varmestrømme fra objektet med den højere temperatur til objektet med den nederste. Dette er en konsekvens af love om termodynamik.
Temperatur måles med termometre , der kan kalibreret til en række temperatur skalaer. I det meste af verden (undtagen Belize, Myanmar, Liberia og USA), Den Celsius skala er den mest udbredte temperatur måling formål. Hele videnskabelige verden (disse lande inkluderet) foranstaltninger temperatur ved hjælp af Celsius skalaen og termodynamiske temperatur ved hjælp af Kelvin skala, som er netop det Celsius skalaen flyttet nedad, så 0 K[1]= -273,15 ° C, eller det absolutte nulpunkt. Mange ingeniører felter i USA, især high-tech og amerikanske føderale specifikationer (civile og militære), også bruge Kelvin og Celsius skalaer. Andre tekniske områder i USA er også afhængige af Rankine (A flyttet Fahrenheit-skalaen), når de arbejder i termodynamiske-relaterede discipliner såsom forbrænding.
Indholdsfortegnelse |
Oversigt
Varme et organ, som et segment af protein alpha helix (Ovenfor), har tendens til at forårsage dens atomer at vibrere mere og at få det til at udvide eller ændre fase.
Intuitivt temperatur er måling af hvor varmt eller koldt der er noget, selv om den mest umiddelbare måde, hvorpå vi kan måle dette, ved at føle det, er upålidelige, hvilket resulterer i fænomenet følte lufttemperaturen, Som kan variere i forskelligt omfang fra de faktiske temperatur. På molekylært niveau, er temperaturen resultatet af bevægelse af partikler, der udgør et stof. Temperaturen stiger, efterhånden som energipriserne i denne bevægelse øges. Forslaget kan være translationel bevægelse af partikel, eller det indre energimarked i partikel på grund af molekylære vibrationer eller slag en elektron energiniveau. Selv om en meget specialiseret laboratorieudstyr er forpligtet til at direkte påvise translational termiske bevægelser, termisk kollisioner ved atomer eller molekyler med små partikler suspenderet i en væske producerer Brownske bevægelse , der kan ses med en almindelig mikroskop. Den termiske bevægelser af atomerne er meget hurtigt og temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt er forpligtet til at direkte overholde dem. For eksempel når forskere på den NIST opnået en rekord-indstilling lav temperatur på 700 NK (1 NK = 10−9 K) i 1994, de brugte optiske gitter laserudstyr til adiabatisk cool cæsium atomer. Derefter slukkede fastklemning lasere og måles direkte atom hastighed på 7 mm pr sekund for at beregne deres temperatur.
Molekyler, Såsom O2, Har mere frihedsgrader end et enkelt atom: De kan have omdriften og vibrationelle beslutningsforslag samt translationel bevægelse. En stigning i temperaturen vil få den gennemsnitlige translationel energi at stige. Det vil også medføre, at energi er forbundet med vibrations og rotations modes at stige. Således vil en diatomiske gas, med ekstra frihedsgrader rotation og vibration, vil kræve en højere energitilførsel for at ændre temperaturen med en vis mængde, det vil sige have en højere varmekapacitet end en monatomic gas.
Processen med køling omfatter fjernelse af energi fra et system. Når der ikke er mere energi i stand til at blive fjernet, er systemet siges at være på det absolutte nulpunkt, Som er det punkt på termodynamiske (absolut) temperatur skala hvor alle kinetiske bevægelse i partikler bestående sagen ophører, og de er i fuldstændig hvile i "klassiske" (ikke-kvantemekaniske) Forstand. Pr. definition absolutte nulpunkt er en temperatur på netop 0 Kelvin (−273.15 ° C eller -459,68 ° F).
Detaljer
Den formelle egenskaber af temperatur følger sin matematiske definition (se nedenfor for nulte lov definition og den anden lov definition) og studeres i termodynamik og statistisk mekanik.
I modsætning til andre termodynamiske mængder, som er entropi og varme, Hvis mikroskopiske definitioner er gyldig, selv langt væk fra termodynamisk ligevægt, Idet en gennemsnitlig energi pr partikel temperatur kan kun defineres ved termodynamisk ligevægt, eller i det mindste lokalt termodynamisk ligevægt (se nedenfor).
Som et system modtager varme, dens temperatur stiger, på samme måde, et tab af varme fra systemet tendens til at falde dens temperatur (på-ualmindelige-undtagelse af negative temperatur, se nedenfor).
Når to systemer er ved samme temperatur, ingen varme overdragelsen finder sted mellem dem. Når en temperatur forskel eksisterer, vil varme tendens til at bevæge sig fra højere-Temperatur system til lavere-Temperatur system, indtil de er i termisk ligevægt. Denne varmeoverførsel kan ske via ledning, konvektion eller stråling eller kombinationer af dem (jf. varme for yderligere diskussion af de forskellige mekanismer for varmeoverføring) og nogle ioner kan variere.
Temperatur er også relateret til mængden af indre energimarked og enthalpi af et system: jo højere temperaturen i et system, desto højere er dens indre energimarked og enthalpi.
Temperatur er en intensive ejendom af et system, hvilket betyder, at det ikke afhænger af system størrelse, mængden eller typen af materiale i systemet, det samme som for pres og tæthed. Derimod masse, volumen, Og entropi er omfattende ejendomme, Og afhænger af mængden af materiale i systemet.
Videnskab
Vand fryser ved 0 ° C. Den frost vist her er på -17 ° C.
Temperatur spiller en vigtig rolle på næsten alle områder af videnskab, herunder fysik, geologi, kemi og biologi.
Mange fysiske egenskaber af materialer, herunder fase (solid, flydende, luftarter eller plasma), tæthed, opløselighed, damptryk, Og elektrisk ledningsevne afhænger af temperaturen. Temperatur spiller også en vigtig rolle ved fastsættelsen af satsen og i hvilket omfang kemiske reaktioner forekomme. Dette er en af grundene til den menneskelige krop har flere etablere mekanismer for at opretholde temperaturen ved 37 ° C, da temperaturerne kun et par grader højere kan resultere i skadelige reaktioner med alvorlige konsekvenser. Temperatur styrer også den type og mængde af termisk stråling, der udsendes fra en overflade. En ansøgning af denne effekt er den glødepæren, Hvor en wolfram glødetråd elektrisk opvarmes til en temperatur, hvor betydelige mængder af synlige lys udledes.
Metrologi
Temperatur måling ved hjælp af moderne videnskabelige termometre og temperatur skalaer går tilbage mindst lige så langt som det tidlige 18. århundrede, hvor Gabriel Fahrenheit tilpasset et termometer (skift til kviksølv) Og en skala både udviklet af Ole Christensen Rømer. Fahrenheit's skala er stadig i brug i USA, med Celsius skala i brug i resten af verden og den Kelvin skala. [edit] Enheder
Den grundlæggende enhed i temperatur (symbol: T) I International System of Units (SI) er Kelvin (Symbol: K). De Kelvin og Celsius skalaer, som international aftale, defineret ved to punkter: det absolutte nulpunkt, Og tripelpunkts af Wien Standard Mean Ocean Water (Vand specielt konstrueret med en bestemt blanding af brint og ilt isotoper). Absolut nul er defineret som værende netop 0 K og -273,15 ° C. Absolut nul, hvor alle kinetisk bevægelse i partikler bestående sagen ophører, og de er i fuldstændig hvile i "klassiske" (ikke-kvantemekaniske) Forstand (forholdet mellem temperatur og den gennemsnitlige kinetiske energi er begrænset til gasser, derfor gælder det ikke for temperaturer nær det absolutte nulpunkt. Så nul temperatur betyder ikke, at alt er i hvile. Det betyder snarere, at alle atomer og molekyler er i grundtilstand)[2]. På det absolutte nulpunkt, indeholder sagen intet termisk energi. Desuden er den tredobbelte punkt, vand defineret som værende netop 273,16 K og 0,01 ° C. Denne definition omfatter tre ting: 1) den fastsætter størrelsen af den Kelvin enhed som netop 1 del i 273,16 dele af forskellen mellem det absolutte nulpunkt og den tredobbelte punkt vand, 2) den konstaterer, at en kelvin har præcis samme størrelsesorden som en en grad tilvækst på Celsius skala, og 3) den fastslår, at forskellen mellem de to skalaer 'null punkter som netop 273,15 kelvin (0 K = -273,15 ° C og 273,16 K = 0,01 ° C). Formler for konvertering fra disse definere enheder af temperatur på andre skalaer kan findes på Temperatur omregningsformlerne.
På området for plasmafysikPå grund af de høje temperaturer problemer og af de elektromagnetiske arten af de involverede fænomener, er det almindeligt at udtrykke temperatur i electronvolts (EV) eller kiloelectronvolts (keV), hvor 1 eV = 11.605 K. I undersøgelsen af QCD sagen en rutinemæssigt opfylder temperaturer i størrelsesordenen et par hundrede MeV, Svarende til cirka 1012 K.
For dagligdags applikationer, er det meget ofte praktisk at bruge Celsius skala, hvor 0 ° C svarer til den temperatur, hvor vand fryser og 100 ° C svarer til kogepunkt af vand ved havoverfladen. I denne skala en temperatur forskel på 1 grad er det samme som en 1 K temperaturforskel, så omfanget er stort set de samme som Kelvin skala, men opvejes af den temperatur, hvor vand fryser (273,15 K). Således følgende ligning kan bruges til at konvertere fra grader Celsius til Kelvin.
\mathrm{K = [^\circ C] \left(\frac{1 \, K}{1\, ^\circ C}\right) + 273.15\, K}
I USA, Den Fahrenheit Skalaen er udbredt. På denne skala frysepunktet for vand svarer til 32 ° F og kogepunktet til 212 ° F. Følgende omregningsformlerne kan anvendes til at konvertere mellem Fahrenheit (F) Og Celsius (C) Temperatur værdier:
C = \frac{5}{9} \left({F - 32}\right) og F = \frac{9}{5}{C + 32}.
Se temperatur omregningsformlerne for konvertering mellem de fleste temperatur skalaer.
Negative temperatur
Uddybende artikel: Negativ temperatur
I det makroskopiske forstand er relevante for de fleste mennesker, en negativ temperatur er et under nul-punkt af målesystemet anvendes. For eksempel er en temperatur på 100 K svarende til -173,15 ° C. Temperaturer på makroskopiske systemer kan have negative værdier i Celsius og Fahrenheit, men ikke i Kelvin eller Rankine skalaer.
Men for visse systemer og specifikke definitioner af temperaturen, er det muligt at opnå en negative temperatur, Hvilket er numerisk mindre end det absolutte nulpunkt. Men et system med en negativ temperatur ikke koldere end det absolutte nulpunkt, Men det er snarere i en vis forstand, varmere end uendelig temperatur.[3] Negative temperatur er "varmere" fordi, når de bringes i kontakt med et system på en positiv temperatur, vil energi blive overført fra den negative temperatur system til den positive temperatur system.
Teoretisk fundament
For en ideal gas den kinetisk teori af gasser bruger statistisk mekanik at relatere temperatur til den gennemsnitlige kinetiske energi af atomerne i systemet. Denne gennemsnitlige energi er uafhængig af partikelmasse, hvilket synes counter-intuitive. Temperaturen er kun vedrørte gennemsnit kinetisk energi af partiklerne i en gas - hver partikel har sin egen energi, som måske eller måske ikke svarer til gennemsnittet af fordelingen af energi (og dermed hastighed) af partikler i en gas er givet ved Maxwell-Boltzmann distribution. Temperaturen i en klassisk ideal gas er relateret til dets gennemsnitlige kinetiske energi via ligningen[4]:
\overline{E}_\text{k} = \begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix} kT , Hvor k = R / n (N = Avogadro nummer, R = ideal gas konstant). Dette forhold er gældende i den klassiske ordning, dvs når partikel tæthed er langt mindre end 1 / Λ3, Hvor Λ er termisk de Broglie bølgelængde.
I tilfælde af en monoatomisk gas, Den kinetisk energi er:
E_\text{k} = \begin{matrix} \frac{1}{2} \end{matrix} mv^2
(Bemærk, at en beregning af den kinetiske energi af en mere kompliceret objekt, såsom et molekyle, er lidt mere involveret. Yderligere frihedsgrader er til rådighed, så molekylær rotation eller vibration der skal indgå.)
Den anden lov om termodynamik fastslår, at to givne systemer, når de vekselvirker med hinanden, vil senere nå frem til samme gennemsnitlige energiforbrug pr partikel (og dermed samme temperatur). I en blanding af partikler af forskellige masse, de tungeste partikler vil bevæge sig langsommere end lettere kolleger, men vil stadig have den samme gennemsnitlige energiforbrug. A neon atom bevæger sig langsommere i forhold til en hydrogen molekyle af samme kinetiske energi, en pollen partikel bevæger sig i en langsom Brownske bevægelse blandt hurtig bevægelse vandmolekyler, osv. En visuel illustration af denne fra Oklahoma State University gør det punkt mere klart. Partikler med forskellig masse har forskellige hastighed distributioner, men den gennemsnitlige kinetiske energi er den samme på grund af ideal gas loven. [edit] Temperatur på vakuum
Det er muligt at bruge nulte lov definition af temperaturen for at tildele en temperatur på noget, der ikke normalt er forbundet med temperaturer, som en perfekt vakuum. Fordi alle objekter udsender sort legeme stråling, et termometer i et tomrum væk fra termisk udstrålende kilder vil udstråle væk sit eget termiske energi; faldende i temperatur på ubestemt tid, indtil den når nul-punkt energi grænse. På dette punkt kan det siges at være i ligevægt med vakuum og per definition ved samme temperatur. En gas, som opførte sig ideelt hele vejen ned til det absolutte nulpunkt, at adlyde den kinetiske teori for gasser, ville opnå nul kinetiske energi pr partikel, og dermed opnå absolut nul temperatur. Således ved nulte lov perfekt, isoleret vakuum på det absolutte nulpunkt temperatur. Bemærk, at for at opføre sig ideelt i denne sammenhæng er det nødvendigt for atomerne i gassen ikke at have nogen nulpunkt energi. Det vil vise sig ikke at sagen, at dette ikke er muligt, fordi den anden lov definition af temperaturen vil give det samme resultat for alle unikke vakuum stat.
Mere realistisk, ikke en sådan ideel vakuum eksisterer. For eksempel et termometer i et vakuumkammer, der holdes på nogle begrænsede temperatur (sige, kammer er i laboratoriet ved stuetemperatur) vil ligevægt med den termiske stråling, det modtager fra kammeret og med tiden når temperaturen i kammeret. Hvis et termometer kredser om Jorden er udsat for sollys, Så er det equilibrates ved den temperatur, hvor magten modtaget af termometeret fra Solen er netop lig med magt udstrålede væk af varmestråling af termometret. For en sort legeme denne ligevægt temperaturen er cirka 281 K (+8 ° C). Da Jorden har en albedo 30%, gennemsnitlig temperatur som set fra rummet er lavere end for et sort legeme, 254 K, mens overfladetemperaturen er betydeligt højere på grund af drivhuseffekten.
Et termometer isoleret fra solstråling (i skyggen af Jorden, for eksempel) er stadig udsat for termisk stråling på Jorden - således vil vise nogle ligevægtstemperatur på, den modtager og udstråler samme mængde energi. Hvis dette termometer er tæt på Jorden derefter sin ligevægtstemperatur er omkring 236 K (-37 ° C), forudsat at Jordens overflade er på 281 K.
Et termometer langt væk fra Solsystemet modtager stadig Kosmiske baggrundsstråling. Ligevægtstemperatur af sådanne termometret er omkring 2,725 K, som er temperaturen af en foton gas udgør sort legeme mikrobølge baggrundsstråling på aktuelle udvidelse af universet. Denne temperatur er undertiden benævnt temperaturen i rummet. Denne temperatur er således som en test afgift i, at det fremmer en foranstaltning af systemet, selv om temperaturen ikke er strengt defineret der. [edit] Definitioner [edit] Fænomenologisk definition baseret på termodynamikkens anden lov
I det foregående afsnit var temperaturen defineret som den nulte lov i termodynamik. Det er også muligt at definere temperatur i form af anden lov om termodynamik, Som omhandler entropi. Entropi er et mål for den uorden i et system. Den anden lov, at enhver proces vil resultere i enten ingen ændringer eller en nettostigning i entropi i universet. Dette kan forstås i forhold til sandsynlighed. Overvej en række mønt kaster. En perfekt ordnet system ville være en, hvor enten hvert kast kommer op plat eller hver kaste kommer op haler. Dette betyder, at for en perfekt ordnet sæt af mønten kaster, er der kun ét sæt kaste resultater mulige: det sæt, hvor 100% af kaster kom op på samme.
På den anden side er der flere kombinationer, der kan resultere i uordnede eller blandede systemer, hvor nogle fraktion er hoveder og resten haler. En rodet system kan være på 90% hoveder og 10% haler, eller det kunne være 98% hoveder og 2% haler, osv. Da antallet af mønten kaster stiger, antallet af mulige kombinationer, der svarer til ufuldkomment ordnede systemer stiger. For et meget stort antal mønter kaster, dominerer kombinationer til ~ 50% hoveder og ~ 50% haler og opnå et resultat er markant forskellige fra 50/50 bliver yderst usandsynlig. Således system naturligt udvikler sig til en tilstand af maksimal uorden eller entropi.
Det har været tidligere udtalt, at temperaturen styrer strømmen af varme mellem to systemer og var bare vist, at universet har en tendens til udvikling, så at maksimere entropi (dette forventes af enhver fysisk system). Således forventes det, at der er en vis sammenhæng mellem temperatur og entropi. Hvis du vil finde dette forhold, forholdet mellem varme, arbejde og temperatur er først overvejes. A varme motor er en anordning til at konvertere varme til mekanisk arbejde og analyse af Carnot varme motor giver de nødvendige relationer. De arbejder ud fra en varme motor svarer til forskellen mellem den varme lagt ind i systemet ved høj temperatur, qH og varmen udsprøjtet ved den lave temperatur, qC. Effektiviteten er det arbejde, divideret med det varme lagt ind i systemet eller:
\textrm{efficiency} = \frac {w_{cy}}{q_H} = \frac{q_H-q_C}{q_H} = 1 - \frac{q_C}{q_H} (2)
hvor wcy er det arbejde, der udføres pr cyklus. Effektiviteten afhænger kun af qC/qH. Fordi qC og qH svarer til varmeoverførsel ved de temperaturer, TC og THHenholdsvis qC/qH bør være nogle funktion af disse temperaturer:
\frac{q_C}{q_H} = f(T_H,T_C) (3)
Carnot's sætning hedder det, at alle reversible motorer i drift mellem de samme varme bassiner er lige effektive. Således er en varme motor sejler mellem T1 og T3 skal have samme effektivitet som en bestående af to cykler, en mellem T1 og T2, Og den anden mellem T2 og T3. Det kan kun være tilfældet, hvis:
q_{13} = \frac{q_1}{o_7}
Siden den første funktion er uafhængig af T2, Skal denne temperatur annullere på højre side, hvilket betyder, f(T1,T3) Er på formen g(T1)/g(T3) (Dvs. f(T1,T3) = f(T1,T2)f(T2,T3) = g(T1)/g(T2)· g(T2)/g(T3) = g(T1)/g(T3)), Hvor g er en funktion af en enkelt temperatur. En temperatur skala kan nu vælges med den egenskab, at:
\frac{q_C}{q_H} = \frac{T_C}{T_H} (4)
Substituere ligning 4 tilbage i Ligning 2 giver et forhold for effektiviteten med hensyn til temperatur:
\textrm{efficiency} = 1 - \frac{q_C}{q_H} = 1 - \frac{T_C}{T_H} (5)
Bemærk, at for TC = 0 K effektivitet er 100%, og at effektiviteten bliver større end 100% under 0 K. Da en effektivitet på over 100% krænker den første lov om termodynamik, indebærer det, at 0 K er den mindst mulige temperatur. Faktisk den laveste temperatur nogensinde er fremstillet i et makroskopisk system var 20 NK, der blev opnået i 1995 på NIST. Trække den højre side af Ligning 5 fra den midterste del og omarrangere giver:
\frac {q_H}{T_H} - \frac{q_C}{T_C} = 0
hvor den negative fortegn angiver varme bortvist fra systemet. Dette forhold tyder på eksistensen af en stat funktion, S, Defineret ved:
dS = \frac {dq_\mathrm{rev}}{T} (6)
hvor nedre indeks indikerer en reversibel proces. Ændringen af denne tilstand funktion omkring enhver cyklus er nul, som det er nødvendigt for enhver stat funktion. Denne funktion svarer til entropi af systemet, som blev beskrevet tidligere. Omarrangere Equation 6 giver en ny definition for temperatur i form af entropi og varme:
T = \frac{dq_\mathrm{rev}}{dS} (7)
For et system, hvor entropi S kan være en funktion S(E) Af sin energi E, Temperaturen T er givet ved:
\frac{1}{T} = \frac{dS}{dE} (8)
dvs reciprokke temperaturen er stigningstakten for entropi med hensyn til energi. [edit] Definition af statistisk mekanik
Argumentet i det foregående afsnit er, hvordan forholdet mellem entropi og varme var ankommet på et historisk. Moderne definition af temperaturen er givet i Statistisk mekanik og det er defineret i forhold til den grundlæggende frihedsgrader i et system (se artiklen entropi for detaljer). Eq (8). Af det foregående afsnit er herefter at blive det afgørende forhold af temperaturen. Eq. (7) kan udledes fra definitionen af entropi, se f.eks her. [edit] Generaliserede temperaturen fra én partikel statistik
Det er muligt at udvide definitionen af temperaturen endda fremstillet af få partikler, som i en quantum dot. Den generaliserede temperaturen er opnået ved at betragte tid ensembler i stedet for konfiguration plads ensembler i Statistisk mekanik i tilfælde af termiske og partikel udveksling mellem en lille system af fermioner (N endnu mindre end 10) med en enkelt / dobbeltværelse system. Den finite quantum grand partition ensemble[5], Fremkommet ved hypotesen om ergodicity og orthodicity, Gør det muligt at udtrykke den generelle temperatur fra forholdet mellem den gennemsnitlige beskæftigelse τ1 og τ2 af single / dobbeltbelægning system [6]:
T = k^{-1} ln 2\frac{\tau_\mathrm{2}}{\tau_\mathrm{1}} (E - E_{F} (1+\frac{3}{2N}) )
hvor EF er Fermi energi, som har tendens til at den normale temperatur, når N går mod uendelig. [edit] Nulte lov om termodynamik
Hvis to systemer med faste mængder samles i termisk kontakt, vil ændringerne sandsynligvis finde sted i egenskaberne for begge systemer. Disse ændringer er forårsaget af overførsel af varme mellem systemerne. En stat skal nås, hvor der ikke yderligere ændringer forekomme, at sætte genstande ind termisk ligevægt.
En basis for definitionen af temperaturen kan derfor fås ved henvendelse til Nulte lov om termodynamik hvori det hedder, at hvis to systemer, A og B, er i termisk ligevægt og et tredje system C er i termisk ligevægt med system A derefter systemer B og C vil også være i termisk ligevægt (som i termisk ligevægt er en transitive relationOg desuden er det en ækvivalens relation). Dette er en empirisk kendsgerning, der er baseret på observation snarere end teori. Siden A, B og C er alle i termisk ligevægt, er det rimeligt at sige, hver enkelt af disse systemer deler en fælles værdi på ca ejendom. Denne ejendom kaldes temperatur.
Generelt er det ikke praktisk at placere alle to vilkårlige systemer varmekontakt at se, om de er i termisk ligevægt og dermed har den samme temperatur. Desuden vil det kun give en ordinal skala.
Derfor er det hensigtsmæssigt at etablere en temperatur skala, baseret på egenskaberne af nogle reference system. Derefter kan en måleanordning være kalibreret baseret på egenskaber reference systemet og bruges til at måle temperaturen på andre systemer. En sådan henvisning system er en fast mængde gas. Den ideal gas loven angiver, at produktet af tryk og volumen (P ° V) af en gas er direkte proportional til temperatur[4]:
P \cdot V = n \cdot R \cdot T (1)
hvor 'T er temperaturen, n er antallet af mol af gas og R er gas konstant. Således kan man definere en skala for temperaturen baseret på de tilsvarende tryk og volumen af den gas: temperaturen i kelvin er trykket i pascal en mol gas i en beholder med en kubikmeter, divideret med 8,31 ... I praksis er en sådan gas termometer er ikke meget bekvemt, men andre måleinstrumenter kan kalibreres til denne skala.
Det tryk, volumen, og antallet af mol af et stof er alle sagens natur større end eller lig med nul, skal tyder på, at temperaturen også være større end eller lig med nul. Som et praktisk anliggende det ikke er muligt at anvende en gas termometer til at måle det absolutte nulpunkt temperatur siden gasserne tendens til at kondensere til en flydende længe, før temperaturen når nul. Det er muligt at ekstrapolere hvor mange grader under det nuværende temperatur absolutte nulpunkt er fra det temperaturområde, hvor Equation 1 arbejder.
