Dans de nombreuses expressions en thermodynamique, la quantité importante est ΔT
(le changement en température) par opposition à la température absolue elle-même. Parce que le degré Celsius est de la même taille qu'un incrément sur l'échelle Kelvin, ΔT <sub>K
\u003d ΔT C
, ce qui signifie que ces unités peuvent être utilisées interchangeables dans ces cas . Cependant, chaque fois qu'une température absolue est requise, elle doit être en Kelvin.


Transfert de chaleur</sub>

Lorsque deux objets à des températures différentes sont en contact l'un avec l'autre, un transfert de chaleur se produit, avec la chaleur circulant de l'objet à la température la plus élevée vers l'objet à la température la plus basse jusqu'à ce que l'équilibre thermique soit atteint.

Ce transfert se produit en raison des collisions entre les molécules de plus haute énergie dans l'objet chaud avec la plus basse énergie molécules dans l'objet plus frais, leur transférant de l'énergie dans le processus jusqu'à ce que suffisamment de collisions aléatoires entre les molécules dans les matériaux se soient produites pour que l'énergie soit également répartie entre les objets ou les substances. En conséquence, une nouvelle température finale est atteinte, qui se situe entre les températures d'origine des objets chauds et froids.

Une autre façon de penser est que l'énergie totale contenue dans les deux substances finit par être également répartie entre les substances.

La température finale de deux objets à des températures initiales différentes une fois qu'ils atteignent l'équilibre thermique peut être trouvée en utilisant la relation entre l'énergie thermique Q
, la capacité thermique spécifique c
, masse m
et le changement de température donné par l'équation suivante:
Q \u003d mc \\ Delta T

Exemple: Supposons 0,1 kg de pièces de cuivre ( c _{c
\u003d 390 J /kgK) à 50 degrés Celsius sont déposés dans 0,1 kg d'eau ( c w
\u003d 4 186 J /kgK) à 20 degrés Celsius. Quelle sera la température finale une fois l'équilibre thermique atteint?}

Solution: Considérez que la chaleur ajoutée à l'eau des pièces correspondra à la chaleur retirée des pièces. Donc si l'eau absorbe de la chaleur Q _{w
où:
Q_w \u003d m_wc_w \\ Delta T_w}

Alors pour les pièces de cuivre:
Q_c \u003d -Q_w \u003d m_cc_c \\ Delta T_c

Cela vous permet d'écrire la relation:
m_cc_c \\ Delta T_c \u003d -m_wc_w \\ Delta T_w

Ensuite, vous pouvez utiliser le fait que les pièces de monnaie en cuivre et l'eau doivent avoir la même température finale, < em> T _{f
, tel que:
\\ Delta T_c \u003d T_f-T_ {ic} \\\\\\ Delta T_w \u003d T_f-T_ {iw}}

Brancher ces ΔT
expressions dans l'équation précédente, vous pouvez alors résoudre pour T _{f
. Une petite algèbre donne le résultat suivant:
T_f \u003d \\ frac {m_cc_c T_ {ic} + m_wc_w T_ {iw}} {m_cc_c + m_wc_w}}

Le branchement des valeurs donne alors:

Remarque : Si vous êtes surpris que la valeur soit si proche de la température initiale de l'eau, considérez les différences significatives entre la chaleur spécifique de l'eau et la chaleur spécifique du cuivre. Il faut beaucoup plus d'énergie pour provoquer un changement de température dans l'eau que pour provoquer un changement de température dans le cuivre.
Fonctionnement des thermomètres

Les thermomètres à mercure à ampoule de verre à l'ancienne mesurent la température en utilisant: les propriétés de dilatation thermique du mercure. Le mercure se dilate lorsqu'il est chaud et se contracte lorsqu'il est froid (et à un degré beaucoup plus élevé que le thermomètre en verre qui le contient.) Ainsi, à mesure que le mercure se dilate, il monte à l'intérieur du tube de verre, permettant la mesure.

Thermomètres à ressort - ceux qui ont généralement une face circulaire avec un pointeur métallique - fonctionnent également à partir du principe de la dilatation thermique. Ils contiennent un morceau de métal enroulé qui se dilate et se refroidit en fonction de la température, provoquant le déplacement du pointeur.

Les thermomètres numériques utilisent des cristaux liquides thermosensibles pour déclencher des affichages de température numériques.
Relation entre la température et Énergie interne

Alors que la température est une mesure de l'énergie cinétique moyenne par molécule, l'énergie interne est le total de toutes les énergies cinétiques et potentielles des molécules. Pour un gaz idéal, où l'énergie potentielle des particules due aux interactions est négligeable, l'énergie interne totale E
est donnée par la formule:
E \u003d \\ frac {3} {2} nRT

Où n
est le nombre de moles et R
est la constante de gaz universelle \u003d 8,3145 J /molK.

Sans surprise, à mesure que la température augmente, l'énergie thermique augmente. Cette relation montre également clairement pourquoi l'échelle Kelvin est importante. L'énergie interne doit être toute valeur 0 ou supérieure. Cela n'aurait jamais de sens d'être négatif. Ne pas utiliser l'échelle Kelvin compliquerait l'équation d'énergie interne et nécessiterait l'ajout d'une constante pour la corriger. L'énergie interne devient 0 à 0 K. absolu.