Các tính chất vật lý của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ của chúng. Từ sự thay đổi nhiệt của một đặc trưng vật lý của vật liệu cho trước người ta luơn luơn cĩ thể xác định một thang nhiệt độ cho phép đo nhiệt độ và đặc biệt là nhận biết sự cân bằng của hai nhiệt độ. Tuy vậy, thang nhiệt độ như thế là hồn tồn tuỳ tiện bởi vì nĩ liên quan đến một tính chất đặc biệt của một vật thể đặc biệt: nĩ khơng cho phép gán cho một giá trị nhiệt độ một ý nghĩa vật lý riêng. Chỉ cĩ xuất phát từ các định luật nhiệt động học mới cĩ thể xác định thang nhiệt độ cĩ đặc trưng tổng quát cho mọi trường hợp.
Các thang nhiệt độ tuyệt đối được xác định tương tự như nhau và dựa trên tính chất của khí lý tưởng. Định luật Carnot nêu rõ: hiệu suất η của một động cơ nhiệt thuận nghịch hoạt động giữa hai nguồn (với nhiệt độ θ1 và θ2 tương ứng), trong một thang đo bất kỳ, chỉ phụ thuộc vào θ1 và θ2: η = F(θ1)/F(θ2).
Dạng của hàm F phụ thuộc vào thang đo nhiệt độ. Ngược lại, việc lựa chọn hàm F sẽ quyết định thang đo nhiệt đo. Đặt F(θ) = T chúng ta sẽ xác định T như là nhiệt độ động học tuyệt đối và hiệu suất của động cơ nhiệt thuận nghịch được viết như sau:
η = 1- T1/ T2 (5-1)
Trong đĩ T1 và T2 là nhiệt độ nhiệt động học của hai nguồn. Như đã biết, chất khí lý tưởng được xác định bởi:
- Nội năng U chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất khí.
- Phương trình đặc trưng liên hệ giữa áp suất p, thể tích v và nhiệt độ θ :
p.v = G(θ) (5-2) Cĩ thể chứng minh được rằng G(θ) = R.T
Trong đĩ R là hằng số của chất khí lý tưởng. Giá trị R của một phân tử gam của chất khí chỉ phụ thuộc vào đơn vị đo nhiệt độ. Để cĩ thể gán một giá trị số cho T, cần phải xác định đơn vị cho nhiệt độ. Muốn vậy chỉ gán một giá trị số cho nhiệt độ tương ứng với một hiện tượng nào đĩ với điều kiện là hiện tượng này hồn tồn xác định và cĩ tính lặp lại.
Thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối:
Thang Kelvin: đơn vị là K. Trong thang Kelvin này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng của ba trạng thái nước- nước đá-hơi một giá trị số bằng 273,15K.
Từ thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối (thang Kelvin) người ta đã xác định các thang mới là thang Celsius và thang Fahrenheit (bằng cách dịch chuyển các giá trị nhiệt độ).
Thang Celsius:
Trong thang đo này đơn vị nhiệt độ là oC, một độ Celsius bằng một độ Kelvin .Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ Kelvin được xác định bởi biểu thức :
T(0C) = T(K) – 273,15 (5-3)
Thang Fahrenheit:
Đơn vị nhiệt độ là Fahrenheit (0F)
T(0C) = {T(0F) – 32}5/9 (5-4) T(0F) = 9/5 T(0C) + 32 (5-5)
Trong bảng 5.1 ghi các giá trị tương ứng của một số nhiệt độ quan trọng ở các thang đo khác nhau:
Bảng 5.1
Nhiệt Độ Kelvin(K) Celsius(°C) Fahrenheit(°F)
Điểm 0 tuyệt đối 0 -273.15 -459.67
Hỗn hợp nước-nước đá 273.15 0 32
Cân bằng nước-nước
