Sách vật lý/Nhiệt/Nhiệt độ

Nhiệt Độ là một khái niệm vật lý dùng để mô tả cảm nhận nhiệt của một vật khi tiếp xúc với nguồn nhiệt . Thí Dụ như buổi sáng ta cảm thấy Ấm do cơ thể hấp thụ năng lượng nhiệt từ ánh sáng mặt trời . Buổi tối ta cảm thấy Lạnh vì không có ánh sáng mặt trời . Nhiệt độ được dùng để cho biết mức độ nhiệt nhiệt nóng có Nhiệt độ cao cho cảm giác nóng , nhiệt ấm có Nhiệt độ trung bình cho cảm giác ấm , nhiệt lạnh có Nhiệt độ . Nhiệt có ký hiệu T đo bằng đơn vị Độ ^ο

Nhiệt độ tiêu chuẩn

Nhiệt độ Áp suất tiêu chuẩn

Nhiệt độ Áp suất tiêu chuẩn STP

1atm=760.1mmHg.T=273.15K=0^{o}C.P=1.013\times 10^{5}Pa

Nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn hay STP (viết tắt của Standard temperature and pressure trong tiếng Anh) là các điều kiện vật lý tiêu chuẩn để thực hiện các đo lường trong thí nghiệm, cho phép so sánh giữa các bộ kết quả thí nghiệm. Trên thế giới, STP hiện do IUPAC (Liên minh quốc tế về hóa học thuần túy và ứng dụng) định nghĩa là giá trị quy ước có trị số nhiệt độ 298 độ K ( độ C) và áp suất là 100 kPa (1 bar).^[1]

Nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn cũng thường được gọi là điều kiện tiêu chuẩn (đktc). Điều kiện tiêu chuẩn còn có thể bao hàm cả độ ẩm tương đối tiêu chuẩn.

Có nhiều định nghĩa cũng đang được dùng bởi các tổ chức khác về điều kiện tiêu chuẩn (xem bảng bên dưới); trong đó đôi khi khái niệm nhiệt độ phòng (khoảng 25 độ C) được sử dụng thay cho 0 độ C.

**Các định nghĩa khác nhau về điều kiện tiêu chuẩn**
Nhiệt độ	Áp suất	Độ ẩm tương đối	Cơ quan công bố
°C	kPa	%	Cơ quan công bố
0	100		IUPAC (sau-1997) ^[1]
0	101,325		IUPAC (trước-1997) ^[1], NIST ^[2], ISO 10780^[3]
15	101,325	0 ^[4], ^[5]	ISA ^[4], ISO 13443^[5], EEA ^[6], EGIA ^[7]
20	101,325		EPA ^[8], NIST ^[9]
25	101,325		EPA ^[10]
25	100		SATP ^[11]
20	100	0	CAGI ^[12]
15	100		SPE ^[13]
°F	psi	%
60	14,696		SPE ^[13], OSHA ^[14], SCAQMD ^[15]
60	14,73		EGIA ^[7], OPEC ^[16], EIA ^[17]
59	14,696	60	ISO 2314, ISO 3977-2^[18]

Chú thích:

101,325 kPa = 1 atmosphere (atm) = 1,01325 bar ≈ 14,696 psi
100 kPa = 1 bar ≈ 14,504 psi = 14,504 lbf/in²
14,504 psi ≈ 750 mmHg ≈ 100 kPa = 1 bar
14,696 psi ≈ 1 atm = 101,325 kPa
14,73 psi ≈ 30 inHg ≈ 1,0156 bar ≈ 101,560 kPa
59 °F = 15 °C
60 °F ≈ 15,6 °C
khô = 0% độ ẩm tương đối

Nhiệt độ vật chất

Rắn - $T=25^{o}C$
Lỏng - $T=75^{o}C$
Khí - $T=100^{o}C$

Nhiệt độ 0 tuyệt đối

$T=0^{o}K$

Nhiệt độ không tuyệt đối, độ không tuyệt đối, không độ tuyệt đối hay đơn giản là 0 tuyệt đối, là trạng thái nhiệt động học lý tưởng của vật chất, trong đó mọi chuyển động nhiệt đều ngừng. Trạng thái này, theo các kết quả tính toán lý thuyết, đạt được đối với mọi hệ vật chất ở nhiệt độ khoảng -273,15°C ^[19]^[20] hay bằng -459,67°F.

Nhiệt độ không tuyệt đối được tính là 0 K trong Nhiệt giai Kelvin

Người ta thường nghĩ là nhiệt độ thấp nhất có thể, nhưng nó không phải là trạng thái entanpi thấp nhất có thể, bởi vì tất cả các chất thực bắt đầu rời khỏi khí lý tưởng khi được làm lạnh khi chúng tiếp cận sự thay đổi trạng thái thành chất lỏng, sau đó chuyển sang dạng rắn; và tổng lượng entanpy của sự hóa hơi (khí sang lỏng) và entanpy của phản ứng tổng hợp (lỏng sang rắn) vượt quá sự thay đổi khí lý tưởng của entanpy về độ không tuyệt đối. Trong mô tả cơ học lượng tử, vật chất (rắn) ở độ không tuyệt đối nằm ở trạng thái cơ bản, điểm có năng lượng bên trong thấp nhất. Định luật nhiệt động học chỉ ra rằng không thể đạt tới độ tuyệt đối bằng cách chỉ sử dụng các phương tiện nhiệt động lực học, bởi vì nhiệt độ của chất được làm lạnh đạt tới nhiệt độ của tác nhân làm mát không có triệu chứng, và một hệ thống ở độ không tuyệt đối vẫn có năng lượng điểm không cơ học lượng tử, năng lượng của trạng thái cơ bản của nó ở độ không tuyệt đối. Động năng của trạng thái cơ bản không thể được loại bỏ. Các nhà khoa học và công nghệ thường xuyên đạt được nhiệt độ gần bằng 0 tuyệt đối, trong đó vật chất thể hiện các hiệu ứng lượng tử như siêu dẫn và siêu lỏng.

Nhiệt độ phòng

Nói theo cách thông thường, nhiệt độ phòng là khoảng nhiệt độ của không khí mà mọi người đều thích cho các thiết lập trong nhà, cảm thấy thoải mái khi mặc quần áo thông thường trong nhà. Theo định nghĩa y khoa, phạm vi được coi là phù hợp với nơi ở của con người là từ 15 độ Celsius (59 độ Fahrenheit) đến 25 °C (77 °F),[1] mặc dù con người có thể mở rộng sự thoải mái ra ngoài phạm vi này phụ thuộc vào các yếu tố như độ ẩm và mức lưu thông không khí.[2] Trong các lĩnh vực nhất định, như khoa học và kỹ thuật, và trong một ngữ cảnh cụ thể,"nhiệt độ phòng"có thể có các giá trị nhiệt độ khác nhau.

Hệ thống đo lường nhiệt độ

Có ba Hệ thống đo lường nhiệt độ bao gồm

Nhiệt Độ C - Nhiệt độ Celcius

Độ Celsius (°C hay độ C) là đơn vị đo nhiệt độ được đặt tên theo nhà thiên văn học người Thụy Điển Anders Celsius (1701–1744). Ông là người đầu tiên đề ra hệ thống đo nhiệt độ căn cứ theo trạng thái của nước với 100 độ C (212 độ Fahrenheit) là nước đông đá và 0 độ C (32 độ Fahrenheit) là nước sôi ở khí áp tiêu biểu (standard atmosphere) vào năm 1742.

Nhiệt Độ F - Nhiệt độ Farenheit

Độ Fahrenheit (°F hay độ F), là một thang nhiệt độ được đặt theo tên nhà vật lý người Đức Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736).) . Fahrenheit phát triển thang nhiệt độ của ông sau khi viếng thăm nhà thiên văn học người Đan Mạch Ole Rømer ở Copenhagen. Rømer đã tạo ra chiếc nhiệt kế đầu tiên mà trong đó ông sử dụng hai điểm chuẩn để phân định. Trong thang Rømer thì điểm đóng băng của nước là 7,5॰, điểm sôi là 60॰, và thân nhiệt trung bình của con người theo đó sẽ là 22,5 độ theo phép đo của Rømer.[cần dẫn nguồn]

Nhiệt Độ K - Nhiệt độ Kelvin

Trong hệ thống đo lường quốc tế, Kelvin là một đơn vị đo lường cơ bản cho nhiệt độ. Nó được ký hiệu bằng chữ K. Mỗi K trong nhiệt giai Kelvin (1 K) bằng một độ trong nhiệt giai Celsius (1 °C) và 0 °C ứng với 273,15K. Thang nhiệt độ này được lấy theo tên của nhà vật lý, kỹ sư người Ireland William Thomson, nam tước Kelvin thứ nhất.[1]

Nhiệt độ trong nhiệt giai Kelvin đôi khi còn được gọi là nhiệt độ tuyệt đối, do 0 K ứng với nhiệt độ nhỏ nhất mà vật chất có thể đạt được. Tại 0K, trên lý thuyết, mọi chuyển động nhiệt hỗn loạn đều ngừng. Thực tế chưa quan sát được vật chất nào đạt tới chính xác 0 K; chúng luôn có nhiệt độ cao hơn 0 K một chút, tức là vẫn có chuyển động nhiệt hỗn loạn ở mức độ nhỏ. Ngay cả những trạng thái vật chất rất lạnh như ngưng tụ Bose-Einstein cũng có nhiệt độ lớn hơn 0 K. Quan sát này phù hợp với nguyên lý bất định Heisenberg; nếu vật chất ở chính xác 0 K, luôn tìm được hệ quy chiếu trong đó vận tốc chuyển động của chúng là 0 và vị trí không thay đổi, nghĩa là đo được chính xác cùng lúc vị trí và động lượng của hệ, vi phạm nguyên lý bất định. Nhiệt độ của hơi nước đang sôi là 373,15K. Hay nói cách khác định nghĩa Kelvin (K), được xây dựng từ 1967 và có hiệu lực cho đến ngày 20 tháng 5 năm 2019 [2], là 1/273,16 của nhiệt độ nhiệt động lực học của điểm ba (điểm ba thể hay điểm ba pha) của nước.

Hoán chuyển nhiệt độ

**Các công thức đổi nhiệt độ**
Đổi từ	Sang	Công thức
Fahrenheit	Celsius	°C = 5/9 (F – 32)
Celsius	Fahrenheit	°F = 9/5 C + 32
Celsius	Kelvin	K = C + 273,15
Kelvin	Celsius	°C = K - 273,15
Kelvin	Fahrenheit	°F= 9/5 (K – 273,15) + 32
Fahrenheit	Kelvin	K = 5/9 (F - 32) + 273,15

▲ ^1,0 ^1,1 ^1,2 "Compendium of Terminology", 2nd Edition, 1997, IUPAC Secretariat, Research Triangle Park, P.O. Box 13757, NC, USA (pre-1997 and post-1997 definitions) IUPAC Compendium Bản mẫu:Webarchive
▲ "NIST Standard Reference Data Base 7 Users Guide", December 1969, NIST, Gaithersburg, MD, USA NIST Data Base 7
▲ "Stationary source emissions – Measurement of velocity and volume flow rate of gas streams in ducts", ISO 10780, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland ISO
▲ "Handbook of Physics and Chemistry", 56th Edition, pp.F201-F206, CRC Press, Boca Raton, FL, USA
▲ "Natural gas – Standard reference conditions", ISO 13443, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland ISO
▲ "Extraction, First Treatment and Loading of Liquid & Gaseous Fossil Fuels", Emission Inventory Guidebook B521, Activities 050201 - 050303, September 1999, European Environmental Agency, Copenhagen, Denmark Emission Inventory Guidebook Bản mẫu:Liên kết hỏng
▲ ^7,0 ^7,1 "Electricity and Gas Inspection Act", SOR/86-131 (defines a set of standard conditions for Imperial units and a different set for metric units) Canadian Laws Bản mẫu:Webarchive
▲ "Standards of Performance for New Sources", 40 CFR--Protection of the Environment, Chapter I, Part 60, Section 60.2, 1990 New Source Performance Standards
▲ "Design and Uncertainty for a PVTt Gas Flow Standard", Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Vol.108, Number 1, 2003 NIST Journal Bản mẫu:Webarchive
▲ "National Primary and Secondary Ambient Air Quality Standards", 40 CFR--Protection of the Environment, Chapter I, Part 50, Section 50.3, 1998 National Ambient Air Standards
▲ "Table of Chemical Thermodynamic Properties", National Bureau of Standards (NBS), Journal of Physics and Chemical Reference Data, 1982, Vol. 11, Supplement 2.
▲ "Glossary", 2002, Compressed Air and Gas Institute, Cleveland, OH, USA Glossary Bản mẫu:Webarchive
▲ ^13,0 ^13,1 "The SI Metric System of Units and SPE Metric Standard (Notes for Table 2.3 on page 25)", June 1982, Richardson, TX, USA (defines standard cubic foot and standard cubic meter) SPE
▲ "Storage and Handling of Liquefied Petroleum Gases" and "Storage and Handling of Anhydrous Ammonia", 29 CFR--Labor, Chapter XVII--Occupational Safety and Health Administration, Part 1910, Sect. 1910.110 and 1910.111, 1993 Storage/Handling of LPG Bản mẫu:Webarchive
▲ "Rule 102, Definition of Terms (Standard Conditions)", Amended December 2004, South Coast Air Quality Management District, Los Angeles, California, USA SCAQMD Rule 102 Bản mẫu:Webarchive
▲ "Annual Statistical Bulletin", 2004, Editor-in-chief: Dr. Omar Ibrahim, Organization of the Petroleum Exporting Countries, Vienna, Austria OPEC Statistical Bulletin Bản mẫu:Webarchive
▲ "Natural Gas Annual 2004", DOE/EIA-0131(04), December 2005, U.S. Department of Energy, Energy Information Administration, Washington, D.C., USA Natural Gas Annual 2004
▲ "Gas turbines – Procurement – Part 2: Standard reference conditions and ratings", ISO 3977-2:1997 and "Gas turbines - Acceptance tests", ISO 2314:1989, Edition 2, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland ISO
▲ “Unit of thermodynamic temperature (kelvin)”. SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures (ngày 13 tháng 3 năm 2010). Bản chính lưu trữ ngày 7 tháng 10 năm 2014. Note: The triple point of water is 0.01 °C, not 0 °C; thus 0 K is −273.15 °C, not −273.16 °C.
▲ Arora, C. P. (2001). Thermodynamics. Tata McGraw-Hill. Table 2.4 page 43. ISBN 978-0-07-462014-4. https://books.google.com/books?id=w8GhW3J8RHIC&pg=PA43.

[IUPAC-1] ▲ ^1,0 ^1,1 ^1,2 "Compendium of Terminology", 2nd Edition, 1997, IUPAC Secretariat, Research Triangle Park, P.O. Box 13757, NC, USA (pre-1997 and post-1997 definitions) IUPAC Compendium Bản mẫu:Webarchive

[NISTDataBase7-2] ▲ "NIST Standard Reference Data Base 7 Users Guide", December 1969, NIST, Gaithersburg, MD, USA NIST Data Base 7

[ISO10780-3] ▲ "Stationary source emissions – Measurement of velocity and volume flow rate of gas streams in ducts", ISO 10780, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland ISO

[Handbook-4] ▲ "Handbook of Physics and Chemistry", 56th Edition, pp.F201-F206, CRC Press, Boca Raton, FL, USA

[ISO13443-5] ▲ "Natural gas – Standard reference conditions", ISO 13443, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland ISO

[EEA-6] ▲ "Extraction, First Treatment and Loading of Liquid & Gaseous Fossil Fuels", Emission Inventory Guidebook B521, Activities 050201 - 050303, September 1999, European Environmental Agency, Copenhagen, Denmark Emission Inventory Guidebook Bản mẫu:Liên kết hỏng

[EGIA-7] ▲ ^7,0 ^7,1 "Electricity and Gas Inspection Act", SOR/86-131 (defines a set of standard conditions for Imperial units and a different set for metric units) Canadian Laws Bản mẫu:Webarchive

[NSPS-8] ▲ "Standards of Performance for New Sources", 40 CFR--Protection of the Environment, Chapter I, Part 60, Section 60.2, 1990 New Source Performance Standards

[NISTJournal-9] ▲ "Design and Uncertainty for a PVTt Gas Flow Standard", Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology, Vol.108, Number 1, 2003 NIST Journal Bản mẫu:Webarchive

[NAAQS-10] ▲ "National Primary and Secondary Ambient Air Quality Standards", 40 CFR--Protection of the Environment, Chapter I, Part 50, Section 50.3, 1998 National Ambient Air Standards

[NBS-11] ▲ "Table of Chemical Thermodynamic Properties", National Bureau of Standards (NBS), Journal of Physics and Chemical Reference Data, 1982, Vol. 11, Supplement 2.

[CAGI-12] ▲ "Glossary", 2002, Compressed Air and Gas Institute, Cleveland, OH, USA Glossary Bản mẫu:Webarchive

[SPE-13] ▲ ^13,0 ^13,1 "The SI Metric System of Units and SPE Metric Standard (Notes for Table 2.3 on page 25)", June 1982, Richardson, TX, USA (defines standard cubic foot and standard cubic meter) SPE

[OSHA-14] ▲ "Storage and Handling of Liquefied Petroleum Gases" and "Storage and Handling of Anhydrous Ammonia", 29 CFR--Labor, Chapter XVII--Occupational Safety and Health Administration, Part 1910, Sect. 1910.110 and 1910.111, 1993 Storage/Handling of LPG Bản mẫu:Webarchive

[SCAQMD-15] ▲ "Rule 102, Definition of Terms (Standard Conditions)", Amended December 2004, South Coast Air Quality Management District, Los Angeles, California, USA SCAQMD Rule 102 Bản mẫu:Webarchive

[OPEC-16] ▲ "Annual Statistical Bulletin", 2004, Editor-in-chief: Dr. Omar Ibrahim, Organization of the Petroleum Exporting Countries, Vienna, Austria OPEC Statistical Bulletin Bản mẫu:Webarchive

[EIA-17] ▲ "Natural Gas Annual 2004", DOE/EIA-0131(04), December 2005, U.S. Department of Energy, Energy Information Administration, Washington, D.C., USA Natural Gas Annual 2004

[ISO3977-2-18] ▲ "Gas turbines – Procurement – Part 2: Standard reference conditions and ratings", ISO 3977-2:1997 and "Gas turbines - Acceptance tests", ISO 2314:1989, Edition 2, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland ISO

[sib2115-19] ▲ “Unit of thermodynamic temperature (kelvin)”. SI Brochure, 8th edition. Bureau International des Poids et Mesures (ngày 13 tháng 3 năm 2010). Bản chính lưu trữ ngày 7 tháng 10 năm 2014. Note: The triple point of water is 0.01 °C, not 0 °C; thus 0 K is −273.15 °C, not −273.16 °C.

[arora-20] ▲ Arora, C. P. (2001). Thermodynamics. Tata McGraw-Hill. Table 2.4 page 43. ISBN 978-0-07-462014-4. https://books.google.com/books?id=w8GhW3J8RHIC&pg=PA43.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]