Что такое "холодно" и "тепло"? И почему градусы Цельсия и Фаренгейта.

   Давайте представим ситуацию: есть два тела с разными температурами. Температура первого, например -5°C, а второго +10°C. Вопрос: какое тело теплее, а какое холоднее? Ответ будет очевиден, что первое холоднее, а второе теплее.  Далее поменяем температуру второго тела. Первого будет -5°C, а второго -25°C. Тот же вопрос, какое тело теплее, а какое холоднее? Естественный ответ, что второе будет холоднее, а первое (где t=-5°C), теплее. Стоп. Пару минут назад был ответ, что -5°C – это холоднее, а сейчас ответ - это теплее. Так все же, что такое «тепло» и «холодно» и почему это привязано к градусам Цельсия и Фаренгейта?

 

   Все тела на Земле и во Вселенной имеют различную температуру. Одни теплее, чем другие. От чего зависят температурные показатели тел? Ответ на эти вопросы даст такое понятие, как «тепловое движение» - хаотичное (беспорядочное) движение частиц – атомов и молекул, составляющих вещество. Чем динамичнее (быстрее) движутся частицы, тем теплее тело. У теплых тел средняя кинетическая энергия атомов выше, чем у холодных. Не стоит путать тепловое движение с Броуновским движением частиц, которое является беспорядочным движением микроскопических видимых взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества, вызываемого тепловым движением молекул и атомов этой жидкости или газа. Броуновское движение является следствием и свидетельством существования теплового движения.

 

   Температура,  как известно, измеряется в числах. Но в отличие от последних, где счет может быть бесконечным, температуры все-таки имеют границы. Нижняя – это температура абсолютного нуля (ТАН) – минимальная  температура  физического  тела  во  Вселенной.  Она  составляет  -273,15°C (по Цельсию), или -459,67 °F (по Фаренгейту).

    Достичь данной температуры в реальности никому не удавалось, и не удастся, потому что это невозможно. Хотя были неоднократные попытки – в лабораторных условиях ученым удавалось получать температуры, предельно близкие нулевой. На сегодняшний день, практически любая современная криогенная лаборатория может получить температуры, отстоящие на миллионные доли градуса от абсолютного нуля и только на молекулярном уровне. Дело в том, что чем ближе тело (или опытная система) подходит к ТАН, тем больше нужно затратить работы и энергии. Вплоть до бесконечных значений. Это чем-то похоже на попытки достичь скорости света – можно сколь угодно бесконечно близко подходить к этому значению, но никогда не достигнуть. ТАН характеризуется полной остановкой молекул и атомов. Утрируя, можно сказать - чтобы охладить тело до ТАН, необходимо будет использовать «хладагент», который будет в свою очередь холоднее предельной точки – температуры абсолютного нуля. Такого в нашей природе нет.  Поэтому нам остается довольствоваться всего лишь тем, что ТАН это очередная «обычная»  отметка на термометре. (Интересно, какая температура в пустотах Вселенной – Войдах?)

 

   Предел по верхней температуре – это Планковская температура, названная так в честь немецкого ученого-физика Макса Планка. Теоретически, в соответствии с текущими представлениями космологии, это температура Вселенной в первый момент Большого Взрыва – рождения Вселенной. И по времени она продержалась всего первые 10^-43 секунд существования Вселенной. В СИ Планковская температура примерно равна

   Тр = 1,416808*10³²  К

Или так - Тр=141 680 800 000 000 000 000 000 000 000 000 К

В Цельсиях это будет почти столько же

tc=1,416808*10³²-273,15 °C

 Или так – tc=141 680 799 999 999 999 999 999 999 999 726,85°C

Для тех, кто хочет точности, можем добавить – относительная погрешность составляет  2,3*10^-5.
К примеру температура на поверхности Солнца Тр=5780К  или  Т=5506,85°C. А температура в центре ядра Солнца более 14млн К.

    И если с попытками достижения ТАН дела обстоят оптимистичней, то с достижением Планковской температуры все намного сложнее. Максимальная достигнутая температура человеком при помощи технологий в лабораторных условиях - температура в установке для удержания плазмы в термоядерном реакторе HL-M2 Tokamak, расположенном в исследовательской лаборатории в Ченду, провинция Сычуань, Китай. Разогретая до сверхвысоких температур магнитоактивная плазма внутри реактора удерживается магнитным полем. По словам ученых, реактор HL-M2 может удерживать плазму с температурой  примерно 150*10⁶ К в течении 10 секунд, что все же и рядом не стоит с Планковской температурой.

На практике Планковская температура не достижима никакими способами.

 Термоядерный реактор HL-M2 Tokamak, Китай.

  Температура – это по сути наше ощущение, которое не передать «из рук в руки». Чтобы хоть как-то упорядочить и показать это, ученые взяли два явления и измерили все относительно их. Например Цельсий взял температуру замерзания воды (плавления льда) и температуру кипения воды при атмосферном давлении 760мм.рт.ст. Фаренгейт – температуру замерзания смеси воды, соли, нашатыря и температуру человеческого тела. Многие явления происходят именно между этими двумя температурными точками. Поэтому для большей точности и систематизации добавили в весь диапазон деления – градусы (от. Лат. Gradus – шаг, степень, ступень) – равномерные шаги, ступени с одинаковым расстоянием.

    Использование градусов относительно, и показывает в какой степени тело холоднее или горячее относительно какой-то выбранной температуры. Или другими словами: сколько в теле тепла – больше или меньше.