Yaşamda yaygın olan sıcaklık ve akım, fiziksel dünya tarafından şöyle tanımlanır
Önceki iki sayıda da belirtildiği gibi, şu anda yedi temel uluslararası birim bulunmaktadır: Zaman "saniye", uzunluk "metre", kütle "kg", mutlak sıcaklık "Kelvin", akım "amper", ışık şiddeti "kandela", madde miktarı "mol". Burada günlük yaşamda ortak olan temel sıcaklık ve akım birimlerinin fiziksel tanımlarını sunmaya devam ediyoruz.
Sıcaklık "Kelvin"
Günlük hayatımızda kullandığımız sıcaklık Celsius ölçeğidir ve birimi Celsius'tur. Şu şekilde tanımlanır: Standart atmosferik basınç altında, saf suyun donma noktası (katı ve sıvının bir arada bulunduğu sıcaklık) 0 ° C, suyun kaynama noktası 100 ° C ve orta kısım her biri 1 ° 'ye eşit 100 eşit parçaya bölünür. C. Bu tanım 1742'de İsveçli gökbilimci Anders Celsius tarafından verildi. 1954'teki 10. Uluslararası Metroloji Kongresi, onu anmak için özellikle bu sıcaklık ölçeğini "Santigrat ölçeği" olarak adlandırdı. Şimdi, Santigrat sıcaklık ölçeği Çoğu ülke Kabul edilen.
Anders Celsius
Diğer bir yaygın olanı Fahrenheit sıcaklık ölçeğidir. Fahrenheit sıcaklık ölçeği şu şekilde tanımlanır: Standart atmosferik basınç altında, buzun erime noktası 32 ° F'dir ve suyun kaynama noktası 212 ° F'dir. Ortada her biri 1 Fahrenheit derecesine bölünmüş 180 eşit bölüm vardır. Tanımdan görmek zor değil, Fahrenheit sıcaklık ölçeğinin başlangıç noktası, Santigrat sıcaklık ölçeğinden daha düşüktür ve Fahrenheit sıcaklık ölçeği, Santigrat sıcaklık ölçeğinden bir kez daha düşüktür. Şu anda, dünyadaki sadece Amerika Birleşik Devletleri Fahrenheit sıcaklık ölçeğini kullanmaktadır ve diğer çoğu ülke Santigrat sıcaklık ölçeğini kullanmaktadır (resimdeki yeşil olan Fahrenheit sıcaklık ölçeğidir ve gri olan Santigrat sıcaklık ölçeğidir):
Celsius sıcaklık ölçeği günlük yaşamda yaygın olarak kullanılmasına rağmen bilimsel araştırmaların kahramanı değildir. Termodinamik sıcaklık ölçeği (veya mutlak sıcaklık ölçeği, Kelvin sıcaklık ölçeği) en yaygın olarak bilimsel araştırmada kullanılır .
Termodinamik sıcaklık ölçeği, 1848'de ilk Baron Kelvin olan İngiliz fizikçi William Thomson tarafından, termodinamiğin ikinci yasasından türetilen Carnot teoremi kullanılarak tanıtıldı. Tamamen teorik bir sıcaklık ölçeğidir ve sıcaklık ölçüm maddelerinin özellikleriyle hiçbir ilgisi yoktur, bu nedenle bilimsel araştırmada daha geniş bir uygulama alanına sahiptir.
William Thomson
Termodinamik sıcaklık ölçeğinin birimi Kelvin'dir ve sembolü K'dır.Mevcut tanımı: 1 Kelvin, suyun üçlü noktası ile mutlak sıfır arasındaki farkın 1 / 273.16'sı olarak tanımlanır. Mutlak sıcaklık ölçeğinin tanımı aslında Santigrat sıcaklık ölçeğine dayanmaktadır, bu nedenle 0 derecelik başlangıç noktaları farklıdır, ancak sıcaklık farkı 1 Kelvin = 1 derece Celsius'dur. Bu tanımı kısaca açıklayalım.
Gosterildigi gibi,
Üçlü nokta, bir maddenin üç fazı (gaz, sıvı ve katı) termodinamikte birlikte termodinamik dengeye ulaştığında bir dizi sıcaklık ve basınç değerini ifade eder. Örneğin, suyun katı-sıvı-gaz-üç faz noktası 0.01 ° C (273.16K) ve 611.73 Pa'dır. Bu sıcaklık ve basınçta, su buharı, su ve buzun üç fazı aynı anda var olabilir. Bu, standart bir atmosferik basınç altında sıfır Santigrat derece su ve buzun varlığıyla aynıdır. Suyun üçlü nokta sıcaklığı 273.16K, yani 1 / 273.16'sı 1 Kelvin (K) 'dir.
Günlük hayatımızda kullanılan Celsius derece ile mutlak sıcaklık arasındaki dönüşüm ilişkisi doğrusal ve çok basittir:
= -273,15
Termodinamik sıcaklık skalasının başlangıç noktası mutlak sıfırdır (0K) Termodinamiğin üçüncü yasasına göre mutlak sıfıra ulaşmak imkansızdır, bu sıcaklığa ancak sonsuz yaklaşabiliriz. Çünkü teorik tahminlere göre, bu sıcaklıkta, nesnenin içindeki atomlar hareket etmeyi durduracak ve kuantum mekaniğinin izin vermediği iç entropi sıfır olacaktır. Mutlak sıfır imkansızdır .
Mutlak sıcaklık birimi olan "Kelvin" in mevcut tanımı, suyun doğasına göre tanımlandığı için hala bazı kusurlara sahiptir. Bu tanım, 20K altı ve 1300K üstü kullanımla tatmin olmamaktadır, bu nedenle uluslararası ölçüm Komite 2005 yılında "Kelvin" i yeniden tanımlamaya başladı ve şu anda Boltzmann sabitini kullanmayı planlıyor.Bu yeni tanım, sıcaklık birimlerinin tanımını artık herhangi bir maddeye, ölçüm yöntemine ve sıcaklık aralığına bağımlı hale getirmeyebilir. Elbette bu yeni tanım önceki tanıma dayanmaktadır ve tanımın bağlantısını sürdürecektir. Günlük hayatta herhangi bir fark görmeyeceğim . Örneğin, su 0 santigrat derecede donmaya devam eder ve hayattaki termometreler normal şekilde kullanılabilir.
Mevcut "Amper"
Elektrik, günlük yaşamımızda da çok yaygın bir şeydir. Genellikle, voltaj "volt" birimi veya "ohm" direnç birimi hakkında daha fazla şey duyuyoruz, ancak bunlar temel fiziksel büyüklükler değil ve tanımları akım "amper" birimine dayanıyor.
Güncel
"Ampere" nin sembolü, adını Fransız matematikçi ve fizikçi André-Marie Ampere'nin klasik elektromanyetiğe yaptığı katkıyı anmak için alan "A" dır. "1 amper" in tanımı şöyledir: Vakumda, 1 metre aralıklı ihmal edilebilir bir enine kesit alanına sahip sonsuz uzunlukta paralel yuvarlak düz telde, aynı miktarda sabit akım geçildiğinde, teller arasındaki etkileşimin metre uzunluğu başına kuvvet 2 × 10 ^ 7 Newton'dur. , Her teldeki akım bir amperdir.
"Amper" tanımının mekanik birim "Newton (N)" ve daha önce bahsedilen kütle birimi "kilogram" ile bağlantılı olduğu görülebilir, bu nedenle "kilogram" tanımı da "amper" tanımını etkileyecektir. Bu tanımı açıklayalım.
Elektromanyetikler birbirine dönüştürülebildiğinden, örneğin, jeneratörler "manyetizmanın elektriğe" etkisi uygulamasıdır. Elektrik motorları, motorlar, vb. "Elektromanyetik üretim" etkisinin uygulamalarıdır. Elbette ister "elektrik üreten manyetizma" ister "elektrik üreten manyetizma" olsun, bu süreçlerin dönüşümü enerji gerektirir ve sıfırdan yapılması imkansızdır. "Amper" tanımında, iki paralel tel, enerjilendirildiklerinde kendi çevrelerinde bir manyetik alan oluşturacaklardır.Akım yönü aynıysa aralarında çekim olacaktır, aksi takdirde itici kuvvettir. Bunun başlıca nedeni, manyetik bir alanda hareket eden elektronların deneyimlediği Lorentz kuvvetidir. Aralarındaki etkileşim (çekici veya itici), akımla aşağıdaki ilişkiye sahiptir:
onların arasında,
İşte akım hakkında bazı temel bilgiler. Elektrik akımı, esasen yüklü element yüklerinin (çoğu durumda elektronlar) yönsel hareketinden kaynaklanır. İletkenin içinde güç kaynağı olmadığında, hareketli elektrik yükü, tıpkı gaz parçacıkları gibi sürekli olarak rastgele hareket eder. Bu yük taşıyıcılarının ortalama sürüklenme hızı sıfıra eşit olmalıdır. Güç uygulandığında, iletkenin iki ucu arasında potansiyel bir fark vardır ve elektrik yükünü sıfır olmayan bir ortalama sürüklenme hızı üretmeye zorlar. Bu, meydandaki insanların hareketi rastgele, herhangi bir yöndeki kadar çok insan var ve insanların akışının ortalama hızı sıfır gibi. Ancak belirli bir yönde ilginç bir şey olduğunda, insanların akışı bu yönde hareket etme eğiliminde olacak ve sonra insanların akışı sıfır olmayan bir ortalama hıza sahip olacak.
Genel metal iletkenlerdeki elektronların ortalama sürüklenme hızının çok küçük olduğuna dikkat etmek önemlidir, yaklaşık 10 ^ -4 ila 10 ^ -5m / s, bu yüzden yargılamak kolaydır. Akımın hareket hızı elektronların ortalama sürüklenme hızı değil, iletkendeki elektrik alanın ışık hızı olan hareket hızıdır. Bunun nedeni, iletkendeki akımın ışık hızında akması nedeniyle, güç açıldığında neredeyse anında elektrik ışığını açabiliriz, aksi takdirde parlak ışığı görmek için gerçekten birkaç saat beklememiz gerekir. Ayrıca elektronlar negatif yüklü olduğu için, Akımın gerçek yönü ve elektron sürüklenme hızının yönü zıttır.
Akımın büyüklüğü, birim zamanda telin enine kesit alanından geçen yüklerin sayısı ile ilgilidir. Bu aynı zamanda akımın en temel tanımıdır. Bazı bilim adamları daha önce mevcut "amper" biriminin doğrudan element yükü üzerinden tanımlanmasını önerdiler.Bu öneri, 2014 yılında 25. Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Konferansı'nda tartışıldı, ancak kabul edilmedi. Ancak mevcut "amper" tanımının pek çok dezavantajı vardır, örneğin kuvvetin büyüklüğüne göre tanımlanır ve bu da doğruluğunu sınırlar.Ayrıca tanımın gerektirdiği paralel, sonsuz uzunlukta ve ihmal edilebilir düz teller vardır. Pratikte başarmak neredeyse imkansızdır. bu nedenle Mevcut birim "Amper" yakın gelecekte yeniden tanımlanacak .
Daha önce tanıtılan birkaç temel fiziksel büyüklük ve bunların birimleriyle karşılaştırıldığında, elektrik akımının fiziksel miktarı daha "modern" görünür. Özellikle "manyetizma elektrik üretir" olgusunun keşfedilmesinden sonra elektrik akımı geniş ölçekte uygulanmış ve modern insan toplumunun vazgeçilmez bir destekçisi olmuştur.
Yapımcı: Popüler Bilim Çin
Yapımcı: Chen Xing
Yapımcı: Bilgisayar Ağı Bilgi Merkezi, Çin Bilimler Akademisi
"Science China", Çin Bilim ve Teknoloji Derneği'nin ve toplumdaki diğer tarafların bilimsel iletişimi gerçekleştirmek için bilgi teknolojisini kullandığı bilimsel bir yetkili markadır.
