นิยามของอุณหภูมิและสมดุลความร้อน

บทความเกี่ยวกับนิยามของอุณหภูมิและสมดุลความร้อน

นิยามของอุณหภูมิ

คุณเคยสัมผัสน้ำแข็งไหม? คุณรู้สึกอย่างไรเมื่อมือของคุณสัมผัสกับน้ำแข็ง? แล้วถ้าสิ่งที่คุณสัมผัสคือไฟล่ะ? เมื่อสัมผัสน้ำแข็ง มือของคุณจะรู้สึกเย็น เมื่อสัมผัสไฟ มือของคุณจะรู้สึกร้อน ร้อน อุ่น เย็น หนาว หมายถึงอะไร?

แนวคิดเรื่องอุณหภูมิเริ่มต้นจากความร้อนและความเย็นที่เราสัมผัสได้ โดยอาศัยความรู้สึกที่สัมผัสได้ เราจึงบอกได้ว่าวัตถุหนึ่งร้อนกว่าอีกวัตถุหนึ่ง หรือเย็นกว่าอีกวัตถุหนึ่ง วัตถุร้อนจะมีอุณหภูมิสูงกว่า ในขณะที่วัตถุเย็นจะมีอุณหภูมิต่ำกว่า ยิ่งวัตถุเย็น อุณหภูมิก็จะยิ่งต่ำ ในทางกลับกัน ยิ่งวัตถุร้อน อุณหภูมิก็จะยิ่งสูง การวัดความร้อนหรือความเย็นของวัตถุเรียกว่าอุณหภูมิ ในวิชาทฤษฎีจลน์ของแก๊ส คุณจะได้เข้าใจความหมายของอุณหภูมิอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น ว่าเกิดอะไรขึ้นกับโมเลกุลของวัตถุ ทำให้เรารู้สึกร้อน อุ่น เย็น หรือหนาวได้

ขนาดของความร้อนหรือความเย็นเป็นวัตถุที่วัดได้ด้วยการสัมผัสเท่านั้น หรือประสาทสัมผัสของมนุษย์นั้นไม่ชัดเจนนัก แต่ละคนอาจรู้สึกถึงความร้อนหรือความเย็นของวัตถุในระดับที่แตกต่างกัน เด็กทารกอาจรู้สึกเจ็บปวดเมื่อสัมผัสกับน้ำที่ไม่ร้อนมากสำหรับผู้ใหญ่ เช่นเดียวกัน แม้จะสัมผัสกับวัตถุเดียวกัน แต่ความร้อนที่ส่วนต่างๆ ของร่างกายรู้สึกอาจไม่เท่ากัน ดังนั้น เราจึงต้องการอุปกรณ์ที่สามารถวัดอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำและน่าเชื่อถือสำหรับทุกคน

สมดุลทางความร้อน

เมื่อวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงสัมผัสกับวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ ความร้อนบางส่วนจากวัตถุที่มีอุณหภูมิสูงจะถ่ายเทไปยังวัตถุที่มีอุณหภูมิต่ำ จนกระทั่งวัตถุทั้งสองมีอุณหภูมิเท่ากัน ตัวอย่างเช่น เมื่อน้ำร้อนสัมผัสกับน้ำแข็ง ความร้อนบางส่วนจากน้ำร้อนจะถ่ายเทไปยังน้ำแข็ง การถ่ายเทความร้อนจะหยุดลงเมื่อส่วนผสมของน้ำร้อนและน้ำแข็งมีอุณหภูมิเท่ากัน เมื่อส่วนผสมของน้ำร้อนและน้ำแข็งมีอุณหภูมิเท่ากัน ส่วนผสมของน้ำร้อนและน้ำแข็งจะอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน ในทำนองเดียวกัน เมื่อน้ำเดือดสัมผัสกับน้ำเย็น ความร้อนบางส่วนจะถ่ายเทจากน้ำร้อนไปยังน้ำเย็น

การถ่ายเทความร้อนจะหยุดลงเมื่อน้ำร้อนและน้ำเย็นผสมกันจนกลายเป็นน้ำอุ่น เมื่อน้ำทั้งหมดอุ่นขึ้น น้ำทั้งหมดก็จะถึงอุณหภูมิเดียวกัน เมื่อน้ำร้อนและน้ำเย็นผสมกันมีอุณหภูมิเท่ากัน แสดงว่าส่วนผสมของน้ำร้อนและน้ำเย็นนั้นอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน

หากวัตถุสองชิ้นหรือมากกว่านั้นที่มีอุณหภูมิแตกต่างกันสัมผัสกันจนกระทั่งมีอุณหภูมิเท่ากัน วัตถุเหล่านั้นจะอยู่ในสภาวะสมดุลทางความร้อน