1. 열역학적 온도 및 온도 체계 이란?
ㅇ 열역학적 온도 (Thermodynamic Temperature)
- 물질의 성질에 관계없이 (열역학 제2법칙으로부터) 이론적으로 정의되는 온도
. 분자 또는 원자의 평균 에너지를 나타내는 가장 의미있는 물리적 변수
ㅇ 열역학적 온도 체계 (Thermodynamic Temperature Scale)
- 열역학 제2법칙에 따라 온도 눈금을 정한 온도 체계
※ 1848년 켈빈이 도입
- 캘빈 경 (Lord Kelvin, 1824~1907)
. 영국의 물리학자, 열역학이론 확립, 본명은 William Thomson
2. 절대 온도 (Absolute Temperature) = 열역학적 온도의 기준 및 그 눈금 체계
ㅇ 절대 온도 이란?
- 모든 온도의 기준이 되는 온도로써, `절대 온도/켈빈 온도/열역학적 온도` 라고 함
. CIPM에서는 모든 온도 측정의 기준으로써 절대 온도를 채택하고 있음
ㅇ 주요 절대 온도 표현 둘(2)
① 열역학적으로 온도 척도의 원점으로 삼는 온도 : 절대 온도 0 [K] (절대 영도 : Absolute Zero)
. 물질의 성질에 의존하지 않게되며, 이를 절대적인 온도 척도를 삼음
. 이론적으로,
.. 원자/분자 운동에너지 = 0
.. 즉, 모든 분자 운동(병진운동,회전운동,진동)이 멈추리라 기대됨
.. 그러나, 결코, 완벽히 멈춰질 수는 없음
. 부피가 0 이며, 그 이하면 부피가 음이 됨
.. 샤를(1746–1823)은, 일정 압력 하 기체의 샘플을 냉각할 때,
.. 온도가 1 ℃ 감소 때마다, 0 ℃ 부피의 1/273 만큼, 부피가 줄어든다는 것을 관찰
.. 결국, -273 ℃에서 0의 부피를 가질 것으로 예상됨
. 결국, 물질이 더이상 내려갈 수 없는 온도의 하한
.. 0 [K] = - 273.15 [℃]
② 실용 온도계의 기준 온도로 삼는 온도 : 절대 온도 273.16 [K] = 물의 3중점 온도
. 1967년 제13차 도량형총회에서 채택됨 (SI 단위계에서 기준 온도로써 삼음)
.. 273.16 [K] = 0.01 [℃]
ㅇ 절대 온도에 따른 `단위`
- 캘빈,캐빈 (kelvin) [K] (SI 단위)
ㅇ 절대 온도에 따른 `눈금 체계`
- 물의 3중점의 열역학적 온도를 273.16으로 정하고,
- 이로부터 273.16 등분(1/273.16)한 온도 체계
. 1 [K] = ( 물의 삼중점 온도 273.16 [K] - 절대영도 0 [K] ) / 273.16
ㅇ 절대 온도의 `섭씨 온도와의 관계`
- t [℃] = T [K] - 273.15
. 1 [K] 온도차가 1 [℃] 온도차와 같아지도록 하기 위함
.. 즉, 절대 온도와 섭씨 온도의 온도간격을 동일하게 유지하기 위한 것
3. 온도 고정점 (temperature fixed point) = 실용 온도계의 온도 기준
ㅇ 어떤 물질의 특정한 열역학적 상태에 해당되는 온도
- 잘 재현될 수 있어야 함
ㅇ 물의 삼중점(triple point) = 표준 고정점(standard fixed point)
- 얼음,물,수증기 상태가 모두 평형을 이루며 공존하는 압력,온도 상태
. 고체인 얼음, 액체인 물, 기체인 수증기가 열평형상태에 있는 물의 3중점 상태의 온도
- (0.6113 [kPa], 273.16 [K] = 0.01 [℃])