Teplota a jej meranie

Ak uvedieme dve telesá do vzájomného kontaktu, nastane jeden z týchto dvoch prípadov (neuvažujeme prípadné chemické deje):

rovnovážne stavy telies sa nezmenili (napr. tlak plynu uzavretého v nádobe sa nezmení po ponorení tejto nádoby do kvapaliny). Telesám, ktoré sú pri vzájomnom kontakte v rovnovážnom stave, priraďujeme rovnakú teplotu.
rovnovážne stavy telies sa zmenili – hovoríme, že na začiatku vzájomného dotyku telies mali tieto telesá rôzne teploty. (napr. po vhodení ľadu s určitou hmotnosťou do vlažnej vody pozorujeme jeho topenie a až po istom čase sa táto premena skupenstva zastaví, hmotnosť ľadu sa už nemení – je to moment, kedy má voda i ľad v nej rovnakú teplotu)

Meranie teploty sa realizuje tak, že do vzájomného kontaktu dáme teleso, ktorého teplotu chceme odmerať a porovnávacie teleso – tzv. teplomer. Po vytvorení rovnovážneho stavu sústavy teleso + teplomer je teplota oboch telies rovnaká. Pritom sa predpokladá, že počas nadobúdania rovnovážneho stavu tejto sústavy sa teplota telesa príliš nezmení, takže teplomer aj po vytvorení rovnovážneho stavu udáva pôvodnú teplotu telesa.

Na meranie teploty je potrebné:

vybrať vhodné porovnávacie teleso (teplomer)
vytvoriť teplotnú stupnicu
stanoviť jednotku teploty.

Pri meraní teploty a konštrukcii teplomerov sa opierame o experimentálne zistený poznatok: ak sa zmenil rovnovážny stav telesa – teplomera (teda aj jeho teplota), tak sa zmenili aj jeho stavové veličiny, napr. objem, tlak, elektrický odpor apod. Na základe uvedeného poznáme teplomer: kvapalinový (ortuťový, liehový – zmena objemu kvapaliny), bimetalický teplomer (zmena objemu kovu), odporový teplomer (zmena elektrického odporu kovu alebo polovodiča) a iné.

Celziovu teplotu $t$ , stručne hovoríme len teplotu $t$ , meriame pomocou teplomera s Celziovou teplotnou stupnicou. Táto stupnica sa opiera o dva základné stavy:

I. rovnovážny stav chemicky čistej vody a jej ľadu pri tzv. normálnom atmosférickom tlaku (p_n = 1,01325.10⁵ Pa). Tomuto stavu bola priradená hodnota 0 °C.

II. rovnovážny stav chemicky čistej vody a jej nasýtenej pary pri tzv. normálnom atmosférickom tlaku (p_n = 1,01325.10⁵ Pa). Tento stav odpovedá teplote 100 °C.

Medzi hodnotami 0 °C a 100 °C je Celziova stupnica rozdelená na 100 rovnakých dielov, pričom jeden dielik predstavuje 1 °C.

Stupeň Celzia však nie je súčasťou základných jednotiek SI sústavy. Sústava SI obsahuje termodynamickú teplotu (označujeme ju $T$ ), ktorá sa meria teplomerom s termodynamickou teplotnou stupnicou v jednotkách Kelvin (K). Termodynamická stupnica sa odvíja len od jedného základného stavu: od rovnovážneho stavu sústavy ľad + voda + nasýtená vodná para, ktorý sa nazýva trojný bod vody. Tomuto stavu bola dohodou priradená teplota $T_{r} = 273,16 K$ .

Celziova teplota $t$ sa definuje pomocou termodynamickej teploty $T$ definičným vzťahom:

t = ({T} - 273,15) °C

kde ${T}$ je číselná hodnota termodynamickej teploty.

Pre prevedenie hodnoty vyjadrenej v Celziovej teplotnej stupnici do termodynamickej teplotnej stupnice používame vzťah:

T = ({t} + 273,15) K

kde ${t}$ je číselná hodnota Celziovej teploty.

Z definičného vzťahu medzi Celziovou teplotou $t$ a termodynamickou teplotou $T$ vyplýva, že teplotný rozdiel v Celziovej stupnici $(t_{2} - t_{1} = Δ t)$ je rovnako veľký ako teplotný rozdiel vyjadrený v termodynamickej stupnici $(T_{2} - T_{1} = Δ T)$ :

Δ t = Δ T

Hodnota termodynamickej teploty 0 K je začiatkom termodynamickej teplotnej stupnice. Teplota ľubovoľnej sústavy sa k tejto hodnote môže priblížiť, no nemôže ju dosiahnuť. Preto sa tejto teplote hovorí absolútna nula. Pri tejto teplote nadobúda kinetická energia častíc sústavy najnižšie možné hodnoty, no nikdy nie je rovná nule. Teplota 0 K zatiaľ nebola dosiahnutá, v súčasnosti dosiahnuté najnižšie teploty sú menšie ako 1 mK.