Skala temperatury termodynamicznej. Bezwzględna temperatura termodynamiczna Stosunek temperatury termodynamicznej do temperatury praktycznej

1. W 1848 roku William Thomson (Lord Kelvin) wskazał, że twierdzenie Carnota można wykorzystać do skonstruowania racjonalnej skali temperatury, która nie zależy od indywidualnych cech substancji termometrycznej i urządzenia termometru.

Z twierdzenia Carnota wynika, że ​​wydajność cyklu Carnota może zależeć tylko od temperatur grzejnika i lodówki. Oznaczmy literami t 1 i t 2 empiryczne temperatury grzejnika i lodówki, zmierzone jakimś termometrem Następnie

	Q1 - Q2	F (t 1, t 2)

gdzie f (t1, t2) jest uniwersalną funkcją wybranych temperatur empirycznych t1 i t2. Jego rodzaj nie zależy od urządzenia maszyny Carnota i rodzaju użytej substancji roboczej.

Budować termodynamiczna skala temperatury, wprowadzamy prostszą uniwersalną funkcję

						= (t 1, t 2)
oczywiste jest, że te funkcje są ze sobą powiązane
f (t1, t2) =	Q1 - Q2			-1 = ϕ (t 1, t 2) -1

Zdefiniujmy postać tej funkcji ϕ (t 1, t 2)

Aby to zrobić, rozważ 3 cykle Carnota. Te. istnieją 3 zbiorniki termiczne, utrzymywane w stałej temperaturze

W przypadku cykli Carnota 1234 i 4356 można napisać

Q 1 = ϕ (t 1, t 2)

Q 2 = ϕ (t 2, t 3)

Eliminując z tego ciepło Q2 otrzymujemy

Q 1 = ϕ (t 1, t 2) ϕ (t 2, t 3)

Z druga strona do cyklu 1256

Q 1 = ϕ (t 1, t 3)

ϕ (t 1, t 3) = ϕ (t 1, t 2) ϕ (t 2, t 3)

	ϕ (t 1, t 2) =	ϕ (t 1, t 3)
		ϕ (t 2, t 3)

Ten stosunek nie powinien zależeć od t3. ponieważ ten cykl nie obejmuje trzeciego zbiornika, którego temperatura może być dowolna. Dlatego funkcja powinna wyglądać tak:

ϕ (t 1, t k) = Θ (t 1) Θ (t k)
				Θ (t 1)
				(t 2)
Ponieważ wartość	Θ (t) zależy tylko od temperatury, to samo może być

przyjmowany jako miara temperatury ciała.

Wielkość Θ nazywana jest bezwzględną temperaturą termodynamiczną.

jego znak, tj. bezwzględna temperatura termodynamiczna nie może przyjmować wartości ujemnych.

Załóżmy, że istnieje ciało, którego temperatura bezwzględna jest ujemna. Używamy go jako lodówki w silniku cieplnym Karnot. Jako grzejnik przyjmujemy inne ciało, którego temperatura bezwzględna jest dodatnia. W tym przypadku otrzymujemy sprzeczność z drugą zasadą termodynamiki. (brak dowodów)

Najniższa temperatura dozwolona przez postulat drugiej zasady termodynamiki to 0. Ta temperatura nazywa się temperatury zera absolutnego.

Druga zasada termodynamiki nie może odpowiedzieć na pytanie, czy temperatury zera absolutnego są osiągalne, czy nie. Pozwala nam tylko stwierdzić, że

nie da się schłodzić ciała poniżej zera absolutnego.

Możliwość osiągnięcia zera absolutnego jest rozwiązywana w ramach III zasady termodynamiki.

2.4 Identyczność termodynamicznej skali temperatury ze skalą idealnego termometru gazowego

Będziemy mieli cykl Carnota, biorąc jako płyn roboczy gaz doskonały. Dla uproszczenia przyjmiemy, że ilość gazu jest równa jednemu molowi.

1-2 Proces izotermiczny

Zgodnie z pierwszym początkiem, δ Q = dU + PdV. Ponieważ U = U (T), dU = 0

δ Q = PdV, PV = RT

Integrując to wyrażenie, stwierdzamy

Q1 = RT 1 ln (V 1 / V 2)

podobnie

3-4 Proces izotermiczny

Q2 = RT 2 ln (V 3 / V 4)

		T 1 ln (V 1 / V 2)
				In (V 3 / V 4)

(2-3) (4-1) proces adiabatyczny

TV γ - 1 = const

T 1 V γ 2− 1 = T 2 V γ 3− 1

T 1 V γ 1− 1 = T 2 V γ 4− 1

								Fizyka molekularna
podzielić się na siebie

Ta zależność obowiązuje również dla gazów doskonałych, dla których wartość γ zależy od temperatury.

Z tej zależności wynika, że ​​bezwzględna termodynamiczna skala temperatury będzie identyczna z odpowiadającą jej skalą temperatury idealnego termometru gazowego, jeżeli w obu przypadkach temperatura głównego punktu odniesienia to samo znaczenie.

Na przykład temperatura topnienia lodu wynosi 273,16K.

Korzystając ze wzoru (1) można otrzymać wyrażenie na wydajność maszyny Carnota, w której jako substancję roboczą stosuje się gaz doskonały

	Q1 - Q2		Z 1 - Z 2

2.5. Zamiana ciepła na pracę mechaniczną w procesie izotermicznym. Drugie twierdzenie Carnota

Ciepło to energia przekazywana z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze, na przykład podczas kontaktu. Samemu takiemu transferowi energii nie towarzyszy wykonywanie pracy, ponieważ nie ma ruchu żadnych ciał. Prowadzi tylko do wzrostu energii wewnętrznej ciała, do której przekazywane jest ciepło, i do wyrównania temperatur, po czym sam proces przekazywania ciepła zostaje zatrzymany. Ale jeśli ciepło jest przekazywane do ciała, które może jednocześnie rozszerzać się, to może działać.

Zgodnie z prawem zachowania energii

δQ = dU + δ A

Największą „pracę wykonuje się podczas procesu izotermicznego, kiedy energia wewnętrzna się nie zmienia, dzięki czemu

δQ = δ A

Oczywiście więcej pracy nie może być.

Dlatego, aby uzyskać maksymalną pracę, równą dostarczonemu ciepłu, konieczne jest doprowadzenie ciepła do korpusu rozprężnego tak, aby nie było różnicy temperatur między nim a źródłem ciepła.

To prawda, że ​​jeśli nie ma różnicy temperatur między źródłem ciepła a ciałem, do którego jest przenoszone, to ciepło nie zostanie przekazane!

W praktyce do przekazywania ciepła wystarczy nieskończenie mała różnica temperatur, która prawie nie różni się od pełnej izotermy. Proces wymiany ciepła w takich warunkach jest nieskończenie powolny, a zatem odwracalny. To. cykl

Carnot jest wyidealizowanym cyklem, w którym wykonuje się nieskończenie małą pracę na cykl i można go uznać za odwracalny, ponieważ zaniedbujemy procesy rozpraszania.

Prawdziwy proces jest rozpraszany, ponieważ część ciepła idzie w tym przypadku na zwiększenie energii wewnętrznej i pracy

δ A n = δQ −dU ≤ δQ = δ A p

To. nieodwracalny proces prowadzi do wzrostu wewnętrznej energii ciała ze szkodą dla pracy.

δ A n ≤ A p

To implikuje drugie twierdzenie Carnota: Sprawność jakiegokolwiek silnika cieplnego nie może przekroczyć sprawności idealnej maszyny pracującej zgodnie z cyklem Carnota przy tych samych temperaturach grzałki i lodówki.

η = Q1 - Q2 ≤ T1 - T2 (1)

Ale jeśli weźmiemy pod uwagę nasz proces stabilnej wizji zmian zachodzących w samym czynniku roboczym, to Q1 i Q2 to ilość ciepła odbieranego i odpowiednio oddanego przez czynnik roboczy. Oczywiście tym wielkościom Q1 i Q2 należy przypisać przeciwne znaki. Ilość ciepła Q1 odbieranego przez organizm uznamy za dodatnią; to Q2 jest ujemny.

Dlatego nierówność (1) można przepisać jako:

Q1 + Q2		Z 1 - Z 2

W przypadku procesów odwracalnych

Fizyka molekularna

Q1 + Q2 = T1 - T2

1 + Q 2 = 1 - T 2

A w przypadku procesu nieodwracalnego (nierównowagi)

Relacje te można uogólnić w następujący sposób:

≤0

2 δ Q

1 δ Q

∫ 1 T 1

+ ∫ 2 T 2

≤0

δ T Q ≤ 0

Ten związek nazywa się nierównością Clausiusa.

Przypomnijmy, że w praktyce 0 ° jest konwencjonalnie uważane za temperaturę topnienia lodu przy normalnym ciśnieniu, a 100 ° to temperatura wrzenia wody pod normalnym ciśnieniem. Jedna setna tego zakresu temperatur to praktyczna jednostka temperatury - stopnie Celsjusza (° C). Jednak przy podzieleniu przedziału między 0 ° С a 100 ° С na sto równych części dla termometrów rtęciowych i alkoholowych ich odczyty pokrywają się tylko przy 0 ° С i przy 100 ° С. W konsekwencji ekspansja tych substancji podczas ogrzewania zachodzi nierównomiernie i nie jest możliwe uzyskanie w ten sposób jednej skali temperatury.

Aby stworzyć ujednoliconą skalę temperatury, konieczne jest posiadanie wartości, której zmiana podczas ogrzewania lub chłodzenia nie byłaby zależna od rodzaju substancji termometrycznej. Ciśnienie gazu może służyć jako taka wartość, ponieważ współczynnik temperaturowy ciśnienia dla niezbyt gęstych gazów nie zależy od natury gazu i ma taką samą wartość jak dla gazu doskonałego. Najlepszym ciałem termometrycznym byłby gaz doskonały. Ponieważ właściwości rozrzedzonego wodoru są najbliższe właściwościom gazu doskonałego, najbardziej celowe jest mierzenie temperatury za pomocą termometru wodorowego, który jest zamkniętym naczyniem z rozrzedzonym wodorem podłączonym do czułego manometru. Ponieważ ciśnienie i temperatura wodoru są powiązane zależnością (4.3), temperaturę można określić na podstawie wskazań manometru.

Skala temperatury ustalona przez termometr wodorowy, w której 0 ° odpowiada temperaturze topnienia lodu, a 100 ° temperaturze wrzenia wody, nazywana jest skalą Celsjusza.

Zauważ, że zero w skali Celsjusza jest definiowane warunkowo. Wielkość stopnia jest również dowolna. Oznacza to, że z naukowego punktu widzenia dopuszczalna jest inna konstrukcja skali temperatury.

Rozsądny wybór skali temperatury pozwala na uproszczenie wzorów i głębsze zrozumienie fizycznego znaczenia obserwowanych prawidłowości. W tym celu, za sugestią Kelvina, wprowadzono nową skalę temperatury, którą obecnie nazywa się termodynamiczną skalą temperatury. Czasami nazywana jest skalą Kelvina. Na tej skali za punkt odniesienia przyjmuje się temperaturę zera bezwzględnego, a wielkość stopnia określa się tak, aby jak najściślej pokrywała się ze stopniem Celsjusza.

W SI jednostka temperatury jest jednostką podstawową i nazywa się ją kelwinem, a do odczytu temperatury używa się termodynamicznej skali temperatury.

Zgodnie z umową międzynarodową wielkość Kelvina określa się z następującego warunku: temperatura punktu potrójnego wody (§ 12.8) jest uważana za dokładnie równą 273,16 K. Dlatego jeśli przedział temperatur między zerem bezwzględnym a temperaturą punkt potrójny wody na skali termometru wodorowego dzieli się na 273,16 części, a następnie jedna taka część określa wielkość kelwina. Ponieważ temperatura odpowiada punktowi potrójnemu wody, temperatura topnienia lodu w nowej skali wyniesie 273,15 K. Ponieważ kelwin jest równy co do stopnia Celsjusza, temperatura wrzenia wody przy normalnym ciśnieniu wyniesie 373,15 K. Dla uproszczenia w przyszłości temperatura topnienia lodu i wrzącej wody będzie uważana za równą 273 i 373 K.

Temperatura T został wprowadzony na początku empirycznie za pomocą termometru gazowego opartego na zależności między ciśnieniem a temperaturą gazu doskonałego. Ale równanie dla gazu doskonałego sprawdza się w ograniczonym zakresie ciśnień i temperatur.

Z wyrażenia na sprawność maszyny pracującej w cyklu Carnota wynika, że

Ogólnie rzecz biorąc, stosunek ten pozwala empirycznie na wprowadzenie nowej skali temperatury bezwzględnej, która: nie zależy od właściwości płynu roboczego i takie, że sprawność dla cyklu Carnota będzie zależeć tylko od nowych temperatur i równości

F ( T X, T N).

Rozważmy cykl Carnota 1-2-5-6-1 z temperaturami nagrzewnicy T 1 i lodówki T 3, składający się z dwóch "podcykli" 1-2-3-4-1 i 4-3-5 -6-4 o temperaturze pośredniej T 2. Cykl 1-2-5-6-1 można interpretować jako obieg termodynamiczny kombinowanego silnika cieplnego, składający się z dwóch silników cieplnych pracujących w procesach kołowych 1-2-3-4-1 i 4-3-5-6- 4.

Dla wszystkich trzech cykli możesz pisać

, Q ¢ 3 / Q ¢ 2 = ( Z 3, Z 2), .

Należy zauważyć, że w procesie kołowym 1-2-3-4-1 ciepło Q ¢ 2 usuwane przez lodówkę pierwszej maszyny cieplnej jest równe ciepłu dostarczanemu do korpusu roboczego drugiej maszyny, co odpowiada do procesu okrężnego 4-3-5-6-4, tj. lodówka pierwszej maszyny działa jak grzejnik dla drugiej. A łączna praca dwóch silników cieplnych jest równa pracy kombinowanego silnika cieplnego, co odpowiada procesowi kołowemu 1-2-5-6-1.

Ponieważ Q ¢ 3 / Q 1 = (Q ¢ 3 / Q ¢ 2) × (Q ¢ 2 / Q 1), to równość

Ale lewa strona nie zależy od T 2. Jest to możliwe, kiedy i.

Wielkość ta jest temperaturą termodynamiczną i w porównaniu ze skalą gazu doskonałego może być zapisana w postaci = T, gdzie T - temperatura określona w skali Kelvina. W konsekwencji skala temperatury zbudowana przy użyciu idealnego termometru gazowego i termodynamiczna skala temperatury są takie same.

Tak więc cykl Carnota umożliwia skonstruowanie termodynamicznej skali temperatury i zaproponowanie: termometr termodynamiczny ... Zasada działania takiego termometru polega na zorganizowaniu cyklu Carnota pomiędzy ciałem o nieznanej temperaturze T X i ciało o znanej temperaturze T(np. z topniejącym lodem lub wrzącą wodą) i odmierzając odpowiednią ilość ciepła Q X oraz Q. Formuła aplikacji

Temperatura termodynamiczna jest oznaczona literą, mierzona w Kelwinach (K) (\ styl wyświetlania (K)) i jest mierzony w absolutnej skali termodynamicznej (Kelvin). Bezwzględna skala termodynamiczna jest główną skalą w fizyce i równaniach termodynamiki.

Z kolei teoria kinetyki molekularnej łączy temperaturę bezwzględną ze średnią energią kinetyczną ruchu translacyjnego idealnych cząsteczek gazu w warunkach równowagi termodynamicznej:

1 2 m v ¯ 2 = 3 2 k T, (\ displaystyle (\ frac (1) (2)) m (\ bar (v)) ^ (2) = (\ frac (3) (2)) kT,)

gdzie m (\ styl wyświetlania m)─ masa cząsteczki, v ¯ (\ styl wyświetlania (\ pasek (v)))─ średnia kwadratowa prędkość ruchu translacyjnego cząsteczek, ─ temperatura bezwzględna, k (\ styl wyświetlania k)─ Stała Boltzmanna.

Kolegium YouTube

1 / 3

Temperatura bezwzględna ➽ Fizyka klasa 10 ➽ Samouczek wideo

2.1.3 Temperatura bezwzględna

Termodynamika | wreszcie rozumiemy, jak określić temperaturę bezwzględną i entropię

Napisy na filmie obcojęzycznym

Historia

Pomiar temperatury przeszedł długą i trudną drogę w swoim rozwoju. Ponieważ temperatury nie można zmierzyć bezpośrednio, do jej pomiaru wykorzystano właściwości ciał termometrycznych, które funkcjonalnie były zależne od temperatury. Na tej podstawie opracowano różne skale temperatur, które nazywane są empiryczny, a temperatura mierzona za ich pomocą nazywana jest empiryczną. Istotnymi wadami skal empirycznych jest brak ich ciągłości oraz rozbieżność między wartościami temperatur dla różnych ciał termometrycznych: zarówno między punktami odniesienia, jak i poza nimi. Brak ciągłości skal empirycznych wiąże się z brakiem w naturze substancji zdolnej do zachowania swoich właściwości w całym zakresie możliwych temperatur. W 1848 roku Thomson (Lord Kelvin) zaproponował dobranie stopnia skali temperatury w taki sposób, aby sprawność idealnego silnika cieplnego była w jego granicach taka sama. Później, w 1854, zaproponował użycie odwrotnej funkcji Carnota do skonstruowania skali termodynamicznej, która nie zależy od właściwości ciał termometrycznych. Praktyczna realizacja tego pomysłu okazała się jednak niemożliwa. Na początku XIX wieku, w poszukiwaniu „absolutnego” urządzenia do pomiaru temperatury, ponownie powrócili do idei idealnego termometru gazowego opartego na prawach gazów doskonałych Gay-Lussaca i Charlesa. Termometr gazowy od dawna jest jedynym sposobem na odtworzenie temperatury bezwzględnej. Nowe kierunki odtwarzania absolutnej skali temperatury oparte są na wykorzystaniu równania Stefana ─ Boltzmanna w termometrii bezkontaktowej oraz równania Harry'ego (Harry'ego) Nyquista ─ w termometrii kontaktowej.

Fizyczne podstawy konstrukcji termodynamicznej skali temperatury.

1. Termodynamiczną skalę temperatury można w zasadzie skonstruować w oparciu o twierdzenie Carnota, z którego wynika, że ​​sprawność idealnego silnika cieplnego nie zależy od rodzaju płynu roboczego i konstrukcji silnika, a zależy tylko od temperatury grzejnika i lodówki.

η = Q 1 - Q 2 Q 1 = T 1 - T 2 T 1, (\ displaystyle \ eta = (\ frac (Q_ (1) -Q_ (2)) (Q_ (1))) = (\ frac ( T_ (1) -T_ (2)) (T_ (1))))

gdzie Q 1 (\ styl wyświetlania Q_ (1))- ilość ciepła odbieranego przez płyn roboczy (gaz idealny) z nagrzewnicy, Q 2 (\ styl wyświetlania Q_ (2))- ilość ciepła oddanego przez płyn roboczy do lodówki, T 1, T 2 (\ styl wyświetlania T_ (1), T_ (2))- odpowiednio temperatury grzejnika i lodówki.

Z powyższego równania wynika zależność:

Q 1 Q 2 = T 1 T 2 (\ styl wyświetlania (\ frac (Q_ (1)) (Q_ (2))) = (\ frac (T_ (1)) (T_ (2))))

Ten stosunek można wykorzystać do wykreślenia bezwzględna temperatura termodynamiczna... Jeśli jeden z izotermicznych procesów cyklu Carnota Q 3 (\ styl wyświetlania Q_ (3)) przeprowadzić w temperaturze punktu potrójnego wody (punkt odniesienia), ustawić arbitralnie ─ T 3 = 273,16 K, (\ styl wyświetlania T_ (3) = 273,16 K,) wtedy każda inna temperatura będzie określona przez wzór T = 273,16 Q Q 3 (\ styl wyświetlania T = 273,16 (\ frac (Q) (Q_ (3))))... Tak ustawiona skala temperatury nazywa się termodynamiczna skala Kelvina... Niestety dokładność pomiaru ilości ciepła jest niska, co nie pozwala na praktyczne wdrożenie opisanej powyżej metody.

2. Bezwzględna skala temperatury może być skonstruowana, jeśli jako ciało termometryczne zostanie użyty gaz doskonały. Rzeczywiście, równanie Clapeyrona implikuje zależność

T = p V R (\ styl wyświetlania T = (\ frac (pV) (R)))

Jeśli mierzysz ciśnienie gazu o właściwościach zbliżonych do ideału, znajdującego się w szczelnym naczyniu o stałej objętości, to w ten sposób możesz ustawić temperaturę na skali, która nazywa się gaz doskonały. Zaletą tej skali jest to, że idealne ciśnienie gazu przy V = c o n s t (\ styl wyświetlania V = const) zmienia się liniowo wraz z temperaturą. Ponieważ nawet bardzo rozrzedzone gazy różnią się nieco właściwościami od gazu doskonałego, wdrożenie skali gazu doskonałego wiąże się z pewnymi trudnościami.

3. Różne podręczniki termodynamiki dostarczają dowodów na to, że temperatura mierzona na skali gazu doskonałego pokrywa się z temperaturą termodynamiczną. Należy jednak zauważyć: pomimo tego, że skala termodynamiczna i skala gazu doskonałego są liczbowo identyczne, z jakościowego punktu widzenia istnieje między nimi zasadnicza różnica. Tylko skala termodynamiczna jest całkowicie niezależna od właściwości substancji termometrycznej.

4. Jak już wspomniano, dokładna reprodukcja skali termodynamicznej, a także idealnej skali gazu, jest obarczona poważnymi trudnościami. W pierwszym przypadku konieczne jest dokładne zmierzenie ilości ciepła, które jest dostarczane i odprowadzane w procesach izotermicznych idealnego silnika cieplnego. Ten rodzaj pomiaru jest niedokładny. Odwzorowanie skali temperatury termodynamicznej (gazu idealnego) w zakresie od 10 do 1337 K (\ styl wyświetlania K) możliwe z termometrem gazowym. W wyższych temperaturach zauważalnie manifestuje się dyfuzja gazu rzeczywistego przez ściany zbiornika, a przy temperaturach kilku tysięcy stopni gazy wieloatomowe rozkładają się na atomy. W jeszcze wyższych temperaturach gazy rzeczywiste ulegają jonizacji i przekształcają w plazmę, która nie jest zgodna z równaniem Clapeyrona. Najniższa temperatura, jaką można zmierzyć termometrem helowym przy niskim ciśnieniu, to 1K (\ styl wyświetlacza 1K)... Do pomiaru temperatur przekraczających możliwości termometrów gazowych stosuje się specjalne metody pomiarowe. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz Termometria.

Twierdzenie Carnota umożliwia skonstruowanie skali temperatury, która jest całkowicie niezależna od indywidualnych cech substancji termometrycznej i urządzenia termometru. Ta skala temperatury została zaproponowana przez W. Thomsona (Lord Kelvin) w 1848 roku. Jest ona skonstruowana w następujący sposób. Zostawiać T 1 i T 2 temperatury grzałki i lodówki mierzone termometrem. Następnie, zgodnie z twierdzeniem Carnota, sprawność cyklu Carnota

gdzie F(T 1 ,T 2) - uniwersalna funkcja wybranych temperatur empirycznych T 1 i T 2. Jego forma w ogóle nie zależy od konkretnego urządzenia maszyny Carnota i rodzaju użytej substancji roboczej. W przyszłości wygodniej będzie rozważyć prostszą uniwersalną funkcję temperatury

Ta funkcja jest łatwo wyrażona w kategoriach F(T 1 ,T 2). Aby określić ogólną postać funkcji j ( T 1 ,T 2), rozważ trzy zbiorniki ciepła, których temperatury są utrzymywane na stałym poziomie. Temperatury empiryczne tych zbiorników oznaczono: T 1 , T 2 , T 3 odpowiednio. Wykorzystując je jako grzejniki i lodówki wykonujemy trzy cykle Carnota ( a-b-c-d, d-c-e-f, a-b-e-f) pokazano na ryc. 11.1.

W tym przypadku temperatury na izotermach a-b, d-c, f-e są równe T 1 , T 2 , T 3, a bezwzględne wartości żarów uzyskane na izotermach wynoszą Q 1 , Q 2 , Q 3 odpowiednio. Do pętli a-b-c-d oraz d-c-e-f potrafi pisać

Wykluczając stąd Q 2, dostajemy

.

W połączeniu te dwa cykle odpowiadają jednemu cyklowi Carnota a-b-e-f odkąd izoterma Płyta CD jest pokonywany dwukrotnie w przeciwnych kierunkach i można go wyłączyć z rozważania. Stąd,

Porównując to wyrażenie z poprzednim, otrzymujemy

Ponieważ prawa strona nie zależy od T 2, to zależność ta może być spełniona dla dowolnych wartości argumentów T 1 , T 2 , T 3 tylko wtedy, gdy funkcja j ( T 1 ,T 2) ma formę

.

Tak więc j ( T 1 ,T 2) to stosunek wartości tej samej funkcji Q ( T) w T = T 1 i T = T 2. Ponieważ ilość Q ( T) zależy tylko od temperatury, sama może być traktowana jako miara temperatury ciała. Wielkość Q nazywana jest bezwzględną temperaturą termodynamiczną. Stosunek dwóch temperatur termodynamicznych Q 1 i Q 2 jest określony przez zależność

Wtedy sprawność cyklu Carnota można zapisać jako

. (11.2)

Porównując wyrażenie (11.2) z wydajnością obiegu Carnota dla gazu doskonałego (8.2), można upewnić się, że stosunki temperatury termodynamicznej i temperatury gazu doskonałego zbiorników ciepła w obiegu Carnota pokrywają się.

Stosunek Q1/Q2 można w zasadzie znaleźć doświadczalnie. W tym celu konieczne jest zmierzenie bezwzględnych wartości grzałek Q 1 i Q 2, którą płyn roboczy otrzymuje w obiegu Carnota ze zbiorników ciepła o temperaturach Q 1 i Q 2. Jednak przez wartość tego stosunku same temperatury Q1 i Q2 nie są jeszcze jednoznacznie określone.

W celu jednoznacznego określenia bezwzględnej temperatury termodynamicznej należy do dowolnego punktu temperatury przypisać określoną wartość Q, a następnie korzystając z zależności (11.1) obliczyć temperaturę dowolnego innego ciała. W oparciu o dokładność, z jaką możliwe jest odtworzenie pewnych charakterystycznych temperatur, jako główny punkt odniesienia wybrano punkt potrójny wody, tj. temperatura, w której lód, woda i para wodna pozostają w równowadze (ciśnienie r tr = 4,58 mm. rt. Sztuka.). Ta temperatura ma przypisaną wartość T tr = dokładnie 273,16 K. Ta wartość temperatury odniesienia została wybrana w celu zapewnienia, że ​​temperatura termodynamiczna pokrywa się z idealną temperaturą gazu w granicach jej stosowalności.

Skonstruowana skala temperatury nazywana jest bezwzględną termodynamiczną skalą temperatury (skala Kelvina).

Maszyna Carnota pozwala jedynie w zasadzie skonstruować skalę temperatury. Nie nadaje się do praktycznych pomiarów temperatury. Jednak liczne konsekwencje drugiej zasady termodynamiki i twierdzenia Carnota pozwalają znaleźć poprawki do odczytów rzeczywistych termometrów, które sprowadzają te odczyty do absolutnej skali termodynamicznej. W tym celu można wykorzystać dowolną dokładną relację termodynamiczną, w której oprócz temperatury T uwzględniono jedynie ilości mierzalne eksperymentalnie.