Ha egy szobában, ahol 25 Celsius fok van, egy 1 méter átmérőjű gömbben légüres teret hozunk létre, milyen lesz a gömb belsejében a hőmérséklet a szoba hőmérsékletéhez képest?

Smartguy86:

A hőmérséklet úgynevezett emergent property (magyar szót nem ismerek rá), vagyis egy komplex rendszer működése során jelenik meg. Mert mi is a hőmérséklet? A molekulák/atomok átlagos mozgási energiája. Ha nézünk egy molekulát, akkor annak nincs hőmérséklete, csak impulzusa és kinetikus energiája. Két molekulának is az van. Aztán ahogy nő az adott térfogatban a molekulák száma, egyszer csak már lesz értelme hőmérsékletről beszélni.

Amúgy meg olyan nincs, hogy üres tér, mert a vákuumban spontán is keletkeznek és megsemmisülnek részecskák. Aztán még a csillagközi vagy a glaxisközi tér sem üres, csak nagyon ritka. Pl. egy csillagközi felhő sokkal ritkább annál a vákuumnál, amit a Földön létre tudunk hozni, mégis az ilyen felhőkből keletkeznek a csillagok. :)

#12 - Tehát jól értem, hogy az anyagi részecskéknek a saját energiája miatt van hőmérséklete? Van rezgésük vagy valamiféle állapotuk (elektronok?), ami kölcsönzi nekik a hőmérsékletet? Elég megfoghatatlan ez így. Mérni tudjuk, de végső soron honnan ered?

Az űrben a hideget akkor mi adja? Mitől hideg a ritka anyag?

"Az űrben a hideget akkor mi adja? Mitől hideg a ritka anyag?"

Valójában nem biztos, hogy hideg. Ha nem éri sugárzás (pl. napsugárzás), akkor kisugározza az összes hőjét és ezért lehűl. Nincs közeg, amiből tartalékot kapna. (Kivéve a háttérsugárzást.) De ha pl. napsugárzás éri, akkor nagyon forró is tud lenni. Lásd pl. a Hold felszínét, ami hasonló vákuumban van, mint a környező űr.

"Tehát jól értem, hogy az anyagi részecskéknek a saját energiája miatt van hőmérséklete?"

Nem egészen, csak majdnem: a saját kinetikus (mozgási) energiájuk miatt van hőmérsékletük. Hiszen van belső energiájuk is, de attól nem lesz magasabb a hőmérsékletük, csak akkor, ha a belső energia egy része mozgási energiává alakul (pl. kémiai reakció vagy atommag bomlása révén) .

"Van rezgésük vagy valamiféle állapotuk (elektronok?), ami kölcsönzi nekik a hőmérsékletet?"

A gázmolekulák simán röpdösnek a térben, a szilárd anyagok pedig, pl. a fémekben, rezegnek a rácspontjuk körül. Az elektronok itt közvetlenül nem játszanak szerepet (kivéve a plazmát, hiszen ott már leszakadtak az atommagról, és az elektronok is belejátszanak a plazma hőmérsékletébe).

"Elég megfoghatatlan ez így. Mérni tudjuk, de végső soron honnan ered?"

Erre írtam, hogy emergent property, magyarul valami olyan, hogy felbukkanó tulajdonság vagy ilyesmi lehetne a neve. A hőmérséklet egy csak statisztikailag megfogható tulajdonság, mert a molekulák átlagos kinetikai energiája adja (miközben az impulzusuk eredője nulla, ez lényeges). Mikortól van értelme statisztikát számolni?

Ha egy zárt térben pl. egyetlen O2 molekula van és mozog, akkor a mozgását (szinte) nem lehet megkülönböztetni egy nem túl sűrű és nem túl meleg O2 gáz egy molekulájának mozgásától. (Azért csak szinte, mert a gázban a molekulák nemcsak az edény falával, hanem egymással is ütköznek, így az egyes molekulák energiája folyton változik, ám eközben kialakul egy átlagos energiájuk.) Szigorúan véve az egyetlen molekulához is lehetne hőmérsékletet rendelni, de nincs értelme, mert egyetlen molekulát nem lehet statisztikailag kezelni.

"Az űrben a hideget akkor mi adja? Mitől hideg a ritka anyag?"

A ritka anyag is lehet igen forró, pl. a napkorona hőmérséklete több millió fok, ráadásul a Nap felszínétől több millió kilométerre terjed ki - miközben a napfelszín hőmérséklete csak kb. 6500 fok. És mégsem éget meg bennünket a napkorona, mert hiába forró, ha a sűrűsége és a tömege kicsi, ezért nem sugároz ki elég energiát.

Ez hasonló ahhoz a helyzethez, hogy a hálózati 230 V simán megöl, de ha egy műanyag tárgyat dörzsölsz, az sok tízezer voltra is feltöltődhet, mégsem csap agyon, max. egy picit megcsíp. Hiába nagy a feszültség, ha az összenergia kicsi.

Tehát az űrben két okból van "hideg". Egyrészt bármilyen forró lehet a vákuumban lévő igen kevés anyag, az energiája olyan kevés, hogy nem tud komolyabb mennyiségű hőt átadni az ott lévő testeknek. Másrészt ha elég távol vagy a csillagoktól, akkor hősugárzás révén sem jutsz hőenergiához, viszont a tested igen hamar kisugározza a saját hőenergiáját, mivel a világűrben (elég tévol a csillagoktól) csak a kozmiklus háttérsugárzás kb. 2.7 Kelvin fokos hősugárzása van. Tehát a test igen hamar lehűl 2.7 Kelvin fok közelébe. Persze a Föld pályáján ez nem történhet meg, mert elég közel van a Nap: a műholdakat szokták is pl. hőcsövekkel hűteni, vagy a forró oldalukról átvezetni a meleget a hideg oldalra, ha nem forognak.

Itt a Földön A vákuumban azért sem hűl le egy test nagyon, mert a környezettől hősugárzás formájában hőenergiát kap, ahogy korábban már én is és más is írta.

Előző vagyok, kiegészítés:

"bármilyen forró lehet a vákuumban lévő igen kevés anyag, az energiája olyan kevés, hogy nem tud komolyabb mennyiségű hőt átadni az ott lévő testeknek."

S ez az a pont, ahol láthatjuk a különbséget a hőmérséklet és a hőmennyiség között.