Mit mér a hőmérséklet?
Egyszerű ideális gázban az abszolút hőmérséklet közvetlenül kapcsolódik a részecskék átlagos transzlációs kinetikus energiájához. Összetettebb anyagokban forgási, rezgési és kölcsönhatási energiák is szerepet kapnak, ezért nem pontos azt mondani, hogy a hőmérséklet „az összes részecske átlagos energiája”. A termodinamika általánosabban az egyensúly és az energiaeloszlás felől definiálja.
Hőegyensúly és nulladik főtétel
Ha A és B külön-külön termikus egyensúlyban van C rendszerrel, akkor egymással is termikus egyensúlyban vannak. Ez teszi értelmessé a hőmérsékletet mint összehasonlítható mennyiséget és a hőmérőt mint mérőeszközt. Két érintkező, különböző hőmérsékletű test között nettó energiaátadás indul, amíg el nem érik a közös egyensúlyt.
Fajhő és hőkapacitás
Fázisváltozás nélküli tartományban sok esetben Q≈mcΔT. A c fajhő azt mutatja, mennyi energia kell egységnyi tömeg hőmérsékletének egy fokkal való megváltoztatásához. Nagy fajhőjű anyag hőmérséklete ugyanakkora bevitt energia mellett kevésbé változik. A hőkapacitás C=mc az egész testre vonatkozó mennyiség.
Fázisváltozás
Olvadás vagy forrás közben tiszta anyag egyensúlyi nyomáson úgy vehet fel energiát, hogy közben a hőmérséklete lényegében állandó marad. Ekkor az energia a részecskék közötti szerkezet és kölcsönhatások megváltoztatására fordul. Az egyszerű modell Q=mL látens hővel írja le ezt. Ezért hibás minden felvett energiát automatikusan ΔT-hez kötni.
Mit mér a hőmérséklet?
Hővezetéskor mikroszkopikus kölcsönhatások adják tovább az energiát anyagáramlás nélkül. Konvekcióban az áramló folyadék vagy gáz is szállít energiát. Hősugárzás elektromágneses hullámokkal vákuumban is történhet. Egy valós helyzetben — például egy forró csésze ital hűlésénél — mindhárom mechanizmus egyszerre jelen lehet.
Ha A és B külön-külön termikus egyensúlyban van C rendszerrel, akkor egymással is termikus egyensúlyban vannak. Ez teszi értelmessé a hőmérsékletet mint összehasonlítható mennyiséget és a hőmérőt mint mérőeszközt. Két érintkező, különböző hőmérsékletű test között nettó energiaátadás indul, amíg el nem érik a közös egyensúlyt.