केल्व्हिन निरपेक्ष तापक्रम: लॉर्ड केल्व्हिन (१८२४–१९०७) यांनी कार्नो यांच्या आदर्श व्युत्क्रमी (उलट सुलट दिशेने कार्य करणाऱ्या) एंजिनाच्या संकल्पनेच्या आधाराने तयार केलेल्या तापक्रम (तापमान मोजण्याचा मापक्रम). तापमान म्हणजे एक उष्णताजन्य अवस्था. ते उष्णतेची देवाण घेवाण कोणत्या दिशेने व्हावी हे ठरविते. उष्णता नेहमी अधिक तापमानाच्या पदार्थाकडून कमी तापमानाच्या पदार्थाकडे जाते व हा प्रवाह दोन्ही पदार्थांचे तापमान समान होईपर्यंत चालू राहतो. यांवरून तापमान उष्णतेची पातळी दर्शविते असे दिसून येते.
तापमान तापमापकाने मोजता येते. सर्वसाधारण तापमापकामध्ये द्रव पदार्थ, मुख्यत्वेकरून पारा, वापरतात. परंतु द्रव तापमाकामध्ये पुढील दोष असतात. (१) तापमापक नलिकेचा आतील व्यास एकसारखा नसतो. (२) नलिका काचेची असते व काचेचे प्रसरण वा आकुंचन लवकर होत नसल्याने, मापक तयार करताना निश्चित केलेली शून्य नोंद बदलते. (३) मापकाच्या फुग्याचा आकार आतील व बाहेरील दाबांमध्ये होणाऱ्या बदलामुळे बदलतो. परिणामतः दोन अंशांमधील अंतर बदलते. (४) द्रवांचा प्रसरण-गुणांक (तापमान एका अंशाने वाढविले असता होणारे प्रसरण) तापमानाबरोबर बदलतो व निरनिराळ्या द्रवांचा प्रसरण-गुणांक निरनिराळा असतो. यामुळे दोन वेगवेगळे द्रव असलेली तापमापके एकमेकांशी बहुधा ०० से. व १००० से. या तापमानासच जुळतात. इतर ठिकाणी तापमानामध्ये थोडा फरक आढळतो.
वायूंच्या काही खास गुणधर्मांमुळे तापमापकामध्ये द्रवाऐवजी त्यांचा वापर केल्यास पदार्थांचे तापमान अधिक बरोबर मोजता येईल असे दिसून आले. हे गुणधर्म असे : (१) वायूंचे प्रसरण अतिशय नियमित होते. (२) निरनिराळ्या वायूंचा प्रसरण-गुणांक जवळजवळ सारखा असतो. (३) वायूचा वायुरूप अवस्थेत राहण्याचा पल्ला पुष्कळच मोठा असतो. या कारणास्तव वायु-तापमापके अधिक विश्वासार्ह असतात त्यांचा मूळ मानक (प्रमाण) म्हणून उपयोग होऊ शकतो व इतर मापकांची त्याच्याशी तुलना करून अंशन-परीक्षण (अंशदर्शक रेषांची तपासणी) करता येते.
निरपेक्ष शून्य : वायूंचे प्रसरण-गुणांक दोन प्रकारचे असतात. (१) आयतन (घनफळ) प्रसरण-गुणांक (अ). दाब कायम ठेवून वायूंचे तापमान वाढवल्यावर त्यांचे आयतन वाढते. यावरून चार्लस व गे-ल्युसॅक यांनी अ ची व्याख्या पुढीलप्रमाणे केली आहे.
जर ०० से. व त० से. तापमानांस वायूचे आयतन अनुक्रमे घ० व घत असेल, तर वरील व्याख्येप्रमाणे पुढील समीकरण मिळते.
याला चार्लस-गे-ल्युसॅक नियम असे म्हणतात. (२) दाब प्रसरण-गुणांक (ब). आयतन कायम ठेवून वायूचे तापमान वाढविल्यास त्याचा दाब वाढतो. यावरून चार्लस यांनी ब ची व्याख्या पुढीलप्रमाणे केली आहे.
जर ०० से. त० से. तापमानांस वायूचा दाब अनुक्रमे द० व दत असेल, तर वरील व्याख्येप्रमाणे समीकरण मिळते.
याला चार्लस नियम म्हणतात. अ व ब या दोन्ही गुणांकांचे मूल्य १/२७३ इतके आहे. यामुळे (१) व (२) ही समीकरणे पुढीलप्रमाणे लिहिता येतील.
यावरून असे दिसेल की, वायूचे तापमान जर शून्याखाली २७३० से. इतके कमी केले तर ते -२७३० से. (= त) होईल व मग असे होईल.
याचा अर्थ असा की, (१) वायूचा दाब कायम ठेवून त्याचे तापमान जर -२७३० से. केले तर वायूचे आयतन शून्य होईल, तसेच (२) वायूचे आयतन कायम ठेवून त्याचे तापमान जर -२७३० से. केले तर वायूचा दाब शून्य होईल. यांवरून असे दिसून येईल की, वायूचे तापमान -२७३० से. पेक्षा कमी असूच शकणार नाही. म्हणून -२७३० से. हे तापमान निरपेक्ष शून्य म्हणून स्वीकारले आहे. कोणत्याही पदार्थाचे आयतन शून्य होणे शक्य नसल्याने समीकरण (६) वरून केलेली निरपेक्ष शून्याची व्याख्या समीकरण (५) वरून केलेल्या व्याख्येपेक्षा शास्त्रशुद्ध समजली जाते. मॅक्सवेल यांच्या वेग वितरण नियमाधारे शून्य तापमान म्हणजे ज्या तापमानास वायूच्या रेणूंचा वेग शून्य होतो असे तापमान होय.
निरपेक्ष तापक्रम : कार्नो यांच्या व्युत्क्रमी एंजिनाच्या बाबतीत पुढील सूत्र करता येते.
यात क१ ही उष्ण साठ्याकडून एंजिनाने घेतलेली उष्णता व थ१ त्याचे तापमान आहे. तसेच क२ ही शीत साठ्यास दिलेली उष्णता व थ२ त्याचे तापमान आहे. फ हे तापमान थ चे अज्ञात फलन (गणितीय संबंध) आहे. लॉर्ड केल्व्हिन यांनी कार्नो एंजिनांची एक मालिका कल्पून एक तापक्रम तयार केला. त्यातील एंजिनांनी आत घेतलेली अगर बाहेर फेकलेली उष्णता त्या त्या तापमानाच्या सम प्रमाणात असते. या तापक्रमाप्रमाणे थ१, थ२ ची सममूल्ये अनुक्रमे ट१, ट२ असल्यास समीकरण (७) आता पुढीलप्रमाणे लिहिता येईल.
या मालिकेतील सर्व एंजिनांचे बहिःकार्य समान असते. त्यांमधील पहिल्या एंजिनाने ट१ तापमानात क१ उष्णता आत घेऊन ट२ तापमानात क२ उष्णता बाहेर फेकल्यास तीच क२ उष्णता त्याच ट२ तापमानात दुसऱ्या एंजिनाच्या बाबतीत आत घेतलेली उष्णता बनते व याप्रमाणे यापुढील सर्व एंजिनांच्या बाबतीत आदल्या एंजिनाने बाहेर फेकलेली उष्णता पुढच्या एंजिनास त्याच तापमानात आत घेतलेली उष्णता बनते. मालिकेत जसजसे पुढे जावे तसतसे उष्णता क व तापमान ट कमी होत जाऊन शेवटी अशी एक स्थिती प्राप्त होते की, जीत पुढील एंजिनास देण्यासाठी कार्यकारी पदार्थात यत्किंचितही उष्णता शिल्लक राहत नाही. या स्थितीतील तापमान सर्वांत नीच, सर्वांत थंड व ज्याच्यापेक्षा अधिक नीच तापमान असूच शकत नाही असे असते व यासच निरपेक्ष शून्य असे नाव देण्यात आले आहे. हे निरपेक्ष शून्य, ०० सेल्सिअसच्या (बर्फाचा वितळबिंदू) खाली सु. २७३० से. आहे. बर्ज यांनी असे दाखवून दिले आहे की, ०० से. २७३·१६५ + ०·०१५० के. (निरपेक्ष). हा तापक्रम केल्व्हिन यांनी शोधून काढल्यामुळे त्यांच्या बहुमानार्थ या तापक्रमानुसार तापमान दर्शविताना तापमानाच्या अंशांच्या पुढे के. असे लिहितात.
निरपेक्ष शून्य तापमानापर्यंत पोहोचण्याची अशक्यता: कोणत्याही वायूचे तापमान अद्यापि निरपेक्ष शून्यापर्यंत उतरवता आलेले नाही कारण त्यापूर्वीच वायूचे द्रवामध्ये अथवा घनामध्ये रूपांतर होते व मग वायूंचे नियम तेथे लागू पडत नाहीत. शिवाय, तापमानाबरोबर वायूचे नियमही बदलतात. तापमान कमी करण्यासाठी (१) वायूचे अक्रमी (उष्णतेचा लाभ अथवा ऱ्हास न होता करण्यात येणारे) प्रसरण, (२) साखळी शीतलन, (३) जूल-टॉमसन यांचा सच्छिद्र गुडदीचा (प्लगचा) प्रयोग, (४) अक्रमी निकर्षण (चुंबकत्व नाहीसे करणे) वगैरे पद्धतींचा अवलंब केला गेला [→ नीच तापमान भौतिकी].
हवा, हायड्रोजन वायू (१३० के.) व हीलियम वायू (४·२६० के.) द्रवरूप करण्यामध्ये अनुक्रमे लिंडे, देवार (ड्यूअर) व कामर्लिंग-ऑनेस यांनी यश मिळविले. कामर्लिंग-ऑनेस यांनी ऑक्सिजनाचे द्रव व घन अवस्थांत रूपांतर केले, तर किसोम यांनी १·१० के. तापमानास हीलियम वायू दाबाखाली घनरूप केला. बीर्झ्मा यांनी ०·००३४० के. तापमान गाठण्यात यश मिळविले. हेच आतापावेतोचे कमीतकमी तापमान होय.
निरपेक्ष शून्य तापमानासाठी अक्रमी निकर्षण पद्धती अपरिमित वेळा वापरावी लागते, परंतु ते शक्य नाही कारण द्रव जसजसा शीत होत जाईल तसतसा त्याचा बाष्प दाब कमी होत जातो व पंपाच्या साहाय्याने बाष्प बाहेर काढून द्रव अधिक शीत करणे कठीण होत जाते. थोडक्यात म्हणजे द्रव जितका शीत तितका तो अधिक शीत करणे कठीण असते.
यामुळे कोणतीही पद्धती मग ती कितीही आदर्श असो ती परिमित वेळा वापरून एखाद्या समूहाचे तापमान निरपेक्ष शून्य करणे शक्य नाही, ही नेर्न्स्ट यांचा उष्णता सिद्धांत स्वीकारण्यावाचून गत्यंतर नाही.
पहा: ऊष्मागतिकी तापमापन.
देशपांडे, अ. शा.
“