X.24.9 Temperatura

După cum s-a văzut în cap. 7, bilanţul fluxurilor din procesul de interacţiune (ciocnire) al unui cuplu de SM evidenţiază două perechi de fluxuri egale şi de semn contrar, fluxurile normale pe SRS în punctul de impact şi fluxurile tangenţiale (a căror direcţie este paralelă cu planul tangent la SRS în acelaşi punct de impact). Mediul în care are loc această compunere de fluxuri (mediul aflat în volumul de tranziţie al SRS) este mediul periferic al atomilor, cel al electronilor periferici. Este evident că aceste fluxuri pătrunse în mediul electronic vor perturba starea electronilor implicaţi în acest proces. Procesul de perturbare reciprocă a electronilor periferici din cele două sisteme, perturbare parţial "mecanică" după cum am văzut în paragrafele anterioare, parţial fotonică, duce la emisia fotonilor ce constituie mediul fotonic interstiţial (suportul energiei termice stocată în mediul respectiv), iar fluxul spre exterior al acestor fotoni prin SRS a mediului respectiv (traflux interior) constituie radiaţia termică de echilibru a corpului negru echivalent. Aşadar nu putem avea radiaţie termică în absenţa interacţiunilor (ciocnirilor) dintre elementele unui sistem material distribuit. Rezultă că este impropriu a se vorbi de "temperatura unui electron singular", formulare frecvent întâlnită mai ales în legătură cu particulele expulzate din soare.

Comentariul X.24.9.1: Este adevărat că dimensiunile termenului kT din ecuaţia gazelor perfecte sunt cele ale unei energii, dar acest fapt nu înseamnă că ori de câte ori este vorba de energie putem să facem legătura între ea şi temperatură; este absurd să discutăm de temperatura unei PE izolate şi care se mişcă pe o traiectorie rectilinie neperturbată (fără ciocniri), posesoare evident a unei energii cinetice de translaţie, dar această energie nu aparţine niciunui foton termic, aşadar conform definiţiilor de până aici nu se poate vorbi de energie termică şi de un atribut specific acesteia, cel de temperatură. Cu toate că fotonii termici sunt suportul energiei termice, nici în cazul unui foton termic izolat nu se poate vorbi de temperatura acestuia.

De asemenea, un flux de fotoni termici (fluxul radiat de un corp cald) are o distribuţie Plank corespunzătoare unei anumite temperaturi a sursei fluxului, dar această temperatură este un atribut al mediului fotonilor termici conţinuţi în corpul sursei şi nu al fluxului de fotoni emergent din corp. Cu alte cuvinte distribuţia frecvenţială a fotonilor dintr-un flux radiant provenit dintr-un anumit corp este o informaţie asociată acelui corp, informaţie privitoare la starea termică a acestuia.

Temperatura, după o analiză la prima vedere, este o mărime statistică, caracteristică unui ansamblu de SM (de tip AT, MO sau PE), aflate în interacţiune şi este proporţională cu densitatea energetică globală a fluxului fotonic produs şi stocat în acel ansamblu în urma ciocnirilor dintre elementele sistemului, sau provenit din exterior, dar aflat în echilibru cu acel ansamblu. în această fază a formulării definiţiei temperaturii nu este posibil de stabilit exact care este ponderea (contribuţia) specifică a celor două componente ale fluxului cinetic (baric) de impact (componenta normală şi cea tangenţială), însă se poate afirma cu certitudine că:

1)   Componenta normală a variaţiei pe SRS a fluxurilor cinetice de impact (componentă T colineară cu normala comună a celor două srs aflate în întrepătrundere în momentul impactului) este cauza principală a atributului statistic numit presiune a mediului suport al acestor fluxuri.

2)   Fluxurile fotonilor emişi în urma acestor impacturi formează mediul fotonilor termici interstiţiali, mediu purtător al energiei termice (energie formată din contribuţia termică a mediului atomic sau molecular şi din aportul de căldură din exterior).

3)   în condiţii de izolare, fără aport exterior de fluxuri dar şi fără pierderi de fluxuri spre exterior, cele două fluxuri energetice interne stocate în mediu - FE stocastic atomic (sau molecular) şi FE stocastic fotonic - trebuie să fie în echilibru, intensitatea medie a fluxului cinetic atomic (T+R) fiind egală şi de semn contrar cu intensitatea medie a fluxului de opoziţie al fotonilor termici (tot T+R).

4)   Atributul presiune, aşa cum a fost el definit în cap. 7, aparţine şi fluxurilor fotonilor termici (şi aceştia au o variaţie a componentei T normale pe orbitalul de impact), dar ponderea acestei componente este mult redusă faţă de componenta T cinetică a atomilor. Cu alte cuvinte există o contribuţie barică şi a mediului fotonilor termici, dar care contribuţie este neglijabilă în raport cu contribuţia barică a impulsurilor atomice (în condiţiile obişnuite de la suprafaţa Terrei dar nu şi în zonele centrale ale stelelor).

5)   Componenta energetică principală a fotonilor este componenta R care poate transmite obiectului acţionat (electron sau grup de electroni vecini) fluxuri de rotaţie, fluxuri care pot avea pe SRS a unui atom componente comune (adică o coerenţă parţială R). Aceste componente  comune pot duce la iniţierea unor rotaţii de ansamblu a atomului, rotaţii care pot depăşi vibraţiile obişnuite (devenind ireversibile) şi care astfel pot provoca schimbarea de fază a mediului atomic, din S în L (topirea) sau din L în G (vaporizarea, vezi criteriile de departajare a mediilor din cap. 6).

6)   Temperatura, ca atribut specific mediului fotonilor termici, atribut ce caracterizează în ansamblu o mulţime de fotoni cu energia pe element strict dependentă numai de frecvenţa acestuia, nu poate fi separată tocmai de faptul că energia conţinută în acest ansamblu este distribuită pe un suport frecvenţial. După cum am văzut în capitolul despre obiecte, fiecare obiect abstract de acest fel are un sistem de referinţă intern (fie abstract fie natural), sistem care reprezintă obiectul respectiv în relaţiile sale externe.

Ei bine, acesta este punctul de plecare în definirea obiectuală a temperaturii, ţinând cont de faptul că energia termică este un atribut distribuit, iar distribuţia respectivă (distribuţia Plank) are ca suport frecvenţa fotonilor termici.