Omenirea a învățat să măsoare temperatura în urmă cu aproximativ 400 de ani. Dar primele instrumente asemănătoare termometrelor de astăzi au apărut abia în secolul al XV-lea. Inventatorul primului termometru a fost omul de știință Gabriel Fahrenheit. În total, în lume au fost inventate mai multe scări diferite de temperatură, unele dintre ele au fost mai populare și sunt folosite și astăzi, altele au căzut treptat din uz.

Scalele de temperatură sunt sisteme de valori ale temperaturii care pot fi comparate între ele. Deoarece temperatura nu este o mărime care poate fi măsurată direct, valoarea sa este asociată cu o schimbare a stării de temperatură a unei substanțe (de exemplu, apa). Pe toate scalele de temperatură, de regulă, sunt înregistrate două puncte, corespunzătoare temperaturilor de tranziție ale substanței termometrice selectate în faze diferite. Acestea sunt așa-numitele puncte de referință. Exemplele includ punctul de fierbere al apei, punctul de solidificare al aurului etc. Unul dintre puncte este luat ca origine. Intervalul dintre ele este împărțit într-un anumit număr de segmente egale, care sunt unice. O diplomă este universal acceptată ca unitate.

Cele mai populare și utilizate scară de temperatură din lume sunt scările Celsius și Fahrenheit. Cu toate acestea, să ne uităm la scalele disponibile în ordine și să încercăm să le comparăm din punctul de vedere al ușurinței în utilizare și al utilității practice. Există cinci cele mai cunoscute scale:

1. Scara Fahrenheit a fost inventată de Fahrenheit, un om de știință german. Una dintre cele reci zilele de iarnăÎn 1709, mercurul din termometrul omului de știință a scăzut la o temperatură foarte scăzută, pe care el a propus să o ia ca zero pe noua scară. Un alt punct de referință a fost temperatura corpului uman. Punctul de îngheț al apei pe scara lui a fost de +32°, iar punctul de fierbere +212°. Scara Fahrenheit nu este deosebit de atentă sau convenabilă. Anterior, a fost utilizat pe scară largă în prezent - aproape numai în SUA.

2. Conform scalei Reaumur, inventată de omul de știință francez René de Reaumur în 1731, punctul de referință inferior este punctul de îngheț al apei. Scara se bazează pe utilizarea alcoolului, care se extinde atunci când este încălzit, un grad a fost considerat o mie din volumul de alcool din rezervor și tub la zero. Această cântare nu mai este utilizată.

3. Pe scara Celsius (propusă de un suedez în 1742), temperatura amestecului de gheață și apă (temperatura la care se topește gheața) este luată ca zero, celălalt punct principal este temperatura la care fierbe apa; S-a decis împărțirea intervalului dintre ele în 100 de părți, iar o parte a fost luată ca unitate de măsură - un grad Celsius. mai rațional decât scara Fahrenheit și scara Reaumur și este acum folosit peste tot.

4. Scara Kelvin a fost inventată în 1848 de Lord Kelvin (om de știință englez W. Thomson). Pe acesta, punctul zero corespundea celei mai scăzute temperaturi posibile la care se oprește mișcarea moleculelor unei substanțe. Această valoare a fost calculată teoretic la studierea proprietăților gazelor. Pe scara Celsius, această valoare corespunde cu aproximativ - 273 ° C, adică zero Celsius este egal cu 273 K. Unitatea de măsură a noii scale a fost un kelvin (numit inițial „grad Kelvin”).

5. (numit după fizicianul scoțian W. Rankin) are același principiu ca scara Kelvin, iar dimensiunea este aceeași cu scara Fahrenheit. Acest sistem practic nu era larg răspândit.

Valorile de temperatură pe care ni le oferă scările Fahrenheit și Celsius pot fi ușor convertite unele în altele. Când convertiți „în cap” (adică rapid, fără a utiliza tabele speciale) valorile Fahrenheit în grade Celsius, trebuie să reduceți cifra inițială cu 32 de unități și să înmulțiți cu 5/9. Viceversa (de la scara Celsius la Fahrenheit) - înmulțiți valoarea inițială cu 9/5 și adăugați 32. Pentru comparație: temperatura în Celsius este de 273,15 °, în Fahrenheit - 459,67 °.

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http: www. toate cele mai bune. ru/

Scale de temperatură

Omenirea a învățat să măsoare temperatura în urmă cu aproximativ 400 de ani. Dar primele instrumente asemănătoare termometrelor de astăzi au apărut abia în secolul al XVIII-lea. Inventatorul primului termometru a fost omul de știință Gabriel Fahrenheit. În total, în lume au fost inventate mai multe scări diferite de temperatură, unele dintre ele au fost mai populare și sunt folosite și astăzi, altele au căzut treptat din uz.

Scalele de temperatură sunt sisteme de valori ale temperaturii care pot fi comparate între ele. Deoarece temperatura nu este o mărime care poate fi măsurată direct, valoarea sa este asociată cu o schimbare a stării de temperatură a unei substanțe (de exemplu, apa). Pe toate scalele de temperatură, de regulă, sunt înregistrate două puncte, corespunzătoare temperaturilor de tranziție ale substanței termometrice selectate în faze diferite. Acestea sunt așa-numitele puncte de referință. Exemple de puncte de referință sunt punctul de fierbere al apei, punctul de întărire al aurului etc. Unul dintre puncte este luat ca origine. Intervalul dintre ele este împărțit într-un anumit număr de segmente egale, care sunt unice. Unitatea de măsură a temperaturii este universal acceptată ca un grad. dispozitiv de scalare a temperaturii

Cele mai populare și utilizate scară de temperatură din lume sunt scările Celsius și Fahrenheit.

Să ne uităm la scalele disponibile în ordine și să încercăm să le comparăm din punct de vedere al ușurinței în utilizare și al utilității practice. Există cinci cele mai cunoscute scale:

1. Fahrenheit a fost inventat de Fahrenheit, un om de știință german. Într-una dintre zilele reci de iarnă din 1709, mercurul din termometrul omului de știință a scăzut la o temperatură foarte scăzută, pe care el a propus să o ia ca zero pe noua scară. Un alt punct de referință a fost temperatura corpului uman. Punctul de îngheț al apei pe scara lui a fost de +32°, iar punctul de fierbere +212°. Scara Fahrenheit nu este deosebit de atentă sau convenabilă. Anterior, era folosit pe scară largă în țările vorbitoare de limbă engleză, dar în prezent este folosit aproape exclusiv în SUA.

2. Conform scalei Reaumur, inventat de omul de știință francez René de Reaumur în 1731, punctul de referință inferior este punctul de îngheț al apei. Scara se bazează pe utilizarea alcoolului, care se extinde atunci când este încălzit, un grad a fost considerat o mie din volumul de alcool din rezervor și tub la zero. Această cântare nu mai este utilizată.

3. Celsius(propus de suedezul Anders Celsius în 1742) temperatura amestecului de gheață și apă (temperatura la care se topește gheața) este luată ca zero, celălalt punct principal este temperatura la care fierbe apa. S-a decis împărțirea intervalului dintre ele în 100 de părți, iar o parte a fost luată ca unitate de măsură - un grad Celsius. Această scară este mai rațională decât scara Fahrenheit și scara Reaumur și este acum folosită peste tot.

4. scara Kelvin inventat în 1848 de Lord Kelvin (om de știință englez W. Thomson). Pe acesta, punctul zero corespundea celei mai scăzute temperaturi posibile la care se oprește mișcarea moleculelor unei substanțe. Această valoare a fost calculată teoretic la studierea proprietăților gazelor. Pe scara Celsius, această valoare corespunde cu aproximativ - 273°C, adică. zero Celsius este egal cu 273 K. Unitatea de măsură a noii scale a fost un kelvin (numit inițial „gradul Kelvin”).

5. Scala Rankin(numit după fizicianul scoțian W. Rankin) are același principiu ca scara Kelvin, iar dimensiunea este aceeași cu scara Fahrenheit. Acest sistem practic nu era larg răspândit.

Valorile de temperatură pe care ni le oferă scările Fahrenheit și Celsius pot fi ușor convertite unele în altele. Când convertiți valorile Fahrenheit „în capul vostru” în grade Celsius, trebuie să reduceți cifra inițială cu 32 de unități și să înmulțiți cu 5/9. Viceversa (de la scara Celsius la Fahrenheit) - înmulțiți valoarea inițială cu 9/5 și adăugați 32. Pentru comparație: temperatura zero absolut în Celsius este de 273,15 °, în Fahrenheit - 459,67 °.

ȘImăsurarea temperaturii

Măsurarea temperaturii se bazează pe dependența unei cantități fizice (de exemplu, volum) de temperatură. Această dependență este utilizată în scala de temperatură a unui termometru - un dispozitiv folosit pentru a măsura temperatura.

În 1597, Galileo Galilei a creat termoscopul. Termoscopul era o minge mică de sticlă cu un tub de sticlă lipit coborât în ​​apă. Când mingea s-a răcit, apa din tub a crescut. Pe măsură ce vremea s-a încălzit, nivelul apei din tuburi a scăzut. Dezavantajul dispozitivului a fost lipsa unei scale și dependența citirilor de presiune atmosferică.

Mai târziu, oamenii de știință florentini au îmbunătățit termoscopul lui Galileo adăugând o scară de margele și pompând aerul din balon. În 1700, termoscopul aerian a fost transformat de omul de știință Torricelli. Dispozitivul a fost răsturnat, vasul cu apă a fost îndepărtat și s-a turnat alcool în tub. Funcționarea dispozitivului se baza pe expansiunea alcoolului la încălzire - acum citirile nu depind de presiunea atmosferică. Acesta a fost unul dintre primele termometre lichide. Termometrul lui Torricelli nu avea scară.

În 1714, omul de știință olandez Fahrenheit a realizat un termometru cu mercur. A pus un termometru într-un amestec de gheață și sare de masă și a marcat înălțimea coloanei de mercur ca 0 grade. Următorul punct la Fahrenheit a fost temperatura corpului uman - 96 de grade. Inventatorul însuși a definit al doilea punct ca „temperatura de sub axilă a unui englez sănătos”

În 1730, fizicianul francez R. Reaumur a propus un termometru cu alcool cu ​​puncte de topire constante pentru gheață (0 °R) și apă clocotită (80 °R). Aproximativ în aceeași perioadă, astronomul suedez Anders Celsius a folosit un termometru cu mercur Fahrenheit cu propria sa scară, unde punctul de fierbere al apei era considerat ca 0 grade, iar punctul de topire al gheții ca 100 de grade.

Temperatura este parametru important, care determină nu numai fluxul procesului tehnologic, ci și proprietățile substanței. Pentru a măsura temperatura în sistemul SI de unități, se adoptă scala de temperatură cu unitatea de temperatură Kelvin (K). Punctul de plecare al acestei scale este zero absolut(0 K). Pentru măsurătorile procesului, este adesea folosită o scară de temperatură cu o unitate de temperatură de grad Celsius (°C).

Pentru măsurarea temperaturii, se folosesc diverse convertoare primare, care diferă prin metoda de conversie a temperaturii într-un semnal intermediar. În industrie, următoarele convertoare primare sunt cele mai utilizate: termometrele de expansiune, termometrele manometrice, termometrele de rezistență, termocuplurile (pirometrele termoelectrice) și pirometrele cu radiații. Toate acestea, cu excepția pirometrelor cu radiații, sunt în contact cu mediul măsurat în timpul funcționării.

Postat pe Allbest.ru

Documente similare

Temperatura este un parametru care caracterizează starea termică a unei substanțe. Scale de temperatură, instrumente pentru măsurarea temperaturii și principalele lor tipuri. Ciclul termodinamic al unui motor cu piston cu ardere internă cu aport de căldură la presiune constantă.

test, adaugat 25.03.2012


Scale de măsurare a temperaturii de bază. Valori maxime și minime în condițiile Pământului. Temperatura mediului uman. Factorul de temperatură pe Pământ. Distribuția temperaturii în diferite zone ale corpului în condiții reci și calde.

raport, adaugat 18.03.2014


Instrumente de măsurare a temperaturii. Caracteristicile convertoarelor termoelectrice. Principiul de funcționare al pirometrelor cu raport spectral. Instrumente pentru măsurarea presiunii în exces și absolute. Tipuri de manometre de lichid, deformare și electrice.

tutorial, adăugat 18.05.2014


Starea sistemului de măsuri și echipamente de măsurare în diverse perioade istorice. Măsurarea temperaturii, presiunii și debitului fluidului folosind diverse metodeși fonduri. Instrumente pentru măsurarea compoziției, umidității relative și proprietăților unei substanțe.

lucru curs, adăugat 01/11/2011


Conceptul de efect termoelectric; termocupluri tehnice, tipurile lor. Caracteristicile și proiectarea TEC, proiectare, scop, condiții de funcționare, dezavantaje. Măsurarea temperaturii, limitele abaterilor admisibile ale thermoEMF față de valoarea nominală.

test, adaugat 30.01.2013


O caracteristică a unei mărimi care caracterizează starea termică a unui corp sau o măsură a „încălzirii” acestuia. Cauză Mișcarea browniană. Precursorul termometrelor moderne, tipurile lor. Unități de măsură a temperaturii, tipuri de scale. Experiment pentru realizarea unui termoscop.

prezentare, adaugat 14.01.2014


Teoria câmpurilor de temperatură: distribuțiile spațio-temporale ale temperaturii și concentrația soluțiilor. Modelul procesului fizico-chimic de interacțiune dintre acidul clorhidric și componenta carbonatată a scheletului. Metode de calcul a câmpurilor de temperatură și densitate.

Definiţia linear flux de caldura prin metoda aproximărilor succesive. Determinarea temperaturii peretelui pe partea apei și a temperaturii dintre straturi. Graficul schimbărilor de temperatură în timpul transferului de căldură. Numerele Reynolds și Nucelt pentru gaze și apă.

test, adaugat 18.03.2013


Dezvoltarea și îmbunătățirea tehnologiilor de măsurare a temperaturii folosind metode luminiscente, de contact și fără contact. Scala internațională de temperatură. Crearea de termometre cu alcool, mercur, manometrice și termoelectrice.

lucrare curs, adăugată 06.07.2014


Informații de bază despre temperatură și scale de temperatură, capacitatea de a efectua măsurători. Utilizarea termometrelor în practică și cerințele pentru instrumentele de măsurare incluse în standardele de stat ale intervalelor de temperatură corespunzătoare.

Scale de temperatură

Scara de temperatură este o relație numerică funcțională specifică între temperatură și valorile proprietății termometrice măsurate. În acest sens, pare posibilă construirea unei scale de temperatură pe baza alegerii oricărei proprietăți termometrice. În același timp, nu există o singură proprietate termometrică care să varieze liniar cu

modificări ale temperaturii și nu depinde de alți factori într-o gamă largă de măsurători de temperatură. Primele cântare au apărut în secolul al XVIII-lea. Pentru a le construi au fost selectate două puncte de referință t 1Și t 2, reprezentând temperaturile de echilibru de fază ale substanțelor pure. Diferența de temperatură t 1 – t 2 numită domeniul principal de temperatură.

Fahrenheit (1715), Reaumur (1776) și Celsius (1742) la construirea scalelor s-au bazat pe presupunerea conexiune liniarăîntre temperatură tși proprietatea termometrică, care a fost folosită ca expansiune a volumului lichidului V(formula 14.27) /8/

t=a+bV,(14.27)

Unde AȘi b- coeficienți constanți.

Înlocuirea în ecuația (14.27) V=V 1 la t=t 1Și V=V 2 la t=t 2, după transformări obținem ecuația (14.28) a scării de temperatură /8/

În scalele Fahrenheit, Reaumur și Celsius, punctul de topire al gheții t 1 a corespuns la +32, 0 și 0 °, și punctul de fierbere al apei t 2 - 212, 80 și 100°. Intervalul principal t2-t1 la aceste scale se împarte în mod corespunzător în N= 180, 80 și 100 de părți egale și 1/N o parte a fiecărui interval se numește grad Fahrenheit - t° F, gradul Reaumur – t° Rși grade Celsius - t °С. Astfel, pentru scalele construite după acest principiu, gradul nu este o unitate de măsură, ci reprezintă un interval unitar - scara scalei.

Pentru a converti temperatura de la o scară specificată la alta, utilizați relația (14.29)

t°C= 1,25° R=-(5/9)( - 32), (14.29)

Ulterior s-a constatat că citirile termometrelor cu diferite substanțe termometrice (de exemplu, mercur, alcool etc.), folosind aceeași proprietate termometrică și o scară uniformă de grade, coincid doar la punctele de referință, iar în alte puncte citirile diverg. Acesta din urmă este vizibil mai ales la măsurarea temperaturilor ale căror valori sunt situate departe de intervalul principal.

Această împrejurare se explică prin faptul că relația dintre temperatură și proprietatea termometrică este de fapt neliniară și această neliniaritate este diferită pentru diferite substanțe termometrice. În special, în cazul în cauză, neliniaritatea dintre temperatură și modificarea volumului lichidului se explică prin faptul că coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice a lichidului în sine variază în funcție de temperatură și această modificare este diferită pentru diferitele lichide cu picături.

Pe baza principiului de construcție descris, se poate obține orice număr de scale de temperatură care diferă semnificativ unele de altele. Astfel de scale sunt numite convenționale, iar scalele acestor scale sunt numite grade convenționale. Problema creării unei scale de temperatură independentă de proprietățile termometrice ale substanțelor a fost rezolvată în 1848 de Kelvin, iar scara propusă de el s-a numit termodinamică. Spre deosebire de scalele convenționale de temperatură, scala de temperatură termodinamică este absolută.

Scala de temperatură termodinamică pe baza utilizării celei de-a doua legi a termodinamicii. În conformitate cu această lege, coeficientul acțiune utilă a unui motor termic care funcționează pe un ciclu Carnot reversibil este determinată numai de temperaturile încălzitorului T N si frigider T Xși nu depinde de proprietățile substanței de lucru, astfel eficiența este calculată folosind formula (14.30) /8/

(14.30)

Unde Q NȘi Q X- respectiv, cantitatea de căldură primită de substanța de lucru de la încălzitor și dată la frigider.

Kelvin a propus să folosească egalitatea (14.31) /8/ pentru a determina temperatura

T N /T X = Q N /Q X , (14.31)

Prin urmare, folosind un obiect ca încălzitor și altul ca frigider și rulând un ciclu Carnot între ele, este posibil să se determine raportul de temperatură al obiectelor prin măsurarea raportului de căldură luată de la un obiect și dată celuilalt. Scala de temperatură rezultată nu depinde de proprietățile substanței (termometrice) de lucru și se numește scară de temperatură absolută. La temperatura absolută(și nu doar raportul) avea o anumită semnificație, s-a propus să se ia diferența de temperaturi termodinamice dintre punctele de fierbere ale apei T HFși topirea gheții T TL egal cu 100°. Adoptarea unei astfel de valori a diferenței a urmărit scopul menținerii continuității exprimării numerice a scalei de temperatură termodinamică de la scara de temperatură centigrade Celsius. Astfel, notând cantitatea de căldură primită de la încălzitor (apă clocotită) și dată la frigider (topirea gheții), respectiv, prin Q HFȘi Q TLși acceptând T KV – T TL ==100, folosind (14.31), obținem egalitatea (14.32) și (14.33)

(14.32)

(14.33)

Pentru orice temperatură Tîncălzitor la o valoare constantă a temperaturii T TL frigider și cantitatea de căldură Q TL, dat de substanța de lucru a mașinii Carnot, vom avea egalitatea (14.34) /8/

(14.34)

Expresia (14.34) este ecuația Scala de temperatură termodinamică centigrade și arată că valoarea temperaturii T pe această scară este liniar legată de cantitatea de căldură Q, obținut prin substanța de lucru a unui motor termic atunci când efectuează un ciclu Carnot și, în consecință, nu depinde de proprietățile substanței termometrice. Se consideră că un grad de temperatură termodinamică este diferența dintre temperatura corpului și temperatura de topire a gheții la care munca efectuată în ciclul Carnot reversibil este egală cu 1/100 din munca efectuată în ciclul Carnot între punctul de fierbere al apa si temperatura de topire a ghetii (cu conditia ca in ambele cicluri cantitatea de caldura cedata la frigider sa fie aceeasi). Din expresia (14.30) rezultă că la valoarea maximă ar trebui să fie egală cu zero T X. Această temperatură cea mai scăzută a fost numită zero absolut de către Kelvin. Temperatura pe scara termodinamică se notează cu T K. Dacă în expresia care descrie legea gazelor Gay-Lussac: (unde Ro - presiunea la t=0 °С; este coeficientul de temperatură al presiunii), înlocuiți valoarea temperaturii egală cu - , apoi presiunea gazului P t va deveni egal cu zero. Este firesc să presupunem că temperatura la care maxim presiunea minima gaz, în sine este minimul posibil și este luat ca zero pe scara Kelvin absolută. Prin urmare, temperatura absolută este .

Din legea Boyle-Mariotte se știe că pentru gaze coeficientul de temperatură al presiunii a este egal cu coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice. S-a constatat experimental că pentru toate gazele la presiuni care tind spre zero, în intervalul de temperatură 0-100 °C, coeficientul de temperatură de dilatare volumetrică = 1/273,15.

Astfel, valoarea zero absolută a temperaturii corespunde cu °C. Temperatura de topire a gheții la scară absolută va fi Acea==273,15 K. Orice temperatură pe scara Kelvin absolută poate fi definită ca (Unde t temperatura în °C). Trebuie remarcat faptul că un grad Kelvin (1 K) corespunde unui grad Celsius (1 °C), deoarece ambele scale se bazează pe aceleași puncte de referință. Scala de temperatură termodinamică, bazată pe două puncte de referință (temperatura de topire a gheții și punctul de fierbere al apei), a avut o precizie insuficientă de măsurare. Este practic dificil să reproduci temperaturile acestor puncte, deoarece acestea depind de schimbările de presiune, precum și de impuritățile minore din apă. Kelvin și, independent de el, D.I Mendeleev și-au exprimat considerațiile cu privire la oportunitatea construirii unei scale de temperatură termodinamică bazată pe un punct de referință. Comitetul Consultativ pentru Termometrie al Comitetului Internațional de Greutăți și Măsuri în 1954 a adoptat o recomandare de a trece la definirea unei scale termodinamice folosind un singur punct de referință - punctul triplu al apei (punctul de echilibru al apei în solid, lichid și faze gazoase), care se reproduce cu ușurință în vase speciale cu o eroare de cel mult 0,0001 K. Temperatura acestui punct se consideră a fi 273,16 K, i.e. mai mare decât temperatura punctului de topire a gheții cu 0,01 K. Acest număr a fost ales astfel încât valorile temperaturii pe noua scală practic să nu difere de vechea scară Celsius cu două puncte de referință. Al doilea punct de referință este zero absolut, care nu este realizat experimental, dar are o poziție strict fixă. În 1967, Conferința Generală a XIII-a pentru Greutăți și Măsuri a clarificat definiția unității de temperatură termodinamică după cum urmează: „Kelvin-1/273.16 parte din temperatura termodinamică a punctului triplu al apei”. Temperatura termodinamică poate fi exprimată și în grade Celsius: t= T- 273,15 K. Utilizarea celei de-a doua legi a termodinamicii, propusă de Kelvin în scopul stabilirii conceptului de temperatură și al construirii unei scări de temperatură termodinamică absolută, independentă de proprietățile substanței termometrice, are o mare importanță teoretică și fundamentală. Cu toate acestea, implementarea acestei scale folosind un motor termic care funcționează pe un ciclu Carnot reversibil ca termometru este practic imposibilă.

Temperatura termodinamică este echivalentă cu temperatura gaz-termică utilizată în ecuațiile care descriu legile gazelor ideale. Scala de temperatură gaz-termică este construită pe baza unui termometru cu gaz, în care un gaz este utilizat ca substanță termometrică, proprietățile sale apropiindu-se gaz ideal. Astfel, termometrul cu gaz este un mijloc practic de reproducere a scalei de temperatură termodinamică. Termometrele cu gaz sunt de trei tipuri: volum constant, presiune constantă și temperatură constantă. De obicei se folosește un termometru cu gaz de volum constant (Figura 14.127), în care modificarea temperaturii gazului este proporțională cu modificarea presiunii. Un termometru cu gaz este format dintr-un cilindru 1 și tub de legătură 2, umplut prin supapă 3 hidrogen, heliu sau azot (pentru temperaturi ridicate). Tub de legătură 2 conectat la receptor 4 manometru cu două conducte, care are un tub 5 poate fi mutat în sus sau în jos datorită furtunului flexibil de conectare 6. Când temperatura se schimbă, volumul sistemului umplut cu gaz se modifică și pentru a-l aduce la valoarea sa inițială, tubul 5 se deplasează vertical până la nivelul mercurului în tub 4 nu coincide cu axa X-X.În acest caz, coloana de mercur din tub 5, măsurată de la nivel X-X, va corespunde presiunii gazului Rîntr-un cilindru.

Figura 14.127 – Diagrama termometrului de gaz

Temperatura măsurată de obicei T determinată în raport cu un punct de referință, de exemplu, în raport cu temperatura punctului triplu al apei T0, la care va fi presiunea gazului în butelie Ro. Temperatura dorită este calculată folosind formula (14.35)

(14.35)

În gamă se folosesc termometre cu gaz ~ 2- 1300 K. Eroarea termometrelor cu gaz este în intervalul 3-10-3 - 2-10-2 K în funcție de temperatura măsurată. Obținerea unei precizii atât de ridicate de măsurare -sarcină dificilă, care necesită luarea în considerare a numeroși factori: abateri ale proprietăților unui gaz real de la unul ideal, prezența impurităților în gaz, sorbția și desorbția gazului de către pereții cilindrului, difuzia gazului prin pereți, modificarea în volumul cilindrului de la temperatură, distribuția temperaturii de-a lungul tubului de legătură.

Datorită intensității ridicate a muncii de lucru cu termometre cu gaz, s-au încercat să se găsească mai multe metode simple reproducerea scalei de temperatură termodinamică.

Pe baza cercetărilor efectuate în diverse țări la Conferința Generală a VII-a a Greutăților și Măsurilor din 1927, s-a decis înlocuirea scalei termodinamice. scară de temperatură „practică”. și sună-o scara internațională de temperatură. Această scară a fost în concordanță cu scara termodinamică centigradă atât de aproape cât permitea nivelul de cunoștințe din acel moment.

Pentru a construi scara internațională de temperatură, au fost selectate șase puncte de referință reproductibile, ale căror valori de temperatură pe scara termodinamică au fost măsurate cu atenție în diferite țări folosind termometre cu gaz și au fost acceptate cele mai fiabile rezultate. Folosind puncte de referință, instrumentele de referință sunt calibrate pentru a reproduce scala internațională de temperatură. În intervalele dintre punctele de referință, valorile temperaturii sunt calculate folosind formulele de interpolare propuse, care stabilesc o relație între citirile instrumentelor de referință și temperatura conform scara internationala. În 1948, 1960 și 1968 La prevederile de la scara internațională de temperatură s-au făcut o serie de precizări și completări, întrucât, pe baza unor metode de măsurare îmbunătățite, s-au descoperit diferențe între această scară și scara termodinamică, în special în zona temperaturilor ridicate, precum și datorită necesității pentru a extinde scala de temperatură la temperaturi mai scăzute. În prezent, este în vigoare o scară îmbunătățită adoptată la Conferința a XIII-a privind greutățile și măsurile numită „Scara internațională practică de temperatură 1968” (MPTP-68). Termenul „practic” indică faptul că această scară de temperatură nu este în general aceeași cu scara termodinamică. Temperaturile MPTSH-68 sunt prevăzute cu un indice ( T 68 sau t 68).

MPTS-68 se bazează pe 11 puncte de referință principale prezentate în Tabelul 9. Alături de cele principale, există 27 de puncte de referință secundare, care acoperă intervalul de temperatură de la 13,956 la 3660 K (de la - 259,194 la 3387 °C). Temperaturile numerice date în tabelul 14.4 corespund scalei termodinamice și se determină cu ajutorul termometrelor cu gaz.

Un convertor termic cu rezistență de platină este utilizat ca termometru de referință în intervalul de temperatură de la 13,81 la 903,89 K (630,74 °C - punctul de solidificare al antimoniului - un punct de referință secundar). Acest interval este împărțit în cinci subintervale, pentru fiecare dintre ele formule de interpolare sunt definite sub formă de polinoame până la gradul al patrulea. În intervalul de temperatură de la 903,89 la 1337,58 K, se utilizează un termometru termoelectric de referință platină-platină-rodiu. Formula de interpolare care conectează forța termoelectromotoare cu temperatura este aici un polinom de gradul doi.

Pentru temperaturi peste 1337,58 K (1064,43°C), MPTS-68 este reprodus folosind un termometru cvasimonocromatic folosind legea radiației lui Planck.

Tabelul 14.4 - Principalele puncte de referință MPTSH-68

În prezent, scara practică internațională de temperatură MPSHT-68 este recomandată pentru utilizare. Unitatea de măsură a temperaturii este Kelvin (K). Temperatura determinată pe această scară se numește termodinamică T(De exemplu, T= 300 K).

De asemenea, este posibilă utilizarea temperaturii t pe scara Celsius, definită prin expresie

t = T - 273,15. (2)

Această temperatură este exprimată în grade Celsius °C (de exemplu, t = 20 °C). Kelvin și grade Celsius au aceeași magnitudine și sunt ambele egale cu 1/100 din diferența dintre punctele de fierbere și de îngheț ale apei la presiunea atmosferică.

Scalele Kelvin și Celsius diferă doar în punctul de referință: zero în scara Kelvin este deplasat în jos cu 273,15 K în comparație cu scara Celsius. Temperatura pe scara Celsius poate fi negativă t < 0 °С, тогда как термодинамическая температура всег­да положительнаT> 0. Pe măsură ce temperatura termodinamică se apropie de zero ( T > 0) în interiorul corpului, moleculele își încetinesc treptat mișcarea vibrațională în apropierea stării de echilibru și când T= 0 se oprește.

„Găznicii” particulari ai scalelor de temperatură sunt temperaturile constante ale echilibrului de fază între două sau trei faze ale unei substanțe: temperaturile de fierbere și de solidificare, temperaturile punctului triplu. Aceste valori ale temperaturii sunt numite puncte de referință. Valorile principalelor puncte de referință ale MPShT-68 sunt date în tabel. 1.

Tabelul 1. Principalele puncte de referință MPShT-68

Scalele de temperatură Fahrenheit sunt încă destul de des folosite în străinătate ( t, °F) și Rankine (T, °R). Ele sunt exprimate după cum urmează în termeni de temperaturi Celsius și, respectiv, Kelvin:

t°C = (t° F - 32)/1,8; (3)

T = T° R / 1,8 . (4)

4. Metode de măsurare a temperaturii

Temperatura este o măsură a energiei cinetice a moleculelor care alcătuiesc un corp. Energia cinetică a moleculelor care alcătuiesc corpul nu poate fi măsurată. Prin urmare, pentru măsurarea temperaturii, se folosesc metode indirecte, în care se utilizează dependența unor proprietăți ale unei substanțe de temperatură, iar modificarea temperaturii este judecată după modificările acestor proprietăți. Astfel de proprietăți sunt volumul substanței, presiunea vaporilor saturați, rezistența electrică, forța termoelectromotoare, radiația termică etc.

Termometre lichide din sticla. Principiul de funcționare al termometrelor din sticlă pentru lichide se bazează pe dilatarea termică a lichidelor. Pentru ca modificarea volumului de lichid cu o schimbare a temperaturii să fie clar vizibilă, de obicei, un tub cu un canal subțire - un capilar - este adiacent volumului de lichid închis în rezervor. Suprafața liberă a lichidului este situată în acest capilar, drept urmare mici modificări ale temperaturii în volumul lichidului provoacă o mișcare mare, clar observabilă, a suprafeței libere a meniscului din capilar. La temperaturi cunoscute t 1 Și t 2 se determină două poziții ale meniscului, după care distanța dintre ele se împarte în segmente egale, egale ca număr t 1 - t 2 . Termometrul este calibrat în acest fel și numai după ce aceste diviziuni sunt marcate pe scară poate fi folosit pentru măsurare.

Termometrele din sticlă pot fi utilizate pentru a măsura temperaturi în intervalul de la -200 la +750 °C, dar de obicei până la temperaturi care nu depășesc 150-200 °C. Pentru umplerea acestora, in functie de intervalul de temperaturi masurat, se folosesc diverse lichide, de obicei colorate: mercur, toluen, alcool etilic etc.

Dezavantajele termometrelor lichide: dimensiune relativ mare, necesitatea de a determina vizual temperatura și incapacitatea de a reprezenta citirile sub forma unui semnal electric.

Termometre de rezistență. Termometrele de rezistență folosesc proprietatea de a modifica rezistența electrică a metalelor atunci când temperatura acesteia se schimbă. Termometrele de rezistență sunt folosite pentru a măsura o gamă largă de temperaturi. Termometrul cu rezistență din platină este un instrument de referință pentru măsurarea temperaturilor în intervalul de la 13,81 la 903,89 K. Designul termometrului cu rezistență din platină este prezentat în Fig. 2. Sârmă de platină cu un diametru de 0,05-0,10 mm, răsucite în spirală, este așezată pe un cadru de cuarț în formă de elicoid. Cablurile din sârmă de platină sunt lipite la capetele spiralei. Întregul dispozitiv este plasat într-un tub de protecție de cuarț. Rezistența unui termometru din platină este de obicei măsurată folosind o metodă potențiometrică (schema circuitului este prezentată în Fig. 3).

Orez. 2. Termometru cu rezistență din platină: a - parte sensibilă, b - cap termometru; 1 - tub protector de cuarț; 2 - cadru de cuarț; 3 - spirala din sarma de platina; 4 - plumb de platină; 5 - șuruburi de contact; 6 - garnitura izolatoare

În loc de platină, în termometrele de rezistență pot fi folosite alte metale sau materiale semiconductoare. Principalul dezavantaj al termometrelor de rezistență este dimensiunile destul de mari ale părții sensibile.

Orez. 3. Diagramă schematică Măsurătorile rezistenței termometrului de platină:

1 - potențiometru

Termometre termoelectrice. Termometrele termoelectrice (termocuplurile) sunt utilizate pe scară largă atât în ​​practica de laborator, cât și în producția industrială. Acest lucru se datorează proprietăților lor unice.

Un termocuplu este doi conductori metalici diferiți (sârme din metale diferite) care alcătuiesc un circuit electric comun. Dacă temperaturile legăturilor (joncțiunilor) conductoarelor t 1 Și t 2 nu sunt aceleași, atunci apare termoEMF și curentul electric trece prin circuit. Motivul apariției termoEMF este densitatea diferită a electronilor liberi în diverse metale la aceeasi temperatura. Cu cât diferența de temperatură dintre joncțiuni este mai mare, cu atât termoEMF este mai mare. Valoarea thermoEMF este utilizată pentru a aprecia diferența de temperatură dintre joncțiuni.

Electrozii termocuplului sunt fire cu un diametru de 0,1-3,2 mm. Se folosesc următoarele termocupluri: platină-rodiu-platină (de la 0 la 1300 °C), platină-rodiu (de la 300 la 1600 °C), tungsten-reniu (de la 0 la 2200 °C), cromel-alumel (de la - 200 la 1000 °C), chromel-copel (de la -50 la 600 °C), cupru-copel (de la -200 la 100 °C) și altele.

La măsurarea temperaturii, o joncțiune a circuitului termocuplului, așa-numita joncțiune rece, este situată la 0 ° C (în topirea gheții într-un balon Dewar), iar cealaltă - joncțiunea fierbinte - se află în mediul a cărui temperatură trebuie să fie fi măsurat. Tabelele ThermoEMF pentru termocupluri au fost compilate special pentru acest caz. Dacă din anumite motive nu este posibilă plasarea joncțiunii rece într-un mediu cu o temperatură de 0 °C și este la temperatura camerei (de exemplu, la 20 °C), atunci în acest caz termoEMF rezultat corespunde temperaturii diferența dintre joncțiunile calde și cele reci și la determinarea temperaturii este necesar să se corecteze joncțiunea rece. Pentru a face acest lucru, este necesar să adăugați termoEMF măsurat cu termoEMF corespunzătoare temperaturii joncțiunii reci (20 °C) și din valoarea rezultată determinați temperatura folosind tabele.

Conform schemei de conectare, se disting termocuplurile cu una și două joncțiuni reci.

Fig.4. Tipuri de termocupluri: 1 – joncțiune fierbinte; 2 – joncțiune rece

Schema de circuit a unui termocuplu cu o joncțiune rece este prezentată în Fig. 4, a. Întregul circuit este format din doi conductori diferiți. Un milivoltmetru este inclus în circuit pentru a măsura thermoEMF.

Un circuit cu două joncțiuni reci este prezentat în Fig. 4.6. Diferența dintre acest circuit și primul este că termocuplurile sunt introduse în circuit fire de cupru. Firele de cupru sunt prezentate ca o linie continuă. Această schemă este de obicei folosită în practică datorită faptului că Aparat de măsură poate fi situat la o distanță considerabilă de locul de măsurare a temperaturii.

Un avantaj semnificativ al termocuplurilor și termometrelor de rezistență este că transformă valorile măsurate ale temperaturii într-un semnal electric. Acest lucru face posibilă transmiterea unui semnal pe distanțe lungi și, de asemenea, utilizarea acestuia ca semnal de control în sistemele automate de reglare și control.

Termometre cu infrarosu. Termometrele cu infraroșu conțin un senzor foarte sensibil care convertește energia radiației infraroșii (termice) de la suprafața unui obiect într-un semnal electric. Aceste informații sunt apoi convertite în date de temperatură care sunt afișate digital pe afișaj. Relația cantitativă dintre intensitatea radiației termice a unei suprafețe și temperatura acesteia este stabilită de legea Stefan-Boltzmann pentru radiația termică. Intervalul de măsurare a temperaturii unui astfel de dispozitiv este de la -50 o C la 1500 o C.

Un termometru cu infraroșu vă permite să măsurați temperatura suprafeței fără contact și pe o distanță considerabilă. Acest lucru îl face deosebit de convenabil în cazurile în care alte metode de măsurare a temperaturii sunt nepotrivite. De exemplu, dacă trebuie să măsurați temperatura unui obiect în mișcare, a unei suprafețe active sau a unei suprafețe greu accesibile. Dispozitivul este de obicei realizat sub forma unui pistol. Un indicator laser este utilizat pentru a selecta un punct de măsurare a temperaturii de pe suprafață.

Măsurarea cantităților de energie termică

Una dintre cele mai importante cantități de energie termică este temperatura. Temperatura este o mărime fizică care caracterizează gradul de încălzire al unui corp sau potențialul său de energie termică. Aproape totul procese tehnologiceȘi proprietăți diverse substanțele depind de temperatură.

Spre deosebire de asemenea mărimi fizice, precum masa, lungimea etc., temperatura nu este o cantitate extensivă (parametrică), ci o cantitate intensivă (activă). Dacă un corp omogen este împărțit în jumătate, atunci masa lui este, de asemenea, împărțită în jumătate. Temperatura, fiind o cantitate intensivă, nu are această proprietate de aditivitate, adică. Pentru un sistem în echilibru termic, fiecare parte a sistemului are aceeași temperatură. Prin urmare, nu este posibil să se creeze un standard de temperatură, în același mod în care se creează standarde de cantități extinse.

Temperatura poate fi măsurată doar indirect, pe baza dependenței de temperatură a acestora proprietăți fizice corpuri care pot fi măsurate direct. Aceste proprietăți ale corpurilor se numesc termometrice. Acestea includ lungimea, densitatea, volumul, puterea termoelectrică, rezistența electrică etc. Substanțele caracterizate prin proprietăți termometrice se numesc termometric. Instrumentul de măsurare a temperaturii se numește termometru. Pentru a crea un termometru, trebuie să aveți o scală de temperatură.

Scara de temperatură este o relație numerică funcțională specifică între temperatură și valorile proprietății termometrice măsurate.În acest sens, pare posibil să se construiască scale de temperatură pe baza alegerii oricărei proprietăți termometrice. În același timp, nu există o proprietate termometrică generală care să fie liniar legată de schimbările de temperatură și să nu depindă de alți factori într-o gamă largă de măsurători de temperatură.

Primele scale de temperatură au apărut în secolul al XVIII-lea. Pentru a le construi au fost selectate două puncte de referință t 1 și t 2, reprezentând temperaturile de echilibru de fază ale substanțelor pure. Se numește diferența de temperatură t 2 - t 1 intervalul principal de temperatură. Fizicianul german Gabriel Daniel Fahrenheit (1715), fizicianul suedez Anders Celsius (1742) și fizicianul francez René Antoine Reaumur (1776) la construirea scalelor s-au bazat pe presupunerea unei relații liniare între temperatură. tși proprietatea termometrică, care a fost folosită ca expansiune a volumului lichidului V, adică

t = a + bV, (1)

Unde AȘi b– coeficienți constanți.

Înlocuind V = V 1 la t = t 1 și V = V 2 la t = t 2 în această ecuație, după transformare obținem ecuația scalei de temperatură:

În scalele Fahrenheit, Reaumur și Celsius, punctul de topire al gheții t 1 corespundea cu +32 0, 0 0 și 0 0, iar punctul de fierbere al apei t 2 - 212 0, 80 0 și 100 0. Intervalul principal t 2 - t 1 din aceste scale este împărțit în N = 180, 80 și 100 de părți egale, iar partea 1/N a fiecărui interval se numește gradul Fahrenheit - t 0 F, gradul Reaumur t 0 R. iar gradul Celsius t 0 C Astfel, pentru scalele construite după acest principiu, gradul nu este o unitate de măsură, ci reprezintă un interval unitar - scara scalei.

Pentru a converti temperatura de la o scară la alta, utilizați următorul raport:

(3)

Ulterior s-a constatat că citirile termometrelor cu substanțe termometrice diferite (mercur, alcool etc.), folosind aceeași proprietate termometrică și o scară uniformă de grade, coincid doar la punctele de referință, iar în alte puncte citirile diverg. Acesta din urmă este vizibil mai ales la măsurarea temperaturilor ale căror valori sunt situate departe de intervalul principal.

Această împrejurare se explică prin faptul că relația dintre temperatură și proprietatea termometrică este de fapt neliniară și această neliniaritate este diferită pentru diferite substanțe termometrice. În special, neliniaritatea dintre temperatură și modificarea volumului lichidului se explică prin faptul că coeficientul de temperatură al expansiunii volumetrice a lichidului în sine variază în funcție de temperatură și această schimbare este diferită pentru diferitele lichide cu picături.

Pe baza principiului descris, puteți construi orice număr de scale care diferă semnificativ unele de altele. Astfel de scale sunt numite convenționale, iar scalele acestor scale sunt numite grade convenționale.

Problema creării unei scale de temperatură independentă de proprietățile termometrice ale substanțelor a fost rezolvată în 1848 de Kelvin, iar scara propusă de el s-a numit termodinamică. Spre deosebire de scalele convenționale de temperatură, scala de temperatură termodinamică este absolut.

Scala de temperatură termodinamică pe baza utilizării celei de-a doua legi a termodinamicii. În conformitate cu această lege, randamentul h al unui motor termic care funcționează conform ciclului Carnot invers este determinat doar de temperatura încălzitorului T n și a frigiderului T x și nu depinde de proprietățile substanței de lucru:

(4)

unde Q n și Q x sunt, respectiv, cantitatea de căldură primită de substanța de lucru de la încălzitor și dată la frigider.

Kelvin a propus să folosească egalitatea pentru a determina temperatura

Prin urmare, folosind un obiect ca încălzitor și altul ca frigider și rulând un ciclu Carnot între ele, este posibil să se determine raportul de temperatură al obiectelor prin măsurarea raportului de căldură luată de la un obiect și dată celuilalt. Scala de temperatură rezultată nu depinde de proprietățile substanței de lucru și se numește scară de temperatură absolută. Pentru ca temperatura absolută să aibă o anumită valoare, s-a propus să se ia diferența de temperaturi termodinamice dintre punctele de fierbere ale apei T kv și punctele de topire ale gheții T tl egale cu 100 0. Adoptarea unei astfel de diferențe a urmărit scopul de a menține continuitatea valorii numerice a scalei de temperatură termodinamică de la scara de temperatură centigrad Celsius. T.O., notând cantitatea de căldură primită de la încălzitor (apă clocotită) și dată la frigider (topirea gheții), respectiv, prin Q kv și Q tl, și luând T kv – T tl = 100, obținem:

Și (6)

Pentru orice temperatură T a încălzitorului, cu o valoare constantă a T tl a frigiderului și cantitatea de căldură Q t dată acestuia de substanța de lucru a mașinii Carnot, vom avea:

(7)

Ecuația (6) este ecuația Scala de temperatură termodinamică centigradeși arată că valoarea temperaturii T pe această scară este liniar legată de cantitatea de căldură Q primită de substanța de lucru a unui motor termic atunci când efectuează un ciclu Carnot și, în consecință, nu depinde de proprietățile termodinamicei. substanţă. Se consideră că un grad de temperatură termodinamică este diferența dintre temperatura corpului și temperatura de topire a gheții la care munca efectuată în ciclul Carnot invers este egală cu 1/100 din munca efectuată în ciclul Carnot între punctul de fierbere al apa si temperatura de topire a ghetii (cu conditia ca in ambele cicluri cantitatea de caldura cedata la frigider sa fie aceeasi).

Din definiția eficienței rezultă că la valoarea maximă h=1 T x ar trebui să fie egal cu zero. Această temperatură cea mai scăzută a fost numită zero absolut de către Kelvin. Temperatura pe scara termodinamică este desemnată „K”.

Scala de temperatură termodinamică, bazată pe două puncte de referință, are o precizie insuficientă de măsurare. Este practic dificil de reprodus temperaturile acestor puncte, deoarece acestea depind de presiune, precum și de conținutul de sare din apă. Prin urmare, Kelvin și Mendeleev au exprimat ideea fezabilității construirii unei scale de temperatură termodinamică bazată pe un punct de referință.

Comitetul Consultativ pentru Termometrie al Comitetului Internațional de Greutăți și Măsuri în 1954 a adoptat o recomandare de a trece la definirea unei scale termodinamice folosind un singur punct de referință - punctul triplu al apei (punctul de echilibru al apei în solid, lichid și faze gazoase), care se reproduce cu ușurință în vase speciale cu o eroare nu mai mare de 0,0001 K. Temperatura acestui punct este considerată a fi 273,16 K, i.e. mai mare decât temperatura de topire a gheții cu 0,01 K. Acest număr a fost ales astfel încât valorile temperaturii pe noua scară practic să nu difere de vechea scară Celsius cu două puncte de referință. Al doilea punct de referință este zero absolut, care practic nu este realizat, dar are o poziție strict fixă.

În 1967, A XIII-a Adunarea Generală a Greutăților și Măsurilor a clarificat definiția unității de temperatură termodinamică astfel: „ Kelvin– 1/273,16 parte din temperatura termodinamică a punctului triplu al apei.” Temperatura termodinamică poate fi exprimată și în grade Celsius:

t = T– 273,15 K (8)