तापमान पैमाना फारेनहाइट, सेल्सियस, केल्विन। परिचय: तापमान पैमाने

तापमान सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है पर्यावरण(ओएस)। ओएस तापमान हीटिंग की डिग्री को दर्शाता है, जो आंतरिक द्वारा निर्धारित किया जाता है गतिज ऊर्जाअणुओं की तापीय गति। तापमान को तापीय अवस्था पैरामीटर के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। पिंडों के ताप की डिग्री की तुलना करने के लिए, यह उनके किसी भी भौतिक गुण में परिवर्तन का उपयोग करता है जो तापमान पर निर्भर करता है और आसानी से मापने योग्य होता है (उदाहरण के लिए, किसी तरल का आयतन विस्तार, एक परिवर्तन विद्युत प्रतिरोधधातु, आदि)।

तापमान के मात्रात्मक निर्धारण के लिए आगे बढ़ने के लिए, एक तापमान पैमाना स्थापित करना आवश्यक है, अर्थात। मूल का चयन करें (शून्य)। तापमान पैमाना) और तापमान अंतराल (डिग्री) के लिए माप की इकाई।

एकल तापमान पैमाने की शुरुआत से पहले उपयोग किए जाने वाले तापमान पैमाने रासायनिक रूप से शुद्ध पदार्थों के दो आसानी से प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य स्थिरांक (मुख्य संदर्भ या संदर्भ) उबलते और पिघलने बिंदुओं द्वारा सीमित तापमान सीमा के भीतर निशानों की एक श्रृंखला हैं। इन तापमानों को मनमाने संख्यात्मक मान t" और t" के बराबर लिया गया, इस प्रकार, 1 डिग्री = (t" - t")/n, जहां t" और t" दो स्थिर, आसानी से पुनरुत्पादित तापमान हैं; किस तापमान सीमा में.

तापमान पैमाने को चिह्नित करने के लिए, गर्म होने पर पिंडों के आयतनात्मक विस्तार का सबसे अधिक उपयोग किया जाता था, और पानी के क्वथनांक और बर्फ के पिघलने को स्थिर बिंदुओं के रूप में लिया जाता था। लोमोनोसोव, फ़ारेनहाइट, रेउमुर और सेल्सियस द्वारा बनाए गए तापमान पैमाने इसी सिद्धांत पर आधारित हैं। इन पैमानों का निर्माण करते समय, तरल के आयतन विस्तार और तापमान के बीच एक रैखिक संबंध माना गया था, अर्थात।

जहां k आनुपातिकता गुणांक है (वॉल्यूमेट्रिक विस्तार के सापेक्ष तापमान गुणांक से मेल खाता है)। समाकलन समीकरण (1) देता है

जहाँ D एकीकरण स्थिरांक है।

स्थिरांक k और D को निर्धारित करने के लिए, दो चयनित तापमान t" और t" का उपयोग किया जाता है। तापमान t" पर आयतन V और तापमान t" - V" पर आयतन V लेते हुए, हम प्राप्त करते हैं

टी" = केवी" + डी; (3)

टी" = केवी" + डी; (4).

समीकरण (2) और (4) में से समीकरण (3) घटाने पर हमें प्राप्त होता है

टी - टी" = के(वी - वी") (5);

t" - t" = k(V" - V") (6).

समीकरण (5) को समीकरण (6) से विभाजित करने पर, हमें प्राप्त होता है

जहां t" और t" क्रमशः पिघलती बर्फ और उबलते पानी का तापमान हैं सामान्य दबावऔर मुक्त गिरावट त्वरण 980.665 सेमी/सेकंड 2; वी" और वी" - तापमान टी" और टी" के अनुरूप तरल पदार्थ की मात्रा; V तापमान t के अनुरूप तरल का आयतन है।

प्रकृति में कोई तरल पदार्थ नहीं हैं रैखिक निर्भरताइसलिए, आयतन विस्तार और तापमान के गुणांक के बीच, थर्मामीटर की रीडिंग थर्मोमेट्रिक पदार्थ (पारा, अल्कोहल, आदि) की प्रकृति पर निर्भर करती है।

विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, एक एकीकृत तापमान पैमाना बनाने की आवश्यकता पैदा हुई, जो थर्मोमेट्रिक पदार्थ के किसी विशेष गुण से असंबंधित हो और विस्तृत तापमान सीमा के लिए उपयुक्त हो। 1848 में, केल्विन ने थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के आधार पर, समानता के आधार पर तापमान निर्धारित करने का प्रस्ताव रखा

टी 2 /(टी 2 - टी 1) = क्यू 2 /(क्यू 2 - क्यू 1),

जहां टी 1 और टी 2 क्रमशः रेफ्रिजरेटर और हीटर का तापमान हैं; Q 1 और Q 2 क्रमशः हीटर से कार्यशील पदार्थ द्वारा प्राप्त और रेफ्रिजरेटर को दी गई ऊष्मा की मात्रा है (कार्नो चक्र पर चलने वाले एक आदर्श ऊष्मा इंजन के लिए)।

मान लीजिए कि T 2 पानी के क्वथनांक (T 100) के बराबर है, और T 1 बर्फ के पिघलने के तापमान (T 0) के बराबर है; फिर, अंतर टी 2 - टी 1 को 100 डिग्री के बराबर लेते हुए और क्यू 100 और क्यू 0 के माध्यम से इन तापमानों के अनुरूप गर्मी की मात्रा को निरूपित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं

टी 100 = क्यू 100 100/(क्यू 100 - क्यू 0); टी 0 = क्यू 0 100/(क्यू 100 - क्यू 0)।

किसी भी हीटर तापमान पर

टी = क्यू 100/(क्यू 100 - क्यू 0) (8).

यह समीकरण थर्मोडायनामिक तापमान पैमाने का एक समीकरण है, जो थर्मोमेट्रिक पदार्थ के गुणों पर निर्भर नहीं करता है।

रूस में वज़न और माप पर ग्यारहवें सामान्य सम्मेलन के निर्णय में दो तापमान पैमानों के उपयोग का प्रावधान किया गया: थर्मोडायनामिक और अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक।

थर्मोडायनामिक केल्विन स्केल में निम्नतम बिंदुपूर्ण शून्य बिंदु (0K) है, और एकमात्र प्रायोगिक मौलिक बिंदु पानी का त्रिगुण बिंदु है। यह बिंदु 273.16K से मेल खाता है। पानी का त्रिगुण बिंदु (ठोस, तरल और गैसीय चरणों में पानी का संतुलन तापमान) 0.01 डिग्री पर आपका बर्फ पिघलने का बिंदु है। थर्मोडायनामिक स्केल को निरपेक्ष कहा जाता है यदि बर्फ के पिघलने बिंदु के नीचे बिंदु 273.16 K को शून्य के रूप में लिया जाता है।

कड़ाई से बोलते हुए, केल्विन पैमाने को लागू करना असंभव है, क्योंकि इसका समीकरण आदर्श कार्नोट चक्र से लिया गया है। थर्मोडायनामिक तापमान पैमाना एक आदर्श गैस से भरे गैस थर्मामीटर के पैमाने से मेल खाता है। यह ज्ञात है कि विस्तृत तापमान सीमा में कुछ वास्तविक गैसें (हाइड्रोजन, हीलियम, नियॉन, नाइट्रोजन) अपने गुणों में अपेक्षाकृत कम भिन्न होती हैं आदर्श गैस. इस प्रकार, हाइड्रोजन थर्मामीटर का पैमाना (आदर्श गैस से वास्तविक गैस के गुणों के विचलन के लिए सुधारों को ध्यान में रखते हुए) व्यावहारिक रूप से एक थर्मोडायनामिक तापमान पैमाना है।

अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक तापमान पैमाना प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संतुलन स्थितियों की एक श्रृंखला पर आधारित है, जो कुछ तापमानों (मुख्य संदर्भ बिंदुओं) के अनुरूप है, और इन तापमानों पर कैलिब्रेट किए गए संदर्भ उपकरणों पर आधारित है। मुख्य संदर्भ बिंदुओं के तापमान के बीच के अंतराल में, सूत्रों का उपयोग करके प्रक्षेप किया जाता है जो मानक उपकरणों की रीडिंग और अंतरराष्ट्रीय व्यावहारिक पैमाने के मूल्यों के बीच संबंध स्थापित करता है। मुख्य संदर्भ बिंदु कुछ शुद्ध पदार्थों के चरण संतुलन की कुछ अवस्थाओं के रूप में महसूस किए जाते हैं और -259.34 0 C (हाइड्रोजन का तिगुना संतुलन) से +1064.43 0 C (सोने का जमना बिंदु) तक तापमान सीमा को कवर करते हैं।

-259.34 से +630.74 0 C तक के तापमान रेंज में उपयोग किया जाने वाला संदर्भ उपकरण एक प्लैटिनम प्रतिरोध थर्मामीटर है, +630.74 से +1064.43 0 C तक - थर्मोइलेक्ट्रोड और प्लैटिनम रोडियम (10% रोडियम) और प्लैटिनम के साथ एक थर्मोइलेक्ट्रिक थर्मामीटर है। 1064.43 0 C से ऊपर की तापमान सीमा के लिए, अंतरराष्ट्रीय व्यावहारिक पैमाने पर तापमान प्लैंक के विकिरण के नियम के अनुसार निर्धारित किया जाता है।

अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक पैमाने पर मापा गया तापमान t द्वारा दर्शाया जाता है, और संख्यात्मक मान 0 C चिह्न के साथ होते हैं।

थर्मोडायनामिक पैमाने पर तापमान अंतरराष्ट्रीय व्यावहारिक पैमाने पर तापमान से T = t + 273.15 के संबंध से संबंधित है। 1948 में वज़न और माप पर IX आम सम्मेलन में, अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक तापमान पैमाने को सेल्सियस स्केल नाम दिया गया था। अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक तापमान स्केल और सेल्सियस स्केल में एक स्थिर बिंदु समान है (पानी का क्वथनांक); अन्य सभी बिंदुओं पर ये पैमाने काफी भिन्न होते हैं, विशेषकर उच्च तापमान पर।

एनोटेशन: स्केलिंग की अवधारणा. मौजूदा प्रकारपैमाने और उनके अनुप्रयोग के क्षेत्र। तराजू की उपस्थिति के कारण.

शका'ला, एस, और. [लैटिन. स्कैला - सीढ़ी].- 1 . भिन्न-भिन्न विभाजनों वाला शासक मापने के उपकरण. डब्ल्यू. थर्मामीटर. 2 . आरोही या अवरोही क्रम में मात्राओं, संख्याओं की एक श्रृंखला (विशेष)। श. रोगी का तापमान. श. रोग. श्री. वेतन.

तराजू के प्रकार:

मापन पैमानों को आमतौर पर मापे गए डेटा के प्रकारों के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है, जो किसी दिए गए पैमाने के लिए स्वीकार्य गणितीय परिवर्तनों के साथ-साथ संबंधित पैमाने द्वारा प्रदर्शित संबंधों के प्रकारों को निर्धारित करते हैं। तराजू का आधुनिक वर्गीकरण 1946 में स्टेनली स्मिथ स्टीवंस द्वारा प्रस्तावित किया गया था।

नामों का पैमाना (नाममात्र, वर्गीकरण)

मूल्यों को मापने के लिए उपयोग किया जाता है गुणात्मक संकेत. ऐसी विशेषता का मान उस तुल्यता वर्ग का नाम है जिससे संबंधित वस्तु संबंधित है। गुणात्मक विशेषताओं के अर्थ के उदाहरण राज्यों के नाम, रंग, कार ब्रांड आदि हैं। ऐसी विशेषताएँ पहचान के सिद्धांतों को संतुष्ट करती हैं:

पर बड़ी संख्याकक्षाएं पदानुक्रमित नामकरण पैमानों का उपयोग करती हैं। अधिकांश प्रसिद्ध उदाहरणऐसे पैमाने जानवरों और पौधों को वर्गीकृत करने के लिए उपयोग किए जाने वाले पैमाने हैं।

नामों के पैमाने में मापे गए मूल्यों के साथ, आप केवल एक ही ऑपरेशन कर सकते हैं - उनके संयोग या गैर-संयोग की जाँच करना। इस तरह के चेक के परिणामों के आधार पर, विभिन्न वर्गों के लिए भरने की आवृत्तियों (संभावनाओं) की अतिरिक्त गणना करना संभव है जिसका उपयोग आवेदन के लिए किया जा सकता है विभिन्न तरीकेसांख्यिकीय विश्लेषण - समझौते का ची-स्क्वायर परीक्षण, गुणात्मक विशेषताओं के संबंध के बारे में परिकल्पना का परीक्षण करने के लिए क्रैमर परीक्षण, आदि।

सामान्य पैमाना (या रैंक पैमाना)

बनाया गया पहचानऔर आदेश. इस पैमाने में विषयों को क्रमबद्ध किया जाता है। लेकिन सभी वस्तुएँ क्रम के संबंध के अधीन नहीं हो सकतीं। उदाहरण के लिए, यह कहना असंभव है कि कौन सा बड़ा है, एक वृत्त या एक त्रिकोण, लेकिन कोई इन वस्तुओं में एक सामान्य संपत्ति - क्षेत्र की पहचान कर सकता है, और इस प्रकार क्रमिक संबंध स्थापित करना आसान हो जाता है। इस पैमाने के लिए, एक मोनोटोनिक परिवर्तन स्वीकार्य है। ऐसा पैमाना कच्चा है क्योंकि यह पैमाने के विषयों के बीच अंतर को ध्यान में नहीं रखता है। ऐसे पैमाने का एक उदाहरण: शैक्षणिक प्रदर्शन स्कोर (असंतोषजनक, संतोषजनक, अच्छा, उत्कृष्ट), मोह्स स्केल।

अंतराल पैमाना

यहां मानक के साथ तुलना है। इस तरह के पैमाने का निर्माण हमें व्यक्तिपरक आकलन के आधार पर प्राप्त संख्याओं के लिए मौजूदा संख्यात्मक प्रणालियों के अधिकांश गुणों का श्रेय देने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रियाओं के लिए एक अंतराल पैमाने का निर्माण। इस पैमाने के लिए, रैखिक परिवर्तन स्वीकार्य है. यह आपको परीक्षण परिणामों को सामान्य पैमानों तक कम करने और इस प्रकार संकेतकों की तुलना करने की अनुमति देता है। उदाहरण: सेल्सियस स्केल.

रिश्ते का पैमाना

अनुपात पैमाने में, संबंध "इतने गुना अधिक" लागू होता है। यह चार पैमानों में से एकमात्र ऐसा पैमाना है जिसमें पूर्ण शून्य है। शून्य बिंदु माप की अनुपस्थिति को दर्शाता है गुणवत्ता। यहपैमाना समानता परिवर्तन (एक स्थिरांक से गुणा) की अनुमति देता है। शून्य बिंदु निर्धारित करना अनुसंधान के लिए एक कठिन कार्य है, जो इस पैमाने के उपयोग पर प्रतिबंध लगाता है। ऐसे पैमानों का उपयोग करके द्रव्यमान, लंबाई, ताकत और मूल्य (कीमत) को मापा जा सकता है। उदाहरण: केल्विन स्केल (पूर्ण शून्य से मापा गया तापमान, विशेषज्ञों की सहमति से चुनी गई माप की इकाई - केल्विन)।

अंतर पैमाना

प्रारंभिक बिंदु मनमाना है, माप की इकाई निर्दिष्ट है। स्वीकार्य परिवर्तन बदलाव हैं। उदाहरण: समय मापना।

पूर्ण पैमाना

इसमें एक अतिरिक्त विशेषता शामिल है - माप की एक इकाई की प्राकृतिक और स्पष्ट उपस्थिति। इस पैमाने पर एक शून्य बिंदु होता है। उदाहरण: दर्शकों में लोगों की संख्या.

जिन पैमानों पर विचार किया गया है, उनमें से पहले दो गैर-मीट्रिक हैं, और बाकी मीट्रिक हैं।

पैमाने के प्रकार का मुद्दा सीधे माप परिणामों के गणितीय प्रसंस्करण के लिए तरीकों की पर्याप्तता की समस्या से संबंधित है। सामान्य तौर पर, पर्याप्त आँकड़े वे होते हैं जो उपयोग किए गए माप पैमाने के स्वीकार्य परिवर्तनों के संबंध में अपरिवर्तनीय होते हैं।

साइकोमेट्रिक्स में उपयोग करें. विभिन्न पैमानों का उपयोग करके, विभिन्न मनोवैज्ञानिक माप किए जा सकते हैं। मनोवैज्ञानिक माप की सबसे पहली विधियाँ मनोभौतिकी में विकसित की गईं। मनोचिकित्सकों का मुख्य कार्य यह निर्धारित करना था कि कैसे भौतिक पैरामीटरउत्तेजना और संवेदनाओं का संबंधित व्यक्तिपरक आकलन। इस संबंध को जानकर, आप समझ सकते हैं कि कौन सी अनुभूति इस या उस संकेत से मेल खाती है। मनोभौतिक कार्य पैमाने के संख्यात्मक मान के बीच संबंध स्थापित करता है भौतिक आयामउत्तेजना और उस उत्तेजना के प्रति मनोवैज्ञानिक या व्यक्तिपरक प्रतिक्रिया का संख्यात्मक मूल्य।

सेल्सीयस

1701 स्वीडन में। उनकी रुचि के क्षेत्र: खगोल विज्ञान, सामान्य भौतिकी, भूभौतिकी। उन्होंने उप्साला विश्वविद्यालय में खगोल विज्ञान पढ़ाया और वहां एक खगोलीय वेधशाला की स्थापना की।

सेल्सियस सितारों की चमक को मापने और उत्तरी रोशनी और पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में उतार-चढ़ाव के बीच संबंध स्थापित करने वाला पहला व्यक्ति था।

उन्होंने मध्याह्न रेखा को मापने के लिए 1736-1737 के लैपलैंड अभियान में भाग लिया। ध्रुवीय क्षेत्रों से लौटने पर, सेल्सियस ने उप्साला में एक खगोलीय वेधशाला के संगठन और निर्माण पर सक्रिय कार्य शुरू किया और 1740 में इसके निदेशक बने। 25 मार्च 1744 को एंडर्स सेल्सियस की मृत्यु हो गई। खनिज सेल्सियन, एक प्रकार का बेरियम फेल्डस्पार, का नाम उनके नाम पर रखा गया है।

प्रौद्योगिकी, चिकित्सा, मौसम विज्ञान और रोजमर्रा की जिंदगी में, सेल्सियस पैमाने का उपयोग किया जाता है, जिसमें पानी के त्रिक बिंदु का तापमान 0.01 होता है, और इसलिए 1 एटीएम के दबाव पर पानी का हिमांक बिंदु 0 होता है। वर्तमान में, सेल्सियस पैमाने को केल्विन पैमाने के माध्यम से परिभाषित किया जाता है: एक डिग्री सेल्सियस एक केल्विन के बराबर होता है। इस प्रकार, पानी का क्वथनांक, जिसे मूल रूप से सेल्सियस द्वारा 100 के बराबर संदर्भ बिंदु के रूप में चुना गया था, ने अपना मूल्य खो दिया है, और आधुनिक अनुमानपानी का क्वथनांक सामान्य पर वायु - दाबलगभग 99.975 है. सेल्सियस पैमाना व्यावहारिक रूप से बहुत सुविधाजनक है क्योंकि हमारे ग्रह पर पानी बहुत आम है और हमारा जीवन इस पर आधारित है। शून्य सेल्सियस मौसम विज्ञान के लिए एक विशेष बिंदु है क्योंकि यह वायुमंडलीय पानी के जमने से जुड़ा है। यह पैमाना 1742 में एंडर्स सेल्सियस द्वारा प्रस्तावित किया गया था।

फ़ारेनहाइट

गेब्रियल फ़ारेनहाइट. डैनियल गेब्रियल फ़ारेनहाइट (1686-1736) - जर्मन भौतिक विज्ञानी। 24 मई 1686 को डेंजिग (अब डांस्क, पोलैंड) में जन्मे, उन्होंने जर्मनी, हॉलैंड और इंग्लैंड में भौतिकी का अध्ययन किया, उन्होंने अपना लगभग पूरा जीवन हॉलैंड में बिताया सटीक मौसम संबंधी उपकरणों के निर्माण में 1709 में उन्होंने एक अल्कोहल थर्मामीटर बनाया, 1714 में - एक पारा थर्मामीटर, का उपयोग करके नया तरीकापारा शोधन. के लिए पारा थर्मामीटरफारेनहाइट ने तीन संदर्भ बिंदुओं के साथ एक पैमाने का निर्माण किया: मिश्रण के तापमान के अनुरूप पानी - बर्फ - अमोनिया, - शरीर का तापमान स्वस्थ व्यक्ति, और बर्फ के पिघलने बिंदु के मान को संदर्भ तापमान के रूप में लिया गया था। क्वथनांक साफ पानीफ़ारेनहाइट पैमाने पर था. फ़ारेनहाइट पैमाने का उपयोग कई में किया जाता है अंग्रेजी बोलने वाले देश, हालाँकि यह धीरे-धीरे सेल्सियस पैमाने पर रास्ता दे रहा है। थर्मामीटर बनाने के अलावा, फारेनहाइट बैरोमीटर और हाइग्रोमीटर में सुधार करने में भी शामिल था। उन्होंने वायुमंडलीय दबाव और उसमें नमक की मात्रा पर तरल के क्वथनांक में परिवर्तन की निर्भरता का भी अध्ययन किया, पानी के सुपरकूलिंग की घटना की खोज की और तालिकाएँ संकलित कीं। विशिष्ट गुरुत्वदूरभाष. फारेनहाइट की मृत्यु 16 सितंबर, 1736 को हेग में हुई।

इंग्लैंड और विशेषकर संयुक्त राज्य अमेरिका में फारेनहाइट पैमाने का उपयोग किया जाता है। शून्य डिग्री सेल्सियस 32 डिग्री फ़ारेनहाइट है, और एक डिग्री फ़ारेनहाइट 5/9 डिग्री सेल्सियस है।

निम्नलिखित परिभाषा वर्तमान में स्वीकृत है फ़ारेनहाइट पैमाना: यह एक तापमान पैमाना है, जिसका 1 डिग्री (1) वायुमंडलीय दबाव पर पानी के क्वथनांक और बर्फ के पिघलने बिंदु के बीच अंतर के 1/180 के बराबर है, और बर्फ के पिघलने बिंदु का तापमान F होता है फ़ारेनहाइट तापमान सेल्सियस तापमान () के अनुपात से संबंधित है। 1724 में जी. फ़ारेनहाइट द्वारा प्रस्तावित।

रेउमुर स्केल

रेने रेउमुर. रेने एंटोनी डी रेउमुर का जन्म 28 को हुआ था

फरवरी 1683 में ला रोशेल, फ्रांसीसी प्रकृतिवादी, सेंट पीटर्सबर्ग एकेडमी ऑफ साइंसेज के विदेशी मानद सदस्य (1737)। कीट कालोनियों के पुनर्जनन, शरीर विज्ञान, जीव विज्ञान पर काम करता है। उन्होंने अपने नाम पर एक तापमान पैमाना प्रस्तावित किया। उन्होंने स्टील तैयार करने के कुछ तरीकों में सुधार किया, वह कुछ कास्टिंग प्रक्रियाओं को वैज्ञानिक रूप से प्रमाणित करने का प्रयास करने वाले पहले लोगों में से एक थे, और उन्होंने "द आर्ट ऑफ़ ट्रांसफ़ॉर्मिंग आयरन इनटू स्टील" नामक कृति लिखी। वह एक मूल्यवान निष्कर्ष पर पहुंचे: लोहा, स्टील, कच्चा लोहा कुछ अशुद्धियों की मात्रा में भिन्न होते हैं। इस अशुद्धता को लोहे में मिलाकर, कच्चे लोहे के साथ कार्बराइजिंग या मिश्रधातु करके, रेउमुर ने स्टील प्राप्त किया। 1814 में के. कैरटेन ने सिद्ध किया कि यह अशुद्धि कार्बन थी।

रेउमुर ने फ्रॉस्टेड ग्लास तैयार करने की एक विधि दी।

आज स्मृति उनका नाम केवल लोंग के आविष्कार के साथ जोड़ती है

तापमान पैमाने का प्रयोग किया गया। वास्तव में, रेने एंटोनी फेरचेंट डी रेउमुर, जो 1683-1757 में रहते थे, मुख्य रूप से पेरिस में, उन वैज्ञानिकों में से एक थे बहुमुखी प्रतिभाजिसकी हमारे समय में - संकीर्ण विशेषज्ञता का समय - कल्पना करना कठिन है। रेउमुर एक ही समय में एक तकनीशियन, भौतिक विज्ञानी और प्राकृतिक वैज्ञानिक थे। एक कीट विज्ञानी के रूप में उन्होंने फ़्रांस के बाहर बहुत प्रसिद्धि प्राप्त की। में हाल के वर्षअपने जीवन के दौरान, रेउमुर को यह विचार आया कि रहस्यमय परिवर्तनकारी शक्ति की खोज उन स्थानों पर की जानी चाहिए जहां इसकी अभिव्यक्ति सबसे अधिक स्पष्ट है - शरीर में भोजन के परिवर्तन के दौरान, यानी। इसके आत्मसात होने पर. 17 अक्टूबर, 1757 को सेंट-जूलियन-डु-टेरोक्स (मायेन) के पास बरमोवडिएर के महल में उनकी मृत्यु हो गई।

1730 में आर. ए. रेउमुर द्वारा प्रस्तावित, जिन्होंने अपने द्वारा आविष्कार किए गए अल्कोहल थर्मामीटर का वर्णन किया था।

इकाई रेउमुर () डिग्री है, जो संदर्भ बिंदुओं के बीच तापमान अंतराल के 1/80 के बराबर है - पिघलती बर्फ का तापमान () और उबलते पानी ()

वर्तमान में, यह पैमाना उपयोग से बाहर हो गया है; यह लेखक की मातृभूमि फ्रांस में सबसे लंबे समय तक जीवित रहा।

तापमान पैमानों की तुलना

विवरण	केल्विन	सेल्सीयस	फ़ारेनहाइट	न्यूटन	थर्मामीटर
परम शून्य	0	-273.15	-459.67	-90.14	-218.52
फ़ारेनहाइट (नमक और बर्फ समान मात्रा में) के मिश्रण का पिघलने का तापमान	255.37	-17.78	0	-5.87	-14.22
पानी का हिमांक बिंदु (सामान्य स्थिति)	273.15	0	32	0	0
औसत मानव शरीर का तापमान	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
पानी का क्वथनांक (सामान्य स्थिति)	373.15	100	212	33	80
सौर सतह का तापमान	5800	5526	9980	1823	4421

तापमान तराजू, तापमान के तुलनीय संख्यात्मक मूल्यों की प्रणाली। तापमान सीधे मापने योग्य मात्रा नहीं है; इसका मूल्य भौतिक संपत्ति को मापने के लिए सुविधाजनक किसी भी थर्मोमेट्रिक पदार्थ के तापमान परिवर्तन से निर्धारित होता है। थर्मोमेट्रिक पदार्थ और संपत्ति को चुनने के बाद, प्रारंभिक संदर्भ बिंदु और तापमान इकाई का आकार - डिग्री निर्धारित करना आवश्यक है। इस प्रकार, अनुभवजन्य तापमान पैमाने (बाद में टी.एस. के रूप में संदर्भित) निर्धारित किए जाते हैं। टी. श में. आमतौर पर, दो मुख्य तापमान दर्ज किए जाते हैं, जो एक-घटक प्रणालियों (तथाकथित संदर्भ या स्थिर बिंदु) के चरण संतुलन के बिंदुओं के अनुरूप होते हैं, जिनके बीच की दूरी को पैमाने का मुख्य तापमान अंतराल कहा जाता है। निम्नलिखित संदर्भ बिंदुओं का उपयोग किया जाता है: पानी का त्रिगुण बिंदु, पानी, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का क्वथनांक, चांदी, सोना, आदि का जमना बिंदु। एक इकाई अंतराल (तापमान इकाई) का आकार एक निश्चित अंश के रूप में निर्धारित किया जाता है मुख्य अंतराल. गिनती की शुरुआत के लिए टी. श. संदर्भ बिंदुओं में से एक लें. इस प्रकार आप अनुभवजन्य (सशर्त) टी. श निर्धारित कर सकते हैं। किसी भी थर्मोमेट्रिक संपत्ति के लिए। यदि हम मानते हैं कि और तापमान के बीच संबंध रैखिक है, तो तापमान, जहां, और मुख्य अंतराल के शुरुआती और समाप्ति बिंदुओं पर तापमान पर संपत्ति के संख्यात्मक मान हैं, - डिग्री का आकार, - मुख्य अंतराल के प्रभागों की संख्या।

उदाहरण के लिए, सेल्सियस पैमाने में, पानी के जमने (बर्फ के पिघलने) के तापमान को शुरुआती बिंदु के रूप में लिया जाता है और पानी के जमने और उबलने के बिंदुओं के बीच के मुख्य अंतराल को 100 बराबर भागों () में विभाजित किया जाता है।

टी. श. इस प्रकार मापी गई भौतिक मात्रा के मूल्यों से रैखिक रूप से संबंधित क्रमिक तापमान मूल्यों की एक प्रणाली है (यह मात्रा स्पष्ट होनी चाहिए और मोनोटोनिक फ़ंक्शनतापमान)। सामान्य तौर पर, टी. श. थर्मोमेट्रिक गुण में भिन्नता हो सकती है (यह पिंडों का थर्मल विस्तार हो सकता है, तापमान के साथ कंडक्टरों के विद्युत प्रतिरोध में परिवर्तन, आदि), थर्मोमेट्रिक पदार्थ (गैस, तरल) में भिन्न हो सकता है। ठोस), और संदर्भ बिंदुओं पर भी निर्भर करते हैं। सरलतम मामले में, टी. श. समान संदर्भ बिंदुओं के लिए अपनाए गए संख्यात्मक मानों में भिन्नता होती है। इस प्रकार, सेल्सियस (), रेउमुर () और फ़ारेनहाइट () पैमाने में, बर्फ के पिघलने बिंदु और सामान्य दबाव पर पानी के क्वथनांक को निर्दिष्ट किया जाता है विभिन्न अर्थतापमान। तापमान को एक पैमाने से दूसरे पैमाने में परिवर्तित करने के लिए संबंध:

अतिरिक्त प्रयोगात्मक डेटा के बिना, बुनियादी तापमान में भिन्नता वाले टी. श. के लिए प्रत्यक्ष पुनर्गणना असंभव है। टी. श., थर्मोमेट्रिक गुण या पदार्थ में भिन्न, काफी भिन्न हैं। असीमित संख्या में अनुभवजन्य थर्मामीटर जो एक-दूसरे से मेल नहीं खाते हैं, संभव है, क्योंकि सभी थर्मोमेट्रिक गुण तापमान से गैर-रैखिक रूप से संबंधित होते हैं और गैर-रैखिकता की डिग्री अलग-अलग होती है विभिन्न गुणऔर अनुभवजन्य थर्मामीटर के अनुसार मापा गया वास्तविक तापमान पारंपरिक ("पारा", "प्लैटिनम" तापमान, आदि) कहा जाता है, इसकी इकाई पारंपरिक डिग्री है। अनुभवजन्य टी. श के बीच। विशेष स्थानगैस स्केल पर कब्जा करें जिसमें गैसें थर्मोमेट्रिक पदार्थ ("नाइट्रोजन", "हाइड्रोजन", "हीलियम" थर्मामीटर) के रूप में काम करती हैं। ये टी. श. इस्तेमाल की गई गैस पर दूसरों की तुलना में कम निर्भर रहें और (सुधार शुरू करके) सैद्धांतिक गैस टी. श में लाया जा सकता है। एवोगैड्रो, एक आदर्श गैस के लिए मान्य है। पूर्ण अनुभवजन्य टी. श. वे एक पैमाना कहते हैं, जिसका पूर्ण शून्य उस तापमान से मेल खाता है जिस पर किसी भौतिक संपत्ति का संख्यात्मक मान होता है (उदाहरण के लिए, एवोगैड्रो गैस सिद्धांत में, तापमान का पूर्ण शून्य एक आदर्श गैस के शून्य दबाव से मेल खाता है)। तापमान (अनुभवजन्य टी. श. के अनुसार) और (पूर्ण अनुभवजन्य टी. श. के अनुसार) संबंध से संबंधित हैं , अनुभवजन्य टी. श का पूर्ण शून्य कहां है। (पूर्ण शून्य का परिचय एक एक्सट्रपलेशन है और इसका कार्यान्वयन नहीं है)।

अनुभवजन्य टी. श का मूलभूत दोष। - थर्मोमेट्रिक पदार्थ पर उनकी निर्भरता - थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के आधार पर, थर्मोडायनामिक थर्मोडायनामिक्स में अनुपस्थित है। निरपेक्ष थर्मोडायनामिक तापमान का निर्धारण करते समय। (केल्विन स्केल) कार्नोट चक्र से आते हैं। यदि कार्नोट चक्र में चक्र पूरा करने वाला कोई पिंड तापमान पर ऊष्मा को अवशोषित करता है और तापमान पर ऊष्मा छोड़ता है, तो अनुपात कार्यशील तरल पदार्थ के गुणों पर निर्भर नहीं करता है और माप के लिए उपलब्ध मात्राओं का उपयोग करके पूर्ण तापमान निर्धारित करने की अनुमति देता है। प्रारंभ में, इस पैमाने का मुख्य अंतराल वायुमंडलीय दबाव पर बर्फ के पिघलने और उबलते पानी के बिंदुओं द्वारा निर्धारित किया गया था, पूर्ण तापमान की इकाई मुख्य अंतराल के हिस्से के अनुरूप थी, और बर्फ के पिघलने के बिंदु को शुरुआती बिंदु के रूप में लिया गया था। 1954 में, वज़न और माप पर एक्स जनरल कॉन्फ्रेंस ने थर्मोडायनामिक टी. श की स्थापना की। एक संदर्भ बिंदु के साथ - पानी का त्रिक बिंदु, जिसका तापमान 273.16 K (बिल्कुल) लिया जाता है, जो से मेल खाता है। निरपेक्ष थर्मोडायनामिक टी. श में तापमान। केल्विन (K) में मापा जाता है। थर्मोडायनामिक तापमान स्केल, जिसमें बर्फ के पिघलने बिंदु के लिए तापमान लिया जाता है, सेंटीग्रेड कहलाता है। सेल्सियस में व्यक्त तापमान और पूर्ण थर्मोडायनामिक टी. पैमाने के बीच संबंध:

इसलिए इन पैमानों में इकाइयों का आकार समान है। संयुक्त राज्य अमेरिका और कुछ अन्य देशों में जहां फ़ारेनहाइट पैमाने पर तापमान मापने की प्रथा है, निरपेक्ष टी. श. रंकिन। केल्विन और डिग्री रैंकिन के बीच संबंध: रैंकिन पैमाने पर, बर्फ का पिघलने बिंदु से मेल खाता है , पानी का क्वथनांक .

कोई अनुभवजन्य टी. श. थर्मोडायनामिक टी. श में कम हो जाता है। थर्मोमेट्रिक गुण और थर्मोडायनामिक तापमान के बीच संबंध की प्रकृति को ध्यान में रखते हुए सुधार की शुरूआत। थर्मोडायनामिक टी. श. सीधे तौर पर नहीं (थर्मोमेट्रिक पदार्थ के साथ कार्नोट चक्र निष्पादित करके), बल्कि थर्मोडायनामिक तापमान से जुड़ी अन्य प्रक्रियाओं की मदद से किया जाता है। एक विस्तृत तापमान सीमा में (लगभग हीलियम के क्वथनांक से लेकर सोने के जमने के बिंदु तक), थर्मोडायनामिक टी. श. टी. श के साथ मेल खाता है। एवोगैड्रो, इसलिए थर्मोडायनामिक तापमान गैस तापमान से निर्धारित होता है, जिसे गैस थर्मामीटर से मापा जाता है। और अधिक के साथ कम तामपानआह थर्मोडायनामिक टी. श. पैरामैग्नेटिक सामग्रियों की चुंबकीय संवेदनशीलता की तापमान निर्भरता के अनुसार, उच्च मूल्यों पर पैमाने को कई बार फिर से परिभाषित किया गया (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): संदर्भ तापमान और प्रक्षेप विधियां बदल गईं, लेकिन सिद्धांत वही रहा - पैमाने का आधार इन बिंदुओं पर कैलिब्रेटेड थर्मोडायनामिक तापमान और इंटरपोलेशन उपकरणों के कुछ मूल्यों के साथ शुद्ध चरण संक्रमण पदार्थों का एक सेट है। ITS-90 स्केल वर्तमान में प्रभावी है। मुख्य दस्तावेज़ (पैमाने पर विनियम) केल्विन की परिभाषा, चरण संक्रमण तापमान (संदर्भ बिंदु) और प्रक्षेप विधियों के मूल्यों को स्थापित करता है।

रोजमर्रा की जिंदगी में उपयोग किए जाने वाले तापमान पैमाने - सेल्सियस और फ़ारेनहाइट दोनों (मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका में उपयोग किए जाते हैं) - निरपेक्ष नहीं हैं और इसलिए उन स्थितियों में प्रयोग करते समय असुविधाजनक होते हैं जहां तापमान पानी के हिमांक से नीचे चला जाता है, यही कारण है कि तापमान को व्यक्त किया जाना चाहिए ऋणात्मक संख्या. ऐसे मामलों के लिए, पूर्ण तापमान पैमाने पेश किए गए थे।

उनमें से एक को रैंकिन स्केल कहा जाता है, और दूसरे को पूर्ण थर्मोडायनामिक स्केल (केल्विन स्केल) कहा जाता है; उनका तापमान क्रमशः रैंकिन () और केल्विन (K) डिग्री में मापा जाता है। दोनों पैमाने पूर्ण शून्य तापमान पर शुरू होते हैं। वे केल्विन में भिन्न हैं एक डिग्री के बराबरसेल्सियस, और रैंकिन डिग्री फ़ारेनहाइट डिग्री है। मानक वायुमंडलीय दबाव पर पानी का हिमांक बिंदु, से मेल खाता है।

केल्विन स्केल पानी के त्रिक बिंदु (273.16 K) से बंधा हुआ है, और बोल्ट्ज़मान स्थिरांक इस पर निर्भर करता है। इससे उच्च तापमान माप की व्याख्या की सटीकता में समस्याएँ पैदा होती हैं। बीआईपीएम अब केल्विन की एक नई परिभाषा की ओर बढ़ने और ट्रिपल पॉइंट तापमान के संदर्भ के बजाय बोल्ट्जमैन स्थिरांक को ठीक करने की संभावना पर विचार कर रहा है।

संक्षिप्त विवरण: छात्र पैमानों के वर्गीकरण और उनके दायरे से परिचित हो गए।

अभ्यास किट

प्रश्न:

1. तराजू का आधुनिक वर्गीकरण कब और किसके द्वारा प्रस्तावित किया गया था?
2. SCALE शब्द को परिभाषित करें।
3. आपके द्वारा ज्ञात सभी प्रकार के पैमानों की सूची बनाएं और उनके अंतर स्पष्ट करें?
4. साइकोमेट्रिक्स में पैमानों का उपयोग क्यों किया जाता है?
5. इंग्लैण्ड और अमेरिका में कौन सा पैमाना सबसे अधिक प्रयोग किया जाता है?
6. उपरोक्त में से कौन सा पैमाना सबसे पहले सामने आया?
7. रेउमुर पैमाने का प्रयोग सबसे अधिक समय तक किस देश ने किया है?
8. निरपेक्ष थर्मोडायनामिक तापमान पैमाने पर तापमान कैसे मापा जाता है?
9. निरपेक्ष तापमान पैमानों के उदाहरण दीजिए।
10. केल्विन और डिग्री रैंकिन के बीच क्या संबंध है?

अभ्यास

1. दर्शाने वाला एक चित्र बनाइये आधुनिक वर्गीकरणतराजू क्या आप पदानुक्रम के अनुसार पैमाने बना सकते हैं?
2. विभिन्न तापमान पैमानों (फ़ारेनहाइट, केल्विन) में तापमान मान निर्धारित करें

तापीय ऊर्जा मात्रा का मापन

सबसे महत्वपूर्ण तापीय ऊर्जा मात्राओं में से एक तापमान है। तापमान एक भौतिक मात्रा है जो किसी पिंड के ताप की डिग्री या उसकी तापीय ऊर्जा क्षमता को दर्शाती है।लगभग सब कुछ तकनीकी प्रक्रियाएंऔर किसी पदार्थ के विभिन्न गुण तापमान पर निर्भर करते हैं।

द्रव्यमान, लंबाई आदि जैसी भौतिक राशियों के विपरीत, तापमान एक व्यापक (पैरामीट्रिक) मात्रा नहीं है, बल्कि एक गहन (सक्रिय) मात्रा है। यदि किसी सजातीय पिंड को आधे में विभाजित किया जाता है, तो उसका द्रव्यमान भी आधे में विभाजित हो जाता है। तापमान, एक गहन मात्रा होने के कारण, इसमें योज्यता का यह गुण नहीं होता है, अर्थात। तापीय संतुलन में किसी प्रणाली के लिए, प्रणाली के प्रत्येक भाग का तापमान समान होता है। इसलिए, जिस तरह व्यापक मात्रा के मानक बनाए जाते हैं, उसी तरह तापमान का मानक बनाना संभव नहीं है।

तापमान को केवल अप्रत्यक्ष रूप से, तापमान पर निर्भरता के आधार पर मापा जा सकता है भौतिक गुणऐसे पिंड जिन्हें सीधे मापा जा सकता है। पिंडों के इन गुणों को थर्मोमेट्रिक कहा जाता है।इनमें लंबाई, घनत्व, आयतन, थर्मोइलेक्ट्रिक पावर, विद्युत प्रतिरोध आदि शामिल हैं। थर्मोमेट्रिक गुणों से युक्त पदार्थ कहलाते हैं थर्मोमेट्रिक.तापमान मापने के उपकरण को थर्मामीटर कहा जाता है। थर्मामीटर बनाने के लिए आपके पास एक तापमान पैमाना होना चाहिए।

तापमान पैमाना तापमान और मापी गई थर्मोमेट्रिक संपत्ति के मूल्यों के बीच एक विशिष्ट कार्यात्मक संख्यात्मक संबंध है।इस संबंध में, किसी भी थर्मोमेट्रिक गुण की पसंद के आधार पर तापमान पैमाने का निर्माण संभव लगता है। साथ ही, ऐसी कोई सामान्य थर्मोमेट्रिक संपत्ति नहीं है जो तापमान परिवर्तन से रैखिक रूप से संबंधित हो और तापमान माप की विस्तृत श्रृंखला पर अन्य कारकों पर निर्भर न हो।

पहला तापमान पैमाना 18वीं शताब्दी में सामने आया। उनके निर्माण के लिए, दो संदर्भ बिंदु टी 1 और टी 2 का चयन किया गया, जो शुद्ध पदार्थों के चरण संतुलन तापमान का प्रतिनिधित्व करते हैं। तापमान अंतर t 2 - t 1 कहलाता है मुख्य तापमान रेंज.जर्मन भौतिक विज्ञानी गेब्रियल डैनियल फ़ारेनहाइट (1715), स्वीडिश भौतिक विज्ञानी एंडर्स सेल्सियस (1742) और फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी रेने एंटोनी रेउमुर (1776) ने तराजू का निर्माण करते समय तापमान के बीच एक रैखिक संबंध की धारणा पर आधारित थे। टीऔर थर्मोमेट्रिक गुण, जिसका उपयोग तरल की मात्रा के विस्तार के रूप में किया गया था वी, यानी

टी = ए + बीवी, (1)

कहाँ एऔर बी– स्थिर गुणांक.

इस समीकरण में V = V 1 को t = t 1 पर और V = V 2 को t = t 2 पर प्रतिस्थापित करने पर, परिवर्तन के बाद हमें तापमान स्केल समीकरण प्राप्त होता है:

फारेनहाइट, रेउमुर और सेल्सियस स्केल में, बर्फ का पिघलने बिंदु टी 1 +32 0, 0 0 और 0 0 के अनुरूप है, और पानी का क्वथनांक टी 2 - 212 0, 80 0 और 100 0 के अनुरूप है। इन पैमानों में मुख्य अंतराल t 2 - t 1 को क्रमशः N = 180, 80 और 100 बराबर भागों में विभाजित किया गया है, और प्रत्येक अंतराल के 1/N भाग को फ़ारेनहाइट डिग्री कहा जाता है - t 0 F, रेउमुर डिग्री t 0 R और सेल्सियस डिग्री टी 0 सी इस प्रकार, इस सिद्धांत के अनुसार निर्मित तराजू के लिए, डिग्री माप की एक इकाई नहीं है, बल्कि एक इकाई अंतराल का प्रतिनिधित्व करती है - पैमाने का पैमाना।

तापमान को एक पैमाने से दूसरे पैमाने में बदलने के लिए, निम्नलिखित अनुपात का उपयोग करें:

(3)

बाद में यह पाया गया कि एक ही थर्मोमेट्रिक गुण और एक समान डिग्री स्केल का उपयोग करके विभिन्न थर्मोमेट्रिक पदार्थों (पारा, अल्कोहल, आदि) वाले थर्मामीटर की रीडिंग केवल संदर्भ बिंदुओं पर मेल खाती है, और अन्य बिंदुओं पर रीडिंग अलग हो जाती है। तापमान मापते समय उत्तरार्द्ध विशेष रूप से ध्यान देने योग्य होता है जिसका मान मुख्य अंतराल से दूर स्थित होता है।

इस परिस्थिति को इस तथ्य से समझाया गया है कि तापमान और थर्मोमेट्रिक संपत्ति के बीच संबंध वास्तव में गैर-रैखिक है और यह गैर-रैखिकता विभिन्न थर्मोमेट्रिक पदार्थों के लिए अलग-अलग है। विशेष रूप से, तापमान और तरल मात्रा में परिवर्तन के बीच गैर-रैखिकता को इस तथ्य से समझाया जाता है कि तरल के वॉल्यूमेट्रिक विस्तार का तापमान गुणांक तापमान के साथ बदलता है और यह परिवर्तन अलग-अलग बूंदों वाले तरल पदार्थ के लिए अलग होता है।

वर्णित सिद्धांत के आधार पर, आप किसी भी संख्या में पैमाने बना सकते हैं जो एक दूसरे से काफी भिन्न होते हैं। ऐसे पैमानों को पारंपरिक डिग्री कहा जाता है, और इन पैमानों के पैमाने को पारंपरिक डिग्री कहा जाता है।

पदार्थों के थर्मोमेट्रिक गुणों से स्वतंत्र तापमान पैमाने बनाने की समस्या को केल्विन द्वारा 1848 में हल किया गया था, और उनके द्वारा प्रस्तावित पैमाने को थर्मोडायनामिक कहा गया था। पारंपरिक तापमान पैमानों के विपरीत, थर्मोडायनामिक तापमान पैमाना है निरपेक्ष.

थर्मोडायनामिक तापमान पैमानाऊष्मागतिकी के दूसरे नियम के उपयोग पर आधारित। इस कानून के अनुसार, गुणांक उपयोगी क्रियारिवर्स कार्नोट चक्र पर चलने वाले ऊष्मा इंजन का h केवल हीटर T n और रेफ्रिजरेटर T x के तापमान से निर्धारित होता है और यह काम करने वाले पदार्थ के गुणों पर निर्भर नहीं करता है:

(4)

जहां Q n और Q x क्रमशः हीटर से कार्यशील पदार्थ द्वारा प्राप्त और रेफ्रिजरेटर को दी गई गर्मी की मात्रा है।

केल्विन ने तापमान निर्धारित करने के लिए समानता का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा

इसलिए, एक वस्तु को हीटर के रूप में और दूसरी को रेफ्रिजरेटर के रूप में उपयोग करके और उनके बीच कार्नोट चक्र चलाकर, एक वस्तु से ली गई और दूसरी वस्तु को दी गई गर्मी के अनुपात को मापकर वस्तुओं का तापमान अनुपात निर्धारित करना संभव है। परिणामी तापमान पैमाना कार्यशील पदार्थ के गुणों पर निर्भर नहीं करता है और इसे पूर्ण तापमान पैमाना कहा जाता है। को निरपेक्ष तापमानएक निश्चित महत्व था, पानी के क्वथनांक टी केवी और बर्फ टी टीएल के पिघलने बिंदु के बीच थर्मोडायनामिक तापमान में अंतर को 100 0 के बराबर लेने का प्रस्ताव किया गया था। इस तरह के अंतर की स्वीकृति ने निरंतरता बनाए रखने के लक्ष्य का पीछा किया संख्यात्मक मानसेंटीग्रेड सेल्सियस तापमान स्केल से थर्मोडायनामिक तापमान स्केल। टी.ओ., क्रमशः क्यू केवी और क्यू टीएल के माध्यम से हीटर (उबलते पानी) से प्राप्त और रेफ्रिजरेटर (बर्फ पिघलने) को दी गई गर्मी की मात्रा को दर्शाता है, और टी केवी - टी टीएल = 100 लेते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

और (6)

हीटर के किसी भी तापमान T के लिए, रेफ्रिजरेटर के T tl के स्थिर मान और कार्नोट मशीन के कार्यशील पदार्थ द्वारा इसे दी गई ऊष्मा Q t की मात्रा के साथ, हमारे पास होगा:

(7)

समीकरण (6) समीकरण है सेंटीग्रेड थर्मोडायनामिक तापमान स्केलऔर दर्शाता है कि इस पैमाने पर तापमान का मान T रैखिक रूप से ऊष्मा इंजन के कार्यशील पदार्थ द्वारा प्राप्त ऊष्मा Q की मात्रा से संबंधित होता है, जब यह कार्नोट चक्र निष्पादित करता है, और, परिणामस्वरूप, थर्मोडायनामिक के गुणों पर निर्भर नहीं होता है पदार्थ। थर्मोडायनामिक तापमान की एक डिग्री को शरीर के तापमान और बर्फ के पिघलने के तापमान के बीच का अंतर माना जाता है, जिस पर रिवर्स कार्नोट चक्र में किया गया कार्य कार्नोट चक्र के क्वथनांक के बीच किए गए कार्य के 1/100 के बराबर होता है। पानी और बर्फ का पिघलने का तापमान (बशर्ते कि दोनों चक्रों में रेफ्रिजरेटर को दी जाने वाली गर्मी की मात्रा समान हो)।

दक्षता की परिभाषा से इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि अधिकतम मान h=1 पर T x शून्य के बराबर होना चाहिए। इस न्यूनतम तापमान को केल्विन ने परम शून्य कहा था। थर्मोडायनामिक पैमाने पर तापमान को "K" नामित किया गया है।

दो संदर्भ बिंदुओं पर आधारित थर्मोडायनामिक तापमान पैमाने में अपर्याप्त माप सटीकता है। तापमान को पुन: उत्पन्न करना लगभग कठिन है निर्दिष्ट बिंदु, क्योंकि वे दबाव के साथ-साथ पानी में नमक की मात्रा पर भी निर्भर करते हैं। इसलिए, केल्विन और मेंडेलीव ने एक संदर्भ बिंदु के आधार पर थर्मोडायनामिक तापमान पैमाने के निर्माण की व्यवहार्यता का विचार व्यक्त किया।

थर्मोमेट्री सलाहकार समिति अंतर्राष्ट्रीय समिति 1954 में वज़न और माप ने एक संदर्भ बिंदु - पानी का त्रिगुण बिंदु (ठोस, तरल और गैसीय चरणों में पानी का संतुलन बिंदु) का उपयोग करके थर्मोडायनामिक पैमाने की परिभाषा में जाने की सिफारिश को अपनाया, जिसे विशेष जहाजों में आसानी से पुन: पेश किया जाता है। 0.0001 K से अधिक की त्रुटि के साथ इस बिंदु का तापमान 273.16 K माना जाता है, अर्थात। बर्फ के पिघलने के तापमान से 0.01 K अधिक। यह संख्या इसलिए चुनी गई ताकि नए पैमाने पर तापमान मान व्यावहारिक रूप से दो संदर्भ बिंदुओं वाले पुराने सेल्सियस पैमाने से भिन्न न हो। दूसरा संदर्भ बिंदु पूर्ण शून्य है, जिसका व्यावहारिक रूप से एहसास नहीं होता है, लेकिन इसकी एक निश्चित स्थिति होती है।

1967 में XIII साधारण सभावज़न और माप पर थर्मोडायनामिक तापमान की इकाई की परिभाषा को निम्नलिखित शब्दों में स्पष्ट किया गया है: " केल्विन- पानी के त्रिक बिंदु के थर्मोडायनामिक तापमान का 1/273.16 भाग। थर्मोडायनामिक तापमान को डिग्री सेल्सियस में भी व्यक्त किया जा सकता है:

टी = टी– 273.15 K (8)

सबसे प्रसिद्ध इस समय, तापमान पैमाने फ़ारेनहाइट, सेल्सियस और केल्विन हैं।

फ़ारेनहाइट तापमान पैमानासंयुक्त राज्य अमेरिका में सबसे लोकप्रिय. तापमान को डिग्री में मापा जाता है, उदाहरण के लिए 48.2°F (अड़तालीस दशमलव दो डिग्री फ़ारेनहाइट), प्रतीक F इंगित करता है कि फ़ारेनहाइट पैमाने का उपयोग किया जाता है।

यूरोपीय इसके आदी हैं सेल्सियस तापमान पैमाना, जो तापमान को डिग्री में भी मापता है, उदाहरण के लिए 48.2°C (अड़तालीस दशमलव दो डिग्री सेल्सियस), प्रतीक C इंगित करता है कि सेल्सियस पैमाने का उपयोग किया जाता है।

वैज्ञानिक इसके साथ काम करने के अधिक आदी हैं केल्विन तापमान पैमाना. 1968 तक, केल्विन को आधिकारिक तौर पर केल्विन डिग्री कहा जाता था, फिर केल्विन पैमाने पर मापे गए तापमान मान को केवल केल्विन (बिना डिग्री) में नाम देने का निर्णय लिया गया, उदाहरण के लिए, 48.2 K (अड़तालीस और दो केल्विन)।

डैनियल गेब्रियल फ़ारेनहाइट 18वीं शताब्दी में एम्स्टर्डम में थर्मामीटर बनाते समय उन्होंने अपने पैमाने का आविष्कार किया। फ़ारेनहाइट ने जमे हुए नमक के घोल का तापमान लिया, जिसका उपयोग उस समय प्रयोगशाला स्थितियों में कम तापमान प्राप्त करने के लिए शून्य तापमान बिंदु के रूप में किया जाता था। जर्मन भौतिक विज्ञानी ने बर्फ के पिघलने बिंदु और पानी के हिमांक बिंदु (क्रमशः बढ़ते और घटते तापमान के साथ) के लिए 32°F का मान निर्धारित किया। परिणामी पैमाने के अनुसार, पानी का क्वथनांक 212°F है।

उसी 18वीं सदी में एक स्वीडिश वैज्ञानिक एंडर्स सेल्सियसउन्होंने अपने स्वयं के तापमान पैमाने का आविष्कार किया, जो सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर शुद्ध पानी के हिमांक (0°C) और क्वथनांक (100°C) पर आधारित है।

केल्विन स्केल का आविष्कार 19वीं सदी में एक ब्रिटिश वैज्ञानिक ने किया था विलियम थॉमसन, जिन्हें बाद में बैरन केल्विन की मानद उपाधि मिली। थॉमसन ने अपने तापमान पैमाने को परम शून्य की अवधारणा पर आधारित किया। बाद में केल्विन स्केल भौतिकी में मुख्य बन गया और अब फारेनहाइट और सेल्सियस प्रणाली इसके माध्यम से निर्धारित की जाती हैं।

इसके मूल में, किसी भी वस्तु का तापमान उसके अणुओं की गति के माप को दर्शाता है - जितनी तेज़ी से अणु चलते हैं, वस्तु का तापमान उतना ही अधिक होता है, और इसके विपरीत। तापमान जितना कम होगा, अणुओं की गति उतनी ही धीमी होगी। परम शून्य (0 K) पर अणु रुक जाते हैं (जो प्रकृति में नहीं हो सकता)। इस कारण से, पूर्ण शून्य या उससे भी कम तापमान तक पहुँचना असंभव है।

यह कहा जाना चाहिए कि केल्विन और सेल्सियस स्केल का ग्रेडेशन समान है (एक डिग्री सेल्सियस एक केल्विन के बराबर है), और 0 K = -273.15°C है।

इस प्रकार, केल्विन और सेल्सियस तापमान पैमाने को जोड़ना बहुत सरल है:

के = सी+273.15 सी = के-273.15

आइए सेल्सियस और फ़ारेनहाइट पैमाने को जोड़ने का प्रयास करें।

जैसा कि आप जानते हैं, पानी 32°F और 0°C पर जम जाता है: 32°F=0°C. पानी 212°F और 100°C पर उबलता है: 212°F=100°C.

इस प्रकार, 180 डिग्री फ़ारेनहाइट के लिए 100 डिग्री सेल्सियस (9/5 अनुपात) हैं: 212°F-32°F=100°C-0°C।

यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि सेल्सियस पैमाने का शून्य बिंदु फारेनहाइट पैमाने के 32-डिग्री बिंदु से मेल खाता है।

दो पैमानों के बीच उपरोक्त पत्राचार को ध्यान में रखते हुए, हम तापमान को एक पैमाने से दूसरे पैमाने में परिवर्तित करने का सूत्र प्राप्त करते हैं:

सी = (5/9) (एफ-32) एफ = (9/5) सी+32

यदि आप निर्णय लेते हैं तो यह प्रणालीसमीकरण, हम इसका पता लगा सकते हैं -40°C = -40°F- यह एकमात्र तापमान है जिस पर दोनों पैमानों के मान मेल खाते हैं।

इसी तरह आगे बढ़ते हुए, हम केल्विन और फ़ारेनहाइट पैमाने को जोड़ते हैं:

एफ = (9/5)·(के-273.15)+32 = (9/5)के-459.67 के = (5/9)·(एफ+459.67)

तापमान और तापमान तराजू

तापमान - पदार्थ के गर्म होने की डिग्री। यह अवधारणाविभिन्न पिंडों (पदार्थों) द्वारा उनके ताप की विभिन्न डिग्री पर एक दूसरे को ऊष्मा स्थानांतरित करने और एक अवस्था में होने की क्षमता के आधार पर तापीय संतुलनसमान तापमान पर. इसके अलावा, गर्मी हमेशा शरीर से अधिक के साथ स्थानांतरित होती है उच्च तापमानकम तापमान वाले शरीर के लिए. तापमान को किसी पदार्थ की तापीय अवस्था के एक पैरामीटर के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है, जो उसके अणुओं की गति की औसत गतिज ऊर्जा द्वारा निर्धारित होता है। यहाँ से यह स्पष्ट है कि "तापमान" की अवधारणा एक अणु के लिए अनुपयुक्त है, क्योंकि किसी विशेष तापमान पर एक अणु की ऊर्जा को औसत मान से नहीं दर्शाया जा सकता है। से यह प्रावधानइससे यह निष्कर्ष निकलता है कि "तापमान" की अवधारणा सांख्यिकीय है।

तापमान को उपकरणों द्वारा मापा जाता है जिन्हें कहा जाता है थर्मामीटर, जिसका आधार विभिन्न हो सकता है भौतिक सिद्धांत. ऐसे उपकरणों के साथ तापमान मापने की क्षमता निकायों और के बीच थर्मल विनिमय की घटना पर आधारित है अलग-अलग डिग्री तकगर्म करना और गर्म करने (ठंडा करने) के दौरान उनके भौतिक (थर्मोमेट्रिक) गुणों में परिवर्तन।

तापमान को मात्रात्मक रूप से निर्धारित करने के लिए, एक या दूसरे को चुनना आवश्यक है तापमान पैमाना. तापमान पैमाने किसी पदार्थ के कुछ भौतिक गुणों के आधार पर बनाए जाते हैं, जिन्हें बाहरी कारकों पर निर्भर नहीं होना चाहिए और सटीक और आसानी से मापा जाना चाहिए। वास्तव में, थर्मोमेट्रिक निकायों या पदार्थों के लिए एक भी थर्मोमेट्रिक गुण नहीं है जो मापा तापमान की पूरी श्रृंखला पर निर्दिष्ट शर्तों को पूरी तरह से संतुष्ट करेगा। इसलिए, रैखिक संबंध की मनमानी धारणा के आधार पर, विभिन्न तापमान सीमाओं के लिए तापमान पैमाने को परिभाषित किया जाता है

थर्मोमेट्रिक निकाय और तापमान की संपत्ति के बीच। ऐसे तराजू कहलाते हैं सशर्त और उनके द्वारा मापा गया तापमान -सशर्त.

4 पारंपरिक तापमान पैमाने में सबसे आम पैमानों में से एक शामिल है - सेल्सियस स्केल। इस पैमाने के अनुसार, सामान्य वायुमंडलीय दबाव पर बर्फ के पिघलने बिंदु और पानी के क्वथनांक को सशर्त माप सीमा की सीमाओं के रूप में लिया जाता है, और इस पैमाने के सौवें हिस्से को आमतौर पर एक डिग्री सेल्सियस कहा जाता है (\ साथ),

| हालाँकि, तरल थर्मामीटर का उपयोग किए बिना ऐसे तापमान पैमाने का निर्माण करने से उपयोग किए जाने वाले थर्मोमेट्रिक तरल पदार्थों के गुणों से जुड़ी कई कठिनाइयाँ हो सकती हैं। उदाहरण के लिए, तरल विस्तार के सिद्धांत पर काम करने वाले पारा और अल्कोहल थर्मामीटर की रीडिंग उनके वॉल्यूमेट्रिक विस्तार के विभिन्न गुणांक के कारण समान तापमान को मापने पर भिन्न होगी।

| इसलिए, पारंपरिक तापमान पैमाने को बेहतर बनाने के लिए, उन गैसों का उपयोग करके गैस थर्मामीटर का उपयोग करने का प्रस्ताव किया गया था जिनके गुण एक आदर्श गैस (हाइड्रोजन, हीलियम, नाइट्रोजन, आदि) के गुणों से थोड़ा भिन्न होंगे।

गैस थर्मामीटर का उपयोग करके, तापमान माप एक बंद थर्मल सिस्टम में गैस की मात्रा या दबाव में परिवर्तन पर आधारित हो सकता है।

व्यवहार में, स्थिर आयतन पर दबाव मापने पर आधारित विधि अधिक व्यापक हो गई है, क्योंकि अधिक सटीक और लागू करने में आसान है।

एकल तापमान पैमाना बनाना जो थर्मोमेट्रिक गुणों से संबंधित नहीं है विभिन्न पदार्थएक विस्तृत तापमान सीमा के लिए, केल्विन ने थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम के आधार पर एक तापमान पैमाने का प्रस्ताव रखा। इस पैमाने को कहा जाता है थर्मोडायनामिक तापमान पैमाना।

यह निम्नलिखित प्रावधानों पर आधारित है:

यदि, प्रतिवर्ती कार्नोट चक्र के दौरान, कोई पिंड तापमान T पर ऊष्मा 0 को अवशोषित करता है, और ऊष्मा C छोड़ता है? 3 तापमान टी 2 पर, तो निम्नलिखित समानता देखी जानी चाहिए:

वह,

एन<Г (21)

ऊष्मागतिकी के सिद्धांतों के अनुसार, यह अनुपात कार्यशील द्रव के गुणों पर निर्भर नहीं करता है।

मैं केल्विन थर्मोडायनामिक तापमान पैमाने का उपयोग अन्य तापमान पैमानों के लिए प्रारंभिक पैमाने के रूप में किया जाने लगा जो काम करने वाले पदार्थ के थर्मोमेट्रिक गुणों पर निर्भर नहीं करते हैं। इस पैमाने पर एक डिग्री निर्धारित करने के लिए, बर्फ के पिघलने बिंदु और पानी के क्वथनांक के बीच के अंतराल को, सेंटीग्रेड सेल्सियस पैमाने की तरह, एक सौ बराबर भागों में विभाजित किया जाता है। इस प्रकार, I П С ] °К के बराबर हो जाता है

* इस पैमाने के अनुसार सामान्यतः कहा जाता है निरपेक्ष शून्य बिंदु को बर्फ के पिघलने बिंदु से 273.15° नीचे का तापमान माना जाता है, जिसे परम शून्य कहा जाता है। यह सैद्धांतिक रूप से सिद्ध हो चुका है कि इस तापमान पर किसी भी पदार्थ के अणुओं की सभी तापीय गति बंद हो जाती है, इसलिए यह पैमाना कुछ हद तक सैद्धांतिक प्रकृति का है।

केल्विन में व्यक्त तापमान टी और डिग्री सेल्सियस में व्यक्त तापमान * के बीच निम्नलिखित संबंध लागू होता है:

1=टी-टी 0 , (2.2)

जहाँ T 0 = 273.15 K.

मौजूदा थर्मामीटरों में से, गैस थर्मामीटर 1200 डिग्री सेल्सियस से अधिक की सीमा में पूर्ण तापमान पैमाने को सबसे सटीक रूप से लागू करते हैं। उच्च तापमान पर इन थर्मामीटरों के उपयोग में बड़ी कठिनाइयों का सामना करना पड़ता है; इसके अलावा, गैस थर्मामीटर काफी जटिल और भारी उपकरण हैं, जो व्यावहारिक उद्देश्यों के लिए असुविधाजनक है। इसलिए, तापमान परिवर्तन की विस्तृत श्रृंखला में थर्मोडायनामिक पैमाने के व्यावहारिक और सुविधाजनक पुनरुत्पादन के लिए, अंतर्राष्ट्रीय व्यावहारिक

तापमान कैबिनेट (एमपीटीएस)। वर्तमान में, 1968 में अपनाया गया तापमान पैमाना MPTS-68 लागू है, जिसका निर्माण पदार्थों की चरण अवस्था द्वारा निर्धारित संदर्भ बिंदुओं पर आधारित है। इन संदर्भ बिंदुओं का उपयोग विभिन्न श्रेणियों में तापमान को मानकीकृत करने के लिए किया जाता है, जो तालिका में दिए गए हैं। 2.1.