Anotācija: Mērogošanas jēdziens. Esošie veidi svari un to pielietojuma jomas. Zvīņu parādīšanās iemesli.

SHKA"LA, s, un. [latīņu. scala - kāpnes].- 1 . Lineāls ar dalījumiem dažādos mērinstrumentos. W. termometrs. 2 . Daudzumu sērija, skaitļi augošā vai dilstošā secībā (īpaši). Sh. Sh. Sh.

Svaru veidi:

Mērījumu skalas parasti tiek klasificētas pēc mērīto datu veidiem, kas nosaka dotajai skalai pieņemamās matemātiskās transformācijas, kā arī atbilstošās skalas attēlotos sakarību veidus. Mūsdienu svaru klasifikāciju 1946. gadā ierosināja Stenlijs Smits Stīvenss.

Vārdu skala (nomināls, klasifikācija)

Izmanto vērtību mērīšanai kvalitatīvas pazīmes. Šādas pazīmes vērtība ir tās ekvivalences klases nosaukums, kurai attiecīgais objekts pieder. Kvalitatīvo raksturlielumu nozīmju piemēri ir stāvokļu nosaukumi, krāsas, automašīnu markas utt. Šādas īpašības atbilst identitātes aksiomām:

Plkst liels skaits klasēs tiek izmantotas hierarhiskas nosaukumu skalas. Lielākā daļa slaveni piemēriŠādas skalas ir skalas, ko izmanto dzīvnieku un augu klasificēšanai.

Ar vērtībām, kas mērītas nosaukumu skalā, jūs varat veikt tikai vienu darbību - pārbaudīt to sakritību vai nesakritību. Pamatojoties uz šādas pārbaudes rezultātiem, ir iespējams papildus aprēķināt uzpildes biežumu (varbūtības) dažādām klasēm, kuras var izmantot pielietošanai dažādas metodes statistiskā analīze - Hi-kvadrāta saskaņas tests, Krāmera tests hipotēzes par kvalitatīvo raksturlielumu saistību pārbaudei utt.

Kārtības skala (vai ranga skala)

Uzcelta uz identitāte un pasūtiet. Priekšmeti šajā skalā ir sarindoti. Bet ne visus objektus var pakārtot kārtības attiecībām. Piemēram, nav iespējams pateikt, kas ir lielāks, aplis vai trijstūris, taču šajos objektos var identificēt kopīgu īpašību - laukumu, un tādējādi kļūst vieglāk izveidot kārtas attiecības. Šim mērogam ir pieļaujama monotoniska transformācija. Šāda skala ir neapstrādāta, jo tajā nav ņemtas vērā atšķirības starp skalas priekšmetiem. Šādas skalas piemērs: akadēmisko sniegumu rādītāji (neapmierinoši, apmierinoši, labi, teicami), Mosa skala.

Intervālu skala

Šeit ir salīdzinājums ar standartu. Šādas skalas uzbūve ļauj lielāko daļu esošo skaitlisko sistēmu īpašību attiecināt uz skaitļiem, kas iegūti, pamatojoties uz subjektīviem vērtējumiem. Piemēram, reakcijas intervālu skalas konstruēšana. Šim mērogam ir pieņemama lineārā transformācija. Tas ļauj samazināt testa rezultātus līdz parastajiem mērogiem un tādējādi salīdzināt rādītājus. Piemērs: Celsija skala.

Attiecību skala

Attiecību skalā tiek piemērota attiecība “tik daudz reižu vairāk”. Šī ir vienīgā no četrām skalām, kurai ir absolūtā nulle. Nulles punkts raksturo izmērītā neesamību kvalitāti. Šis skala pieļauj līdzības transformāciju (reizināšanu ar konstanti). Nulles punkta noteikšana ir sarežģīts pētniecības uzdevums, uzliekot ierobežojumus šīs skalas lietošanai. Izmantojot šādus svarus, var izmērīt masu, garumu, izturību un vērtību (cenu). Piemērs: Kelvina skala (temperatūras mērīšana no absolūtās nulles, mērvienība izvēlēta pēc ekspertu vienošanās - Kelvins).

Atšķirības skala

Sākumpunkts ir patvaļīgs, mērvienība ir norādīta. Pieņemamas pārvērtības ir maiņas. Piemērs: laika mērīšana.

Absolūtais mērogs

Tas satur papildu funkciju - dabisku un nepārprotamu mērvienības klātbūtni. Šai skalai ir viens nulles punkts. Piemērs: cilvēku skaits auditorijā.

No aplūkotajām skalām pirmās divas nav metriskās, bet pārējās ir metriskās.

Jautājums par skalas veidu ir tieši saistīts ar mērījumu rezultātu matemātiskās apstrādes metožu atbilstības problēmu. Parasti adekvāta statistika ir tāda, kas ir nemainīga attiecībā uz izmantotās mērījumu skalas pieļaujamajām transformācijām.

Izmantošana psihometrijā. Izmantojot dažādi svari, var veikt dažādus psiholoģiskus mērījumus. Pašas pirmās psiholoģiskās mērīšanas metodes tika izstrādātas psihofizikā. Psihofiziķu galvenais uzdevums bija noteikt, kā fizikālie parametri stimulēšana un atbilstoši subjektīvie sajūtu novērtējumi. Zinot šo savienojumu, jūs varat saprast, kāda sajūta atbilst tai vai citai zīmei. Psihofiziskā funkcija nosaka saistību starp stimula fiziskās mērīšanas skalas skaitlisko vērtību un psiholoģiskās vai subjektīvās reakcijas uz šo stimulu skaitlisko vērtību.

Celsija

1701. gadā Zviedrijā. Viņa interešu jomas: astronomija, vispārējā fizika, ģeofizika. Viņš mācīja astronomiju Upsalas universitātē un nodibināja tur astronomijas observatoriju.

Celsijs bija pirmais, kas izmērīja zvaigžņu spilgtumu un noteica attiecības starp ziemeļblāzmu un Zemes magnētiskā lauka svārstībām.

Viņš piedalījās Lapzemes ekspedīcijā no 1736. līdz 1737. gadam meridiāna mērīšanai. Atgriežoties no polārajiem apgabaliem, Celsijs sāka aktīvu darbu pie astronomiskās observatorijas organizēšanas un būvniecības Upsalā un 1740. gadā kļuva par tās direktoru. Anderss Celsiuss nomira 1744. gada 25. martā. Minerāls celsija, bārija laukšpata veids, ir nosaukts viņa vārdā.

Tehnoloģijās, medicīnā, meteoroloģijā un sadzīvē tiek izmantota Celsija skala, kurā ūdens trīskāršā punkta temperatūra ir 0,01, un tāpēc ūdens sasalšanas punkts pie 1 atm spiediena ir 0. Pašlaik Celsija skala tiek definēta caur Kelvina skalu: Celsija grāds ir vienāds ar kelvinu, . Tādējādi ūdens viršanas temperatūra, kuru pēc Celsija sākotnēji izvēlējās kā atskaites punktu, kas vienāda ar 100, ir zaudējusi savu vērtību un mūsdienu aplēsesūdens viršanas temperatūra normālā stāvoklī atmosfēras spiediens ir aptuveni 99.975. Celsija skala ir praktiski ļoti ērta, jo ūdens uz mūsu planētas ir ļoti izplatīts un uz tā balstās mūsu dzīve. Nulle Celsija ir īpašs meteoroloģijas punkts, jo tas ir saistīts ar atmosfēras ūdens sasalšanu. Šo mērogu 1742. gadā ierosināja Anderss Celsiuss.

Fārenheita

Gabriels Fārenheits. Daniels Gabriels Fārenheits (1686–1736) – vācu fiziķis, dzimis 1686. gada 24. maijā Dancigā (tagad Gdaņskā, Polijā). Viņš gandrīz visu mūžu nodzīvoja Holandē precīzu meteoroloģisko instrumentu ražošanā 1709. gadā izgatavoja spirta termometru, 1714. gadā - dzīvsudraba termometru, izmantojot jauns veids dzīvsudraba attīrīšana. Priekš dzīvsudraba termometrs Fārenheits izveidoja skalu ar trim atskaites punktiem: atbilstoši maisījuma temperatūrai ūdens - ledus - amonjaks, - ķermeņa temperatūra vesels cilvēks, un ledus kušanas punkta vērtība tika uzskatīta par atsauces temperatūru. Vārīšanās temperatūra tīru ūdeni pēc Fārenheita skalas bija . Fārenheita skala tiek izmantota daudzās Angļu valodā runājošās valstis, lai gan tas pamazām piekāpjas Celsija skalai. Papildus termometru izgatavošanai Fārenheits bija iesaistīts barometru un higrometru uzlabošanā. Viņš arī pētīja šķidruma viršanas temperatūras izmaiņu atkarību no atmosfēras spiediena un sāls satura tajā, atklāja ūdens pārdzesēšanas fenomenu un sastādīja tabulas īpatnējais svars tālr. Fārenheits nomira Hāgā 1736. gada 16. septembrī.

Anglijā un īpaši ASV izmanto Fārenheita skalu. Nulle grādi pēc Celsija ir 32 grādi pēc Fārenheita, un grāds pēc Fārenheita ir 5/9 grādi pēc Celsija.

Pašlaik tiek pieņemta šāda definīcija Fārenheita skala: šī ir temperatūras skala, kuras 1 grāds (1) ir vienāds ar 1/180 no starpības starp ūdens viršanas temperatūru un ledus kušanas temperatūru atmosfēras spiedienā, un ledus kušanas temperatūrai ir F Fārenheita temperatūra ir saistīta ar temperatūru pēc Celsija () ar attiecību. Ierosināja G. Fārenheits 1724. gadā.

Reaumur skala

Renē Reamurs. Renē Antuāns de Reumūrs dzimis 28

1683. gada februārī Larošelā, franču dabaszinātnieks, Sanktpēterburgas Zinātņu akadēmijas ārzemju goda loceklis (1737). Nodarbojas ar kukaiņu koloniju reģenerāciju, fizioloģiju, bioloģiju. Viņš ierosināja viņa vārdā nosauktu temperatūras skalu. Viņš uzlaboja dažas tērauda sagatavošanas metodes, viņš bija viens no pirmajiem, kurš mēģināja zinātniski pamatot dažus liešanas procesus, un uzrakstīja darbu "Māksla pārvērst dzelzi tēraudā". Viņš nonāca pie vērtīga secinājuma: dzelzs, tērauds, čuguns atšķiras dažu piemaisījumu daudzumā. Pievienojot šo piemaisījumu dzelzs, karburizējot vai leģējot ar čugunu, Reaumur ieguva tēraudu. 1814. gadā K. Kārtens pierādīja, ka šis piemaisījums ir ogleklis.

Reaumurs sniedza metodi matēta stikla pagatavošanai.

Mūsdienās atmiņa viņa vārdu saista tikai ar gara izgudrojumu

izmantota temperatūras skala. Faktiski Renē Antuāns Feršants de Reumūrs, kurš dzīvoja 1683.–1757. gadā, galvenokārt Parīzē, bija viens no šiem zinātniekiem. daudzpusība kuras mūsu laikā - šauras specializācijas laikā - ir grūti iedomāties. Reamurs vienlaikus bija tehniķis, fiziķis un dabaszinātnieks. Ārpus Francijas viņš ieguva lielu slavu kā entomologs. IN pēdējos gados Savas dzīves laikā Reamurs nonācis pie domas, ka noslēpumainā pārveidojošā spēka meklējumi ir jāveic tajās vietās, kur tā izpausme ir visredzamākā – pārtikas transformācijas laikā organismā, t.i. pēc tās asimilācijas. Viņš nomira 1757. gada 17. oktobrī Bermovdiere pilī netālu no Sentžuljenas du Terrū (Mayenne).

1730. gadā ierosināja R. A. Reamurs, kurš aprakstīja viņa izgudroto spirta termometru.

Mērvienība ir Reaumur grāds (), kas vienāds ar 1/80 no temperatūras intervāla starp atskaites punktiem - ledus kušanas temperatūru () un verdošu ūdeni ()

Pašlaik mērogs ir izkritis no lietošanas, tas visilgāk izdzīvojis autora dzimtenē.

Temperatūras skalu salīdzinājums

Apraksts	Kelvins	Celsija	Fārenheita	Ņūtons	Reaumur
Absolūtā nulle	0	-273.15	-459.67	-90.14	-218.52
Fārenheita maisījuma kušanas temperatūra (sāls un ledus vienādos daudzumos)	255.37	-17.78	0	-5.87	-14.22
Ūdens sasalšanas punkts (normālos apstākļos)	273.15	0	32	0	0
Vidējā cilvēka ķermeņa temperatūra	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Ūdens viršanas temperatūra (normālos apstākļos)	373.15	100	212	33	80
Saules virsmas temperatūra	5800	5526	9980	1823	4421

Temperatūras skalas, temperatūras salīdzināmu skaitlisko vērtību sistēmas. Temperatūra nav tieši izmērāms lielums; tā vērtību nosaka jebkuras fizikālās īpašības mērīšanai ērtas termometriskas vielas temperatūras izmaiņas. Izvēloties termometrisko vielu un īpašību, ir jāiestata sākotnējais atskaites punkts un temperatūras vienības izmērs - grādi. Tādējādi tiek noteiktas empīriskās temperatūras skalas (turpmāk tekstā T.s.). T. sh. Parasti tiek reģistrētas divas galvenās temperatūras, kas atbilst vienkomponentu sistēmu fāzes līdzsvara punktiem (tā sauktajiem atskaites jeb nemainīgajiem punktiem), attālumu starp kuriem sauc par skalas galveno temperatūras intervālu. Tiek izmantoti šādi atskaites punkti: ūdens trīskāršais punkts, ūdens, ūdeņraža un skābekļa viršanas punkts, sudraba, zelta sacietēšanas punkts utt. Vienības intervāla (temperatūras vienības) lielums ir iestatīts kā noteikta daļa no galvenais intervāls. Par skaitīšanas sākumu T. sh. ņem vienu no atskaites punktiem. Tādā veidā jūs varat noteikt empīrisko (nosacījumu) T. sh. jebkurai termometriskai īpašībai. Ja pieņemam, ka attiecība starp un temperatūru ir lineāra, tad temperatūra , kur , un ir rekvizīta skaitliskās vērtības temperatūrā , galvenā intervāla sākuma un beigu punktos, - grādu lielums, - galvenā intervāla iedalījumu skaits.

Piemēram, skalā pēc Celsija par sākumpunktu tiek ņemta ūdens sacietēšanas (ledus kušanas) temperatūra, kas ir sadalīts 100 vienādās daļās ().

T. sh. tādējādi ir secīgu temperatūras vērtību sistēma, kas ir lineāri saistīta ar izmērītā fiziskā daudzuma vērtībām (šim lielumam jābūt nepārprotamam un monotoniska funkcija temperatūra). Kopumā T. sh. var atšķirties pēc termometriskajām īpašībām (tā var būt ķermeņu termiskā izplešanās, izmaiņas elektriskā pretestība vadītāji ar temperatūru utt.), pēc termometriskās vielas (gāze, šķidrums, ciets), kā arī ir atkarīgi no atskaites punktiem. Vienkāršākajā gadījumā T. sh. atšķiras skaitliskajās vērtībās, kas pieņemtas tiem pašiem atskaites punktiem. Tātad pēc Celsija (), Reaumur () un Fārenheita () skalas ledus un verdoša ūdens kušanas temperatūra ir plkst. normāls spiediens attiecināts uz dažādas nozīmes temperatūra. Saistība temperatūras pārveidošanai no vienas skalas citā:

Tiešs pārrēķins T. sh., kas atšķiras no bāzes temperatūrām, bez papildu eksperimentālajiem datiem nav iespējams. T. sh., kas atšķiras pēc termometriskās īpašības vai vielas, ievērojami atšķiras. Ir iespējams neierobežots skaits empīrisku termometru, kas nesakrīt viens ar otru, jo visas termometriskās īpašības ir nelineāri saistītas ar temperatūru un nelinearitātes pakāpe ir atšķirīga dažādas īpašības un reālo temperatūru, ko mēra pēc empīriskā termometra, sauc par konvencionālo ("dzīvsudraba", "platīna" temperatūra utt.), tās mērvienība ir nosacītā grāds. Starp empīriskām T. sh. īpaša vieta aizņem gāzes skalas, kurās gāzes kalpo kā termometriskas vielas ("slāpekļa", "ūdeņraža", "hēlija" termometrs). Šie T. sh. mazāk nekā citi ir atkarīgi no izmantotās gāzes un var tikt (ieviešot korekcijas) teorētiskajā gāzē T. sh. Avogadro, der ideālai gāzei. Absolūtā empīriskā T. sh. Viņi sauc skalu, kuras absolūtā nulle atbilst temperatūrai, kurā fizikālās īpašības skaitliskā vērtība (piemēram, Avogadro gāzes teorijā temperatūras absolūtā nulle atbilst ideālās gāzes nulles spiedienam). temperatūras (pēc empīriskā T. sh.) un (pēc absolūtā empīriskā T. sh.) ir saistītas ar attiecību , kur ir empīriskā T. sh. absolūtā nulle. (absolūtās nulles ieviešana ir ekstrapolācija un nenozīmē tās ieviešanu).

Empīriskās T. sh. fundamentālais trūkums. - to atkarība no termometriskās vielas - nav termodinamiskajā termodinamikā, pamatojoties uz otro termodinamikas likumu. Nosakot absolūto termodinamisko temperatūru. (Kelvina skala) nāk no Kārno cikla. Ja Kārno ciklā ķermenis, kas pabeidz ciklu, absorbē siltumu temperatūrā un atbrīvo siltumu temperatūrā, tad attiecība nav atkarīga no darba šķidruma īpašībām un ļauj noteikt absolūto temperatūru, izmantojot mērījumiem pieejamos daudzumus. Sākotnēji šīs skalas galvenais intervāls tika noteikts pēc ledus kušanas temperatūras un ūdens viršanas temperatūras atmosfēras spiedienā, mērvienība absolūtā temperatūra atbilda daļai no galvenā intervāla, par sākumpunktu tika ņemts ledus kušanas punkts. 1954. gadā X ģenerālkonferencē par svaru un mēriem tika izveidota termodinamiskā T. sh. ar vienu atskaites punktu - ūdens trīskāršais punkts, kura temperatūra tiek ņemta par 273,16 K (tieši), kas atbilst . temperatūra absolūtā termodinamiskā T. sh. mēra kelvinos (K). Termodinamisko temperatūras skalu, kurā temperatūra tiek noteikta ledus kušanas temperatūrai, sauc par grādiem pēc Celsija. Attiecības starp temperatūru, kas izteikta Celsija skalā, un absolūto termodinamisko T. skalu:

tāpēc vienību lielums šajās skalās ir vienāds. ASV un dažās citās valstīs, kur pieņemts temperatūru mērīt pēc Fārenheita skalas, absolūtā T. sh. Rankins. Attiecība starp kelvinu un Rankine grādu: pēc Rankina skalas ledus kušanas temperatūra atbilst , ūdens viršanas temperatūra .

Jebkurš empīrisks T. sh. tiek reducēts uz termodinamisko T. sh. korekciju ieviešana, ņemot vērā termometriskās īpašības un termodinamiskās temperatūras attiecības raksturu. Termodinamiskā T. sh. tiek veikta nevis tieši (veicot Karno ciklu ar termometrisku vielu), bet ar citu ar termodinamisko temperatūru saistītu procesu palīdzību. Plašā temperatūras diapazonā (aptuveni no hēlija viršanas temperatūras līdz zelta sacietēšanas temperatūrai) termodinamiskā T. sh. sakrīt ar T. sh. Avogadro, tāpēc termodinamisko temperatūru nosaka gāzes temperatūra, ko mēra ar gāzes termometru. Ar vairāk zemas temperatūras ah termodinamiskais T. sh. tiek veikta saskaņā ar paramagnētisko materiālu magnētiskās jutības atkarību no temperatūras, pie lielākām vērtībām skala tika vairākas reizes pārdefinēta (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): mainījās atsauces temperatūras un interpolācijas metodes, bet princips palika nemainīgs - skalas pamatā ir tīru fāzu pāreju vielu kopums ar noteiktām termodinamisko temperatūru vērtībām un šajos punktos kalibrēti interpolācijas instrumenti. Pašlaik ir spēkā ITS-90 skala. Galvenais dokuments (Noteikumi par skalu) nosaka Kelvina definīciju, fāzu pārejas temperatūru (atskaites punktu) vērtības un interpolācijas metodes.

Ikdienā lietojamās temperatūras skalas - gan Celsija, gan Fārenheita skalas (tiek izmantotas galvenokārt ASV) - nav absolūtas un tāpēc ir neērtas, veicot eksperimentus apstākļos, kad temperatūra nokrītas zem ūdens sasalšanas punkta, tāpēc temperatūra ir jāizsaka. negatīvs skaitlis. Šādos gadījumos tika ieviestas absolūtās temperatūras skalas.

Viens no tiem tiek saukts par Rankine skalu, bet otrs ir absolūtā termodinamiskā skala (Kelvina skala); to temperatūru mēra attiecīgi Rankīna () un kelvinos (K) grādos. Abas skalas sākas pie absolūtās nulles temperatūras. Viņi atšķiras ar šo Kelvinu vienāds ar grādu Celsija, un Rankine grāds ir Fārenheita grāds. Ūdens sasalšanas punkts standarta atmosfēras spiedienā atbilst , , .

Kelvina skala ir piesaistīta ūdens trīskāršajam punktam (273,16 K), un no tā ir atkarīga Bolcmana konstante. Tas rada problēmas ar mērījumu interpretācijas precizitāti augsta temperatūra. BIPM tagad apsver iespēju pāriet uz jaunu Kelvina definīciju un noteikt Boltzmann konstanti, nevis atsauci uz trīskāršā punkta temperatūru.

Īss kopsavilkums: students iepazinās ar skalu klasifikāciju un to apjomu.

Treniņu komplekts

Jautājumi:

1. Kad un kas ierosināja mūsdienu skalu klasifikāciju?
2. Definējiet vārdu SKALA.
3. Uzskaitiet visus jums zināmos svaru veidus un izskaidrojiet to atšķirības?
4. Kāpēc psihometrijā tiek izmantoti svari?
5. Kādus svarus visvairāk izmanto Anglijā un Amerikā?
6. Kuras no iepriekš minētajām svariem parādījās pirmais?
7. Kura valsts visilgāk izmantojusi Reaumura skalu?
8. Kā temperatūru mēra absolūtās termodinamiskās temperatūras skalā?
9. Sniedziet absolūtās temperatūras skalu piemērus.
10. Kāda ir attiecības starp Kelvinu un Rankine grādu?

Vingrinājumi

1. Uzzīmējiet diagrammu, kurā parādīts mūsdienu klasifikācija svari Vai varat izveidot skalas atbilstoši hierarhijai?
2. Nosakiet temperatūras vērtību dažādās temperatūras skalās (Fārenheita, Kelvina)

Siltumenerģijas daudzumu mērīšana

Viens no svarīgākajiem siltumenerģijas lielumiem ir temperatūra. Temperatūra ir fizikāls lielums, kas raksturo ķermeņa uzsilšanas pakāpi vai tā siltumenerģijas potenciālu. Gandrīz viss tehnoloģiskie procesi un dažādas vielas īpašības ir atkarīgas no temperatūras.

Atšķirībā no tādiem fizikāliem lielumiem kā masa, garums utt., temperatūra nav ekstensīvs (parametrisks), bet gan intensīvs (aktīvs) lielums. Ja viendabīgu ķermeni sadala uz pusēm, tad tā masu arī sadala uz pusēm. Temperatūrai, būdams intensīvs lielums, nepiemīt šī aditivitātes īpašība, t.i. Sistēmai, kas atrodas termiskā līdzsvarā, katrai sistēmas daļai ir vienāda temperatūra. Tāpēc nav iespējams izveidot temperatūras standartu, tāpat kā tiek izveidoti ekstensīvu daudzumu standarti.

Temperatūru var izmērīt tikai netieši, pamatojoties uz to atkarību no temperatūras fizikālās īpašībasķermeņus, kurus var tieši izmērīt. Šīs ķermeņu īpašības sauc par termometriskām. Tie ietver garumu, blīvumu, tilpumu, termoelektrisko jaudu, elektrisko pretestību utt. Vielas, kurām raksturīgas termometriskās īpašības, sauc termometriskais. Temperatūras mērīšanas instrumentu sauc par termometru. Lai izveidotu termometru, jums ir jābūt temperatūras skalai.

Temperatūras skala ir specifiska funkcionāla skaitliska sakarība starp temperatūru un izmērītās termometriskās īpašības vērtībām.Šajā sakarā šķiet iespējams izveidot temperatūras skalas, pamatojoties uz jebkuru termometrisko īpašību izvēli. Tajā pašā laikā nav vispārējas termometriskas īpašības, kas būtu lineāri saistīta ar temperatūras izmaiņām un nebūtu atkarīga no citiem faktoriem plašā temperatūras mērījumu diapazonā.

Pirmās temperatūras skalas parādījās 18. gadsimtā. To konstruēšanai tika izvēlēti divi atskaites punkti t 1 un t 2, kas atspoguļo tīru vielu fāzes līdzsvara temperatūras. Temperatūras starpību t 2 - t 1 sauc galvenais temperatūras diapazons. Vācu fiziķis Gabriels Daniels Fārenheits (1715), zviedru fiziķis Anderss Celsijs (1742) un franču fiziķis Renē Antuāns Reumūrs (1776), konstruējot svarus, balstījās uz pieņēmumu par lineāru sakarību starp temperatūru. t un termometriskā īpašība, kas tika izmantota kā šķidruma tilpuma paplašināšana V, t.i.

t = a + bV, (1)

Kur A Un b– nemainīgie koeficienti.

Aizvietojot šajā vienādojumā V = V 1 pie t = t 1 un V = V 2 pie t = t 2, pēc transformācijas iegūstam temperatūras skalas vienādojumu:

Fārenheita, Reaumura un Celsija skalās ledus kušanas temperatūra t 1 atbilda +32 0, 0 0 un 0 0, bet ūdens viršanas temperatūra t 2 - 212 0, 80 0 un 100 0. Galvenais intervāls t 2 - t 1 šajās skalās ir sadalīts attiecīgi N = 180, 80 un 100 vienādās daļās, un katra intervāla 1/N daļu sauc par Fārenheita grādu - t 0 F, Reaumur grādu t 0 R un Celsija grādu t 0 C Tādējādi skalām, kas konstruētas pēc šī principa, grāds nav mērvienība, bet attēlo vienības intervālu - skalas skalu.

Lai pārveidotu temperatūru no vienas skalas citā, izmantojiet šādu attiecību:

(3)

Vēlāk tika konstatēts, ka termometru rādījumi ar dažādām termometriskām vielām (dzīvsudrabs, spirts u.c.), izmantojot vienādu termometrisko īpašību un vienotu grādu skalu, sakrīt tikai atskaites punktos, bet citos punktos rādījumi atšķiras. Pēdējais ir īpaši pamanāms, mērot temperatūru, kuras vērtības atrodas tālu no galvenā intervāla.

Šis apstāklis ​​ir izskaidrojams ar to, ka sakarība starp temperatūru un termometrisko īpašību faktiski ir nelineāra un šī nelinearitāte dažādām termometriskām vielām ir atšķirīga. Jo īpaši nelinearitāte starp temperatūru un šķidruma tilpuma izmaiņām ir izskaidrojama ar to, ka paša šķidruma tilpuma izplešanās temperatūras koeficients mainās atkarībā no temperatūras, un šīs izmaiņas ir atšķirīgas dažādiem pilienu šķidrumiem.

Pamatojoties uz aprakstīto principu, jūs varat izveidot jebkādu skaitu svaru, kas būtiski atšķiras viens no otra. Šādas skalas sauc par konvencionālajām, un šo skalu skalas sauc par konvencionālajām pakāpēm.

No vielu termometriskajām īpašībām neatkarīgas temperatūras skalas izveidošanas problēmu 1848. gadā atrisināja Kelvins, un viņa piedāvāto skalu sauca par termodinamisko. Atšķirībā no parastajām temperatūras skalām, termodinamiskā temperatūras skala ir absolūts.

Termodinamiskā temperatūras skala pamatojoties uz termodinamikas otrā likuma izmantošanu. Saskaņā ar šo likumu koeficients noderīga darbība Siltumdzinēja h, kas darbojas apgrieztā Kārno ciklā, nosaka tikai sildītāja T n un ledusskapja temperatūra T x, un tas nav atkarīgs no darba vielas īpašībām:

(4)

kur Q n un Q x ir attiecīgi siltuma daudzums, ko darba viela saņem no sildītāja un nodod ledusskapim.

Kelvins ierosināja izmantot vienādību, lai noteiktu temperatūru

Tāpēc, izmantojot vienu objektu kā sildītāju un otru kā ledusskapi un starp tiem veicot Karno ciklu, ir iespējams noteikt objektu temperatūras attiecību, izmērot siltuma attiecību, kas tiek ņemta no viena objekta un nodota otram. Iegūtā temperatūras skala nav atkarīga no darba vielas īpašībām un tiek saukta par absolūtās temperatūras skalu. Lai absolūtajai temperatūrai būtu noteikta vērtība, tika piedāvāts ņemt termodinamisko temperatūru starpību starp ūdens viršanas punktiem T kv un ledus kušanas punktiem T tl, kas vienāda ar 100 0. Šādas atšķirības pieņemšanas mērķis bija saglabāt termodinamiskās temperatūras skalas skaitliskās vērtības nepārtrauktību no Celsija Celsija temperatūras skalas. T.O., apzīmējot siltuma daudzumu, kas saņemts no sildītāja (verdošs ūdens) un nodots ledusskapī (kušanas ledus), attiecīgi caur Q kv un Q tl, un ņemot T kv – T tl = 100, iegūstam:

Un (6)

Jebkurai sildītāja temperatūrai T ar nemainīgu ledusskapja vērtību T tl un siltuma daudzumu Q t, ko tam dod Carnot mašīnas darba viela, mums būs:

(7)

Vienādojums (6) ir vienādojums grādu termodinamiskā temperatūras skala un parāda, ka temperatūras vērtība T šajā skalā ir lineāri saistīta ar siltuma daudzumu Q, ko saņem siltumdzinēja darba viela, kad tas veic Kārno ciklu, un līdz ar to nav atkarīga no termodinamikas īpašībām. viela. Par vienu termodinamiskās temperatūras grādu uzskata starpību starp ķermeņa temperatūru un ledus kušanas temperatūru, pie kuras apgrieztajā Kārno ciklā veiktais darbs ir vienāds ar 1/100 no Karno ciklā veiktā darba starp viršanas temperatūru ūdens un ledus kušanas temperatūra (ar nosacījumu, ka abos ciklos ledusskapim atdotā siltuma daudzums ir vienāds).

No efektivitātes definīcijas no tā izriet, ka pie maksimālās vērtības h=1 T x jābūt vienādam ar nulli. Šo zemāko temperatūru Kelvins sauca par absolūto nulli. Temperatūra termodinamiskajā skalā ir apzīmēta ar “K”.

Termodinamiskajai temperatūras skalai, kuras pamatā ir divi atskaites punkti, mērījumu precizitāte ir nepietiekama. Gandrīz grūti reproducēt temperatūru norādītos punktus, jo tie ir atkarīgi no spiediena, kā arī no sāls satura ūdenī. Tāpēc Kelvins un Mendeļejevs izteica ideju par iespējamību izveidot termodinamisko temperatūras skalu, pamatojoties uz vienu atskaites punktu.

Termometrijas padomdevēja komiteja Starptautiskā komiteja Svari un mēri 1954. gadā pieņēma ieteikumu pāriet uz termodinamiskās skalas definīciju, izmantojot vienu atskaites punktu - ūdens trīskāršo punktu (ūdens līdzsvara punkts cietā, šķidrā un gāzveida fāzē), kas ir viegli atveidojams īpašos traukos. ar kļūdu ne vairāk kā 0,0001 K Par šī punkta temperatūru pieņem 273,16 K, t.i. par 0,01 K augstāka par ledus kušanas temperatūru. Šis skaitlis izvēlēts tā, lai temperatūras vērtības jaunajā skalā praktiski neatšķirtos no vecās Celsija skalas ar diviem atskaites punktiem. Otrais atskaites punkts ir absolūtā nulle, kas praktiski netiek realizēta, bet tai ir stingri fiksēta pozīcija.

1967. gadā XIII Ģenerālā asambleja par svariem un mēriem precizēja termodinamiskās temperatūras mērvienības definīciju šādā redakcijā: “ Kelvins– 1/273,16 daļa no ūdens trīskāršā punkta termodinamiskās temperatūras. Termodinamisko temperatūru var izteikt arī Celsija grādos:

t = T– 273,15 K (8)

Temperatūra tiek saukta arī fiziskais daudzums, kas raksturo ķermeņa sildīšanas pakāpi, taču ar to nepietiek, lai saprastu temperatūras jēdziena nozīmi un nozīmi. Šajā frāzē ir tikai viena termina aizstāšana ar citu, nevis saprotamāku. Parasti fiziskie jēdzieni ir saistīti ar dažiem pamatlikumiem un iegūst nozīmi tikai saistībā ar šiem likumiem. Temperatūras jēdziens ir saistīts ar jēdzienu termiskais līdzsvars un tāpēc ar makroskopiskās neatgriezeniskuma likumu.

Temperatūras maiņa

Termodinamiskā līdzsvara stāvoklī visiem ķermeņiem, kas veido sistēmu, ir vienāda temperatūra. Temperatūru var izmērīt tikai netieši, pamatojoties uz tādu ķermeņu fizikālo īpašību atkarību no temperatūras, kuras var izmērīt tieši. Šim nolūkam izmantotās vielas (ķermeņus) sauc par termometriskām.

Ļaujiet diviem termiski izolētiem korpusiem nonākt termiskā saskarē. Enerģijas plūsma skries no viena ķermeņa uz otru, un notiks siltuma pārneses process. Tiek uzskatīts, ka ķermenim, kas izdala siltumu, ir augsta temperatūra nekā ķermenis, pret kuru steidzās siltuma plūsma. Protams, pēc kāda laika enerģijas plūsma apstājas un iestājas termiskais līdzsvars. Tiek pieņemts, ka ķermeņa temperatūra izlīdzinās un nostājas kaut kur intervālā starp sākotnējām temperatūras vērtībām. Tātad, izrādās, ka temperatūra ir noteikts termiskā līdzsvara marķieris. Izrādās, ka jebkura vērtība t, kas atbilst prasībām:

1. $t_1>t_2$, ja siltuma plūsma iet no pirmā korpusa uz otro;
2. $t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, var uzskatīt par temperatūru, kad ir izveidots termiskais līdzsvars.

Tiek pieņemts, ka ķermeņu termiskais līdzsvars pakļaujas tranzitivitātes likumam: ja divi ķermeņi atrodas līdzsvarā ar trešo, tad tie atrodas termiskā līdzsvarā viens ar otru.

Iepriekš minētās temperatūras definīcijas vissvarīgākā iezīme ir tās neskaidrība. Mēs varam izvēlēties daudzumus, kas atbilst prasībām dažādos veidos (kas atspoguļosies temperatūras mērīšanas veidos) un galu galā ar atšķirīgām temperatūras skalām. Temperatūras skalas ir veids, kā sadalīt temperatūras intervālus daļās.

Sniegsim piemērus. Kā zināms, temperatūras mērīšanas ierīce ir termometrs. Apskatīsim divu veidu dažādu ierīču termometrus. Vienā no ķermeņa temperatūras lomu spēlē dzīvsudraba kolonnas garums termometra kapilārā gadījumā, ja termometrs atrodas termiskā līdzsvarā ar ķermeni, kura temperatūru mēs mērām. Dzīvsudraba kolonnas garums atbilst 1. un 2. nosacījumiem, kas norādīti iepriekš un attiecas uz temperatūru.

Ir vēl viens temperatūras mērīšanas veids: izmantojot termopāri. Tiek saukts termopāris elektriskā ķēde ar galvanometru un diviem atšķirīgu metālu savienojumiem (1. att.). Vienu savienojumu ievieto vidē ar noteiktu temperatūru, piemēram, kūstošu ledu, otru - vidē, kuras temperatūra ir jānosaka. Šajā gadījumā temperatūras indikators tiek uzskatīts par termopāra emf. Šīs divas temperatūras mērīšanas metodes nedos tādus pašus rezultātus. Un, lai pārietu no vienas temperatūras uz otru, ir nepieciešams izveidot kalibrēšanas līkni, kas nosaka termopāra emf atkarību no dzīvsudraba kolonnas garuma. Tad dzīvsudraba termometra vienmērīgā skala tiek pārveidota par nevienmērīgu termopāra skalu (vai otrādi). Dzīvsudraba termometra un termopāra vienotās skalas veido divas pilnīgi atšķirīgas temperatūras skalas, uz kurām ķermenim būs vienāds stāvoklis. dažādas temperatūras. Jūs varat ņemt viena un tā paša dizaina termometrus, bet ar dažādiem “termiskajiem ķermeņiem” (piemēram, dzīvsudrabu un spirtu). Arī to temperatūras skalas nesakritīs. Dzīvsudraba kolonnas garuma un spirta kolonnas garuma grafiks nebūs lineārs.

No tā izriet, ka temperatūras jēdziens, kas balstīts uz termiskā līdzsvara likumiem, nav unikāls. Šo temperatūru sauc par empīrisku, tā ir atkarīga no temperatūras mērīšanas metodes. Empīriskās temperatūras skalas nulle vienmēr tiek iestatīta patvaļīgi. Saskaņā ar empīriskās temperatūras definīciju tikai temperatūras starpībai, tas ir, tās izmaiņām, ir fiziska nozīme. Jebkura empīriskā temperatūras skala tiek samazināta līdz termodinamiskajai temperatūras skalai, ieviešot korekcijas, kas ņem vērā termometriskās īpašības un termodinamiskās temperatūras attiecības raksturu.

Temperatūras skalas

Lai izveidotu temperatūras skalu, diviem fiksētiem atskaites punktiem tiek piešķirtas skaitliskās temperatūras vērtības. Pēc tam sadaliet temperatūras starpību starp atskaites punktiem nejauši izvēlētās daļās, iegūstot temperatūras mērvienību. Ķīmiski tīru vielu pārejas temperatūras no vienas agregācijas stāvoklis uz citu, piemēram, ledus kušanas temperatūru $t_0$ un ūdens viršanas temperatūru $t_k$ normālā atmosfēras spiedienā ($\apmēram 10^5Pa).$ Daudzumiem $t_0\ un\ t_k$ ir dažādas nozīmes:

• pēc Celsija skalas (centigrādu skala): ūdens viršanas temperatūra $t_k=100^0C$, ledus kušanas temperatūra $t_0=0^0C$. Celsija skala ir skala, kurā ūdens trīskāršā punkta temperatūra ir 0,010 C pie spiediena 0,06 atm. (Ūdens trīskāršais punkts ir noteikta temperatūra un spiediens, pie kura ūdens, tā tvaiks un ledus var vienlaikus pastāvēt līdzsvarā.);
• pēc Fārenheita skalas ūdens viršanas temperatūra $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- ledus kušanas temperatūra;

Attiecība starp temperatūru, kas izteikta pēc Celsija un Fārenheita grādiem, ir:

\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ vai\ t^0F=1,8t^0C+32\ \left(1\right);\ ]

Nulle šajā skalā nosaka ūdens, sāls un amonjaka maisījuma sasalšanas temperatūra attiecībā 1:1:1.

• pēc Kelvina skalas: temperatūru mēra no absolūtās nulles (t=-273,50C) un sauc par termodinamisko jeb absolūto temperatūru. T=0K ir stāvoklis, kas atbilst pilnīga prombūtne termiskās svārstības. Ūdens viršanas temperatūra šajā skalā ir $t_k=373K$, ledus kušanas temperatūra ir $t_0=273K$. Attiecība starp Kelvina temperatūru un Celsija temperatūru:
\
• pēc Reaumura skalas ūdens viršanas temperatūra $t_k=80^0R$, ledus kušanas temperatūra $t_0=0^0R.$ Skala praktiski izkritusi no lietošanas. Attiecība starp temperatūru, kas izteikta Celsija grādos un Reaumur grādos:
\

Reaumura termometrā izmantots spirts.

• pēc Rankine skalas ūdens viršanas temperatūra ir $t_k=671.67^(0\ )Ra$, ledus kušanas temperatūra $t_0=(491.67)^0Ra.$ Skala sākas no absolūtās nulles. Gādu skaits starp ūdens sasalšanas un viršanas temperatūru pēc Fārenheita un Rankine skalas ir vienāds un vienāds ar 180.

Attiecība starp kelvinu un Rankīna grādu: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, Fārenheita grādi pārvērš Rankīna grādos, izmantojot formulu:

\[^0Ra=^0F+459,67\left(4\right);\]

Tehnoloģijās un ikdienas dzīvē temperatūras tiek izmantotas pēc Celsija skalas. Šīs skalas mērvienību sauc par Celsija grādu ($^0С).\ $ Fizikā viņi izmanto termodinamisko temperatūru, kas ir ne tikai ērtāka, bet tai ir arī dziļa fizikāla nozīme, jo to nosaka vidējais kinētiskā enerģija molekulas. Termodinamiskās temperatūras mērvienība, kelvina grāds (līdz 1968. gadam) vai tagad vienkārši kelvins (K), ir viena no SI bāzes vienībām. Temperatūru T=0K sauc par absolūtās nulles temperatūru. Mūsdienu termometrijas pamatā ir ideālās gāzes skala, kur spiedienu izmanto kā termometrisko lielumu. Gāzes termometra skala ir absolūta (T=0, p=0). Risinot problēmas, visbiežāk būs jāizmanto šī temperatūras skala.

Temperatūras skalas

Temperatūras skala ir specifiska funkcionāla skaitliska sakarība starp temperatūru un izmērītās termometriskās īpašības vērtībām. Šajā sakarā šķiet iespējams izveidot temperatūras skalu, pamatojoties uz jebkuru termometrisko īpašību izvēli. Tajā pašā laikā nav nevienas termometriskās īpašības, kas lineāri mainītos

temperatūras izmaiņas un nav atkarīga no citiem faktoriem plašā temperatūras mērījumu diapazonā. Pirmie svari parādījās 18. gadsimtā. Lai tos izveidotu, tika izvēlēti divi atskaites punkti t 1 Un t 2, kas atspoguļo tīru vielu fāzes līdzsvara temperatūru. Temperatūras starpība t 1 – t 2 sauc par galveno temperatūras diapazonu.

Fārenheita (1715), Reaumur (1776) un Celsius (1742), veidojot skalas, balstījās uz pieņēmumu par lineāru sakarību starp temperatūru t un termometriskā īpašība, kas tika izmantota kā šķidruma tilpuma paplašināšana V(formula 14.27) /8/

t=a+bV,(14.27)

Kur A Un b- pastāvīgie koeficienti.

Aizstāšana vienādojumā (14.27) V=V 1 plkst t=t 1 Un V=V 2 plkst t=t 2, pēc transformācijām iegūstam temperatūras skalas vienādojumu (14.28) /8/

Pēc Fārenheita, Reaumura un Celsija skalas, ledus kušanas punkts t 1 atbilda +32, 0 un 0 °, un ūdens viršanas temperatūrai t 2 - 212, 80 un 100°. Galvenais intervāls t 2 – t 1šajās skalās tiek attiecīgi dalīts ar N= 180, 80 un 100 vienādās daļās, un 1/N daļa no katra intervāla tiek saukta par Fārenheita grādu - t° F, grāds Reaumur – t° R un grādi pēc Celsija - t °С. Tādējādi skalām, kas konstruētas pēc šī principa, pakāpe nav mērvienība, bet apzīmē vienības intervālu - skalas skalu.

Lai pārvērstu temperatūru no vienas norādītās skalas citā, izmantojiet sakarību (14.29)

t°С= 1,25° R=-(5/9)( - 32), (14.29)

Vēlāk tika konstatēts, ka termometru rādījumi ar dažādām termometriskām vielām (piemēram, dzīvsudrabs, spirts u.c.), izmantojot vienādu termometrisko īpašību un vienotu grādu skalu, sakrīt tikai atskaites punktos, bet citos punktos rādījumi atšķiras. Pēdējais ir īpaši pamanāms, mērot temperatūru, kuras vērtības atrodas tālu no galvenā intervāla.

Šis apstāklis ​​ir izskaidrojams ar to, ka sakarība starp temperatūru un termometrisko īpašību faktiski ir nelineāra un šī nelinearitāte dažādām termometriskām vielām ir atšķirīga. Konkrēti, aplūkotajā gadījumā nelinearitāte starp temperatūru un šķidruma tilpuma izmaiņām ir izskaidrojama ar to, ka paša šķidruma tilpuma izplešanās temperatūras koeficients mainās atkarībā no temperatūras, un šīs izmaiņas ir atšķirīgas dažādiem pilienu šķidrumiem.

Pamatojoties uz aprakstīto konstrukcijas principu, var iegūt jebkuru temperatūras skalu skaitu, kas būtiski atšķiras viena no otras. Šādas skalas sauc par konvencionālajām, un šo skalu skalas sauc par konvencionālajām pakāpēm. No vielu termometriskajām īpašībām neatkarīgas temperatūras skalas izveidošanas problēmu 1848. gadā atrisināja Kelvins, un viņa piedāvāto skalu sauca par termodinamisko. Atšķirībā no parastajām temperatūras skalām, termodinamiskā temperatūras skala ir absolūta.

Termodinamiskā temperatūras skala pamatojoties uz termodinamikas otrā likuma izmantošanu. Saskaņā ar šo likumu siltumdzinēja efektivitāti, kas darbojas atgriezeniskā Kārno ciklā, nosaka tikai sildītāja temperatūras. T N un ledusskapis T X un nav atkarīga no darba vielas īpašībām, līdz ar to efektivitāti aprēķina pēc formulas (14.30) /8/

(14.30)

Kur Q N Un Q X- attiecīgi siltuma daudzums, ko darba viela saņem no sildītāja un nodod ledusskapī.

Kelvins piedāvāja temperatūras noteikšanai izmantot vienādību (14.31) /8/

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

Tāpēc, izmantojot vienu objektu kā sildītāju un otru kā ledusskapi un starp tiem veicot Karno ciklu, ir iespējams noteikt objektu temperatūras attiecību, izmērot siltuma attiecību, kas tiek ņemta no viena objekta un nodota otram. Iegūtā temperatūras skala nav atkarīga no darba (termometriskās) vielas īpašībām un tiek saukta par absolūtās temperatūras skalu. Lai absolūtajai temperatūrai (ne tikai attiecībai) būtu noteikta vērtība, tika ierosināts ņemt termodinamisko temperatūru starpību starp ūdens viršanas punktiem. T HF un kūstošs ledus T TL vienāds ar 100°. Šādas starpības vērtības pieņemšanas mērķis bija saglabāt nepārtrauktību skaitliskā izteiksme termodinamiskā temperatūras skala no Celsija grādu temperatūras skalas. Tādējādi, apzīmējot no sildītāja saņemto (verdošs ūdens) un ledusskapim nodoto siltuma daudzumu (kausēšanas ledus), attiecīgi ar Q HF Un Q TL un pieņemšana T KV – T TL ==100, izmantojot (14.31), iegūstam vienādību (14.32) un (14.33)

(14.32)

(14.33)

Jebkurai temperatūrai T sildītājs pie nemainīgas temperatūras vērtības T TL ledusskapis un siltuma daudzums Q TL, ko tai dod Carnot mašīnas darba viela, mums būs vienādība (14.34) /8/

(14.34)

Izteiksme (14.34) ir vienādojums grādu termodinamiskā temperatūras skala un parāda, ka temperatūras vērtība Tšajā skalā ir lineāri saistīts ar siltuma daudzumu J, ko iegūst siltumdzinēja darba viela, kad tas veic Kārno ciklu, un līdz ar to nav atkarīgs no termometriskās vielas īpašībām. Par vienu termodinamiskās temperatūras grādu uzskata starpību starp ķermeņa temperatūru un ledus kušanas temperatūru, pie kuras atgriezeniskajā Kārno ciklā veiktais darbs ir vienāds ar 1/100 no Karno ciklā veiktā darba starp viršanas temperatūru ūdens un ledus kušanas temperatūra (ar nosacījumu, ka abos ciklos ledusskapim atdotā siltuma daudzums ir vienāds). No izteiksmes (14.30) izriet, ka pie maksimālās vērtības tai jābūt vienādai ar nulli T X. Šo zemāko temperatūru Kelvins sauca par absolūto nulli. Temperatūra termodinamiskajā skalā tiek apzīmēta ar T K. Ja izteiksmē, kas apraksta gāzes likums Gay-Lussac: (kur Ro - spiediens plkst t=0 °С; ir spiediena temperatūras koeficients), aizstājiet temperatūras vērtību, kas vienāda ar - , tad gāzes spiedienu P t kļūs vienāds ar nulli. Ir dabiski pieņemt, ka temperatūra, pie kuras tiek nodrošināts maksimālais minimālais gāzes spiediens, pati par sevi ir minimālā iespējamā, un tā tiek pieņemta kā nulle absolūtajā Kelvina skalā. Tāpēc absolūtā temperatūra ir.

No Boila-Mariota likuma ir zināms, ka gāzēm spiediena temperatūras koeficients a ir vienāds ar tilpuma izplešanās temperatūras koeficientu. Eksperimentāli tika konstatēts, ka visām gāzēm pie spiedieniem, kas tiecas uz nulli, temperatūras diapazonā 0-100 °C, tilpuma izplešanās temperatūras koeficients = 1/273,15.

Tādējādi nulles absolūtās temperatūras vērtība atbilst ° C. Ledus kušanas temperatūra absolūtā skalā būs Tas==273,15 K. Jebkuru temperatūru absolūtajā Kelvina skalā var definēt kā (Kur t temperatūra °C). Jāņem vērā, ka viens Kelvina grāds (1 K) atbilst vienam Celsija grādam (1 °C), jo abas skalas ir balstītas uz vieniem un tiem pašiem atskaites punktiem. Termodinamiskā temperatūras skala, kuras pamatā ir divi atskaites punkti (ledus kušanas temperatūra un ūdens viršanas temperatūra), bija nepietiekama mērījumu precizitāte. Šo punktu temperatūru reproducēt ir praktiski grūti, jo tās ir atkarīgas no spiediena izmaiņām, kā arī no nelieliem piemaisījumiem ūdenī. Kelvins un neatkarīgi no viņa D.I. Mendeļejevs izteica apsvērumus par to, vai ir ieteicams izveidot termodinamisko temperatūras skalu, pamatojoties uz vienu atskaites punktu. Starptautiskās svaru un mēru komitejas termometrijas padomdevēja komiteja 1954. gadā pieņēma ieteikumu pāriet uz termodinamiskās skalas definīciju, izmantojot vienu atskaites punktu - ūdens trīskāršo punktu (ūdens līdzsvara punkts cietā, šķidrā un gāzveida vielā fāzes), kas ir viegli atveidojama īpašos traukos ar kļūdu ne vairāk kā 0,0001 K. Par šī punkta temperatūru ņem 273,16 K, t.i. augstāka par ledus kušanas punkta temperatūru par 0,01 K. Šis skaitlis izvēlēts tā, lai temperatūras vērtības jaunajā skalā praktiski neatšķirtos no vecās Celsija skalas ar diviem atskaites punktiem. Otrais atskaites punkts ir absolūtā nulle, kas netiek realizēta eksperimentāli, bet ir stingri fiksēta pozīcija. 1967. gadā XIII ģenerālkonference par svaru un mēriem precizēja termodinamiskās temperatūras vienības definīciju šādi: "Kelvins-1/273.16 daļa no ūdens trīskāršā punkta termodinamiskās temperatūras." Termodinamisko temperatūru var izteikt arī Celsija grādos: t= T- 273,15 K. Liela teorētiskā un fundamentālā nozīme ir Kelvina piedāvātā otrā termodinamikas likuma izmantošanai, lai izveidotu temperatūras jēdzienu un izveidotu absolūtu termodinamisko temperatūras skalu neatkarīgi no termometriskās vielas īpašībām. Taču šīs skalas īstenošana, izmantojot siltuma dzinēju, kas darbojas ar atgriezenisku Karno ciklu kā termometru, ir praktiski neiespējama.

Termodinamiskā temperatūra ir līdzvērtīga gāzes termiskajai temperatūrai, ko izmanto vienādojumos, kas apraksta ideālās gāzes likumus. Gāzes-termālās temperatūras skala ir veidota uz gāzes termometra bāzes, kurā gāze tiek izmantota kā termometriska viela, tās īpašībām tuvojoties ideāla gāze. Tādējādi gāzes termometrs ir praktisks līdzeklis termodinamiskās temperatūras skalas reproducēšanai. Gāzes termometri ir trīs veidu: nemainīgs tilpums, nemainīgs spiediens un nemainīga temperatūra. Parasti izmanto konstanta tilpuma gāzes termometru (14.127. attēls), kurā gāzes temperatūras izmaiņas ir proporcionālas spiediena izmaiņām. Gāzes termometrs sastāv no cilindra 1 un savienojošā caurule 2, piepildīta caur vārstu 3 ūdeņradis, hēlijs vai slāpeklis (augstām temperatūrām). Savienojošā caurule 2 savienots ar klausuli 4 divu cauruļu manometrs, kam ir caurule 5 var pārvietot uz augšu vai uz leju, pateicoties elastīgajai savienojošajai šļūtenei 6. Mainoties temperatūrai, mainās ar gāzi piepildītās sistēmas tilpums un līdz sākotnējā vērtība tālrunis 5 pārvietojiet vertikāli līdz dzīvsudraba līmenim caurulē 4 nesakrīt ar asi X-X.Šajā gadījumā dzīvsudraba kolonna caurulē 5, mērot no līmeņa X-X, atbildīs gāzes spiedienam R cilindrā.

Attēls 14.127 – Gāzes termometra diagramma

Parasti mērītā temperatūra T nosaka attiecībā pret kādu atskaites punktu, piemēram, attiecībā pret ūdens trīskāršā punkta temperatūru T0, pie kura būs gāzes spiediens balonā Ro. Vēlamo temperatūru aprēķina, izmantojot formulu (14.35)

(14.35)

Diapazonā tiek izmantoti gāzes termometri ~ 2- 1300 K. Gāzes termometru kļūda ir robežās no 3-10-3 - 2-10-2 K atkarībā no izmērītās temperatūras. Tik augstas mērījumu precizitātes sasniegšana ir sarežģīts uzdevums, kurā jāņem vērā daudzi faktori: reālas gāzes īpašību novirzes no ideālās, piemaisījumu klātbūtne gāzē, gāzes sorbcija un desorbcija no balona sienām. , gāzes difūzija caur sienām, balona tilpuma izmaiņas no temperatūras, temperatūras sadalījums pa savienojošo cauruli.

Tā kā darbā ar gāzes termometriem bija liela darbietilpība, tika mēģināts atrast vairāk vienkāršas metodes termodinamiskās temperatūras skalas reproducēšana.

Pamatojoties uz dažādas valstis pētījumu VII ģenerālkonferencē par svaru un mēriem 1927. gadā tika nolemts aizstāt termodinamisko skalu "praktiskā" temperatūras skala un piezvani viņai starptautiskā temperatūras skala. Šī skala saskanēja ar grādu termodinamisko skalu tik precīzi, cik to ļāva zināšanu līmenis.

Lai izveidotu starptautisko temperatūras skalu, tika izvēlēti seši reproducējami atskaites punkti, kuru temperatūras vērtības termodinamiskajā skalā tika rūpīgi izmērītas dažādās valstīs, izmantojot gāzes termometrus, un tika pieņemti ticamākie rezultāti. Izmantojot atskaites punktus, atsauces instrumenti tiek kalibrēti, lai reproducētu starptautisko temperatūras skalu. Intervālos starp atskaites punktiem temperatūras vērtības tiek aprēķinātas, izmantojot piedāvātās interpolācijas formulas, kas nosaka saikni starp atsauces instrumentu rādījumiem un temperatūru starptautiskā mērogā. 1948., 1960. un 1968. gadā Noteikumos par starptautisko temperatūras skalu tika veikti vairāki precizējumi un papildinājumi, jo, pamatojoties uz uzlabotām mērīšanas metodēm, tika atklātas atšķirības starp šo skalu un termodinamisko skalu, īpaši augstas temperatūras zonā, kā arī nepieciešamības dēļ. lai paplašinātu temperatūras skalu līdz zemākai temperatūrai. Pašlaik ir spēkā uzlabota skala, kas pieņemta XIII svaru un mēru konferencē, ko sauc par "starptautisko praktisko temperatūras skalu 1968" (MPTP-68). Termins "praktisks" norāda, ka šī temperatūras skala parasti nav tāda pati kā termodinamiskā skala. MPTSH-68 temperatūra ir nodrošināta ar indeksu ( T 68 vai t 68).

MPTS-68 pamatā ir 11 galvenie atskaites punkti, kas parādīti 9. tabulā. Līdzās galvenajiem ir 27 sekundārie atskaites punkti, kas aptver temperatūras diapazonu no 13,956 līdz 3660 K (no -259,194 līdz 3387 °C). Skaitliskās vērtības 14.4. tabulā norādītās temperatūras atbilst termodinamiskajai skalai un tiek noteiktas, izmantojot gāzes termometrus.

Platīna pretestības termiskais pārveidotājs tiek izmantots kā atsauces termometrs temperatūras diapazonā no 13,81 līdz 903,89 K (630,74 °C - antimona sacietēšanas punkts - sekundārais atskaites punkts). Šis intervāls ir sadalīts piecos apakšintervālos, katram no kuriem ir definētas interpolācijas formulas polinomu veidā līdz ceturtajai pakāpei. Temperatūras diapazonā no 903,89 līdz 1337,58 K tiek izmantots atsauces platīna-platīna-rodija termoelektriskais termometrs. Interpolācijas formula, kas savieno termoelektromotīves spēku ar temperatūru, šeit ir otrās pakāpes polinoms.

Temperatūrā virs 1337,58 K (1064,43 °C) MPTS-68 tiek reproducēts, izmantojot kvazi-monohromatisku termometru, izmantojot Planka radiācijas likumu.

14.4. tabula. Galvenie atskaites punkti MPTSH-68

Pašlaik ir ieteicams izmantot starptautisko praktisko temperatūras skalu MPSHT-68. Temperatūras mērvienība ir Kelvins (K). Šajā skalā noteikto temperatūru sauc par termodinamisko T(Piemēram, T= 300 K).

Ir iespējams izmantot arī temperatūru t pēc Celsija skalas, ko nosaka izteiksme

t = T - 273,15. (2)

Šo temperatūru izsaka grādos pēc Celsija °C (piemēram, t = 20 °C). Kelvinam un Celsija grādiem ir vienāds lielums, un tie abi ir vienādi ar 1/100 no starpības starp ūdens viršanas un sasalšanas temperatūru atmosfēras spiedienā.

Kelvina un Celsija skalas atšķiras tikai ar atskaites punktu: nulle Kelvina skalā ir nobīdīta uz leju par 273,15 K, salīdzinot ar Celsija skalu. Temperatūra pēc Celsija skalas var būt negatīva t < 0 °С, тогда как термодинамическая температура всег­да положительнаT> 0. Termodinamiskajai temperatūrai tuvojoties nullei ( T > 0) ķermeņa iekšienē molekulas pakāpeniski palēnina savu vibrāciju kustību tuvu līdzsvara stāvoklim un kad T= 0 tas apstājas.

Temperatūras skalu savdabīgie “sargi” ir nemainīgas fāzes līdzsvara temperatūras starp divām vai trim vielas fāzēm: viršanas un sacietēšanas temperatūra, trīspunktu temperatūra. Šīs temperatūras vērtības sauc par atskaites punktiem. MPShT-68 galveno atskaites punktu vērtības ir norādītas tabulā. 1.

1. tabula. Galvenie atskaites punkti MPShT-68

Līdzsvara stāvoklis
Ūdeņraža trīskāršais punkts
Trīspunktu skābeklis
Skābekļa viršanas temperatūra
Ūdens sasalšanas punkts
Trīskāršs ūdens punkts
Ūdens viršanas temperatūra
Cinka sacietēšanas punkts
Sudraba sacietēšanas punkts
Zelta sacietēšanas punkts

Ārzemēs joprojām diezgan bieži izmanto Fārenheita temperatūras skalas ( t, °F) un Rankine (T, °R). Tos izsaka attiecīgi Celsija un Kelvina temperatūrā:

t°С = (t° F - 32)/1,8; (3)

T = T° R / 1,8 . (4)

4. Temperatūras mērīšanas metodes

Temperatūra ir ķermeni veidojošo molekulu kinētiskās enerģijas mērs. Ķermeni veidojošo molekulu kinētisko enerģiju nevar izmērīt. Tāpēc temperatūras mērīšanai tiek izmantotas netiešās metodes, kurās tiek izmantota dažu vielas īpašību atkarība no temperatūras un temperatūras izmaiņas tiek vērtētas pēc šo īpašību izmaiņām. Šādas īpašības ir vielas tilpums, piesātināta tvaika spiediens, elektriskā pretestība, termoelektromotīves spēks, termiskais starojums utt.

Stikla šķidruma termometri. Stikla šķidruma termometru darbības princips ir balstīts uz šķidrumu termisko izplešanos. Lai šķidruma tilpuma izmaiņas ar temperatūras izmaiņām būtu skaidri redzamas, parasti rezervuārā ievietotā šķidruma tilpumam blakus atrodas caurule ar plānu kanālu - kapilāru. Šķidruma brīvā virsma atrodas šajā kapilārā, kā rezultātā nelielas temperatūras izmaiņas šķidruma tilpumā izraisa lielu, skaidri novērojamu meniska brīvās virsmas kustību kapilārā. Zināmā temperatūrā t 1 Un t 2 tiek noteiktas divas meniska pozīcijas, pēc kurām attālums starp tiem tiek sadalīts vienādos segmentos, kuru skaits ir vienāds t 1 - t 2 . Termometrs tiek kalibrēts šādā veidā, un tikai pēc tam, kad šie sadalījumi ir atzīmēti uz skalas, to var izmantot mērījumiem.

Ar stikla termometriem var mērīt temperatūru diapazonā no -200 līdz +750 °C, bet parasti līdz temperatūrai, kas nepārsniedz 150-200 °C. To pildīšanai atkarībā no izmērītās temperatūras diapazona tiek izmantoti dažādi, parasti tonēti, šķidrumi: dzīvsudrabs, toluols, etilspirts u.c.

Šķidruma termometru trūkumi: salīdzinoši lieli izmēri, nepieciešamība vizuāli noteikt temperatūru un nespēja attēlot rādījumus elektriskā signāla veidā.

Pretestības termometri. Pretestības termometri izmanto īpašību mainīt metālu elektrisko pretestību, mainoties tā temperatūrai. Pretestības termometri tiek izmantoti, lai mērītu plašu temperatūru diapazonu. Platīna pretestības termometrs ir atsauces instruments temperatūras mērīšanai diapazonā no 13,81 līdz 903,89 K. Platīna pretestības termometra konstrukcija ir parādīta attēlā. 2. Platīna stieple ar diametru 0,05-0,10 mm, savīta spirālē, ir uzlikta uz helikoīda formas kvarca rāmja. Spirāles galos pielodēti no platīna stieples izgatavoti vadi. Visa ierīce ir ievietota aizsargājošā kvarca caurulē. Platīna termometra pretestību parasti mēra, izmantojot potenciometrisko metodi (shēmiskā diagramma parādīta 3. att.).

Rīsi. 2. Platīna pretestības termometrs: a - jutīgā daļa, b - termometra galva; 1 - aizsargājoša kvarca caurule; 2 - kvarca rāmis; 3 - spirāle no platīna stieples; 4 - platīna vadi; 5 - kontaktskrūves; 6 - izolācijas blīve

Pretestības termometros platīna vietā var izmantot citus metālus vai pusvadītāju materiālus. Galvenais pretestības termometru trūkums ir jutīgās daļas diezgan lielie izmēri.

Rīsi. 3. Platīna termometra pretestības mērīšanas shematiska diagramma:

1 - potenciometrs

Termoelektriskie termometri. Termoelektriskie termometri (termopāri) tiek plaši izmantoti gan laboratorijas praksē, gan rūpnieciskajā ražošanā. Tas ir saistīts ar to unikālajām īpašībām.

Termopāris ir divi atšķirīgi metāla vadītāji (dažādu metālu vadi), kas veido kopīgu elektrisko ķēdi. Ja vadu savienojumu (savienojumu) temperatūras t 1 Un t 2 nav vienādi, tad rodas termoEMF un caur ķēdi plūst elektriskā strāva. TermoEMF rašanās iemesls ir brīvo elektronu dažādais blīvums dažādos metālos vienā temperatūrā. Jo lielāka temperatūras starpība starp krustojumiem, jo ​​lielāka ir termoEMF. TermoEMF vērtību izmanto, lai spriestu par temperatūras starpību starp krustojumiem.

Termopāra elektrodi ir vadi ar diametru 0,1-3,2 mm. Tiek izmantoti šādi termopāri: platīns-rodijs-platīns (no 0 līdz 1300 °C), platīns-rodijs (no 300 līdz 1600 °C), volframa-rēnijs (no 0 līdz 2200 °C), hromelis-alumelis (no - 200 līdz 1000 °C), hroma-kopelis (no -50 līdz 600 °C), vara-kopelis (no -200 līdz 100 °C) un citi.

Mērot temperatūru, viens termopāra ķēdes savienojums, tā sauktais aukstais savienojums, atrodas 0 ° C temperatūrā (kušanas ledū Djūāra kolbā), bet otrs - karstais savienojums - atrodas vidē, kuras temperatūrai ir nepieciešams jāmēra. Speciāli šim gadījumam ir sastādītas ThermoEMF tabulas termopāriem. Ja kādu iemeslu dēļ aukstuma savienojumu nav iespējams novietot vidē ar temperatūru 0 °C un tas ir istabas temperatūrā (piemēram, 20 °C), tad šajā gadījumā iegūtais termoEMF atbilst temperatūrai. starpība starp karsto un auksto savienojumu un, nosakot temperatūru, ir nepieciešama pareiza aukstā savienojuma vieta. Lai to izdarītu, ir jāpievieno izmērītais termoEMF ar termoEMF, kas atbilst aukstā savienojuma temperatūrai (20 ° C), un no iegūtās vērtības nosaka temperatūru, izmantojot tabulas.

Saskaņā ar savienojuma shēmu izšķir termopāri ar vienu un diviem aukstuma savienojumiem.

4. att.

Termopāru veidi: 1 – karstais savienojums; 2 – aukstais krustojums

Termopāra diagramma ar vienu aukstu savienojumu ir parādīta attēlā. 4, a. Visa ķēde ir izgatavota no diviem atšķirīgiem vadītājiem. TermoEMF mērīšanai ķēdē ir iekļauts milivoltmetrs. Shēma ar diviem aukstiem savienojumiem ir parādīta attēlā. 4.6. Atšķirība starp šo ķēdi un pirmo ir tāda, ka termopāra ķēdē tiek ievadīti vara vadi. Vara vadi ir parādīti kā nepārtraukta līnija. Šo shēmu parasti izmanto praksē sakarā ar to, ka metrs

var atrasties ievērojamā attālumā no temperatūras mērīšanas vietas.

Būtiska termopāru un pretestības termometru priekšrocība ir tā, ka tie pārveido izmērītās temperatūras vērtības elektriskā signālā. Tas ļauj pārraidīt signālu lielos attālumos, kā arī izmantot to kā vadības signālu automātiskās regulēšanas un vadības sistēmās. Infrasarkanie termometri.

Infrasarkanais termometrs ļauj izmērīt virsmas temperatūru bezkontakta veidā un ievērojamā attālumā. Tas padara to īpaši ērtu gadījumos, kad citas temperatūras mērīšanas metodes nav piemērotas. Piemēram, ja nepieciešams izmērīt kustīga objekta, dzīvas virsmas vai grūti sasniedzamas virsmas temperatūru. Ierīce parasti ir izgatavota pistoles formā. Lāzera rādītāju izmanto, lai izvēlētos temperatūras mērīšanas punktu uz virsmas.