Merknad: Konseptet med skalering. Eksisterende typer vekter og deres bruksområder. Årsaker til utseendet på skjell.

SHKA"LA, s, og. [latinsk. scala - stige].- 1 . Linjal med inndelinger i ulike måleinstrumenter. W. termometer. 2 . En serie med mengder, tall i stigende eller synkende rekkefølge (spesiell). Sh. pasientens temperatur. Sh. sykdommer. Sh. lønn.

Typer vekter:

Måleskalaer klassifiseres vanligvis i henhold til typene målte data, som bestemmer de matematiske transformasjonene som er akseptable for en gitt skala, samt typene forhold som vises av den tilsvarende skalaen. Den moderne klassifiseringen av skalaer ble foreslått i 1946 av Stanley Smith Stevens.

Navneskala (nominell, klassifisering)

Brukes til å måle verdier kvalitative tegn. Verdien av en slik egenskap er navnet på ekvivalensklassen som det aktuelle objektet tilhører. Eksempler på betydningen av kvalitative egenskaper er navn på stater, farger, bilmerker osv. Slike egenskaper tilfredsstiller identitetsaksiomene:

På stort nummer klasser bruker hierarkiske navneskalaer. Mest kjente eksempler Slike vekter er vektene som brukes til å klassifisere dyr og planter.

Med verdier målt i navneskalaen, kan du bare utføre én operasjon - sjekke deres tilfeldighet eller ikke-tilfeldighet. Basert på resultatene av en slik sjekk, er det mulig å i tillegg beregne fyllingsfrekvenser (sannsynligheter) for ulike klasser som kan brukes til påføring ulike metoder statistisk analyse - Kikvadrattest av samsvar, Cramers test for å teste hypotesen om forholdet mellom kvalitative egenskaper, etc.

Ordinalskala (eller rangskala)

Bygd på identitet og bestille. Emner i denne skalaen er rangert. Men ikke alle objekter kan underordnes ordensforholdet. For eksempel er det umulig å si hvilken som er større, en sirkel eller en trekant, men man kan identifisere en felles egenskap i disse objektene - areal, og dermed blir det lettere å etablere ordensrelasjoner. For denne skalaen er en monoton transformasjon akseptabel. En slik skala er grov fordi den ikke tar hensyn til forskjellene mellom skalaens emner. Et eksempel på en slik skala: akademiske resultater (utilfredsstillende, tilfredsstillende, bra, utmerket), Mohs-skala.

Intervallskala

Her er det en sammenligning med standarden. Konstruksjonen av en slik skala gjør at vi kan tilskrive de fleste egenskapene til eksisterende numeriske systemer til tall oppnådd på grunnlag av subjektive vurderinger. For eksempel å konstruere en intervallskala for reaksjoner. For denne skalaen er lineær transformasjon akseptabel. Dette lar deg redusere testresultatene til vanlige skalaer og dermed sammenligne indikatorer. Eksempel: Celsiusskala.

Relasjonsskala

I forholdsskalaen gjelder forholdet «så mange ganger mer». Dette er den eneste av de fire skalaene som har en absolutt null. Nullpunktet karakteriserer fraværet av det målte kvalitet. Dette skalaen tillater likhetstransformasjon (multiplikasjon med en konstant). Å bestemme nullpunktet er en vanskelig oppgave for forskning, som legger begrensninger på bruken av denne skalaen. Ved å bruke slike skalaer kan masse, lengde, styrke og verdi (pris) måles. Eksempel: Kelvin-skala (temperaturer målt fra absolutt null, med måleenheten valgt etter avtale med eksperter - Kelvin).

Differanseskala

Utgangspunktet er vilkårlig, måleenheten er spesifisert. Akseptable transformasjoner er forskyvninger. Eksempel: måling av tid.

Absolutt målestokk

Den inneholder en tilleggsfunksjon - den naturlige og entydige tilstedeværelsen av en måleenhet. Denne skalaen har et enkelt nullpunkt. Eksempel: antall personer i publikum.

Av de vurderte skalaene er de to første ikke-metriske, og resten er metriske.

Spørsmålet om type skala er direkte relatert til problemet med tilstrekkeligheten av metoder for matematisk behandling av måleresultater. Generelt er tilstrekkelig statistikk de som er invariante med hensyn til tillatte transformasjoner av måleskalaen som brukes.

Bruk i psykometri. Ved hjelp av ulike skalaer, kan ulike psykologiske målinger gjøres. De aller første metodene for psykologisk måling ble utviklet i psykofysikk. Hovedoppgaven til psykofysikere var hvordan de skulle finne ut hvordan fysiske parametere stimulering og tilsvarende subjektive vurderinger av sansninger. Når du kjenner denne forbindelsen, kan du forstå hvilken følelse som tilsvarer dette eller det tegnet. Den psykofysiske funksjonen etablerer et forhold mellom den numeriske verdien av den fysiske måleskalaen til en stimulus og den numeriske verdien av den psykologiske eller subjektive responsen til den stimulansen.

Celsius

1701 i Sverige. Hans interesseområder: astronomi, generell fysikk, geofysikk. Han underviste i astronomi ved Uppsala universitet og grunnla et astronomisk observatorium der.

Celsius var den første som målte lysstyrken til stjerner og etablerte forholdet mellom nordlyset og fluktuasjoner i jordas magnetfelt.

Han deltok i Lapplandsekspedisjonen 1736-1737 for å måle meridianen. Da han kom tilbake fra polarområdene, begynte Celsius aktivt arbeid med organisering og bygging av et astronomisk observatorium i Uppsala og ble i 1740 dets direktør. Anders Celsius døde 25. mars 1744. Mineralet celsian, en type bariumfeltspat, er oppkalt etter ham.

I teknologi, medisin, meteorologi og i hverdagen brukes Celsius-skalaen, der temperaturen på trippelpunktet til vann er 0,01, og derfor er frysepunktet for vann ved et trykk på 1 atm 0. For øyeblikket er Celsius-skalaen definert gjennom Kelvin-skalaen: en grad Celsius er lik en kelvin, . Dermed har kokepunktet for vann, opprinnelig valgt av Celsius som et referansepunkt lik 100, mistet sin verdi, og moderne estimater kokepunktet for vann ved normalt atmosfærisk trykk er omtrent 99.975. Celsius-skalaen er praktisk talt veldig praktisk fordi vann er veldig vanlig på planeten vår og livet vårt er basert på det. Null Celsius er et spesielt punkt for meteorologi fordi det er assosiert med frysing av atmosfærisk vann. Skalaen ble foreslått av Anders Celsius i 1742.

Fahrenheit

Gabriel Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) - Tysk fysiker Født 24. mai 1686 i Danzig (nå Gdansk, Polen) Han studerte fysikk i Tyskland, Holland og England i produksjon av presisjonsmeteorologiske instrumenter I 1709 laget han et alkoholtermometer, i 1714 - et kvikksølvtermometer, vha. ny måte kvikksølvrensing. Til kvikksølvtermometer Fahrenheit konstruerte en skala med tre referansepunkter: tilsvarende temperaturen på blandingen vann - is - ammoniakk, - kroppstemperatur sunn person, og verdien for issmeltepunktet ble tatt som referansetemperatur. Koketemperatur rent vann på Fahrenheit-skalaen var . Fahrenheit-skalaen brukes i mange engelsktalende land, selv om den gradvis gir etter for Celsius-skalaen. I tillegg til å lage termometre, var Fahrenheit involvert i å forbedre barometre og hygrometre. Han studerte også avhengigheten av endringer i kokepunktet til en væske av atmosfærisk trykk og saltinnholdet i det, oppdaget fenomenet underkjøling av vann og kompilerte tabeller egenvekt tlf. Fahrenheit døde i Haag 16. september 1736.

I England og spesielt i USA brukes Fahrenheit-skalaen. Null grader Celsius er 32 grader Fahrenheit, og en grad Fahrenheit er 5/9 grader Celsius.

Følgende definisjon er for øyeblikket akseptert Fahrenheit skala: Dette er en temperaturskala, hvor 1 grad (1) er lik 1/180 av forskjellen mellom kokepunktet til vann og smeltepunktet til is ved atmosfæretrykk, og smeltepunktet til is har en temperatur på F Temperaturen på Fahrenheit-skalaen er relatert til temperaturen på Celsius-skalaen. Foreslått av G. Fahrenheit i 1724.

Reaumur skala

Rene Reaumur. Rene Antoin de Reaumur ble født 28

februar 1683 i La Rochelle, fransk naturforsker, utenlandsk æresmedlem av St. Petersburgs vitenskapsakademi (1737). Arbeider med regenerering, fysiologi, biologi av insektkolonier. Han foreslo en temperaturskala oppkalt etter ham. Han forbedret noen metoder for å fremstille stål, han var en av de første som gjorde forsøk på å vitenskapelig underbygge noen støpeprosesser, og skrev verket "Kunsten å forvandle jern til stål." Han kom til en verdifull konklusjon: jern, stål, støpejern er forskjellige i mengden av noe urenhet. Ved å tilsette denne urenheten til jern, ved å karburere eller legere med støpejern, oppnådde Reaumur stål. I 1814 beviste K. Careten at denne urenheten var karbon.

Reaumur ga en metode for å tilberede frostet glass.

I dag forbinder minnet navnet hans bare med oppfinnelsen av en lang

temperaturskala brukt. Faktisk var René Antoine Ferchant de Reaumur, som levde i 1683-1757, hovedsakelig i Paris, en av disse forskerne allsidighet som i vår tid – en tid med snever spesialisering – er vanskelig å forestille seg. Reaumur var på samme tid både tekniker, fysiker og naturviter. Han fikk stor berømmelse utenfor Frankrike som entomolog. I i fjor I løpet av livet kom Reaumur til ideen om at søket etter den mystiske transformative kraften skulle utføres på de stedene der dens manifestasjon er mest åpenbar - under transformasjonen av mat i kroppen, dvs. etter assimilering. Han døde 17. oktober 1757 på slottet Bermovdiere nær Saint-Julien-du-Terroux (Mayenne).

Foreslått i 1730 av R. A. Reaumur, som beskrev alkoholtermometeret han oppfant.

Enheten er graden Reaumur (), lik 1/80 av temperaturintervallet mellom referansepunktene - temperaturen til smeltende is () og kokende vann ()

Foreløpig har vekten gått ut av bruk; den overlevde lengst i Frankrike, forfatterens hjemland.

Sammenligning av temperaturskalaer

Beskrivelse	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Newton	Reaumur
Absolutt null	0	-273.15	-459.67	-90.14	-218.52
Smeltetemperatur av en blanding av Fahrenheit (salt og is i like store mengder)	255.37	-17.78	0	-5.87	-14.22
Vannets frysepunkt (normale forhold)	273.15	0	32	0	0
Gjennomsnittlig menneskelig kroppstemperatur	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Kokepunkt for vann (normale forhold)	373.15	100	212	33	80
Solens overflatetemperatur	5800	5526	9980	1823	4421

Temperaturskalaer, systemer med sammenlignbare numeriske temperaturverdier. Temperatur er ikke en direkte målbar størrelse; verdien bestemmes av temperaturendringen til ethvert termometrisk stoff som er praktisk for å måle den fysiske egenskapen. Etter å ha valgt et termometrisk stoff og egenskap, er det nødvendig å angi det første referansepunktet og størrelsen på temperaturenheten - grader. Således blir empiriske temperaturskalaer (heretter referert til som T.s.) bestemt. I T. sh. Vanligvis registreres to hovedtemperaturer, tilsvarende punktene for faselikevekt til enkomponentsystemer (de såkalte referanse- eller konstantpunkter), avstanden mellom disse kalles skalaens hovedtemperaturintervall. Følgende referansepunkter brukes: trippelpunktet for vann, kokepunktet for vann, hydrogen og oksygen, størkningspunktet for sølv, gull osv. Størrelsen på et enhetsintervall (temperaturenhet) settes som en viss brøkdel av hovedintervallet. For begynnelsen av tellingen T. sh. ta et av referansepunktene. Slik kan du bestemme den empiriske (betingede) T. sh. for enhver termometrisk egenskap. Hvis vi antar at forholdet mellom og temperatur er lineært, så er temperatur , hvor , og er de numeriske verdiene av egenskapen ved temperatur , ved start- og sluttpunktene til hovedintervallet, - gradstørrelse, - antall inndelinger av hovedintervallet.

I Celsius-skalaen, for eksempel, er temperaturen på vannstørkningen (issmelting) tatt som utgangspunkt.

T. sh. er således et system med påfølgende temperaturverdier relatert lineært til verdiene til den målte fysiske mengden (denne mengden må være entydig og monoton funksjon temperatur). Generelt sett har T. sh. kan variere i termometriske egenskaper (dette kan være termisk utvidelse av legemer, endring elektrisk motstand ledere med temperatur, etc.), etter termometrisk stoff (gass, væske, fast), og er også avhengig av referansepunkter. I det enkleste tilfellet er T. sh. avvike i de numeriske verdiene som er vedtatt for de samme referansepunktene. Så i Celsius (), Reaumur () og Fahrenheit () skalaene, er smeltepunktene for is og kokende vann kl. normalt trykk tilskrives forskjellige betydninger temperatur. Forholdet for å konvertere temperatur fra en skala til en annen:

Direkte omberegning for T. sh., forskjellig i grunnleggende temperaturer, uten ytterligere eksperimentelle data er umulig. T. sh., forskjellig i termometrisk egenskap eller substans, er betydelig forskjellige. Et ubegrenset antall empiriske termometre som ikke sammenfaller med hverandre er mulig, siden alle termometriske egenskaper er relatert til temperatur ikke-lineært og graden av ikke-linearitet er forskjellig for ulike egenskaper og den virkelige temperaturen målt i henhold til det empiriske termometeret kalles konvensjonell ("kvikksølv", "platina" temperatur, etc.), dens enhet er den konvensjonelle graden. Blant empiriske T. sh. Spesielt sted okkuperer gassvekter der gasser fungerer som termometriske stoffer ("nitrogen", "hydrogen", "helium" termometer). Disse T. sh. avhenger mindre enn andre av gassen som brukes og kan (ved å innføre korreksjoner) bringes til den teoretiske gassen T. sh. Avogadro, gyldig for en ideell gass. Absolutt empirisk T. sh. De kaller en skala, hvis absolutte null tilsvarer temperaturen der den numeriske verdien av en fysisk egenskap (for eksempel i Avogadro-gassteorien tilsvarer den absolutte nullpunktet til nulltrykket til en ideell gass). temperaturer (ifølge den empiriske T. sh.) og (ifølge den absolutte empiriske T. sh.) er relatert av relasjonen , hvor er den absolutte null for den empiriske T. sh. (innføringen av absolutt null er en ekstrapolering og innebærer ikke implementeringen).

Den grunnleggende ulempen med empiriske T. sh. - deres avhengighet av det termometriske stoffet - er fraværende i termodynamisk teori, basert på termodynamikkens andre lov. Ved bestemmelse av den absolutte termodynamiske T. sh. (Kelvin-skala) kommer fra Carnot-syklusen. Hvis et legeme som fullfører syklusen i Carnot-syklusen absorberer varme ved temperatur og frigjør varme ved temperatur, vil forholdet er ikke avhengig av egenskapene til arbeidsvæsken og lar en bestemme den absolutte temperaturen ved å bruke mengdene som er tilgjengelige for målinger. Opprinnelig ble hovedintervallet til denne skalaen satt av smeltepunktene til is og kokepunktet for vann ved atmosfæretrykk, enhet absolutt temperatur tilsvarte en del av hovedintervallet, ble issmeltepunktet tatt som utgangspunkt. I 1954 etablerte X General Conference on Weights and Measures den termodynamiske T. sh. med ett referansepunkt - trippelpunktet for vann, hvis temperatur antas å være 273,16 K (nøyaktig), som tilsvarer . temperatur i absolutt termodynamisk T. sh. målt i kelvin (K). Den termodynamiske temperaturskalaen, der temperaturen er tatt for isens smeltepunkt, kalles celsius. Forholdet mellom temperaturer uttrykt i Celsius og absolutt termodynamisk T.-skala:

så størrelsen på enhetene i disse skalaene er den samme. I USA og noen andre land hvor det er vanlig å måle temperatur på Fahrenheit-skalaen, er absolutt T. sh. Rankin. Forholdet mellom kelvin og grad Rankine: på Rankine-skalaen tilsvarer isens smeltepunkt til , kokepunktet for vann .

Enhver empirisk T. sh. reduseres til termodynamisk T. sh. innføring av korreksjoner som tar hensyn til arten av forholdet mellom den termometriske egenskapen og termodynamisk temperatur. Termodynamisk T. sh. utføres ikke direkte (ved å utføre en Carnot-syklus med et termometrisk stoff), men ved hjelp av andre prosesser knyttet til termodynamisk temperatur. I et bredt temperaturområde (omtrent fra kokepunktet for helium til størkningspunktet for gull), termodynamisk T. sh. sammenfalle med T. sh. Avogadro, så den termodynamiske temperaturen bestemmes av gasstemperaturen, som måles med et gasstermometer. Med flere lave temperaturer ah termodynamisk T. sh. utført i henhold til temperaturavhengigheten til den magnetiske følsomheten til paramagnetiske materialer, ved høyere verdier ble skalaen omdefinert flere ganger (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): referansetemperaturer og interpolasjonsmetoder endret seg, men prinsippet forble den samme - grunnlaget for skalaen er et sett med rene faseoverganger med visse verdier av termodynamiske temperaturer og interpolasjonsinstrumenter kalibrert på disse punktene. For øyeblikket er ITS-90-skalaen i kraft. Hoveddokumentet (Forskrifter på skalaen) etablerer definisjonen av Kelvin, verdiene for faseovergangstemperaturer (referansepunkter) og interpolasjonsmetoder.

Temperaturskalaer som brukes i hverdagen - både Celsius og Fahrenheit (brukes hovedsakelig i USA) - er ikke absolutte og derfor upraktiske når man utfører eksperimenter under forhold der temperaturen synker under frysepunktet for vann, og det er derfor temperaturen må uttrykkes negativt tall. For slike tilfeller ble det innført absolutte temperaturskalaer.

En av dem kalles Rankine-skalaen, og den andre er den absolutte termodynamiske skalaen (Kelvin-skalaen); deres temperaturer måles i henholdsvis grader Rankine () og kelvin (K). Begge skalaene begynner ved absolutt null temperatur. De skiller seg ut på det Kelvin lik en grad Celsius, og Rankine-graden er Fahrenheit-graden. Frysepunktet for vann ved standard atmosfærisk trykk tilsvarer , , .

Kelvin-skalaen er knyttet til vannets trippelpunkt (273,16 K), og Boltzmann-konstanten avhenger av den. Dette skaper problemer med nøyaktigheten av måletolkningen høye temperaturer. BIPM vurderer nå muligheten for å gå over til en ny definisjon av Kelvin og fikse Boltzmann-konstanten, i stedet for å referere til trippelpunktstemperaturen.

Kort oppsummering: eleven ble kjent med klassifiseringen av skalaer og deres omfang.

Øvingssett

Spørsmål:

1. Når og av hvem ble den moderne klassifiseringen av skalaer foreslått?
2. Definer ordet SCALE.
3. List opp alle typer skalaer du kjenner og forklar forskjellene deres?
4. Hvorfor brukes skalaer i psykometri?
5. Hvilke vekter er mest brukt i England og Amerika?
6. Hvilken av skalaene ovenfor dukket opp først?
7. Hvilket land har brukt Reaumur-skalaen lengst?
8. Hvordan måles temperatur på den absolutte termodynamiske temperaturskalaen?
9. Gi eksempler på absolutte temperaturskalaer.
10. Hva er forholdet mellom kelvin og grad Rankine?

Øvelser

1. Tegn et diagram som viser moderne klassifisering vekter Kan du lage skalaer i henhold til hierarki?
2. Bestem temperaturverdien i forskjellige temperaturskalaer (Fahrenheit, Kelvin)

Måling av termiske energimengder

En av de viktigste termiske energimengdene er temperatur. Temperatur er en fysisk størrelse som karakteriserer graden av oppvarming av et legeme eller dets termiske energipotensial. Nesten alt teknologiske prosesser og ulike egenskaper til et stoff avhenger av temperatur.

I motsetning til slike fysiske størrelser som masse, lengde osv., er ikke temperatur en omfattende (parametrisk), men en intensiv (aktiv) størrelse. Hvis en homogen kropp er delt i to, er massen også delt i to. Temperatur, som er en intensiv mengde, har ikke denne egenskapen til additivitet, dvs. For et system i termisk likevekt har hver del av systemet samme temperatur. Derfor er det ikke mulig å lage en standard for temperatur, på samme måte som det lages standarder for omfattende mengder.

Temperatur kan kun måles indirekte, basert på temperaturavhengigheten til slike fysiske egenskaper kropper som kan måles direkte. Disse egenskapene til legemer kalles termometriske. Disse inkluderer lengde, tetthet, volum, termoelektrisk kraft, elektrisk motstand, etc. Stoffer preget av termometriske egenskaper kalles termometrisk. Instrumentet for å måle temperatur kalles et termometer. For å lage et termometer må du ha en temperaturskala.

Temperaturskalaen er et spesifikt funksjonelt numerisk forhold mellom temperatur og verdiene til den målte termometriske egenskapen. I denne forbindelse ser det ut til at det er mulig å konstruere temperaturskalaer basert på valg av hvilken som helst termometrisk egenskap. Samtidig er det ingen generell termometrisk egenskap som er lineært relatert til temperaturendringer og ikke er avhengig av andre faktorer over et bredt spekter av temperaturmålinger.

De første temperaturskalaene dukket opp på 1700-tallet. For å konstruere dem ble to referansepunkter t 1 og t 2 valgt, som representerer faselikevektstemperaturene til rene stoffer. Temperaturforskjellen t 2 - t 1 kalles hovedtemperaturområdet. Den tyske fysikeren Gabriel Daniel Fahrenheit (1715), den svenske fysikeren Anders Celsius (1742) og den franske fysikeren René Antoine Reaumur (1776) ved konstruksjon av skalaer var basert på antakelsen om en lineær sammenheng mellom temperatur t og termometrisk egenskap, som ble brukt som utvidelse av væskevolumet V, dvs.

t = a + bV, (1)

Hvor EN Og b– konstante koeffisienter.

Ved å erstatte V = V 1 ved t = t 1 og V = V 2 ved t = t 2 inn i denne ligningen, etter transformasjon får vi temperaturskala-ligningen:

I Fahrenheit-, Reaumur- og Celsius-skalaene tilsvarte smeltepunktet for is t 1 +32 0, 0 0 og 0 0, og kokepunktet for vann t 2 - 212 0, 80 0 og 100 0. Hovedintervallet t 2 - t 1 i disse skalaene er delt inn i henholdsvis N = 180, 80 og 100 like deler, og 1/N-delen av hvert intervall kalles Fahrenheit-graden - t 0 F, Reaumur-graden t 0 R og Celsius-graden t 0 C For skalaer konstruert etter dette prinsippet er graden ikke en måleenhet, men representerer et enhetsintervall - skalaen til skalaen.

For å konvertere temperatur fra en skala til en annen, bruk følgende forhold:

(3)

Senere ble det funnet at avlesningene til termometre med forskjellige termometriske stoffer (kvikksølv, alkohol, etc.), ved bruk av samme termometriske egenskap og en ensartet gradskala, bare sammenfaller ved referansepunkter, og på andre punkter divergerer avlesningene. Sistnevnte er spesielt merkbar når du måler temperaturer hvis verdier er plassert langt fra hovedintervallet.

Denne omstendigheten forklares av det faktum at forholdet mellom temperatur og termometrisk egenskap faktisk er ikke-lineært og denne ikke-lineariteten er forskjellig for forskjellige termometriske stoffer. Spesielt er ikke-lineariteten mellom temperatur og endring i væskevolum forklart av det faktum at temperaturkoeffisienten for volumetrisk utvidelse av selve væsken varierer med temperaturen og denne endringen er forskjellig for forskjellige dråpevæsker.

Basert på det beskrevne prinsippet kan du bygge et hvilket som helst antall skalaer som skiller seg betydelig fra hverandre. Slike skalaer kalles konvensjonelle, og skalaene til disse skalaene kalles konvensjonelle grader.

Problemet med å lage en temperaturskala uavhengig av de termometriske egenskapene til stoffer ble løst i 1848 av Kelvin, og skalaen han foreslo ble kalt termodynamisk. I motsetning til konvensjonelle temperaturskalaer, er den termodynamiske temperaturskalaen absolutt.

Termodynamisk temperaturskala basert på bruken av termodynamikkens andre lov. I samsvar med denne loven, koeffisienten nyttig handling h for en varmemotor som kjører på en omvendt Carnot-syklus bestemmes kun av temperaturen til varmeren T n og kjøleskapet T x og er ikke avhengig av egenskapene til arbeidsstoffet:

(4)

hvor Q n og Q x er henholdsvis mengden varme som mottas av arbeidsstoffet fra varmeren og overføres til kjøleskapet.

Kelvin foreslo å bruke likheten for å bestemme temperaturen

Derfor, ved å bruke en gjenstand som en varmeovn og en annen som et kjøleskap og kjøre en Carnot-syklus mellom dem, er det mulig å bestemme temperaturforholdet til gjenstandene ved å måle forholdet mellom varme tatt fra en gjenstand og gitt til den andre. Den resulterende temperaturskalaen er ikke avhengig av egenskapene til arbeidsstoffet og kalles den absolutte temperaturskalaen. For at den absolutte temperaturen skulle ha en viss verdi, ble det foreslått å ta forskjellen i termodynamiske temperaturer mellom kokepunktene til vann T kv og smeltepunktene til isen T tl lik 100 0. Vedtakelsen av en slik forskjell forfulgte målet om å opprettholde kontinuiteten til den numeriske verdien til den termodynamiske temperaturskalaen fra Celsius-temperaturskalaen. T.O., som angir mengden varme mottatt fra varmeren (kokende vann) og gitt til kjøleskapet (smeltende is), henholdsvis gjennom Q kv og Q tl, og tar T kv - T tl = 100, får vi:

Og (6)

For enhver temperatur T på varmeren, med en konstant verdi på T tl av kjøleskapet og mengden varme Q t gitt til det av arbeidsstoffet til Carnot-maskinen, vil vi ha:

(7)

Ligning (6) er ligningen celsius termodynamisk temperaturskala og viser at temperaturverdien T på denne skalaen er lineært relatert til mengden varme Q som mottas av arbeidsstoffet til en varmemotor når den utfører en Carnot-syklus, og som en konsekvens ikke avhenger av egenskapene til den termodynamiske substans. En grad av termodynamisk temperatur er forskjellen mellom kroppstemperaturen og smeltetemperaturen til isen der arbeidet utført i den omvendte Carnot-syklusen er lik 1/100 av arbeidet utført i Carnot-syklusen mellom kokepunktet på vann og isens smeltetemperatur (forutsatt at mengden varme som avgis til kjøleskapet er den samme i begge sykluser).

Fra definisjonen av effektivitet det følger at ved maksimalverdien skal h=1 T x være lik null. Denne laveste temperaturen ble kalt absolutt null av Kelvin. Temperaturen på den termodynamiske skalaen er betegnet med "K".

Den termodynamiske temperaturskalaen, basert på to referansepunkter, har utilstrekkelig målenøyaktighet. Nesten vanskelig å gjengi temperaturer angitte punkter, fordi de avhenger av trykk, samt av saltinnholdet i vannet. Derfor uttrykte Kelvin og Mendeleev ideen om gjennomførbarheten av å konstruere en termodynamisk temperaturskala basert på ett referansepunkt.

Rådgivende komité for termometri Internasjonal komité Vekter og mål i 1954 vedtok en anbefaling om å gå over til definisjonen av en termodynamisk skala ved å bruke ett referansepunkt - tredobbeltpunktet til vann (likevektspunktet til vann i faste, flytende og gassformige faser), som lett kan reproduseres i spesielle kar med en feil på ikke mer enn 0,0001 K. Temperaturen på dette punktet antas å være 273,16 K, dvs. høyere enn smeltetemperaturen til is med 0,01 K. Dette tallet ble valgt slik at temperaturverdiene på den nye skalaen praktisk talt ikke skiller seg fra den gamle Celsius-skalaen med to referansepunkter. Det andre referansepunktet er absolutt null, som praktisk talt ikke er realisert, men har en strengt fast posisjon.

I 1967 XIII Generalforsamling om vekter og mål klargjorde definisjonen av enheten for termodynamisk temperatur i følgende ordlyd: " Kelvin– 1/273,16 del av den termodynamiske temperaturen til trippelpunktet til vann." Termodynamisk temperatur kan også uttrykkes i grader Celsius:

t = T– 273,15 K (8)

Temperatur kalles også fysisk mengde, som karakteriserer graden av oppvarming av kroppen, men dette er ikke nok til å forstå betydningen og betydningen av begrepet temperatur. I denne setningen er det bare en erstatning av ett begrep med et annet og ikke mer forståelig. Som oftest fysiske begreper er knyttet til noen grunnleggende lover og får mening kun i forbindelse med disse lovene. Begrepet temperatur er relatert til begrepet termisk likevekt og derfor med loven om makroskopisk irreversibilitet.

Temperaturendring

I en tilstand av termodynamisk likevekt har alle legemer som danner systemet samme temperatur. Temperatur kan bare måles indirekte, basert på temperaturavhengigheten til slike fysiske egenskaper til legemer som kan måles direkte. Stoffene (legemene) som brukes til dette kalles termometriske.

La to termisk isolerte legemer bringes i termisk kontakt. En strøm av energi vil skynde seg fra en kropp til en annen, og prosessen med varmeoverføring vil skje. Det antas at kroppen som avgir varme har høy temperatur, enn kroppen som varmestrømmen løp mot. Naturligvis stopper energistrømmen etter en tid og termisk likevekt oppstår. Det antas at kroppstemperaturene utjevnes og legger seg et sted i intervallet mellom de innledende temperaturverdiene. Så det viser seg at temperaturen er en viss markør for termisk likevekt. Det viser seg at enhver verdi t som tilfredsstiller kravene:

1. $t_1>t_2$, hvis varmestrømmen går fra den første kroppen til den andre;
2. $t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, kan tas som temperatur når termisk likevekt er etablert.

Det antas at den termiske likevekten til legemer adlyder transitivitetsloven: hvis to legemer er i likevekt med en tredje, så er de i termisk likevekt med hverandre.

Det viktigste trekk ved ovennevnte definisjon av temperatur er dens tvetydighet. Vi kan velge mengdene som tilfredsstiller kravene på ulike måter (som vil gjenspeiles i måtene vi måler temperatur på) og ende opp med divergerende temperaturskalaer. Temperaturskalaer er måter å dele temperaturintervaller inn i deler.

La oss gi eksempler. Som du vet, er en enhet for å måle temperatur et termometer. La oss vurdere to typer termometre av forskjellige enheter. I den ene spilles kroppstemperaturens rolle av lengden på kvikksølvkolonnen i kapillæren til termometeret, i tilfellet når termometeret er i termisk likevekt med kroppen hvis temperatur vi måler. Lengden på kvikksølvkolonnen tilfredsstiller betingelsene 1 og 2, som er gitt ovenfor og gjelder temperatur.

Det er en annen måte å måle temperatur på: ved hjelp av et termoelement. Et termoelement kalles elektrisk krets med et galvanometer og to koblinger av forskjellige metaller (fig. 1). Det ene krysset plasseres i et medium med fast temperatur, for eksempel smeltende is, det andre i et medium hvis temperatur må bestemmes. I dette tilfellet anses temperaturindikatoren for å være termoelementets emf. Disse to metodene for å måle temperatur vil ikke gi de samme resultatene. Og for å flytte fra en temperatur til en annen, er det nødvendig å konstruere en kalibreringskurve som fastslår avhengigheten av termoelementets emk på lengden på kvikksølvkolonnen. Deretter konverteres kvikksølvtermometerets jevne skala til en ujevn skala på termoelementet (eller omvendt). De ensartede skalaene til et kvikksølvtermometer og et termoelement danner to helt forskjellige temperaturskalaer, som en kropp i samme tilstand vil ha forskjellige temperaturer. Du kan ta termometre av samme design, men med forskjellige "termiske kropper" (for eksempel kvikksølv og alkohol). Temperaturskalaene deres vil heller ikke samsvare. Grafen over lengden på kvikksølvkolonnen versus lengden på alkoholkolonnen vil ikke være lineær.

Det følger at begrepet temperatur, basert på lovene om termisk likevekt, ikke er unikt. Denne temperaturen kalles empirisk, den avhenger av metoden for å måle temperatur. Nullpunktet til den empiriske temperaturskalaen settes alltid vilkårlig. I følge definisjonen av empirisk temperatur er det bare temperaturforskjellen, det vil si endringen, som har en fysisk betydning. Enhver empirisk temperaturskala reduseres til en termodynamisk temperaturskala ved å introdusere korreksjoner som tar hensyn til arten av forholdet mellom den termometriske egenskapen og termodynamisk temperatur.

Temperaturskalaer

For å konstruere en temperaturskala, er numeriske temperaturverdier tilordnet to faste referansepunkter. Del deretter temperaturforskjellen mellom referansepunktene i et tilfeldig valgt antall deler, og oppnå en enhet for temperaturmåling. Overgangstemperaturene til kjemisk rene stoffer fra en aggregeringstilstand til en annen, for eksempel smeltetemperaturen til is $t_0$ og kokepunktet for vann $t_k$ ved normalt atmosfærisk trykk ($\ca. 10^5Pa).$ Mengdene $t_0\ og\ t_k$ har forskjellige betydninger:

• på Celsius-skalaen (celsiusskala): kokepunkt for vann $t_k=100^0C$, smeltepunkt for is $t_0=0^0C$. Celsius-skalaen er en skala der temperaturen til trippelpunktet til vann er 0,010C ved et trykk på 0,06 atm. (Trippelpunktet for vann er en viss temperatur og trykk der vann, dets damp og is kan eksistere samtidig i likevekt.);
• på Fahrenheit-skalaen, kokepunktet for vann $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- smeltepunktet for is;

Forholdet mellom temperaturer uttrykt i grader Celsius og Fahrenheit er:

\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ eller\ t^0F=1,8t^0C+32\ \venstre(1\høyre);\ ]

Null på denne skalaen bestemmes av frysepunktet til en blanding av vann, salt og ammoniakk i forholdet 1:1:1.

• på Kelvin-skalaen: temperatur måles fra absolutt null (t=-273,50C) og kalles termodynamisk eller absolutt temperatur. T=0K er tilstanden som tilsvarer fullstendig fravær termiske svingninger. Kokepunktet for vann på denne skalaen er $t_k=373K$, smeltepunktet for is er $t_0=273K$. Forholdet mellom Kelvin temperatur og Celsius temperatur:
\
• i henhold til Reaumur-skalaen er kokepunktet for vann $t_k=80^0R$, smeltepunktet for isen er $t_0=0^0R.$ Skalaen er praktisk talt ute av bruk. Forholdet mellom temperaturer uttrykt i grader Celsius og grader Réaumur:
\

Reaumurs termometer brukte alkohol.

• i henhold til Rankine-skalaen er kokepunktet for vann $t_k=671.67^(0\ )Ra$, smeltepunktet for isen er $t_0=(491.67)^0Ra.$ Skalaen starter fra absolutt null. Antall grader mellom fryse- og kokepunktene til vann på Fahrenheit- og Rankine-skalaen er det samme og lik 180.

Forholdet mellom kelvin og grad Rankine: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, grader Fahrenheit konverteres til grader Rankine ved hjelp av formelen:

\[^0Ra=^0F+459,67\venstre(4\høyre);\]

I teknologi og i hverdagen brukes temperaturer på Celsius-skalaen. Enheten i denne skalaen kalles graden Celsius ($^0С).\ $ I fysikk bruker de termodynamisk temperatur, som ikke bare er mer praktisk, men også har en dyp fysisk betydning, siden den bestemmes av gjennomsnittet kinetisk energi molekyler. Enheten for termodynamisk temperatur, graden kelvin (til 1968), eller nå ganske enkelt kelvin (K), er en av basisenhetene i SI. Temperatur T=0K kalles absolutt nulltemperatur. Moderne termometri er basert på den ideelle gassskalaen, hvor trykk brukes som en termometrisk mengde. Gasstermometerskalaen er absolutt (T=0, p=0). Når du skal løse problemer, vil du som oftest måtte bruke denne temperaturskalaen.

Temperaturskalaer

Temperaturskalaen er et spesifikt funksjonelt numerisk forhold mellom temperatur og verdiene til den målte termometriske egenskapen. I denne forbindelse ser det ut til å være mulig å konstruere en temperaturskala basert på valg av en hvilken som helst termometrisk egenskap. Samtidig er det ikke en eneste termometrisk egenskap som varierer lineært med

endringer i temperaturen og er ikke avhengig av andre faktorer over et bredt spekter av temperaturmålinger. De første vektene dukket opp på 1700-tallet. For å konstruere dem ble to referansepunkter valgt t 1 Og t 2, som representerer faselikevektstemperaturene til rene stoffer. Temperaturforskjell t 1 – t 2 kalt hovedtemperaturområdet.

Fahrenheit (1715), Reaumur (1776) og Celsius (1742) ved konstruksjon av skalaer var basert på antakelsen om et lineært forhold mellom temperatur t og termometrisk egenskap, som ble brukt som utvidelse av væskevolumet V(formel 14.27) /8/

t=a+bV,(14.27)

Hvor EN Og b- konstante koeffisienter.

Bytter inn i ligning (14.27) V=V 1 på t=t 1 Og V=V 2 på t=t 2, etter transformasjoner får vi ligning (14.28) av temperaturskalaen /8/

I Fahrenheit-, Reaumur- og Celsius-skalaen er isens smeltepunkt t 1 tilsvarte +32, 0 og 0 °, og kokepunktet for vann t 2 - 212, 80 og 100°. Hovedintervall t 2 – t 1 i disse skalaene er delt tilsvarende med N= 180, 80 og 100 like deler, og 1/N en del av hvert intervall kalles en grad Fahrenheit - t° F, grad Reaumur – t° R og grader Celsius - t °С. For skalaer konstruert etter dette prinsippet er altså ikke graden en måleenhet, men representerer et enhetsintervall - skalaen til skalaen.

For å konvertere temperatur fra en spesifisert skala til en annen, bruk relasjon (14.29)

t°С= 1,25° R=-(5/9)( - 32), (14.29)

Senere ble det funnet at avlesningene til termometre med forskjellige termometriske stoffer (for eksempel kvikksølv, alkohol, etc.), ved bruk av samme termometriske egenskap og en jevn gradskala, bare sammenfaller ved referansepunkter, og på andre punkter avviker avlesningene. Sistnevnte er spesielt merkbar når du måler temperaturer hvis verdier er plassert langt fra hovedintervallet.

Denne omstendigheten forklares av det faktum at forholdet mellom temperatur og termometrisk egenskap faktisk er ikke-lineært og denne ikke-lineariteten er forskjellig for forskjellige termometriske stoffer. Spesielt, i det aktuelle tilfellet, er ikke-lineariteten mellom temperatur og endring i væskevolum forklart av det faktum at temperaturkoeffisienten for volumetrisk utvidelse av selve væsken varierer med temperaturen og denne endringen er forskjellig for forskjellige dråpevæsker.

Basert på det beskrevne konstruksjonsprinsippet kan et hvilket som helst antall temperaturskalaer oppnås, som avviker betydelig fra hverandre. Slike skalaer kalles konvensjonelle, og skalaene til disse skalaene kalles konvensjonelle grader. Problemet med å lage en temperaturskala uavhengig av de termometriske egenskapene til stoffer ble løst i 1848 av Kelvin, og skalaen han foreslo ble kalt termodynamisk. I motsetning til konvensjonelle temperaturskalaer, er den termodynamiske temperaturskalaen absolutt.

Termodynamisk temperaturskala basert på bruken av termodynamikkens andre lov. I samsvar med denne loven bestemmes effektiviteten til en varmemotor som kjører på en reversibel Carnot-syklus kun av varmeapparatets temperaturer T N og kjøleskap T X og er ikke avhengig av egenskapene til arbeidsstoffet, derfor beregnes effektiviteten ved hjelp av formel (14.30) /8/

(14.30)

Hvor Q N Og Q X- henholdsvis mengden varme mottatt av arbeidsstoffet fra varmeren og gitt til kjøleskapet.

Kelvin foreslo å bruke likhet (14.31) /8/ for å bestemme temperaturen

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

Derfor, ved å bruke en gjenstand som en varmeovn og en annen som et kjøleskap og kjøre en Carnot-syklus mellom dem, er det mulig å bestemme temperaturforholdet til gjenstandene ved å måle forholdet mellom varme tatt fra en gjenstand og gitt til den andre. Den resulterende temperaturskalaen er ikke avhengig av egenskapene til det arbeidende (termometriske) stoffet og kalles den absolutte temperaturskalaen. For at den absolutte temperaturen (og ikke bare forholdet) skulle ha en viss verdi, ble det foreslått å ta forskjellen i termodynamiske temperaturer mellom kokepunktene til vann T HF og smeltende is T TL lik 100°. Vedtakelsen av en slik verdi av forskjellen forfulgte målet om å opprettholde kontinuitet numerisk uttrykk termodynamisk temperaturskala fra Celsius-temperaturskalaen. Angir således mengden varme som mottas fra varmeren (kokende vann) og gis til kjøleskapet (smeltende is), henholdsvis ved Q HF Og Q TL og aksepterer T KV – T TL ==100, ved å bruke (14.31), oppnår vi likhet (14.32) og (14.33)

(14.32)

(14.33)

For enhver temperatur T varmeapparat ved en konstant temperaturverdi T TL kjøleskap og varmemengde Q TL, gitt til den av arbeidsstoffet til Carnot-maskinen, vil vi ha likheten (14.34) /8/

(14.34)

Uttrykk (14.34) er ligningen celsius termodynamisk temperaturskala og viser at temperaturverdien T på denne skalaen er lineært relatert til mengden varme Q, oppnådd av arbeidsstoffet til en varmemotor når den utfører en Carnot-syklus, og er som en konsekvens ikke avhengig av egenskapene til det termometriske stoffet. En grad av termodynamisk temperatur er forskjellen mellom kroppstemperaturen og smeltetemperaturen til isen der arbeidet utført i den reversible Carnot-syklusen er lik 1/100 av arbeidet utført i Carnot-syklusen mellom kokepunktet på vann og isens smeltetemperatur (forutsatt at mengden varme som avgis til kjøleskapet er den samme i begge sykluser). Fra uttrykk (14.30) følger det at ved maksimumsverdien skal den være lik null T X. Denne laveste temperaturen ble kalt absolutt null av Kelvin. Temperatur på termodynamisk skala er betegnet med T K. Hvis i uttrykket som beskriver gassloven Gay-Lussac: (hvor Ro - trykk kl t=0 °С; er temperaturkoeffisienten for trykk), erstatter temperaturverdien lik - , deretter gasstrykket Pt vil bli lik null. Det er naturlig å anta at temperaturen som det maksimale minste gasstrykket sikres ved, i seg selv er minimum mulig, og tas som null på den absolutte Kelvin-skalaen. Derfor er den absolutte temperaturen .

Fra Boyle-Mariotte-loven er det kjent at for gasser er temperaturkoeffisienten for trykk a lik temperaturkoeffisienten for volumetrisk ekspansjon. Det ble eksperimentelt funnet at for alle gasser ved trykk som tenderer til null, i temperaturområdet 0-100 °C, er temperaturkoeffisienten for volumetrisk ekspansjon = 1/273,15.

Dermed tilsvarer den absolutte nulltemperaturverdien °C. Smeltetemperaturen til is på en absolutt skala vil være At==273,15 K. Enhver temperatur på den absolutte Kelvin-skalaen kan defineres som (Hvor t temperatur i °C). Det skal bemerkes at én grad Kelvin (1 K) tilsvarer én grad Celsius (1 °C), siden begge skalaene er basert på de samme referansepunktene. Den termodynamiske temperaturskalaen, basert på to referansepunkter (smeltetemperaturen til is og kokepunktet for vann), hadde utilstrekkelig målenøyaktighet. Det er praktisk talt vanskelig å reprodusere temperaturene på disse punktene, siden de er avhengige av trykkendringer, så vel som av mindre urenheter i vannet. Kelvin og, uavhengig av ham, uttrykte D.I. Mendeleev betraktninger om det tilrådelige å konstruere en termodynamisk temperaturskala basert på ett referansepunkt. Den rådgivende komité for termometri til Den internasjonale komiteen for vekter og mål vedtok i 1954 en anbefaling om å gå over til definisjonen av en termodynamisk skala ved bruk av ett referansepunkt - trippelpunktet til vann (likevektspunktet for vann i fast, flytende og gassformig faser), som enkelt reproduseres i spesielle kar med en feil på ikke mer enn 0,0001 K. Temperaturen på dette punktet er tatt til å være 273,16 K, dvs. høyere enn temperaturen på issmeltepunktet med 0,01 K. Dette tallet ble valgt slik at temperaturverdiene på den nye skalaen praktisk talt ikke skiller seg fra den gamle Celsius-skalaen med to referansepunkter. Det andre referansepunktet er absolutt null, som ikke realiseres eksperimentelt, men har en strengt fast posisjon. I 1967 klargjorde den XIII generalkonferansen om vekter og mål definisjonen av enheten for termodynamisk temperatur som følger: "Kelvin-1/273.16 del av den termodynamiske temperaturen til trippelpunktet til vann." Termodynamisk temperatur kan også uttrykkes i grader Celsius: t= T- 273,15 K. Bruken av termodynamikkens andre lov, foreslått av Kelvin med det formål å etablere begrepet temperatur og konstruere en absolutt termodynamisk temperaturskala, uavhengig av egenskapene til det termometriske stoffet, er av stor teoretisk og fundamental betydning. Imidlertid er implementeringen av denne skalaen ved å bruke en varmemotor som opererer på en reversibel Carnot-syklus som et termometer praktisk talt umulig.

Termodynamisk temperatur er ekvivalent med den gass-termiske temperaturen brukt i ligningene som beskriver de ideelle gasslovene. Den gass-termiske temperaturskalaen er bygget på grunnlag av et gasstermometer, der en gass med egenskaper som nærmer seg ideell gass. Dermed er gasstermometeret et praktisk middel for å gjengi den termodynamiske temperaturskalaen. Gasstermometre kommer i tre typer: konstant volum, konstant trykk og konstant temperatur. Vanligvis brukes et gasstermometer med konstant volum (Figur 14.127), der endringen i gasstemperatur er proporsjonal med endringen i trykk. Et gasstermometer består av en sylinder 1 og koblingsrør 2, fylt gjennom ventilen 3 hydrogen, helium eller nitrogen (for høye temperaturer). Koblingsrør 2 koblet til håndsettet 4 to-rørs trykkmåler, som har et rør 5 kan flyttes opp eller ned takket være den fleksible koblingsslangen 6. Når temperaturen endres, endres volumet av systemet fylt med gass, og for å bringe det til opprinnelig verdi telefon 5 flytt vertikalt til kvikksølvnivået i røret 4 faller ikke sammen med aksen X-X. I dette tilfellet, kolonnen av kvikksølv i røret 5, målt fra nivå X-X, vil tilsvare gasstrykket R i en sylinder.

Figur 14.127 – Gasstermometerdiagram

Typisk målt temperatur T bestemt i forhold til et referansepunkt, for eksempel i forhold til temperaturen til trippelpunktet til vann T0, hvor gasstrykket i sylinderen vil være Ro. Ønsket temperatur beregnes ved hjelp av formel (14.35)

(14.35)

Gasstermometre brukes i serien ~ 2- 1300 K. Feilen til gasstermometre er i området 3-10-3 - 2-10-2 K avhengig av målt temperatur. Å oppnå en så høy målenøyaktighet er en kompleks oppgave som krever å ta hensyn til en rekke faktorer: avvik fra egenskapene til en ekte gass fra en ideell, tilstedeværelsen av urenheter i gassen, sorpsjon og desorpsjon av gass av sylinderens vegger , diffusjon av gass gjennom veggene, endring i sylinderens volum fra temperatur, temperaturfordeling langs koblingsrøret.

På grunn av den høye arbeidsintensiteten ved arbeid med gasstermometre, ble det forsøkt å finne flere enkle metoder reproduksjon av den termodynamiske temperaturskalaen.

Basert på forskjellige land forskning på VII General Conference on Weights and Measures i 1927, ble det besluttet å erstatte den termodynamiske skalaen "praktisk" temperaturskala og ring henne internasjonal temperaturskala. Denne skalaen stemte overens med den termodynamiske celsiusskalaen så nært som kunnskapsnivået på den tiden tillot.

For å konstruere den internasjonale temperaturskalaen ble seks reproduserbare referansepunkter valgt, hvis temperaturverdier på den termodynamiske skalaen ble nøye målt i forskjellige land ved bruk av gasstermometre og de mest pålitelige resultatene ble akseptert. Ved hjelp av referansepunkter blir referanseinstrumenter kalibrert for å gjengi den internasjonale temperaturskalaen. I intervallene mellom referansepunktene beregnes temperaturverdier ved å bruke de foreslåtte interpolasjonsformlene, som etablerer en sammenheng mellom avlesningene til referanseinstrumentene og temperaturen på internasjonal skala. I 1948, 1960 og 1968 Det ble gjort en rekke presiseringer og tillegg til bestemmelsene på den internasjonale temperaturskalaen, siden det, basert på forbedrede målemetoder, ble oppdaget forskjeller mellom denne skalaen og den termodynamiske skalaen, spesielt i området med høye temperaturer, og også på grunn av behovet å utvide temperaturskalaen til lavere temperaturer. For tiden er en forbedret skala vedtatt på XIII-konferansen om vekter og mål, kalt "den internasjonale praktiske temperaturskalaen 1968" (MPTP-68), i kraft. Begrepet "praktisk" indikerer at denne temperaturskalaen generelt ikke er den samme som den termodynamiske skalaen. MPTSH-68 temperaturer er utstyrt med en indeks ( T 68 eller t 68).

MPTS-68 er basert på 11 hovedreferansepunkter vist i tabell 9. Sammen med de viktigste er det 27 sekundære referansepunkter, som dekker temperaturområdet fra 13.956 til 3660 K (fra - 259.194 til 3387 °C). Numeriske verdier temperaturer gitt i tabell 14.4 tilsvarer den termodynamiske skalaen og bestemmes ved hjelp av gasstermometre.

En termisk platinamotstandsomformer brukes som referansetermometer i temperaturområdet fra 13,81 til 903,89 K (630,74 °C - størkningspunktet for antimon - et sekundært referansepunkt). Dette intervallet er delt inn i fem delintervaller, for hver av disse er interpolasjonsformler definert i form av polynomer opp til fjerde grad. I temperaturområdet fra 903,89 til 1337,58 K brukes et referanse-platina-platina-rhodium termoelektrisk termometer. Interpolasjonsformelen som forbinder den termoelektromotoriske kraften med temperatur er her et polynom av andre grad.

For temperaturer over 1337,58 K (1064,43 °C), reproduseres MPTS-68 ved hjelp av et kvasi-monokromatisk termometer ved bruk av Plancks strålingslov.

Tabell 14.4 - Hovedreferansepunkter MPTSH-68

For øyeblikket anbefales den internasjonale praktiske temperaturskalaen MPSHT-68 for bruk. Enheten for temperatur er Kelvin (K). Temperaturen bestemt på denne skalaen kalles termodynamisk T(For eksempel, T= 300 K).

Det er også mulig å bruke temperatur t på Celsius-skalaen, definert av uttrykket

t = T - 273,15. (2)

Denne temperaturen er uttrykt i grader Celsius °C (f.eks. t = 20 °C). Kelvin og grader Celsius har samme størrelse og er begge lik 1/100 av forskjellen mellom koke- og frysepunktene til vann ved atmosfæretrykk.

Kelvin- og Celsius-skalaene skiller seg bare i referansepunktet: nullpunktet i Kelvin-skalaen er forskjøvet ned med 273,15 K sammenlignet med Celsius-skalaen. Temperaturen på Celsius-skalaen kan være negativ t < 0 °С, тогда как термодинамическая температура всег­да положительнаT> 0. Når den termodynamiske temperaturen nærmer seg null ( T > 0) inne i kroppen bremser molekylene gradvis sin vibrasjonsbevegelse nær likevektstilstanden, og når T= 0 den stopper.

De særegne "vokterne" av temperaturskalaer er de konstante temperaturene for faselikevekt mellom to eller tre faser av et stoff: koke- og størkningstemperaturer, trippelpunktstemperaturer. Disse temperaturverdiene kalles referansepunkter. Verdiene til hovedreferansepunktene til MPShT-68 er gitt i tabellen. 1.

Tabell 1. Hovedreferansepunkter MPShT-68

Likevektstilstand
Hydrogen trippelpunkt
Trippelpunkt oksygen
Kokepunkt for oksygen
Vannets frysepunkt
Trippelpunkt med vann
Kokepunkt for vann
Sink størkningspunkt
Sølv størkningspunkt
Størkningspunkt av gull

Fahrenheit temperaturskalaer brukes fortsatt ganske ofte i utlandet ( t, °F) og Rankine (T, °R). De uttrykkes som følger i form av henholdsvis Celsius- og Kelvin-temperaturer:

t°C = (t° F - 32)/1,8; (3)

T = T° R / 1,8 . (4)

4. Temperaturmålingsmetoder

Temperatur er et mål på den kinetiske energien til molekylene som utgjør en kropp. Den kinetiske energien til molekylene som utgjør kroppen kan ikke måles. Derfor, for å måle temperatur, brukes indirekte metoder, der avhengigheten av noen egenskaper til et stoff av temperatur brukes og endringen i temperaturen bedømmes av endringer i disse egenskapene. Slike egenskaper er volumet av stoffet, mettet damptrykk, elektrisk motstand, termoelektromotorisk kraft, termisk stråling, etc.

Væsketermometre i glass. Driftsprinsippet til glassvæsketermometre er basert på termisk utvidelse av væsker. For at endringen i væskevolumet med en temperaturendring skal være godt synlig, er vanligvis et rør med en tynn kanal - en kapillær - ved siden av volumet av væske som er innelukket i reservoaret. Den frie overflaten av væsken er lokalisert i denne kapillæren, som et resultat av at små temperaturendringer i væskens volum forårsaker en stor, tydelig observerbar bevegelse av den frie overflaten av menisken i kapillæren. Ved kjente temperaturer t 1 Og t 2 to posisjoner av menisken bestemmes, hvoretter avstanden mellom dem er delt inn i like segmenter, like i antall t 1 - t 2 . Termometeret kalibreres på denne måten, og først etter at disse inndelingene er markert på skalaen kan det brukes til måling.

Glasstermometre kan brukes til å måle temperaturer i området fra -200 til +750 °C, men vanligvis opp til temperaturer som ikke overstiger 150-200 °C. For å fylle dem, avhengig av temperaturområdet som måles, brukes forskjellige, vanligvis fargede, væsker: kvikksølv, toluen, etylalkohol, etc.

Ulemper med flytende termometre: relativt stor størrelse, behovet for å visuelt bestemme temperaturen og manglende evne til å representere avlesningene i form av et elektrisk signal.

Motstandstermometre. Motstandstermometre bruker egenskapen til å endre den elektriske motstanden til metaller når temperaturen endres. Motstandstermometre brukes til å måle et bredt spekter av temperaturer. Platinamotstandstermometeret er et referanseinstrument for måling av temperaturer i området fra 13,81 til 903,89 K. Utformingen av platinamotstandstermometeret er vist i fig. 2. Platinatråd med en diameter på 0,05-0,10 mm, vridd til en spiral, legges på en spiralformet kvartsramme. Kabler laget av platinatråd er loddet til endene av spiralen. Hele enheten er plassert i et beskyttende kvartsrør. Motstanden til et platinatermometer måles vanligvis ved hjelp av en potensiometrisk metode (det skjematiske diagrammet er vist i fig. 3).

Ris. 2. Platina motstandstermometer: a - følsom del, b - termometerhode; 1 - beskyttende kvartsrør; 2 - kvartsramme; 3 - spiral laget av platinatråd; 4 - platinaledninger; 5 - kontaktskruer; 6 - isolerende pakning

I stedet for platina kan andre metaller eller halvledermaterialer brukes i motstandstermometre. Den største ulempen med motstandstermometre er de ganske store dimensjonene til den følsomme delen.

Ris. 3. Skjematisk diagram for måling av motstanden til et platinatermometer:

1 - potensiometer

Termoelektriske termometre. Termoelektriske termometre (termoelementer) er mye brukt både i laboratoriepraksis og i industriell produksjon. Dette er på grunn av deres unike egenskaper.

Et termoelement er to forskjellige metallledere (ledninger av forskjellige metaller) som utgjør en felles elektrisk krets. Hvis temperaturene på forbindelsene (kryssene) til lederne t 1 Og t 2 er ikke de samme, da oppstår termoEMF og elektrisk strøm flyter gjennom kretsen. Årsaken til forekomsten av termoEMF er ulik tetthet av frie elektroner i forskjellige metaller ved samme temperatur. Jo større temperaturforskjell mellom kryssene, desto større termoEMF. TermoEMF-verdien brukes til å bedømme temperaturforskjellen mellom kryssene.

Termoelementelektrodene er tråd med en diameter på 0,1-3,2 mm. Følgende termoelementer brukes: platina-rhodium-platina (fra 0 til 1300 °C), platina-rhodium (fra 300 til 1600 °C), wolfram-rhenium (fra 0 til 2200 °C), kromel-alumel (fra - 200 til 1000 °C), kromel-copel (fra -50 til 600 °C), kobber-copel (fra -200 til 100 °C) og andre.

Ved måling av temperatur er det ene krysset i termoelementkretsen, det såkalte kalde krysset, plassert ved 0 ° C (i smeltende is i en Dewar-kolbe), og det andre - det varme krysset - er i miljøet hvis temperatur må bli målt. ThermoEMF-tabeller for termoelementer er satt sammen spesielt for dette tilfellet. Hvis det av en eller annen grunn ikke er mulig å plassere det kalde krysset i et miljø med en temperatur på 0 °C og det er ved romtemperatur (for eksempel ved 20 °C), tilsvarer i dette tilfellet den resulterende termoEMF temperaturen forskjellen mellom de varme og kalde kryssene og når temperaturen skal bestemmes er det nødvendig å korrigere for det kalde krysset. For å gjøre dette er det nødvendig å legge til den målte termoEMF med termoEMF som tilsvarer temperaturen på det kalde krysset (20 °C), og fra den resulterende verdien bestemme temperaturen ved hjelp av tabeller.

I henhold til koblingsskjemaet skilles termoelementer med en og to kalde koblinger.

Fig.4.

Typer termoelementer: 1 - varmt kryss; 2 – kaldt veikryss

Kretsskjemaet til et termoelement med ett kaldt kryss er vist i fig. 4, a. Hele kretsen er laget av to forskjellige ledere. Et millivoltmeter er inkludert i kretsen for å måle termoEMF. En krets med to kalde koblinger er vist i fig. 4.6. Forskjellen mellom denne kretsen og den første er at kobbertråder introduseres i termoelementkretsen. Kobbertråder er vist som en heltrukket linje. Denne ordningen brukes vanligvis i praksis på grunn av at måleverktøy

kan være plassert i betydelig avstand fra temperaturmålestedet.

En betydelig fordel med termoelementer og motstandstermometre er at de konverterer de målte temperaturverdiene til et elektrisk signal. Dette gjør det mulig å overføre et signal over lange avstander, og også bruke det som styresignal i automatiske regulerings- og kontrollsystemer. Infrarøde termometre.

Et infrarødt termometer lar deg måle overflatetemperaturen på en berøringsfri måte og over en betydelig avstand. Dette gjør det spesielt praktisk i tilfeller der andre metoder for temperaturmåling er uegnet. For eksempel hvis du trenger å måle temperaturen på et objekt i bevegelse, en levende overflate eller en vanskelig tilgjengelig overflate. Enheten er vanligvis laget i form av en pistol. En laserpeker brukes til å velge et temperaturmålepunkt på overflaten.