Scala de temperatură - studopediya
Măsurarea cantităților de energie termică
Una dintre cele mai importante variabile este temperatura puterii termice. Temperatura - cantitatea fizică ce caracterizează gradul de corpul încălzit sau un potențial de căldură și energie. Aproape toate procesele și proprietăți diferite materiale sunt dependente de temperatură.
Spre deosebire de cantități fizice, cum ar fi masa, lungimea, etc. Temperatura nu este o vastă (parametric) și intensă valoare (activă). În cazul în care un corp omogen divizat în jumătate, masa sa este, de asemenea, redus la jumătate. Valoarea temperaturii fiind intensiv, această proprietate nu are aditivitatea, adică pentru un sistem în echilibru termic, orice parte a sistemului are aceeași temperatură. Prin urmare, nu este posibil să se furnizeze o referință a temperaturii, la fel ca și standardele sunt cantități extinse.
poate măsura temperatura bazată doar indirect dependența de temperatură a proprietăților fizice ale organismelor care pot fi supuse directe de măsurare. Aceste proprietăți sunt numite corpuri termometrice. Acestea includ o lungime, densitate, volum, emf termic. rezistență electrică, etc. Substanțe de proprietăți termometrice thermometric sun. instrument de măsurare a temperaturii numit termometru. Pentru a crea un termometru trebuie să aibă o scală de temperatură.
scala de temperatură numită relație funcțională valori numerice specifice ale temperaturii măsurate cu proprietățile termometrice. În acest sens, este posibil să se construiască un scale de temperatură bazate pe selectarea oricăror proprietăți termometrice. În același timp, nu au proprietăți termometrice obnogo, care este liniar legate de modificarea temperaturii și nu depinde de alți factori, într-o gamă largă de măsurare a temperaturii.
Primele scale de temperatură a apărut în secolul al XVIII-lea. Pentru construirea a două referință selectate (fiducials) punctele t1 și t2. reprezentând temperatura fazei de echilibru substanțe chimice pure. Diferența de temperatură t2 - t1 se numește intervalul de temperatură primară. fizician german Gabriel Daniel Fahrenheit (1715), fizician suedez Anders Tselsy (1742) și fizician francez Rene Reaumur Antoine (1776), la scara bazată pe ipoteza unei relații liniare între temperatura t și proprietatea termometrică, care a fost utilizat ca extinderea V. volumului de fluid adică
unde a și b - coeficienți constanți.
Substituind în această ecuație V = V1 la t = t1 și V = V2 la t = t2. după ecuația de conversie obținem scală de temperatură:
In Fahrenheit, Reaumur și Celsius punct de topire t1 gheață a corespuns la 0. 32 0 0 0. u0 și punct de fierbere t2 - 212 0. 80 0 0. 100 și principal t2 interval - t1 în aceste scale, respectiv, divizate N = 180 80 și 100 de părți egale, și 1 / N din fiecare dintre intervalele numite grade fahrenheit - t 0 F, grade Reaumur R t 0 și t 0 grade Celsius C. Astfel, pentru scalele construite pe acest principiu, gradul de identitate nu este măsurare și reprezintă un singur interval - scara de timp.
Pentru conversia temperaturii de la o scara la alta folosind raportul:
Mai târziu sa constatat că citirile termometre cu diferite substanțe termometrice (mercur, alcool, etc.) Folosind aceeași proprietate termometrică și marcajele unghiulare uniforme coincid numai în punctele de referință, precum și în alte părți ale mărturiei sunt divergente. Acest lucru este deosebit de vizibilă atunci când sunt măsurate valori ale temperaturii, care sunt departe de fanta de sol.
Acest fapt se explică prin faptul că relația dintre temperatură și proprietatea termometrică este de fapt neliniare, iar acest neliniaritatea este diferit pentru diferite substanțe termometrice. În particular, neliniaritatea dintre temperatură și variația volumului de fluid, datorită faptului că coeficientul de temperatură al expansiunii volumului lichidului se schimbă cu temperatura și această variație este diferită pentru diferite lichide picurare.
Puteți construi orice număr de solzi, care diferă în mod semnificativ unele de altele bazate pe principiul descris. Aceste scări sunt numite condiționate, precum și amploarea acestor scale - grade condiționate.
Problema creării scării de temperatură care este independentă de proprietățile termometrice ale substanțelor, a fost rezolvată în 1848, Kelvin, iar scara propusă de el numit termodinamică. Spre deosebire de scale de temperatură convenționale scală de temperatură termodinamică este absolută.
scala de temperatură termodinamică se bazează pe a doua lege a termodinamicii. În conformitate cu această eficiență drept h mașină termică care funcționează pe ciclul invers Carnot este determinată numai de temperatură TH încălzitorului și mai rece Tx și nu depinde de proprietățile mediului de lucru:
unde qx și Qn - în consecință, cantitatea de căldură primită de la materialul de lucru incalzitor eliminate frigider.
Kelvin au fost propuse pentru determinarea temperaturii de egalitate utilizare
Prin urmare, folosind un obiect ca un radiator, iar celălalt - ca un frigider și care transportă ciclul Carnot între acestea, raportul poate fi determinat prin măsurarea temperaturii obiectelor raport, luate de la un obiect la altul eliminate căldură. Intervalul de temperatură rezultată nu depinde de proprietățile mediului de lucru și se numește scara absolută a temperaturii. La temperatura absolută a avut o anumită valoare, sa sugerat să ia diferența dintre temperatura termodinamică puncte de fierbere a apei TQ TTL și care se topește la 100 0. Adoptarea unei astfel de diferență a fost destinată să asigure continuitatea valorii numerice a scalei de temperatură termodinamică la scală de temperatură centigrade Celsius. TS indicând cantitatea de căldură primită de la încălzitor (apa de fierbere) și a dat (topirea gheții) frigider, respectiv, și prin Qkv QTL. și luând TKB - TTL = 100, obținem:
Pentru oricare dintre temperatura T a încălzitorului la o valoare și frigider TTL cantitate constantă QTL de căldură. da-i o substanță mașină Carnot de lucru, avem:
Ecuația (6) este un centigrade scală de temperatură termodinamică ecuație și arată că T valoarea temperaturii pe scala liniară corelată cu cantitatea de Q de căldură, care rezultă substanța de lucru a motorului termic atunci când se face Carnot ciclului său și, în consecință, nu depinde de proprietățile materialului termodinamică. Pentru un grad de temperatură termodinamică a fost luată ca diferența dintre temperatura corpului și temperatura de topire a gheții, la care a produs operația inversă ciclu Carnot este de 1/100 parte a muncii efectuate în ciclul Carnot între apă și topirea gheții (fierbere cu condiția ca, în ambele cicluri cantitatea de căldură dată la frigider, la fel).
Din definiția de eficiență Rezultă că valoarea maximă h = 1 trebuie să fie zero Tx. Aceasta a fost cea mai scăzută temperatură se numește zero absolut Kelvin. din scala de temperatură termodinamică indică „K“.
intervalul de temperatură termodinamică, bazată pe cele două puncte de referință este insuficientă în precizia de măsurare. În practică, este dificil de a reproduce aceste puncte de temperatură, așa cum ele depind de presiune, ci și asupra conținutului de sare în apă. De aceea, Kelvin, Mendeleev și să facă observații cu privire la fezabilitatea construirii unei scară de temperatură termodinamică, un punct de referință.
Comitetul consultativ pentru Termometria Comitetului Internațional pentru Măsuri și Greutăți a adoptat o recomandare privind trecerea la determinarea scalei termodinamice în 1954, cu un punct de referință - punctul triplu al apei (punctul de echilibru al apei în solide, lichide și fazele gazoase), care pot fi ușor de reprodus în containere speciale cu eroare nu mai mult de 0,0001 K. temperatura acestui punct presupus a fi 273, 16 K, adică, peste temperatura de topire a gheții de 0,01 K. Acest număr este selectat la valori ale temperaturii de noua scală nu este cu mult diferit de Celsius vechi cu două puncte de referință. Al doilea punct de referință este zero absolut, care, practic, nu poate fi realizat, dar are o poziție fixă bine.