Temperatuurschalen

De temperatuurschaal is een specifieke functionele numerieke relatie van temperatuur met de waarden van de gemeten thermometrische eigenschap. In dit opzicht lijkt het mogelijk om een ​​temperatuurschaal te construeren op basis van de keuze van een thermometrische eigenschap. Tegelijkertijd is er geen enkele thermometrische eigenschap die lineair varieert met

temperatuurverandering en is niet afhankelijk van andere factoren in een breed scala aan temperatuurmetingen. De eerste schalen verschenen in de 18e eeuw. Om ze te bouwen, werden twee referentie- of referentiepunten gekozen. t1 en t2, wat de fase-evenwichtstemperaturen zijn van zuivere stoffen. temperatuur verschil t 1 - t 2 het hoofdtemperatuurbereik genoemd.

Fahrenheit (1715), Réaumur (1776) en Celsius (1742) baseerden hun schalen op de aanname van een lineair verband tussen temperatuur t en thermometrische eigenschap, die werd gebruikt als de uitbreiding van het vloeistofvolume; V(formule 14.27) /8/

t=a+bV,(14.27)

waar een en B- constante coëfficiënten.

Substitueren in vergelijking (14.27) V=V1 Bij t=t1 en V=V2 Bij t=t2, na transformaties krijgen we de vergelijking (14.28) van de temperatuurschaal /8/

In Fahrenheit, Réaumur en Celsius-schalen, het smeltpunt van ijs t1 kwam overeen met +32, 0 en 0 °, en het kookpunt van water t2- 212, 80 en 100°. Basisafstand t2-t1 in deze schalen is respectievelijk verdeeld in: N= 180, 80 en 100 Gelijke delen, en 1/N een deel van elk van de intervallen wordt graden Fahrenheit genoemd - t° F, graden Réaumur - t° R en graden Celsius t °С. Dus voor schalen die volgens dit principe zijn gebouwd, is de graad geen maateenheid, maar een enkel interval - de schaalschaal.

Gebruik de relatie (14.29) om de temperatuur van de ene gespecificeerde schaal naar de andere te converteren

t°С= 1,25° R=-(5/9)( - 32), (14.29)

Later werd ontdekt dat de meetwaarden van thermometers die verschillende thermometrische stoffen bevatten (bijvoorbeeld kwik, alcohol, enz.), Met dezelfde thermometrische eigenschap en een uniforme gradenschaal, alleen samenvallen op referentiepunten, en op andere punten lopen de meetwaarden uiteen . Dit laatste is vooral merkbaar bij het meten van temperaturen, waarvan de waarden ver van het hoofdinterval liggen.

Deze omstandigheid wordt verklaard door het feit dat de relatie tussen temperatuur en thermometrische eigenschap eigenlijk niet-lineair is en deze niet-lineariteit verschilt voor verschillende thermometrische stoffen. In het onderhavige geval wordt met name de niet-lineariteit tussen de temperatuur en de verandering in het vloeistofvolume verklaard door het feit dat de temperatuurcoëfficiënt van de volumetrische uitzetting van de vloeistof zelf verandert met de temperatuur, en deze verandering is verschillend voor verschillende dalingen vloeistoffen.

Op basis van het beschreven constructieprincipe kan een willekeurig aantal temperatuurschalen, die aanzienlijk van elkaar verschillen. Dergelijke schalen worden voorwaardelijk genoemd en de schalen van deze schalen worden voorwaardelijke graden genoemd. Het probleem van het creëren van een temperatuurschaal onafhankelijk van de thermometrische eigenschappen van stoffen werd in 1848 opgelost door Kelvin, en de schaal die hij voorstelde werd thermodynamisch genoemd. In tegenstelling tot voorwaardelijke temperatuurschalen, is de thermodynamische temperatuurschaal absoluut.

Thermodynamische temperatuurschaal gebaseerd op de tweede wet van de thermodynamica. In overeenstemming met deze wet, de coëfficiënt nuttige actie een verbrandingsmotor die werkt op een omkeerbare Carnot-cyclus wordt alleen bepaald door de verwarmingstemperaturen T Nee en koelkast T X en is niet afhankelijk van de eigenschappen van de werkstof, dus de efficiëntie wordt berekend met de formule (14.30) /8/

(14.30)

waar Q Nee en Q X- respectievelijk de hoeveelheid warmte die door de werksubstantie van de verwarming wordt ontvangen en aan de koelkast wordt gegeven.

Kelvin stelde voor om de vergelijking (14.31) /8/ te gebruiken om de temperatuur te bepalen

T N / T X \u003d Q N / Q X , (14.31)

Door het ene object als verwarming en het andere als koeler te gebruiken en ertussen een Carnot-cyclus uit te voeren, is het daarom mogelijk om de verhouding van de temperaturen van de objecten te bepalen door de verhouding van warmte te meten die van het ene object wordt genomen en aan het andere wordt gegeven . De resulterende temperatuurschaal is niet afhankelijk van de eigenschappen van de werkende (thermometrische) stof en wordt de absolute temperatuurschaal genoemd. Om ervoor te zorgen dat de absolute temperatuur (en niet alleen de verhouding) een bepaalde waarde heeft, werd voorgesteld om het verschil in thermodynamische temperaturen tussen de kookpunten van water te nemen T KV en smeltend ijs T TL, gelijk aan 100 °. De goedkeuring van een dergelijke waarde van het verschil streefde het doel na om de continuïteit van de numerieke uitdrukking van de thermodynamische temperatuurschaal van de Celsius-temperatuurschaal te behouden. Dus, aanduiding van de hoeveelheid warmte die wordt ontvangen van de verwarming (kokend water) en die aan de koelkast wordt gegeven (smeltend ijs), respectievelijk door Q HF en Q TL en accepteren TKV - TTL == 100, met (14.31) verkrijgen we de gelijkheid (14.32) en (14.33)

(14.32)

(14.33)

Voor elke temperatuur t verwarming op constante temperatuur T TL koelkast en de hoeveelheid warmte Q TL, gegeven door de werkende substantie van de Carnot-machine, zullen we de gelijkheid (14.34) /8/ hebben

(14.34)

Expressie (14.34) is de vergelijking Celsius thermodynamische temperatuurschaal en laat zien dat de temperatuurwaarde t op deze schaal is lineair gerelateerd aan de hoeveelheid warmte Q verkregen door de werkende substantie van de warmtemotor wanneer deze de Carnot-cyclus voltooit, en is daardoor niet afhankelijk van de eigenschappen van de thermometrische substantie. Eén graad thermodynamische temperatuur is zo'n verschil tussen de lichaamstemperatuur en de smelttemperatuur van ijs, waarbij de arbeid verricht in de omkeerbare Carnot-cyclus gelijk is aan 1/100 van de arbeid verricht in de Carnot-cyclus tussen de temperatuur van kokend water en smeltend ijs (mits in beide cycli de hoeveelheid warmte die aan de koelkast wordt afgegeven hetzelfde is). Uit uitdrukking (14.30) volgt dat bij de maximale waarde gelijk moet zijn aan nul T X. Deze laagste temperatuur werd door Kelvin het absolute nulpunt genoemd. De temperatuur op de thermodynamische schaal wordt aangegeven t K. Als in een uitdrukking die beschrijft: gaswet Gay-Lussac: (waar Ro- druk op t=0 °C; - temperatuurcoëfficiënt van druk), vervang de temperatuurwaarde gelijk aan - , dan de gasdruk P t nul zal worden. Het ligt voor de hand om aan te nemen dat de temperatuur waarbij de beperkende minimale gasdruk wordt verschaft zelf de laagst mogelijke is en op de absolute Kelvin-schaal als nul wordt beschouwd. Daarom is de absolute temperatuur

Uit de wet van Boyle-Mariotte is bekend dat voor gassen de temperatuurcoëfficiënt van druk a gelijk is aan de temperatuurcoëfficiënt van volume-expansie. Experimenteel werd gevonden dat voor alle gassen bij een druk die neigt naar nul, in het temperatuurbereik van 0-100 ° C, de temperatuurcoëfficiënt van volume-expansie = 1/273,15.

De nulwaarde van de absolute temperatuur komt dus overeen met °C. De smelttemperatuur van ijs op absolute schaal zal zijn Naar\u003d\u003d 273,15 K. Elke temperatuur in de absolute Kelvin-schaal kan worden gedefinieerd als (waar t temperatuur in °C). Opgemerkt moet worden dat één graad Kelvin (1 K) overeenkomt met één graad Celsius (1 ° C), aangezien beide schalen op dezelfde referentiepunten zijn gebaseerd. De thermodynamische temperatuurschaal gebaseerd op twee referentiepunten (de smelttemperatuur van ijs en het kookpunt van water) had onvoldoende meetnauwkeurigheid. In de praktijk is het moeilijk om de temperaturen van deze punten te reproduceren, omdat ze afhankelijk zijn van drukveranderingen en kleine onzuiverheden in het water. Kelvin en, onafhankelijk van hem, D.I. Mendelejev gaven hun mening over het nut van het construeren van een thermodynamische temperatuurschaal vanuit één referentiepunt. In 1954 nam het Adviescomité voor Thermometrie van het Internationaal Comité voor Gewichten en Maatregelen een aanbeveling aan om over te gaan tot de definitie van een thermodynamische schaal met behulp van één referentiepunt - het tripelpunt van water (het evenwichtspunt van water in de vaste, vloeibare en gasvormige fasen), die gemakkelijk kan worden gereproduceerd in speciale vaten met een fout van niet meer dan 0,0001 K. De temperatuur van dit punt wordt gelijkgesteld aan 273,16 K, d.w.z. 0,01 K boven de temperatuur van het ijssmeltpunt. Dit getal is zo gekozen dat de temperatuurwaarden op de nieuwe schaal praktisch niet zouden verschillen van de oude Celsius-schaal met twee vaste punten. Het tweede referentiepunt is het absolute nulpunt, dat niet experimenteel is gerealiseerd, maar een strikt vaste positie heeft. In 1967 verduidelijkte de XIII Algemene Conferentie over Maten en Gewichten de definitie van de eenheid van thermodynamische temperatuur in de volgende editie: "Kelvin-1/273.16" een deel van de thermodynamische temperatuur van het tripelpunt van water." Thermodynamische temperatuur kan ook worden uitgedrukt in graden Celsius: t= T- 273.15 K. Het gebruik van de tweede wet van de thermodynamica, voorgesteld door Kelvin om het begrip temperatuur vast te stellen en een absolute thermodynamische temperatuurschaal te construeren die niet afhankelijk is van de eigenschappen van een thermometrische substantie, is van groot theoretisch en fundamenteel belang. De implementatie van deze schaal met een warmtemotor die werkt volgens een omkeerbare Carnot-cyclus als thermometer is echter praktisch onmogelijk.

De thermodynamische temperatuur is gelijk aan de thermische gastemperatuur die wordt gebruikt in de vergelijkingen die de wetten van ideale gassen beschrijven. De gasthermische temperatuurschaal is gebouwd op basis van een gasthermometer, waarin een gas als thermometrische substantie wordt gebruikt, die de eigenschappen van een ideaal gas benadert. De gasthermometer is dus een echt hulpmiddel voor het reproduceren van de thermodynamische temperatuurschaal. Er zijn drie soorten gasthermometers: constant volume, constante druk en constante temperatuur. Gewoonlijk wordt een gasthermometer met constant volume gebruikt (Figuur 14.127), waarbij de verandering in gastemperatuur evenredig is met de verandering in druk. De gasthermometer bestaat uit een cilinder 1 en verbindingsbuis 2, gevuld via de klep 3 waterstof, helium of stikstof (voor hoge temperaturen). Verbindingsbuis 2 aangesloten op een buis 4 tweepijpsdrukmeter, waarin de buis 5 kan omhoog of omlaag worden bewogen dankzij de flexibele aansluitslang 6. Wanneer de temperatuur verandert, verandert het volume van het systeem gevuld met gas, en om het op zijn oorspronkelijke waarde te brengen, de buis 5 beweeg verticaal tot het kwikniveau in de buis 4 niet uitgelijnd met as X-X. Tegelijkertijd, de kolom van kwik in de buis 5, gemeten vanaf het niveau X-X, komt overeen met de gasdruk R in een ballon.

Figuur 14.127 - Schema van een gasthermometer

algemeen gemeten temperatuur t bepaald ten opzichte van een referentiepunt, bijvoorbeeld ten opzichte van de temperatuur van het tripelpunt van water T0, waarbij de druk van het gas in de cilinder zal zijn Ro. De gewenste temperatuur wordt berekend met de formule (14.35)

(14.35)

Gasthermometers worden gebruikt in het interval ~ 2- 1300 K. De fout van gasthermometers ligt binnen 3-10-3 - 2-10-2 K, afhankelijk van de gemeten temperatuur. Het bereiken van dergelijke hoge precisie meting is een complexe taak waarbij rekening moet worden gehouden met tal van factoren: afwijkingen van de eigenschappen van een echt gas van een ideaal gas, de aanwezigheid van onzuiverheden in het gas, sorptie en desorptie van gas door de wanden van de cilinder, diffusie van gas door de wanden, verandering in het volume van de cilinder van temperatuur, temperatuurverdeling langs de verbindingsbuis.

Vanwege de grote complexiteit van het werken met gasthermometers is geprobeerd meer te vinden eenvoudige methoden reproductie van de thermodynamische temperatuurschaal.

Op basis van studies uitgevoerd in verschillende landen tijdens de VII Algemene Conferentie over Maten en Gewichten in 1927, werd besloten om de thermodynamische schaal te vervangen "praktische" temperatuurschaal en bel haar internationale temperatuurschaal. Deze schaal was consistent met de thermodynamische schaal van Celsius, voor zover het kennisniveau van die tijd dat toestond.

Om de internationale temperatuurschaal te bouwen, werden zes reproduceerbare referentiepunten gekozen, waarvan de temperaturen op de thermodynamische schaal in verschillende landen zorgvuldig werden gemeten met behulp van gasthermometers en de meest betrouwbare resultaten werden aanvaard. Met behulp van vaste punten worden referentie-instrumenten gekalibreerd om de internationale temperatuurschaal te reproduceren. In de intervallen tussen de referentiepunten worden de temperatuurwaarden berekend volgens de voorgestelde interpolatieformules die de relatie bepalen tussen de meetwaarden van standaardinstrumenten en de temperatuur op internationale schaal. In 1948, 1960 en 1968 een aantal verduidelijkingen en aanvullingen zijn aangebracht op de bepalingen op de internationale temperatuurschaal, omdat op basis van verbeterde meetmethoden verschillen zijn gevonden tussen deze schaal en de thermodynamische schaal, vooral bij hoge temperaturen, en ook vanwege de noodzaak om de temperatuurschaal uitbreiden naar lagere temperaturen. Op dit moment is de verbeterde schaal die is aangenomen op de XIII Conferentie over maten en gewichten onder de naam "Internationale praktische temperatuurschaal 1968" (IPTP-68) van kracht. De definitie "praktisch" geeft aan dat deze temperatuurschaal over het algemeen niet samenvalt met de thermodynamische schaal. MPTSh-68 temperaturen worden geleverd met een index ( T68 of t68).

MPTSh-68 is gebaseerd op 11 vaste hoofdpunten, weergegeven in Tabel 9. Naast de belangrijkste zijn er 27 secundaire vaste punten die het temperatuurbereik van 13,956 tot 3660 K (van -259.194 tot 3387 °C) bestrijken. De numerieke waarden van temperaturen in tabel 14.4 komen overeen met de thermodynamische schaal en worden bepaald met behulp van gasthermometers.

Als referentiethermometer in het temperatuurbereik van 13,81 tot 903,89 K (630,74 ° C - het stolpunt van antimoon - het secundaire referentiepunt), wordt een platinaweerstand-thermische omzetter genomen. Dit interval is verdeeld in vijf subintervallen, voor elk waarvan interpolatieformules zijn gedefinieerd in de vorm van veeltermen tot en met de vierde graad. In het temperatuurbereik van 903,89 tot 1337,58 K wordt een referentie platina-platina-rhodium thermo-elektrische thermometer gebruikt. De interpolatieformule die hier de thermo-elektromotorische kracht relateert aan de temperatuur is een polynoom van de tweede graad.

Voor temperaturen boven 1337,58 K (1064,43°C) wordt MPTS-68 gereproduceerd met een quasi-monochromatische thermometer met behulp van de stralingswet van Planck.

Tabel 14.4 - Belangrijkste referentiepunten van IPTS-68

Temperatuur - de belangrijkste parameter omgeving(OS). OS-temperatuur kenmerkt de mate van verwarming, die wordt bepaald door de interne kinetische energie van de thermische beweging van moleculen. Temperatuur kan worden gedefinieerd als een parameter voor de thermische toestand. Om de mate van verwarming van lichamen te vergelijken, gebruikt het een verandering in sommige van hun fysieke eigenschappen die afhankelijk zijn van temperatuur en gemakkelijk meetbaar zijn (bijvoorbeeld volumetrische uitzetting van een vloeistof, een verandering in de elektrische weerstand van een metaal, enz.) .

Om over te gaan tot de kwantitatieve bepaling van de temperatuur, is het noodzakelijk om de temperatuurschaal in te stellen, d.w.z. selecteer de oorsprong (nul van de temperatuurschaal) en de maateenheid voor het temperatuurinterval (graden).

De temperatuurschalen die vóór de introductie van een enkele temperatuurschaal werden gebruikt, zijn een reeks markeringen binnen een temperatuurbereik dat wordt beperkt door twee gemakkelijk reproduceerbare constante (hoofdreferentie of referentie) kook- en smeltpunten van chemisch zuivere stoffen. Deze temperaturen werden gelijkgesteld aan willekeurige numerieke waarden t" en t". Dus 1 deg = (t" - t") / n, waarbij t" en t" twee constante, gemakkelijk reproduceerbare temperaturen zijn; n is een geheel getal in welk temperatuurbereik.

Om de temperatuurschaal te markeren, werd de volumetrische uitzetting van lichamen tijdens verwarming het vaakst gebruikt, en de temperaturen van kokend water en smeltend ijs werden als constante punten genomen. De temperatuurschalen gemaakt door Lomonosov, Fahrenheit, Réaumur en Celsius zijn gebaseerd op dit principe. Bij het construeren van deze schalen werd een lineair verband tussen de volumetrische uitzetting van de vloeistof en de temperatuur aangenomen, d.w.z.

waarbij k de evenredigheidscoëfficiënt is (komt overeen met de temperatuurcoëfficiënt van volume-uitzetting). Integratie van vergelijking (1) geeft

waarbij D de integratieconstante is.

Om de constanten k en D te bepalen, worden twee geselecteerde temperaturen t "en t" gebruikt. Uitgaande van een temperatuur t "volume V", en een temperatuur t "- V", verkrijgen we

t" = kV" + D; (3)

t” = kV” + D; (4).

Door vergelijking (3) af te trekken van vergelijkingen (2) en (4), verkrijgen we:

t - t" = k(V - V") (5);

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

Als we vergelijking (5) delen door vergelijking (6), krijgen we:

waarbij t "en t" de temperaturen zijn van smeltend ijs en kokend water, respectievelijk bij normale druk en vrije valversnelling 980.665 cm/s2; V" en V" - vloeistofvolumes die overeenkomen met de temperaturen t" en t"; V is het vloeistofvolume dat overeenkomt met de temperatuur t.

In de natuur zijn er geen vloeistoffen met een lineair verband tussen de volume-uitzettingscoëfficiënt en de temperatuur, daarom zijn de waarden van thermometers afhankelijk van de aard van de thermometrische substantie (kwik, alcohol, enz.).

Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie werd het noodzakelijk om een ​​uniforme temperatuurschaal te creëren, niet gerelateerd aan enige specifieke eigenschappen van een thermometrische substantie en geschikt voor een breed temperatuurbereik. In 1848 stelde Kelvin, gebaseerd op de tweede wet van de thermodynamica, voor om de temperatuur te bepalen op basis van de gelijkheid

T 2 / (T 2 - T 1) \u003d Q 2 / (Q 2 - Q 1),

waarbij T 1 en T 2 - respectievelijk de temperatuur van de koelkast en verwarming; Q 1 en Q 2 - respectievelijk de hoeveelheid warmte die door de werksubstantie van de verwarming wordt ontvangen en aan de koelkast wordt gegeven (voor een ideale warmtemotor die werkt volgens de Carnot-cyclus).

Laat T 2 gelijk zijn aan het kookpunt van water (T 100), en T 1 is de smelttemperatuur van ijs (T 0); dan, als we het verschil T 2 - T 1 nemen dat gelijk is aan 100 graden en de hoeveelheid warmte aangeven die overeenkomt met deze temperaturen via Q 100 en Q 0, krijgen we

T 100 \u003d Q 100 100 / (Q 100 - Q 0); T 0 \u003d Q 0 100 / (Q 100 - Q 0).

Bij elke verwarmingstemperatuur

T \u003d Q 100 / (Q 100 - Q 0) (8).

De vergelijking is een vergelijking van de thermodynamische temperatuurschaal, die niet afhankelijk is van de eigenschappen van de thermometrische stof.

Het besluit van de XI Algemene Conferentie over maten en gewichten in Rusland voorziet in het gebruik van twee temperatuurschalen: thermodynamisch en internationaal praktisch.

In de thermodynamische Kelvin-schaal is het laagste punt het absolute nulpunt (0K), en het enige experimentele hoofdpunt is het tripelpunt van water. Dit punt komt overeen met 273,16K. Het tripelpunt van water (evenwichtstemperatuur van water in vaste, vloeibare en gasvormige fasen) is uw smeltpunt van ijs met 0,01 graden. De thermodynamische schaal wordt absoluut genoemd als een punt 273,16 K onder het smeltpunt van ijs daarin als nul wordt beschouwd.

Strikt genomen is het onmogelijk om de Kelvin-schaal te implementeren, omdat. de vergelijking is afgeleid van de ideale Carnot-cyclus. De thermodynamische temperatuurschaal valt samen met de schaal van een gasthermometer gevuld met een ideaal gas. Het is bekend dat sommige echte gassen (waterstof, helium, neon, stikstof) in een breed temperatuurbereik relatief weinig verschillen in hun eigenschappen van Ideaal gas. De schaal van een waterstofthermometer (rekening houdend met correcties voor de afwijking van de eigenschappen van een echt gas van een ideaal gas) is dus praktisch een thermodynamische temperatuurschaal.

De internationale praktische temperatuurschaal is gebaseerd op een reeks reproduceerbare evenwichtstoestanden die overeenkomen met bepaalde temperaturen (hoofdreferentiepunten), en op standaardinstrumenten die op deze temperaturen zijn gekalibreerd. In het interval tussen de temperaturen van de belangrijkste referentiepunten wordt interpolatie uitgevoerd volgens formules die de relatie bepalen tussen de aflezingen van standaardinstrumenten en de waarden van de internationale praktische schaal. De belangrijkste referentiepunten worden gerealiseerd als bepaalde toestanden van fase-evenwichten van sommige zuivere stoffen en bestrijken het temperatuurbereik van -259,34 0 C (drievoudige angst van waterstofevenwicht) tot +1064,43 0 C (stolpunt van goud).

Het referentie-instrument dat wordt gebruikt in het temperatuurbereik van -259,34 tot +630,74 0 C is een platina-weerstandsthermometer, van +630,74 tot +1064,43 0 C - een thermo-elektrische thermometer met thermo-elektroden en platina-narodium (10% rhodium) en platina. Voor het temperatuurbereik boven 1064,43 0 C wordt de temperatuur op de internationale praktijkschaal bepaald volgens de stralingswet van Planck.

De temperatuur gemeten op de internationale praktische schaal wordt aangeduid met t, en de numerieke waarden gaan vergezeld van het teken 0 C.

De temperatuur op de thermodynamische schaal is gerelateerd aan de temperatuur op de internationale praktische schaal door de relatie T = t + 273,15. Op de IX Algemene Conferentie over Maten en Gewichten in 1948 werd de internationale praktische temperatuurschaal de Celsius-schaal genoemd. Voor de internationale praktische temperatuurschaal en de Celsius-schaal is één constant punt gebruikelijk (het kookpunt van water); op alle andere punten verschillen deze schalen aanzienlijk, vooral bij hoge temperaturen.

Temperatuurschalen

systemen met vergelijkbare numerieke waarden van temperatuur (zie temperatuur). temperatuur is geen direct gemeten grootheid; de waarde ervan wordt bepaald door de temperatuurverandering van elk geschikt voor meting; fysieke eigenschap thermometrische stof (zie Thermometrie). Na het kiezen van een thermometrische substantie en eigenschap, is het noodzakelijk om het referentiepunt en de grootte van de temperatuureenheid in te stellen - graden. Bepaal dus empirische T. sh. In T.sh. meestal worden twee hoofdtemperaturen vastgesteld, overeenkomend met de punten van fase-evenwicht van eencomponentsystemen (de zogenaamde referentie- of constante punten), waarvan de afstand het hoofdtemperatuurinterval van de schaal wordt genoemd. Als referentiepunten worden gebruikt: het tripelpunt van water, de kookpunten van water, waterstof en zuurstof, de stolpunten van zilver, goud, enz. De grootte van een enkel interval (temperatuureenheid) wordt ingesteld als een bepaalde fractie van het hoofdinterval. Voor de oorsprong van T. sh. neem een ​​van de referentiepunten. Je kunt dus de empirische (voorwaardelijke) T. sh bepalen. voor elke thermometrische eigenschap X. Als we accepteren dat de relatie tussen x en temperatuur t lineair, dan is de temperatuur t x = n(x t - X 0) / (x N -x 0), waar x t , x 0 en x n - numerieke eigenschapswaarden x bij een temperatuur t op het begin- en eindpunt van het hoofdinterval, ( x N -x 0) /N- graad grootte, P- aantal divisies van het hoofdinterval.

In Celsius-schaal (zie Celsius-schaal) , bijvoorbeeld de temperatuur van stolling van water (smelten van ijs) wordt als referentiepunt genomen, het belangrijkste interval tussen de punten van stollen en koken van water is verdeeld in 100 gelijke delen ( N = 100).

T. s. vertegenwoordigt daarom een ​​systeem van opeenvolgende temperatuurwaarden die lineair gerelateerd zijn aan de waarden van de gemeten fysieke hoeveelheid(deze waarde moet een eenwaardige en monotone functie van temperatuur zijn). In het algemene geval, T. sh. kan verschillen in thermometrische eigenschap (het kan zijn: thermische expansie lichamen, verandering in de elektrische weerstand van geleiders met temperatuur, enz.), door thermometrische substantie (gas, vloeistof, stevig), en zijn ook afhankelijk van de referentiepunten. In het eenvoudigste geval, T. sh. verschillen in numerieke waarden die voor dezelfde referentiepunten zijn genomen. Dus in de Celsius (°С), Réaumur (°R) en Fahrenheit (°F) schalen, worden de smeltpunten van ijs en de kookpunten van water bij normale druk toegewezen verschillende betekenissen temperatuur. De verhouding voor het omzetten van temperatuur van de ene schaal naar de andere:

N°C = 0,8 N°R = (1,8 N+32) °F.

Directe herberekening voor thermische breedtegraden die verschillen in basistemperaturen is onmogelijk zonder aanvullende experimentele gegevens. T. sh., die verschillen in thermometrische eigenschap of substantie, zijn significant verschillend. Een onbeperkt aantal empirische T.sh die niet met elkaar samenvallen is mogelijk, aangezien alle thermometrische eigenschappen niet-lineair gerelateerd zijn aan temperatuur en de mate van niet-lineariteit verschillend is voor verschillende eigenschappen, en de werkelijke temperatuur gemeten door empirische T. sh. wordt voorwaardelijk ("kwik", "platina" temperatuur, enz.) genoemd, de eenheid ervan is een voorwaardelijke graad. Onder empirische T. sh. een speciale plaats wordt ingenomen door gasschalen, waarin gassen (stikstof-, waterstof- en heliumgassen) als thermometrische stoffen dienen. Deze T.sh. minder dan andere hangen af ​​van het gebruikte gas en kunnen (door correcties aan te brengen) worden teruggebracht tot de theoretische gastemperatuur. Avogadro, geldig voor een ideaal gas (zie Gasthermometer). Absoluut empirische T. sh. de schaal genoemd, waarvan het absolute nulpunt overeenkomt met de temperatuur waarbij de numerieke waarde van de fysieke eigenschap x = 0(bijvoorbeeld in de Avogadro-gasleiding komt de absolute nultemperatuur overeen met de nuldruk van een ideaal gas). temperatuur- t (x) (volgens empirische T. w.) en t (x) (volgens de absolute empirische T. w.) zijn gerelateerd door de relatie t (x) =t (x) +T 0 (x) , waar t 0 (x- het absolute nulpunt van de empirische T. sh. (de introductie van het absolute nulpunt is een extrapolatie en impliceert niet de implementatie ervan).

De fundamentele tekortkoming van de empirische T. sh. - hun afhankelijkheid van de thermometrische substantie - ontbreekt in de thermodynamische theorie van de thermodynamica, die gebaseerd is op de tweede wet van de thermodynamica (zie Tweede wet van de thermodynamica). Bij het bepalen van de absolute thermodynamische T. sh. (schaal van Kelvin) komen uit de Carnot-cyclus a. Als in de Carnot-cyclus het lichaam dat de cyclus maakt, warmte opneemt Q 1 op temperatuur T1 en geeft warmte Q 2 af bij een temperatuur T2 , dan de relatie T1 / T2 = Q1/ Q2 is niet afhankelijk van de eigenschappen van de werkvloeistof en maakt het mogelijk, volgens de waarden die beschikbaar zijn voor metingen, Q1 en Q2 bepaal de absolute temperatuur. Aanvankelijk werd het hoofdinterval van deze schaal bepaald door de punten van smeltend ijs en kokend water bij luchtdruk, de eenheid van absolute temperatuur kwam overeen met de Algemene Conferentie over Maten en Gewichten) stelde de thermodynamische T. sh. met één referentiepunt - het tripelpunt van water, waarvan de temperatuur 273,16 K is (exact), wat overeenkomt met 0,01 °C. temperatuur- t in absolute thermodynamische T. sh. gemeten in Kelvin Ah (K). Thermodynamische temperatuur, waarbij de temperatuur wordt genomen voor het smeltpunt van ijs t\u003d 0 ° С, wordt celsius genoemd. Relaties tussen temperaturen uitgedrukt in de Celsius-schaal en absolute thermodynamische T.w.:

TK= t°C + 273,15K, N K =N°C ,

dus de grootte van de eenheden in deze schalen is hetzelfde. In de Verenigde Staten en enkele andere landen waar het gebruikelijk is om de temperatuur te meten op de schaal van Fahrenheit, wordt ook absolute Tsh gebruikt. Rankin. Relatie tussen Kelvin en graad Rankine: N K = 1.8 N° Ra, volgens de Rankin-schaal, komt het smeltpunt van ijs overeen met 491,67 ° Ra, het kookpunt van water is 671,67 ° Ra.

Elke empirische T. sh. gereduceerd tot thermodynamische T. sh. de introductie van correcties die rekening houden met de aard van de relatie tussen de thermometrische eigenschap en de thermodynamische temperatuur. Thermodynamische T.sh. wordt niet rechtstreeks uitgevoerd (door de Carnot-cyclus uit te voeren met een thermometrische stof), maar met behulp van andere processen die verband houden met thermodynamische temperatuur. In een breed temperatuurbereik (ongeveer van het kookpunt van helium tot het stolpunt van goud), thermodynamische T. sh. samenvallen met T. sh. Avogadro, zodat de thermodynamische temperatuur wordt bepaald door de gastemperatuur, die wordt gemeten met een gasthermometer. Bij lagere temperaturen is de thermodynamische T. sh. uitgevoerd volgens temperatuur afhankelijkheid magnetische gevoeligheid van paramagneten (zie Lage temperaturen) , op hogere niveaus - volgens metingen van de stralingsintensiteit van een volledig zwart lichaam (zie Pyrometrie) . Uitvoeren van thermodynamische thermodynamica. zelfs met de hulp van T. sh. Avogadro is erg moeilijk, dus in 1927 werd de International Practical Temperature Scale (IPTS) aangenomen, die samenvalt met de thermodynamische T. sh. met de mate van nauwkeurigheid die experimenteel haalbaar is. Alle temperatuurmeetinstrumenten zijn gekalibreerd in MPTS.

Lett.: Popov M.M., Thermometrie en calorimetrie, 2e druk, M., 1954; Gordov A.N., Temperatuurschalen, M., 1966; Burdun G.D., Handbook of the International System of Units, M., 1971; GOST 8.157-75. Praktische temperatuurschalen.

D.I. Sharevskaya.

Groot Sovjet encyclopedie. - M.: Sovjet-encyclopedie. 1969-1978 .

• Temperatuurspanningen
• temperatuur verschil

Zie wat "Temperatuurschalen" zijn in andere woordenboeken:

TEMPERATUURSCHAAL- systemen met vergelijkbare numerieke waarden van temperatuur. Er zijn absolute thermodynamische temperatuurschalen (Kelvin-schaal) en verschillende empirische temperatuurschalen geïmplementeerd met behulp van de eigenschappen van stoffen die afhankelijk zijn van temperatuur ... ... Groot encyclopedisch woordenboek

TEMPERATUURSCHAAL- TEMPERATUURSCHAAL, systemen met vergelijkbare numerieke waarden van temperatuur. Er zijn absolute thermodynamische temperatuurschalen, die gebaseerd zijn op elke eigenschap van een stof die afhangt van de temperatuur (thermische uitzetting, ... ... Moderne Encyclopedie

TEMPERATUURSCHAAL- systemen met vergelijkbare temperatuurwaarden. De temperatuur kan niet direct worden gemeten; de waarde ervan wordt bepaald door de temperatuurverandering van c.l. handig voor fysieke metingen. sv va v va (zie THERMOMETRIE). Thermometrisch svm x kan gasdruk zijn ... Fysieke Encyclopedie- systemen met vergelijkbare numerieke waarden van temperatuur. Om T.sh te bouwen. het is noodzakelijk om de oorsprong van de temperatuurreferentie en de grootte van de temperatuureenheid (graden) te selecteren. Er is een absolute thermodynamische T. sh. (schaal van Kelvin) en verschillende empirische ... Astronomisch woordenboek

TEMPERATUURSCHAAL- systemen met vergelijkbare numerieke waarden van temperatuur. Er zijn buikspieren. thermodynamisch T. s. (schaal van Kelvin) en dec. empirisch T. sh., geïmplementeerd met behulp van eigenschappen in v, afhankelijk van de temperatuur (thermische uitzetting, verandering in elektrische weerstand met temperatuur ... ... Natuurwetenschap. encyclopedisch woordenboek

Temperatuurschalen- door een reeks waarden, die een geordende reeks temperaturen van verschillende waarden weergeeft. Volgens het SI-systeem is de thermodynamische (basis) temperatuurschaal niet afhankelijk van het type thermometrische stoffen en heeft één drievoudig referentiepunt ... ... Encyclopedisch woordenboek van metallurgie

TEMPERATUURSCHAAL- reeksen waarden die een geordende reeks temperaturen van verschillende waarden weerspiegelen. Volgens het SI-systeem is de thermodynamische (basis) temperatuurschaal niet afhankelijk van het type thermometrische stof en heeft één drievoudig referentiepunt ... ... Metallurgisch woordenboek

Graden Celsius- (symbool: °C) een veelgebruikte temperatuureenheid, gebruikt in het International System of Units (SI) samen met de kelvin ... Wikipedia

TEMPERATUURSCHAAL

TEMPERATUURSCHAAL, schaalverdeling voor het meten van temperatuur. Om een ​​temperatuurschaal te maken, moet u een thermometrische parameter kiezen die lineair verandert met de temperatuur (bijvoorbeeld het volume van een gas bij constante druk of de uitzetting van een vloeistof in een buis), twee of meer vaste, gemakkelijk reproduceerbare punten, (bijvoorbeeld de kook- en vriespunten van water) en willekeurige verdelingen (graden genoemd) tussen vaste punten. Als thermometrische parameters kan de uitzetting van gas, alcohol, kwik, elektrische weerstand en golflengte van het licht. De meest voorkomende temperatuurschalen zijn FAHRENHEIT, CELSIUS (Celsius) en KELVIN (of absoluut); ze worden afgekort als ° F, ° C en K. De Fahrenheit-schaal gebruikte oorspronkelijk het vriespunt van water (aangenomen 32 ° F te zijn) en de temperatuur van het menselijk lichaam (96 ° F, later 98,6 ° F) als vast punten. Het interval tussen hen werd gedeeld door 64 graden; Het kookpunt van water wordt geëxtrapoleerd naar 212 ° F. De Celsius-schaal gebruikt de vries- en kookpunten van water als respectievelijk 0°C en 100°C; interval gedeeld door 100 graden. Nul op de Kelvin of thermodynamische schaal (-273,15 °C, -459,67 °F)

Wetenschappelijk en technisch encyclopedisch woordenboek.

Kijk wat de "TEMPERATUURSCHAAL" is in andere woordenboeken:

TEMPERATUURSCHAAL- een reeks numerieke punten op de thermometerschaal, verdeeld binnen een temperatuurinterval dat wordt begrensd door twee punten van constante temperatuur, die als de belangrijkste belangrijkste referentiepunten worden genomen (meestal voor dezelfde fysieke toestanden, bijvoorbeeld temperaturen ... ... Grote Polytechnische Encyclopedie

temperatuur schaal- - [A.S. Goldberg. Engels Russisch energiewoordenboek. 2006] Onderwerpen energie in het algemeen EN temperatuurschaal …

temperatuur schaal- temperatūros skalė statusas Tsritis Energetika apibrėžtis Verčių, nurodančių atitinkamų temperatūros matavimo vienetų seką, visuma. atitikmenys: engl. temperatuur schaal vok. Temperaturskala, fr rus. temperatuurschaal, f prc. echelle de … … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

temperatuur schaal- temperatuurschaal ... Woordenboek van chemische synoniemen I

Nu om de temperatuur van lucht, water, lichaam, enz. We gebruiken de Celsius-schaal, waarbij één graad gelijk is aan 1/100 van het verschil tussen de temperatuur van kokend water en smeltend ijs. Er is ook de schaal van REAUMURE, waarin de graad 1/80 is ... ... Encyclopedie van het Russische leven van de 19e eeuw

Kelvin temperatuurschaal- Thermodynamische temperatuurschaal (TC), waarin 0°K=–273,16°C (1K=1°C). Syn.: absolute temperatuurschaal; Kelvin schaal... Geografie Woordenboek

Fahrenheit temperatuurschaal- Temperatuurschaal met een vriespunt van water van 32 °F en een kookpunt van 212 °F [omrekening naar de temperatuurschaal Celsius (C) gebeurt met de formule: C=(F 32)5/9] ... Geografie Woordenboek

Celsius temperatuurschaal- De temperatuurschaal (t ° С) voorgesteld door de Zweedse astronoom A. Celsius, die het interval tussen het vriespunt en het kookpunt van water in 100 delen verdeelt, zodat het vriespunt van water bij standaard atmosferische druk 0 ° is , en ... ... Geografie Woordenboek

Réaumur temperatuurschaal- Réaumur thermometer — Onderwerpen olie- en gasindustrie Synoniemen Réaumur thermometer EN Reaumur schaal … Technisch vertalershandboek

Rankine temperatuurschaal- - [A.S. Goldberg. Engels Russisch energiewoordenboek. 2006] Energieonderwerpen in het algemeen EN Rankineschaal … Technisch vertalershandboek

Moleculaire kinetische definitie

Temperatuurmeting

Om de temperatuur te meten, wordt een thermodynamische parameter van de thermometrische substantie geselecteerd. Een verandering in deze parameter wordt ondubbelzinnig geassocieerd met een verandering in temperatuur.

In de praktijk wordt de temperatuur gemeten met

Temperatuureenheden en schaal

Uit het feit dat temperatuur de kinetische energie van moleculen is, is het duidelijk dat het het meest natuurlijk is om het te meten in energie-eenheden (d.w.z. in het SI-systeem in joules). De temperatuurmeting begon echter lang voordat de moleculaire kinetische theorie werd gecreëerd, dus praktische schalen meten de temperatuur in conventionele eenheden - graden.

Kelvin temperatuurschaal

Het concept van absolute temperatuur werd geïntroduceerd door W. Thomson (Kelvin), in verband waarmee de absolute temperatuurschaal de Kelvin-schaal of de thermodynamische temperatuurschaal wordt genoemd. De eenheid van absolute temperatuur is de kelvin (K).

De absolute temperatuurschaal wordt zo genoemd omdat de maat van de grondtoestand ondergrens temperatuur - absoluut nulpunt, dat wil zeggen de laagst mogelijke temperatuur waarbij het in principe onmogelijk is om thermische energie uit een stof te halen.

Het absolute nulpunt wordt gedefinieerd als 0 K, wat ongeveer -273,15 °C is.

De Kelvin-temperatuurschaal is een temperatuurschaal die wordt gemeten vanaf het absolute nulpunt.

De temperatuurschalen die in het dagelijks leven worden gebruikt - zowel Celsius als Fahrenheit (voornamelijk gebruikt in de VS) - zijn niet absoluut en daarom onhandig bij het uitvoeren van experimenten in omstandigheden waarbij de temperatuur onder het vriespunt van water daalt, waardoor de temperatuur moet worden uitgedrukt negatief nummer. Voor dergelijke gevallen werden absolute temperatuurschalen geïntroduceerd.

Een daarvan wordt de Rankine-schaal genoemd en de andere wordt de absolute thermodynamische schaal (Kelvin-schaal) genoemd; temperaturen worden respectievelijk gemeten in graden Rankine (°Ra) en kelvin (K). Beide schalen beginnen bij het absolute nulpunt. Ze verschillen doordat de kelvin gelijk is aan graden Celsius en de graad Rankine gelijk is aan graden Fahrenheit.

Het vriespunt van water bij standaard atmosferische druk komt overeen met 273,15 K. Het aantal graden Celsius en kelvin tussen het vriespunt en het kookpunt van water is hetzelfde en gelijk aan 100. Daarom worden graden Celsius omgerekend naar kelvin met de formule K \ u003d ° C + 273.15.

Celsius

Fahrenheit

In Engeland, en vooral in de VS, wordt de Fahrenheit-schaal gebruikt. Nul graden Celsius is 32 graden Fahrenheit en een graad Fahrenheit is 5/9 graden Celsius.

De huidige definitie van de Fahrenheit-schaal is als volgt: het is een temperatuurschaal waarvan 1 graad (1 °F) gelijk is aan 1/180 van het verschil tussen het kookpunt van water en het smelten van ijs bij atmosferische druk, en het smeltpunt van ijs is +32 °F. De temperatuur op de Fahrenheit-schaal is gerelateerd aan de temperatuur op de Celsius-schaal (t ° C) door de verhouding t ° C = 5/9 (t ° F - 32), 1 ° F = 9/5 ° C + 32. Voorgesteld door G. Fahrenheit in 1724.

Energie van thermische beweging op het absolute nulpunt

Naarmate materie afkoelt, nemen veel vormen van thermische energie en de bijbehorende effecten tegelijkertijd in omvang af. Materie beweegt van een minder geordende staat naar een meer geordende staat. Het gas verandert in een vloeistof en kristalliseert vervolgens uit tot een vast lichaam (zelfs bij het absolute nulpunt blijft helium vloeibaar bij atmosferische druk). De beweging van atomen en moleculen vertraagt, hun kinetische energie neemt af. De weerstand van de meeste metalen neemt af door een afname van de verstrooiing van elektronen door atomen die met een kleinere amplitude trillen kristalrooster. Dus zelfs bij het absolute nulpunt bewegen geleidingselektronen tussen atomen met een Fermi-snelheid in de orde van 1x106 m/s.

De temperatuur waarbij de materiedeeltjes een minimale hoeveelheid beweging hebben, die alleen behouden blijft door kwantummechanische beweging, is de temperatuur van het absolute nulpunt (T = 0K).

Temperaturen van het absolute nulpunt kunnen niet worden bereikt. Meest lage temperatuur(450±80)x10 -12 K Bose-Einstein-condensaat van natriumatomen werd in 2003 verkregen door onderzoekers van MIT. In dit geval ligt de piek van thermische straling in het gebied van golflengten in de orde van 6400 km, dat wil zeggen ongeveer de straal van de aarde.

Temperatuur vanuit thermodynamisch oogpunt

Er zijn veel verschillende temperatuurschalen. Ooit werd de temperatuur heel willekeurig bepaald. De temperatuur werd gemeten door merktekens die op gelijke afstanden waren aangebracht op de wanden van een buis waarin water bij verwarming uitzette. Toen besloten ze de temperatuur te meten en ontdekten dat de graadafstanden niet hetzelfde zijn. In de thermodynamica wordt een definitie van temperatuur gegeven die niet afhankelijk is van bepaalde eigenschappen van een stof.

We introduceren de functie: F(t), die niet afhankelijk is van de eigenschappen van de stof. Uit de thermodynamica volgt dat als een warmtemotor de hoeveelheid warmte absorbeert Q 1 om t 1 geeft warmte af Q s bij een temperatuur van één graad, en de andere machine, die de warmte heeft geabsorbeerd; Q 2 om t 2, geeft dezelfde warmte af Q s bij een temperatuur van één graad, dan een machine die absorbeert Q 1 om t 1 moet op temperatuur t 2 geven warmte af Q 2 .

Natuurlijk tussen de hitte door Q en temperatuur t er is afhankelijkheid en warmte Q 1 moet proportioneel zijn Q s. Dus voor elke hoeveelheid warmte Q s, afgegeven bij een temperatuur van één graad, komt overeen met de hoeveelheid warmte die door de machine wordt opgenomen bij een temperatuur t gelijk aan Q s vermenigvuldigd met een oplopende functie F temperatuur:

Q = Q s F(t)

Aangezien de gevonden functie toeneemt met de temperatuur, kunnen we aannemen dat hij zelf de temperatuur meet, uitgaande van een standaardtemperatuur van één graad. Dit betekent dat je de temperatuur van een lichaam kunt vinden door de hoeveelheid warmte te bepalen die wordt geabsorbeerd door een warmtemotor die werkt in het interval tussen lichaamstemperatuur en een temperatuur van één graad. De op deze manier verkregen temperatuur wordt de absolute thermodynamische temperatuur genoemd en is niet afhankelijk van de eigenschappen van de stof. Voor een omkeerbare warmtemotor geldt dus de volgende gelijkheid:

Voor een systeem waarin de entropie S zou een functie kunnen zijn S(E) zijn energie E, wordt de thermodynamische temperatuur gedefinieerd als:

Temperatuur en straling

Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de energie die door het verwarmde lichaam wordt uitgestraald toe. De stralingsenergie van een zwart lichaam wordt beschreven door de wet van Stefan-Boltzmann

Reaumur schaal

In het jaar voorgesteld door R.A. Reaumur, die de door hem uitgevonden alcoholthermometer beschreef.

Eenheid - graad Réaumur (°R), 1 °R is gelijk aan 1/80 van het temperatuurinterval tussen de referentiepunten - de temperatuur van smeltend ijs (0 °R) en kokend water (80 °R)

1°R = 1,25°C.

Op dit moment is de schaal in onbruik geraakt, hij is het langst bewaard gebleven in Frankrijk, in het thuisland van de auteur.

Overgangen van verschillende schalen

Vergelijking van temperatuurschalen

Vergelijking van temperatuurschalen

Beschrijving	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankin	Delisle	newton	Réaumur	Romer
Absolute nulpunt	0	−273.15	−459.67	0	559.725	−90.14	−218.52	−135.90
Smeltpunt van Fahrenheit-mengsel (zout en ijs in gelijke hoeveelheden)	255.37	−17.78	0	459.67	176.67	−5.87	−14.22	−1.83
Vriespunt van water (referentievoorwaarden)	273.15	0	32	491.67	150	0	0	7.5
Gemiddelde menselijke lichaamstemperatuur¹	310.0	36.6	98.2	557.9	94.5	12.21	29.6	26.925
Kookpunt van water (Normale omstandigheden)	373.15	100	212	671.67	0	33	80	60
smeltend titanium	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
zon oppervlak	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ De normale gemiddelde lichaamstemperatuur van de mens is 36,6°C ±0,7°C of 98,2°F ±1,3°F. De algemeen geciteerde waarde van 98,6 ° F is een exacte Fahrenheit-conversie van de 19e-eeuwse Duitse waarde van 37 ° C. verschillende delen lichaam is anders