Temperatuur en temperatuurschalen. Fahrenheit en andere temperatuurschalen

annotatie: Het concept van schaalvergroting. bestaande soorten schalen en hun reikwijdte. Redenen voor het verschijnen van schalen.

SHKA "LA, zo, goed. [Latijns. scala - trappen].- 1 . Liniaal met indelingen in verschillende meetinstrumenten. W. thermometer. 2 . Een reeks waarden, cijfers in oplopende of aflopende volgorde (spec.). Temperatuur van de patiënt. Ziektes. Sh. lonen.

Schaaltypes:

Meetschalen worden meestal geclassificeerd op basis van de soorten meetgegevens, die de wiskundige transformaties bepalen die voor een bepaalde schaal zijn toegestaan, evenals de soorten relaties die door de overeenkomstige schaal worden weergegeven. De moderne classificatie van schalen werd in 1946 voorgesteld door Stanley Smith Stevens.

Naamschaal (nominaal, classificatie)

Gebruikt om de waarden van kwalitatieve kenmerken te meten. De waarde van een dergelijk kenmerk is de naam van de equivalentieklasse waartoe het beschouwde object behoort. Voorbeelden van waarden voor kwalitatieve kenmerken zijn de namen van staten, kleuren, automerken, etc. Dergelijke tekens voldoen aan de axioma's van identiteit:

Bij grote getallen klassen gebruiken hiërarchische naamschalen. De bekendste voorbeelden van dergelijke schalen zijn die welke worden gebruikt om dieren en planten te classificeren.

Met de waarden gemeten in de schaal van namen, kunt u slechts één bewerking uitvoeren: hun toeval of mismatch controleren. Op basis van de resultaten van een dergelijke controle is het mogelijk om voor verschillende klassen aanvullend de vulfrequenties (kansen) te berekenen die kunnen worden toegepast verschillende methoden statistische analyse - Chi-kwadraat goodness-of-fit-test, Cramer-test voor het testen van de hypothese over de relatie van kwalitatieve kenmerken, enz.

Ordinale schaal (of rang)

Gebouwd op identiteit en bestellen. De onderwerpen in deze schaal zijn gerangschikt. Maar niet alle objecten kunnen ondergeschikt worden gemaakt aan de relatie van orde. Je kunt bijvoorbeeld niet zeggen wat groter is, een cirkel of een driehoek, maar je kunt wel een gemeenschappelijke eigenschap in deze objecten onderscheiden - gebied, en zo wordt het gemakkelijker om ordinale relaties vast te stellen. Voor deze schaal is een monotone transformatie acceptabel. Een dergelijke schaal is grof omdat er geen rekening wordt gehouden met het verschil tussen de onderwerpen van de schaal. Een voorbeeld van zo'n schaal: prestatiescores (onvoldoende, voldoende, goed, uitstekend), Mohs-schaal.

Intervalschaal

Hier is er een vergelijking met de standaard. Door de constructie van een dergelijke schaal kunnen de meeste eigenschappen van bestaande numerieke systemen worden toegeschreven aan getallen die zijn verkregen op basis van subjectieve beoordelingen. Bijvoorbeeld het bouwen van een schaal van intervallen voor reacties. Voor deze schaal is een lineaire transformatie acceptabel. Hierdoor kunt u de testresultaten naar gemeenschappelijke schalen brengen en zo de indicatoren vergelijken. Voorbeeld: schaal van Celsius.

Relatie schaal

In de schaal van verhoudingen werkt de verhouding "zo vele malen meer". Het is de enige van de vier schalen met een absoluut nulpunt. Het nulpunt kenmerkt de afwezigheid van een meetbare kwaliteit. Deze de schaal laat een gelijkvormigheidstransformatie toe (vermenigvuldiging met een constante). Het bepalen van het nulpunt is een moeilijke opgave voor onderzoek, wat een beperking oplegt aan het gebruik van deze schaal. Met behulp van dergelijke schalen kunnen massa, lengte, sterkte, kosten (prijs) worden gemeten. Voorbeeld: Kelvin-schaal (temperaturen gemeten vanaf het absolute nulpunt, met de meeteenheid gekozen in overleg met specialisten - Kelvin).

verschil schaal

De oorsprong is willekeurig, de meeteenheid is ingesteld. Geldige transformaties zijn verschuivingen. Voorbeeld: tijd meten.

Absolute schaal

Het bevat een extra kenmerk - de natuurlijke en ondubbelzinnige aanwezigheid van een maateenheid. Deze schaal heeft één nulpunt. Voorbeeld: het aantal mensen in het publiek.

Van de beschouwde schalen zijn de eerste twee niet-metrisch en de rest metrisch.

Het probleem van de geschiktheid van methoden voor de wiskundige verwerking van meetresultaten houdt rechtstreeks verband met de kwestie van het type schaal. In het algemene geval zijn adequate statistieken die welke invariant zijn met betrekking tot toelaatbare transformaties van de gebruikte meetschaal.

Gebruik in psychometrie. Met behulp van verschillende schalen kunnen verschillende psychologische metingen worden gedaan. De allereerste methoden voor psychologische metingen werden ontwikkeld in de psychofysica. De belangrijkste taak van psychofysici was hoe te bepalen hoe de fysieke parameters van stimulatie correleren met de overeenkomstige subjectieve beoordelingen van sensaties. Als je dit verband kent, kun je begrijpen welke sensatie overeenkomt met een of ander teken. De psychofysische functie legt een verband tussen de numerieke waarde van de schaal van de fysieke meting van de stimulus en de numerieke waarde van de psychologische of subjectieve reactie op deze stimulus.

Celsius

1701 in Zweden. Zijn interessegebied: astronomie, algemene natuurkunde, geofysica. Hij doceerde astronomie aan de Universiteit van Uppsala en richtte daar een astronomisch observatorium op.

Celsius was de eerste die de helderheid van sterren meet, en legde de relatie vast tussen Noorderlicht en fluctuaties in het aardmagnetisch veld.

Hij nam deel aan de Lapland-expeditie van 1736-1737 om de meridiaan te meten. Bij zijn terugkeer uit de poolgebieden begon Celsius actief te werken aan de organisatie en bouw van een astronomisch observatorium in Uppsala en werd in 1740 de directeur ervan. Anders Celsius stierf op 25 maart 1744. Het mineraal Celsian, een soort bariumveldspaat, is naar hem vernoemd.

In de techniek, geneeskunde, meteorologie en het dagelijks leven wordt de Celsius-schaal gebruikt, waarbij de temperatuur van het tripelpunt van water 0,01 is, en daarom is het vriespunt van water bij een druk van 1 atm 0. Momenteel wordt de Celsius-schaal bepaald via de Kelvin-schaal: de Celsius-graad is gelijk aan de Kelvin,. Zo heeft het kookpunt van water, oorspronkelijk door Celsius gekozen als referentiepunt gelijk aan 100, zijn waarde verloren en volgens moderne schattingen is het kookpunt van water bij normaal luchtdruk ligt rond de 99,975. De Celsius-schaal is praktisch erg handig, omdat water heel gewoon is op onze planeet en ons leven erop is gebaseerd. Nul Celsius is een speciaal punt voor meteorologie, omdat het wordt geassocieerd met het bevriezen van atmosferisch water. De schaal werd in 1742 door Anders Celsius voorgesteld.

Fahrenheit

Gabriel Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit (Daniel Gabriel (1686–1736) - Duitse natuurkundige. Geboren op 24 mei 1686 in Danzig (nu Gdansk, Polen). Studeerde natuurkunde in Duitsland, Nederland en Engeland. Bijna zijn hele leven woonde hij in Nederland, waar hij was bezig met de vervaardiging van precisie; meteorologische instrumenten. In 1709 maakte hij een alcohol, in 1714 - een kwikthermometer, met behulp van nieuwe manier kwik zuivering. Voor een kwikthermometer bouwde Fahrenheit een schaal met drie referentiepunten: deze kwam overeen met de temperatuur van het mengsel van water - ijs - ammoniak, is de lichaamstemperatuur van een gezond persoon, en de waarde voor het smeltpunt van het ijs werd als controletemperatuur genomen. Kooktemperatuur puur water op de schaal van Fahrenheit was . De Fahrenheit-schaal wordt in veel Engelstalige landen gebruikt, hoewel deze geleidelijk plaats maakt voor de Celsius-schaal. Naast het maken van thermometers verbeterde Fahrenheit ook barometers en hygrometers. Hij bestudeerde ook de afhankelijkheid van de verandering in het kookpunt van een vloeistof op atmosferische druk en het gehalte aan zouten daarin, ontdekte het fenomeen van onderkoeling van water, stelde tabellen samen soortelijk gewicht tel. Fahrenheit stierf in Den Haag op 16 september 1736.

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 volgende definitie wordt momenteel geaccepteerd: Fahrenheit schaal: dit is een temperatuurschaal, waarvan 1 graad (1) 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 heeft een temperatuur van F. De Fahrenheit-temperatuur is gerelateerd aan de Celsius-temperatuur () door de relatie. Voorgesteld door G. Fahrenheit in 1724.

Reaumur schaal

René Réaumur. René Antoine de Reaumur werd geboren op 28

Februari 1683 in La Rochelle, Franse natuuronderzoeker, buitenlands erelid van de St. Petersburg Academie van Wetenschappen (1737). Werkt op regeneratie, fysiologie, biologie van insectenkolonies. Hij stelde een temperatuurschaal voor die naar hem vernoemd was. Hij verbeterde enkele methoden van staalvoorbereiding, hij, een van de eersten, deed pogingen om sommige gietprocessen wetenschappelijk te onderbouwen, schreef het werk "The Art of Turning Iron into Steel". Hij kwam tot een waardevolle conclusie: ijzer, staal, gietijzer, verschillen in de hoeveelheid onzuiverheden. Door deze toevoeging aan ijzer toe te voegen, door cementeren of legeren met gietijzer, verkreeg Réaumur staal. In 1814 bewees K. Careten dat deze onzuiverheid koolstof is.

Réaumur gaf een methode voor het maken van matglas.

Tegenwoordig associeert het geheugen zijn naam alleen met de uitvinding van een lang

temperatuurschaal gebruikt. In feite behoorde René Antoine Ferchant de Reaumur, die in 1683-1757 voornamelijk in Parijs woonde, tot die wetenschappers die veelzijdigheid wat in onze tijd - de tijd van enge specialisatie - moeilijk voorstelbaar is. Réaumur was tegelijkertijd technicus, natuurkundige en natuuronderzoeker. Hij verwierf grote bekendheid buiten Frankrijk als entomoloog. V afgelopen jaren In zijn leven kwam Réaumur op het idee dat de zoektocht naar de mysterieuze transformerende kracht moet worden uitgevoerd op die plaatsen waar de manifestatie ervan het duidelijkst is - tijdens de transformatie van voedsel in het lichaam, d.w.z. terwijl je het assimileert. Hij stierf op 17 oktober 1757 in het kasteel van Bermovdier bij Saint-Julien-du-Terroux (Mayenne).

Het werd in 1730 voorgesteld door R.A. Reaumur, die de alcoholthermometer beschreef die hij uitvond.

De eenheid is de graad van Réaumur (), gelijk aan 1/80 van het temperatuurinterval tussen de referentiepunten - de smelttemperatuur van ijs () en het kookpunt van water ()

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

Vergelijking van temperatuurschalen

Beschrijving	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	newton	Réaumur
Absolute nulpunt	0	-273.15	-459.67	-90.14	-218.52
Smeltpunt van Fahrenheit-mengsel (zout en ijs in gelijke hoeveelheden)	255.37	-17.78	0	-5.87	-14.22
Vriespunt van water (normale omstandigheden)	273.15	0	32	0	0
Gemiddelde menselijke lichaamstemperatuur	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Kookpunt van water (normale omstandigheden)	373.15	100	212	33	80
Oppervlaktetemperatuur van de zon	5800	5526	9980	1823	4421

Temperatuurschalen, systemen van vergelijkbare numerieke waarden van temperatuur. Temperatuur is geen direct meetbare grootheid; de waarde ervan wordt bepaald door de temperatuurverandering van elk geschikt voor meting; fysieke eigenschap thermometrische stof. 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 de empirische temperatuurschalen(hierna 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. Als we aannemen dat de relatie tussen en temperatuur lineair is, dan is temperatuur , waar , en zijn de numerieke waarden van de eigenschap bij temperatuur , op het begin- en eindpunt van het hoofdinterval, - de grootte van de graad, - het aantal verdelingen van het hoofdinterval.

In de Celsius-schaal wordt bijvoorbeeld de temperatuur van het stollen van water (ijssmeltend) als referentiepunt genomen, het belangrijkste interval tussen de punten van stollen en koken van water wordt gedeeld door 100 Gelijke delen ().

T. s. vertegenwoordigt daarom een ​​systeem van opeenvolgende temperatuurwaarden die lineair gerelateerd zijn aan de waarden van de gemeten fysieke hoeveelheid(Deze waarde moet ondubbelzinnig zijn en monotone functie temperatuur). In het algemene geval, T. sh. kan verschillen in thermometrische eigenschap (het kan zijn: thermische expansie lichamen, verandering elektrische weerstand geleiders met temperatuur, enz.), volgens de thermometrische substantie (gas, vloeistof, vaste stof), en 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 (), Reaumur () en Fahrenheit () schalen, de punten van smeltend ijs en kokend water bij normale druk toegeschreven aan verschillende betekenissen temperatuur. De verhouding voor het omzetten van temperatuur van de ene schaal naar de andere:

Directe herberekening voor T. sh., Verschillend in basistemperaturen, is onmogelijk zonder aanvullende experimentele gegevens. T. sh., die verschillen in thermometrische eigenschap of substantie, zijn significant verschillend. Er is een onbeperkt aantal empirische T.sh mogelijk die niet met elkaar samenvallen, 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 conventionele graad. Onder empirische T. sh. een speciale plaats wordt ingenomen door gasschalen, waarin gassen ("stikstof", "waterstof", "helium" -gassen) dienen als thermometrische stoffen. 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, eerlijk voor Ideaal gas. Absoluut empirische T. sh. een schaal wordt genoemd, waarvan het absolute nulpunt overeenkomt met de temperatuur waarbij de numerieke waarde van een fysieke eigenschap (bijvoorbeeld in het gas T. sh. Avogadro, het absolute nulpunt van de temperatuur overeenkomt met de nuldruk van een ideaal gas). temperaturen (volgens empirische T.sh.) en (volgens absolute empirische T.sh.) zijn gerelateerd door de relatie , waar is 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. Bij het bepalen van de absolute thermodynamische T. sh. (schaal van Kelvin) komen uit de Carnot-cyclus. Als in de Carnot-cyclus het lichaam dat de cyclus uitvoert warmte opneemt bij een temperatuur en warmte afgeeft bij een temperatuur, dan is de verhouding is niet afhankelijk van de eigenschappen van de werkvloeistof en stelt u in staat om de absolute temperatuur te bepalen met behulp van de waarden die beschikbaar zijn voor metingen. Aanvankelijk werd het hoofdinterval van deze schaal bepaald door de punten van het smelten van ijs en het koken van water bij atmosferische druk, de absolute temperatuureenheid kwam overeen met een deel van het hoofdinterval en het smeltpunt van het ijs werd als referentiepunt genomen. In 1954, de 10e Algemene Conferentie over Gewichten en Maatregelen vestigde de thermodynamische T. sh. met één referentiepunt - het tripelpunt van water, waarvan de temperatuur 273,16 K is (precies), wat overeenkomt met . temperatuur in absolute thermodynamische T. sh. gemeten in kelvin (K). Thermodynamische temperatuur, waarbij de temperatuur wordt genomen voor het smeltpunt van ijs, wordt Celsius genoemd. Relaties tussen temperaturen uitgedrukt in de Celsius-schaal en absolute thermodynamische T.w.:

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. De relatie tussen Kelvin en graden Rankine: volgens de Rankine-schaal komt het smeltpunt van ijs overeen met , kookpunt van water .

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, bij hogere - de schaal werd verschillende keren opnieuw gedefinieerd (MTSh-48, MPTSh-68, MTSh-90): de referentietemperaturen en interpolatiemethoden veranderden, maar het principe bleef hetzelfde - de basis van de schaal is een reeks faseovergangen van zuivere stoffen met bepaalde waarden thermodynamische temperaturen en interpolatie-instrumenten afgestudeerd op deze punten. De schaal ITS-90 is momenteel van kracht. Het hoofddocument (Regelgeving op de schaal) stelt de definitie van Kelvin, de waarden van faseovergangstemperaturen (referentiepunten) en interpolatiemethoden vast.

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 Rankin-schaal genoemd en de andere wordt de absolute thermodynamische schaal (Kelvin-schaal) genoemd; temperaturen worden respectievelijk gemeten in graden Rankine () 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 , , .

De schaal van de Kelvin-schaal is gebonden aan het tripelpunt van water (273,16 K), terwijl de Boltzmann-constante ervan afhangt. Hierdoor ontstaan ​​problemen met de nauwkeurigheid van de interpretatie van metingen. hoge temperaturen. Nu overweegt de BIPM de mogelijkheid om over te gaan naar een nieuwe definitie van de kelvin en de Boltzmann-constante vast te stellen, in plaats van te koppelen aan de temperatuur van het tripelpunt.

Korte samenvatting: de student maakte kennis met de indeling van schalen en hun reikwijdte.

Oefenset

Vragen:

1. Wanneer en door wie werd de moderne classificatie van schalen voorgesteld?
2. Definieer de woordschaal.
3. Maak een lijst van alle soorten schalen die je kent en leg uit hoe ze verschillen?
4. Waarom worden schalen gebruikt in de psychometrie?
5. Welke schalen worden het meest gebruikt in Engeland en Amerika?
6. Welke van de bovenstaande schalen verscheen eerst?
7. Welk land gebruikte de schaal van Réaumur het langst?
8. Hoe wordt de temperatuur gemeten op de absolute thermodynamische temperatuurschaal?
9. Geef voorbeelden van absolute temperatuurschalen.
10. Wat is de verhouding tussen Kelvin en graad Rankine?

Opdrachten

1. Teken een diagram met: moderne classificatie schubben. Kun je schalen maken volgens hiërarchie.
2. Bepaal de temperatuurwaarde in verschillende temperatuurschalen (Fahrenheit, Kelvin)

Waarom gebruikt in de natuurkunde meerdere temperatuurschalen? Wel, er is - "Celsius" - en dat zou genoeg zijn, en dan - "volgens Fahrenheit", "volgens Reaumur", "volgens Kelvin", en zelfs "volgens Rankin", "volgens Newton" ... iedereen wilde vasthouden aan geschiedenis en wetenschap.

Verhaal

Het woord "temperatuur" ontstond in een tijd dat mensen geloofden dat hetere lichamen een grotere hoeveelheid van een speciale stof bevatten - calorisch dan minder verwarmde. Daarom werd temperatuur waargenomen als de sterkte van een mengsel van lichaamssubstantie en calorieën. Om deze reden worden de maateenheden voor de sterkte van alcoholische dranken en temperatuur hetzelfde genoemd - graden.

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-schaal (K)

Het werd in 1848 voorgesteld door een Engelse wetenschapper William Thomson(ook bekend als Lord Kelvin) als een nauwkeurigere manier om de temperatuur te meten. Op deze schaal is het nulpunt, of het absolute nulpunt, de laagst mogelijke temperatuur, dat wil zeggen, een bepaalde theoretische toestand van materie waarbij de moleculen volledig stoppen met bewegen. deze waarde werd verkregen door theoretische studie van de eigenschappen van een gas onder nuldruk. Op een schaal van Celsius komt het absolute nulpunt of nul Kelvin overeen met -273,15ºС. Daarom kan in de praktijk 0ºС worden gelijkgesteld aan 273K. Tot 1968 werd de maateenheid kelvin (K) graden Kelvin (ºK) genoemd. Gebruikt in de thermodynamica.

De temperatuur wordt gemeten vanaf het absolute nulpunt (de toestand die overeenkomt met de minimaal theoretisch mogelijke) interne energie lichaam), en één Kelvin is gelijk aan 1/273,15 van de afstand van het absolute nulpunt tot het tripelpunt van water (de toestand waarin ijs, water en waterdamp in evenwicht zijn). De Boltzmann-constante wordt gebruikt om kelvin om te rekenen naar energie-eenheden. Er worden ook afgeleide eenheden gebruikt: kilokelvin, megakelvin, millikelvin, enz.

Celsius (ºC)

In 1742 een Zweedse astronoom Anders Celsius stelde zijn eigen schaal voor, waarin de temperatuur van een mengsel van water en ijs als nul werd genomen en het kookpunt van water werd gelijkgesteld aan 100º. Het honderdste deel van het interval tussen deze referentiepunten wordt als graad genomen. Deze schaal is rationeler dan de Fahrenheit- en Reaumur-schalen en wordt veel gebruikt in de wetenschap en in het dagelijks leven.

Omdat het vries- en kookpunt van water niet goed gedefinieerd zijn, wordt de Celsius-schaal momenteel gedefinieerd in termen van de Kelvin-schaal: graden Celsius is gelijk aan Kelvin, het absolute nulpunt wordt geacht -273,15 °C te zijn. De Celsius-schaal is praktisch erg handig, omdat water heel gewoon is op onze planeet en ons leven erop is gebaseerd. Nul Celsius is een speciaal punt voor meteorologie, omdat het bevriezen van atmosferisch water alles aanzienlijk verandert.

Fahrenheit (ºF)

Het werd in de winter van 1724 voorgesteld door een Duitse wetenschapper Gabriel Fahrenheit. Volgens deze schaal werd het punt als nul genomen, waarop op een zeer koude winterdag (het was in Danzig en Fahrenheit woonde daar), het kwik in de thermometer van de wetenschapper daalde. Als ander uitgangspunt koos hij de temperatuur van het menselijk lichaam. Dit interval is verdeeld in 100 graden. Volgens dit niet al te logische systeem bleek het vriespunt van water (dus nul graden Celsius) op zeeniveau +32º te zijn, en het kookpunt van water +212º. De weegschaal is populair in het VK en vooral in de VS.

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 = 5/9 ° C.

Réaumur-schaal (ºR)

In 1731 een Franse wetenschapper René Antoine de Réaumur stelde een temperatuurschaal voor op basis van het gebruik van alcohol, die de eigenschap heeft uit te zetten (samen met een beschrijving door de alcoholthermometer die hij heeft uitgevonden). Het vriespunt van water werd als onderste referentiepunt genomen. Graad Reaumur willekeurig gedefinieerd als een duizendste van het volume dat alcohol inneemt in de tank en buis van de thermometer wanneer nulpunt. Onder normale omstandigheden is het kookpunt van water op deze schaal 80º. De schaal van Réaumur is nu universeel buiten gebruik.

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.

Rankin-schaal (ºRa)

Werd voorgesteld door een Schotse ingenieur en natuurkundige William Rankin (William John McWorn Rankin (Rankin)). Het nulpunt valt samen met het nulpunt van de thermodynamische temperatuur, en in grootte 1ºRa is het gelijk aan 5/9 K. Dat wil zeggen, het principe is hetzelfde als in de Kelvin-schaal, alleen qua afmeting valt de Rankine-schaal niet samen met de Celsius schaal, maar met de Fahrenheit-schaal. Dit temperatuurmeetsysteem heeft geen distributie ontvangen.

Temperatuurconversie tussen hoofdschalen
	Kelvin	Celsius	Fahrenheit
Kelvin (K)		C + 273,15	= (F + 459,67) / 1,8
Celsius (°C)	K − 273,15		= (F - 32) / 1.8
Fahrenheit (°F)	K 1.8 - 459.67	C 1.8 + 32

Vergelijking van temperatuurschalen

Beschrijving	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	newton	Réaumur
Absolute nulpunt		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Smeltpunt van Fahrenheit-mengsel (zout en ijs in gelijke hoeveelheden)	255.37	−17.78		−5.87	−14.22
Vriespunt van water (normale omstandigheden)	273.15
Gemiddelde menselijke lichaamstemperatuur ¹	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Kookpunt van water (normale omstandigheden)	373.15	100	212
Oppervlaktetemperatuur van de zon	5800	5526	9980	1823	4421

¹ De normale lichaamstemperatuur van de mens is 36,6°C ±0,7°C of 98,2°F ±1,3°F. De algemeen gegeven waarde van 98,6 ° F is een exacte Fahrenheit-conversie van de 19e-eeuwse Duitse waarde van 37 ° C. Aangezien deze waarde volgens moderne concepten niet binnen het bereik van de normale temperatuur valt, kan worden gezegd dat deze een te grote (onjuiste) nauwkeurigheid bevat. Sommige waarden in deze tabel zijn afgerond.

Vergelijking van Fahrenheit- en Celsius-schalen

(van- Fahrenheit-schaal, o C- Celsius-schaal)

OF

OC

OF

OC

OF

OC

Temperatuur wordt ook wel een fysieke grootheid genoemd die de mate van verwarming van een lichaam kenmerkt, maar dit is niet voldoende om de betekenis en betekenis van het begrip temperatuur te begrijpen. In deze zin is er slechts een vervanging van de ene term door een andere en niet meer begrijpelijk. Gewoonlijk worden fysieke concepten geassocieerd met enkele fundamentele wetten en krijgen ze alleen betekenis in verband met deze wetten. Het begrip temperatuur hangt samen met het begrip thermisch evenwicht en bijgevolg met de wet van macroscopische onomkeerbaarheid.

Temperatuurverandering

In een toestand van thermodynamisch evenwicht hebben alle lichamen die het systeem vormen dezelfde temperatuur. Temperatuur kan alleen indirect worden gemeten, gebaseerd op de temperatuurafhankelijkheid van dergelijke fysieke eigenschappen van lichamen die direct kunnen worden gemeten. De stoffen (lichamen) die hiervoor worden gebruikt heten thermometrische.

Laat twee thermisch geïsoleerde lichamen in thermisch contact worden gebracht. Een stroom van energie zal van het ene lichaam naar het andere stromen, er zal een proces van warmteoverdracht plaatsvinden. In dit geval wordt aangenomen dat het lichaam dat warmte afgeeft een hogere temperatuur heeft dan het lichaam waarnaar de warmtestroom snelde. Natuurlijk stopt na enige tijd de energiestroom en treedt het thermisch evenwicht in. Aangenomen wordt dat de temperaturen van de lichamen gelijk zijn en ergens in het interval tussen de initiële temperatuurwaarden worden ingesteld. Het blijkt dus dat temperatuur een bepaald kenmerk van thermisch evenwicht is. Het blijkt dat elke waarde t die aan de vereisten voldoet:

1. $t_1>t_2$, als de warmtestroom van het eerste lichaam naar het tweede gaat;
2. $t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, kan worden genomen als temperatuur wanneer thermisch evenwicht is bereikt.

Aangenomen wordt dat het thermisch evenwicht van lichamen voldoet aan de wet van transitiviteit: als twee lichamen in evenwicht zijn met een derde, dan zijn ze in thermisch evenwicht met elkaar.

Het belangrijkste kenmerk van de bovenstaande definitie van temperatuur is de dubbelzinnigheid. We kunnen op verschillende manieren hoeveelheden kiezen die aan de vereisten voldoen (wat tot uiting komt in de methoden voor het meten van temperatuur) en niet-overeenkomende temperatuurschalen krijgen. Temperatuurschalen zijn manieren om temperatuurintervallen in delen te verdelen.

Laten we voorbeelden geven. Zoals u weet, is een apparaat voor het meten van temperatuur een thermometer. Overweeg twee soorten thermometers: verschillende apparaten. In één wordt de rol van lichaamstemperatuur gespeeld door de lengte van de kwikkolom in het capillair van de thermometer, in het geval dat de thermometer in thermisch evenwicht is met het lichaam waarvan we de temperatuur meten. De lengte van de kwikkolom voldoet aan de voorwaarden 1 en 2, die hierboven zijn gegeven en gelden voor de temperatuur.

Er is nog een andere manier om temperatuur te meten: met behulp van een thermokoppel. Ze noemen het een thermokoppel electronisch circuit met een galvanometer en twee knooppunten van verschillende metalen (Fig. 1). De ene junctie wordt geplaatst in een medium met een vaste temperatuur, zoals smeltend ijs, de andere in een medium waarvan de temperatuur moet worden bepaald. In dit geval wordt de EMF van het thermokoppel als een temperatuurteken beschouwd. Deze twee methoden voor het meten van temperatuur zullen niet dezelfde resultaten geven. En om van de ene temperatuur naar de andere te gaan, is het noodzakelijk om een ​​kalibratiecurve te bouwen die de afhankelijkheid van het thermokoppel EMF van de lengte van de kwikkolom vaststelt. Vervolgens wordt de uniforme schaal van de kwikthermometer omgezet in de niet-uniforme schaal van het thermokoppel (of omgekeerd). De uniforme schalen van een kwikthermometer en een thermokoppel vormen twee totaal verschillende temperatuurschalen, waarop een lichaam in dezelfde staat verschillende temperaturen zal hebben. U kunt thermometers nemen die qua ontwerp identiek zijn, maar met verschillende "thermische lichamen" (bijvoorbeeld kwik en alcohol). Hun temperatuurschalen komen ook niet overeen. De grafiek van de lengte van de kwikkolom van de lengte van de alcoholkolom zal niet lineair zijn.

Hieruit volgt dat het begrip temperatuur, gebaseerd op de wetten van thermisch evenwicht, niet eenduidig ​​is. Deze temperatuur wordt empirisch genoemd, het hangt af van de methode van temperatuurmeting. Het nulpunt van de empirische temperatuurschaal wordt altijd willekeurig ingesteld. Per definitie van empirische temperatuur fysieke betekenis heeft alleen een temperatuurverschil, dat wil zeggen, de verandering ervan. Elke empirische temperatuurschaal wordt teruggebracht tot de thermodynamische temperatuurschaal door correcties aan te brengen die rekening houden met de aard van de relatie tussen de thermometrische eigenschap en de thermodynamische temperatuur.

Temperatuurschalen

Om een ​​temperatuurschaal te bouwen, worden numerieke waarden van temperatuur toegewezen aan twee vaste referentiepunten. Daarna wordt het temperatuurverschil van de referentiepunten gedeeld door een willekeurig gekozen aantal delen, waardoor een temperatuureenheid wordt verkregen. Als beginwaarden die dienen bij de constructie van de temperatuurschaal om het referentiepunt en de eenheidsgraden vast te stellen, worden de overgangstemperaturen van chemisch zuivere stoffen van de ene aggregatietoestand naar de andere gebruikt, bijvoorbeeld het smeltpunt van ijs $t_0$ en het kookpunt van water $t_k$ bij normale atmosferische druk ($\circa 10^5Pa).$ De hoeveelheden $t_0\ en\ t_k$ hebben verschillende waarden:

• op de schaal van Celsius (schaal van Celsius): het kookpunt van water is $t_k=100^0C$, het smeltpunt van ijs is $t_0=0^0C$. De Celsius-schaal is zo'n schaal waarin de temperatuur van het tripelpunt van water 0,010C is bij een druk van 0,06 atm. (Het tripelpunt van water is een bepaalde temperatuur en druk waarbij water, zijn damp en ijs tegelijkertijd in evenwicht kunnen bestaan.);
• op de schaal van Fahrenheit is het kookpunt van water $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ is het smeltpunt van ijs;

De relatie tussen temperaturen uitgedrukt in graden Celsius en Fahrenheit is:

\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ of\ t^0F=1.8t^0C+32\ \left(1\right);\ ]

Nul op deze schaal wordt bepaald door het vriespunt van een mengsel van water, zout en ammoniak in een verhouding van 1:1:1.

• op de Kelvin-schaal: de temperatuur wordt geteld vanaf het absolute nulpunt (t \u003d -273,50C) en wordt thermodynamische of absolute temperatuur genoemd. T=0K is de toestand die overeenkomt met de volledige afwezigheid van thermische fluctuaties. Het kookpunt van water op deze schaal is $t_k=373K$, het smeltpunt van ijs is $t_0=273K$. Relatie tussen temperatuur in Kelvin en temperatuur in Celsius:
\
• op de schaal van Réaumur is het kookpunt van water $t_k=80^0R$, het smeltpunt van ijs is $t_0=0^0R.$ De schaal is praktisch in onbruik geraakt. Relatie tussen temperaturen uitgedrukt in graden Celsius en graden Réaumur:
\

Réaumur's thermometer gebruikte alcohol.

• op de Rankin-schaal is het kookpunt van water $t_k=671.67^(0\ )Ra$, het smeltpunt van ijs is $t_0=(491.67)^0Ra.$ De schaal begint vanaf het absolute nulpunt. Het aantal graden tussen het vriespunt en het kookpunt van water op de schaal van Fahrenheit en Rankine is hetzelfde en is gelijk aan 180.

De relatie tussen Kelvin en graden Rankine: 1K=1,$8^(0\ )Ra$, graden Fahrenheit worden omgerekend naar graden Rankine met behulp van de formule:

\[^0Ra=^0F+459.67\links(4\rechts);\]

In de techniek en in het dagelijks leven wordt de temperatuur op de schaal van Celsius gebruikt. De eenheid van deze schaal wordt de graad Celsius ($^0C) genoemd. $ In de natuurkunde wordt thermodynamische temperatuur gebruikt, wat niet alleen handiger is, maar ook een diepe fysieke betekenis heeft, omdat deze wordt bepaald door de gemiddelde kinetische energie van het molecuul. De eenheid van thermodynamische temperatuur, de graad kelvin (vóór 1968), of nu gewoon de kelvin (K), is een van de basiseenheden in de SI. De temperatuur T=0K wordt het absolute nulpunt genoemd. Moderne thermometrie is gebaseerd op de ideale gasschaal, waarbij druk als thermometrische grootheid wordt gebruikt. De schaal van de gasthermometer is absoluut (T=0, p=0). Bij het oplossen van problemen moet u meestal deze specifieke temperatuurschaal gebruiken.

Op dit moment wordt de Internationale Praktische Temperatuurschaal MPSHT-68 aanbevolen voor gebruik. De eenheid van temperatuur is de Kelvin (K). De temperatuur die op deze schaal wordt bepaald, wordt thermodynamisch genoemd. t(Bijvoorbeeld, t= 300K).

Je kunt ook de temperatuur gebruiken t op de schaal van Celsius, gedefinieerd door de uitdrukking

t = T - 273,15. (2)

Deze temperatuur wordt uitgedrukt in graden Celsius °C (bijvoorbeeld t = 20 °C). Kelvin en graden Celsius hebben dezelfde waarde en zijn beide gelijk aan 1/100 van het verschil tussen het kook- en vriespunt van water bij atmosferische druk.

De Kelvin- en Celsius-schalen verschillen alleen in het referentiepunt: nul in de Kelvin-schaal is 273,15 K naar beneden verschoven ten opzichte van de Celsius-schaal. De temperatuur op de schaal van Celsius kan negatief zijn t < 0 °С, тогда как термодинамическая температура всег­да положительнаt> 0. Als de thermodynamische temperatuur nul nadert ( t > 0) in het lichaam vertragen de moleculen geleidelijk hun oscillerende beweging in de buurt van de evenwichtstoestand, en bij t= 0 het stopt.

Een soort "bewakers" van temperatuurschalen zijn constante temperaturen van fase-evenwicht tussen twee of drie fasen van een stof: kook- en stoltemperaturen, tripelpunttemperaturen. Deze temperatuurwaarden worden referentiepunten genoemd. De waarden van de belangrijkste referentiepunten MPSHT-68 worden gegeven in de tabel. een.

Tafel 1. Belangrijkste vaste punten MPSHT-68

evenwichtstoestand:
Triple punt van waterstof
Driepunts zuurstof
Kookpunt van zuurstof
Vriespunt van water
Driepunts water
Kookpunt van water
Zinkstollingspunt
Zilver stollingspunt
Goudstollingspunt

In het buitenland worden Fahrenheit temperatuurschalen nog vrij vaak gebruikt ( t, °F) en Rankine (T, °R). Ze worden als volgt uitgedrukt in respectievelijk Celsius- en Kelvin-temperaturen:

t°С = (t° F - 32)/1,8; (3)

t = t° R / 1,8 . (4)

4. Methoden voor temperatuurmeting:

Temperatuur is een maat voor de kinetische energie van de moleculen waaruit een lichaam bestaat. De kinetische energie van de moleculen waaruit het lichaam bestaat, kan niet worden gemeten. Daarom worden indirecte methoden gebruikt om temperatuur te meten, waarbij de afhankelijkheid van sommige eigenschappen van een stof van temperatuur wordt gebruikt, en een verandering in temperatuur wordt beoordeeld aan de hand van een verandering in deze eigenschappen. Dergelijke eigenschappen zijn het volume van een stof, verzadigde dampdruk, elektrische weerstand, thermo-elektromotorische kracht, thermische straling, enz.

Glazen vloeistofthermometers. Het werkingsprincipe van glazen vloeistofthermometers is gebaseerd op de thermische uitzetting van vloeistoffen. Om de verandering in het vloeistofvolume met een verandering in temperatuur duidelijk zichtbaar te maken, grenst meestal een buis met een dun kanaal - een capillair - aan het vloeistofvolume dat in het reservoir is ingesloten. In dit capillair bevindt zich het vrije oppervlak van de vloeistof, waardoor kleine temperatuurveranderingen in het volume van de vloeistof een significante duidelijk waarneembare beweging van het vrije oppervlak van de meniscus in het capillair veroorzaken. Bij bekende temperaturen t 1 en t 2 twee posities van de meniscus worden bepaald, waarna de afstand ertussen wordt verdeeld in gelijke segmenten, het aantal gelijk aan t 1 - t 2 . Op deze manier wordt de thermometer gekalibreerd en pas na het aanbrengen van deze indelingen op de schaal kan deze worden gebruikt voor metingen.

Glasthermometers kunnen worden gebruikt om temperaturen te meten in het bereik van -200 tot +750 °C, maar meestal tot temperaturen niet hoger dan 150-200 °C. Om ze te vullen, worden, afhankelijk van het bereik van gemeten temperaturen, verschillende, meestal getinte vloeistoffen gebruikt: kwik, tolueen, ethylalcohol, enz.

Nadelen van vloeistofthermometers: relatief groot formaat, de noodzaak om de temperatuur visueel te bepalen en de onmogelijkheid om metingen in de vorm van een elektrisch signaal te presenteren.

Weerstandsthermometers. Weerstandsthermometers gebruiken de eigenschap om de elektrische weerstand van metalen te veranderen met een verandering in de temperatuur. Weerstandsthermometers worden gebruikt om een ​​breed scala aan temperaturen te meten. De platina-weerstandsthermometer is een referentie-instrument voor het meten van temperaturen in het bereik van 13,81 tot 903,89 K. Het ontwerp van de platina-weerstandsthermometer wordt getoond in Fig. 2. Platinadraad met een diameter van 0,05-0,10 mm, in een spiraal gedraaid, wordt op een spiraalvormig kwartsframe gelegd. Aan de uiteinden van de spiraal zijn draden van platinadraad gesoldeerd. Het hele apparaat wordt in een beschermende kwartsbuis geplaatst. De weerstand van een platina-thermometer wordt meestal gemeten met een potentiometrische methode (het schakelschema is weergegeven in Fig. 3).

Rijst. 2. Platina weerstandsthermometer: a - gevoelig onderdeel, b - thermometerkop; 1 - beschermende kwartsbuis; 2 - kwartsframe; 3 - een spiraal van platinadraad; 4 - platina-conclusies; 5 - contactschroeven; 6 - isolerende pakking

In plaats van platina kunnen andere metalen of halfgeleidermaterialen worden gebruikt in weerstandsthermometers. Het grootste nadeel van weerstandsthermometers zijn de vrij grote afmetingen van het gevoelige deel.

Rijst. 3. schakelschema platina thermometer weerstandsmetingen:

1 - potentiometer

Thermo-elektrische thermometers. Thermo-elektrische thermometers (thermokoppels) worden veel gebruikt, zowel in de laboratoriumpraktijk als in de industriële productie. Dit komt door hun unieke eigenschappen.

Een thermokoppel is twee ongelijke metalen geleiders (draden van verschillende metalen) die een gemeenschappelijk elektrisch circuit vormen. Als de temperaturen van de verbindingen (juncties) van de geleiders t 1 en t 2 zijn niet hetzelfde, dan ontstaat er een thermoEMF en stroomt er een elektrische stroom door het circuit. De reden voor het optreden van thermo-EMF is de verschillende dichtheid van vrije elektronen in verschillende metalen bij dezelfde temperatuur. De thermoEMF is groter, hoe groter het temperatuurverschil tussen de knooppunten. Het temperatuurverschil tussen de juncties wordt beoordeeld aan de hand van de waarde van thermoEMF.

Thermokoppelelektroden zijn draad met een diameter van 0,1-3,2 mm. De volgende thermokoppels worden gebruikt: platina-rhodium-platina (van 0 tot 1300 °C), platina-rhodium (van 300 tot 1600 °C), wolfraam-rhenium (van 0 tot 2200 °C), chromel-alumel (van - 200 tot 1000 °C), chromel - kopel (van -50 tot 600 °С), koperkopel (van -200 tot 100 °С) en andere.

Bij het meten van de temperatuur bevindt één knooppunt van het thermokoppelcircuit, de zogenaamde koude junctie, zich op 0 ° C (in smeltend ijs in een Dewar-vat), en de andere, de hete junctie, bevindt zich in het medium waarvan de temperatuur moet worden gemeten. Tabellen met thermo-elektrisch vermogen van thermokoppels zijn speciaal voor dit geval samengesteld. Als het om wat voor reden dan ook niet mogelijk is om de koude junctie in een medium met een temperatuur van 0 °C te plaatsen en het is op kamertemperatuur (bijvoorbeeld bij 20 °C), dan komt in dit geval de resulterende thermo-EMF overeen met de temperatuur verschil tussen de warme en koude knooppunten, en bij het bepalen van de temperatuur is het noodzakelijk om te corrigeren voor koude knooppunten. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de gemeten thermoEMF toe te voegen aan de thermoEMF die overeenkomt met de temperatuur van de koude junctie (20 ° C), en de temperatuur te bepalen uit de verkregen waarde met behulp van tabellen.

Volgens het verbindingsschema worden thermokoppels met één en twee koude knooppunten onderscheiden.

Afb.4. Soorten thermokoppels: 1 - hot junction; 2 - koude kruising

Het circuit van een thermokoppel met één koude junctie wordt getoond in Fig. 4a. Het hele circuit is gemaakt van twee ongelijke geleiders. Een millivoltmeter is in het circuit opgenomen om thermo-EMF te meten.

Het circuit met twee koude knooppunten wordt getoond in Fig. 4.6. Het verschil tussen dit schema en het eerste is dat thermokoppels in het circuit worden geïntroduceerd koperdraden. Koperdraden worden weergegeven met een ononderbroken lijn. Dit schema wordt in de praktijk meestal gebruikt omdat: meetapparatuur kan zich op een aanzienlijke afstand van de plaats van temperatuurmeting bevinden.

Een essentieel voordeel van thermokoppels en weerstandsthermometers is dat ze de gemeten temperatuurwaarden omzetten in een elektrische signaalwaarde. Dit maakt het mogelijk om het signaal over lange afstanden te verzenden, maar ook om het te gebruiken als stuursignaal in automatische regel- en controlesystemen.

Infrarood thermometers. Infraroodthermometers bevatten een zeer gevoelige sensor die infrarode (thermische) energie van het oppervlak van een object omzet in een elektrisch signaal. Deze informatie wordt vervolgens omgezet in temperatuurgegevens die digitaal op het display worden weergegeven. De kwantitatieve relatie tussen de intensiteit van thermische straling van een oppervlak en zijn temperatuur wordt vastgesteld door de Stefan-Boltzmann-wet voor thermische straling. Het temperatuurmeetbereik van een dergelijk apparaat is van -50°C tot 1500°C.

Met de infrarood thermometer meet u contactloos en op grote afstand de oppervlaktetemperatuur. Dit maakt het vooral nuttig in gevallen waar andere methoden voor temperatuurmeting niet geschikt zijn. Bijvoorbeeld als u de temperatuur van een bewegend object, een levend oppervlak of een moeilijk te bereiken oppervlak moet meten. Het apparaat is meestal gemaakt in de vorm van een pistool. Een laserpointer wordt gebruikt om het temperatuurmeetpunt op het oppervlak te selecteren.

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 een fysieke eigenschap van een thermometrische stof die gemakkelijk te meten is (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 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 dus een systeem van opeenvolgende temperatuurwaarden die lineair zijn verbonden met de waarden van de gemeten fysieke grootheid (deze grootheid moet een ondubbelzinnige en monotone functie van temperatuur zijn). In het algemene geval, T. sh. kan verschillen in thermometrische eigenschappen (het kan thermische uitzetting van lichamen zijn, een verandering in de elektrische weerstand van geleiders met temperatuur, enz.), In 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 (°C), Réaumur (°R) en Fahrenheit (°F) schalen worden verschillende temperaturen toegewezen aan de punten van smeltend ijs en kokend water bij normale druk. 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 absorbeert 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 atmosferische druk, de eenheid van absolute temperatuur die overeenkwam met de Algemene Conferentie over Maten en Gewichten) stelde de thermodynamische temperatuur vast. 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 de temperatuurafhankelijkheid van de 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 Internationale Praktische Temperatuurschaal (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 een 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