Fahrenheit en andere temperatuurschalen. Inleiding: Temperatuurschalen

29.09.2019

Moleculair kinetische bepaling

Temperatuurmeting

Om de temperatuur te meten, wordt een bepaalde thermodynamische parameter van de thermometrische stof geselecteerd. Een verandering in deze parameter houdt duidelijk verband met een verandering in temperatuur.

In de praktijk wordt de temperatuur gemeten met behulp van

Temperatuureenheden en schaal

Omdat temperatuur de kinetische energie van moleculen is, is het duidelijk dat het het meest natuurlijk is om deze in energie-eenheden te meten (dat wil zeggen in het SI-systeem in joule). De temperatuurmeting begon echter al lang vóór het ontstaan van de moleculaire kinetische theorie, dus praktische schalen meten de temperatuur in conventionele eenheden: graden.

Kelvin-temperatuurschaal

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

De absolute temperatuurschaal wordt zo genoemd vanwege de maatstaf voor 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.

Kelvin-temperatuurschaal - temperatuur schaal, waarbij het startpunt vanaf het absolute nulpunt ligt.

Temperatuurschalen die in het dagelijks leven worden gebruikt - zowel Celsius als Fahrenheit (voornamelijk gebruikt in de VS) - zijn niet absoluut en daarom lastig bij het uitvoeren van experimenten in omstandigheden waarin de temperatuur onder het vriespunt van water daalt. Daarom moet de temperatuur worden uitgedrukt negatief getal. Voor dergelijke gevallen werden absolute temperatuurschalen geïntroduceerd.

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

Vriestemperatuur van water standaard atmosferische druk komt overeen met 273,15 K. Het aantal graden Celsius en Kelvin tussen het vries- en kookpunt van water is hetzelfde en gelijk aan 100. Daarom worden graden Celsius omgezet in Kelvin met behulp van de formule K = °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 waarin 1 graad (1 °F) gelijk is aan 1/180ste van het verschil tussen het kookpunt van water en de smelttemperatuur van ijs bij atmosferische druk, en het smeltpunt van ijs is +32 ° F. De temperatuur op de schaal van Fahrenheit is gerelateerd aan de temperatuur op de schaal van Celsius (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

Wanneer materie afkoelt, nemen veel vormen van thermische energie en de daarmee samenhangende effecten tegelijkertijd in omvang af. Materie beweegt van een minder geordende toestand naar een meer geordende toestand. Het gas verandert in een vloeistof en kristalliseert vervolgens in een vaste stof (helium blijft bij atmosferische druk zelfs bij het absolute nulpunt in vloeibare toestand). De beweging van atomen en moleculen vertraagt, hun kinetische energie neemt af. De weerstand van de meeste metalen neemt af als gevolg van een afname van de elektronenverstrooiing door atomen die met een lagere amplitude trillen kristal rooster. Dus zelfs bij het absolute nulpunt bewegen geleidingselektronen tussen atomen met een Fermi-snelheid in de orde van 1x106 m/s.

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

De absolute nultemperatuur kan niet worden bereikt. De laagste temperatuur (450±80)x10 -12 K van het Bose-Einstein-condensaat van natriumatomen werd in 2003 verkregen door onderzoekers van MIT. In dit geval bevindt de piek van thermische straling zich in het golflengtegebied van de orde van 6400 km, dat wil zeggen ongeveer de straal van de aarde.

Temperatuur vanuit thermodynamisch oogpunt

Er zijn veel verschillende temperatuurschalen. De temperatuur werd ooit heel willekeurig bepaald. De temperatuur werd gemeten door markeringen die op gelijke afstanden op de wanden van de buis waren geplaatst, waarin water uitzet bij verhitting. Toen besloten ze de temperatuur te meten en ontdekten dat de graadafstanden niet hetzelfde waren. Thermodynamica geeft een definitie van temperatuur die niet afhankelijk is van bepaalde eigenschappen van de stof.

Laten we de functie introduceren F(T) die niet afhankelijk is van de eigenschappen van de stof. Uit de thermodynamica volgt dat als een bepaalde warmtemotor een hoeveelheid warmte absorbeert Q 1 bij T 1 produceert warmte Q S bij een temperatuur van één graad, en de andere auto, nadat hij de hitte had geabsorbeerd Q 2 bij T 2, produceert dezelfde warmte Q S bij een temperatuur van één graad, waarna de machine absorbeert Q 1 bij T 1 moet op temperatuur zijn T 2 genereren warmte Q 2 .

Natuurlijk, tussen de hitte Q en temperatuur T er is afhankelijkheid en warmte Q 1 moet proportioneel zijn Q S. Dus elke hoeveelheid warmte Q S, die vrijkomt bij een temperatuur van één graad, komt overeen met de hoeveelheid warmte die de machine bij een temperatuur absorbeert T, gelijkwaardig Q S, vermenigvuldigd met een stijgende functie F temperaturen:

Q = Q S F(T)

Omdat de gevonden functie toeneemt met de temperatuur, kunnen we ervan uitgaan dat deze zelf de temperatuur meet, beginnend bij een standaardtemperatuur van één graad. Dit betekent dat je de lichaamstemperatuur kunt vinden door de hoeveelheid warmte te bepalen die wordt geabsorbeerd door een warmtemotor die draait in het interval tussen de lichaamstemperatuur en de 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 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 uitgezonden toe. De stralingsenergie van een absoluut zwart lichaam wordt beschreven door de wet van Stefan-Boltzmann

Reaumur-schaal

In dat jaar voorgesteld door R.A. Reaumur, die de alcoholthermometer beschreef die hij had uitgevonden.

De eenheid is de graad Reaumur (°R), 1 °R is gelijk aan 1/80 van het temperatuurinterval tussen de referentiepunten - de smelttemperatuur van ijs (0 °R) en het kookpunt van water (80 °R)

1°R = 1,25°C.

De schaal is nu buiten gebruik geraakt; hij heeft het langst overleefd in Frankrijk, het thuisland van de auteur.

Overgangen van verschillende schalen

Vergelijking van temperatuurschalen

Beschrijving	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankin	Delisle	Newton	Reaumur	Roemer
Absoluut nul	0	−273.15	−459.67	0	559.725	−90.14	−218.52	−135.90
Smelttemperatuur 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 (normale omstandigheden)	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
Oppervlak van de zon	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ De normale gemiddelde menselijke lichaamstemperatuur 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 conversie naar Fahrenheit van de 19e-eeuwse Duitse waarde van 37 °C. Deze waarde ligt echter niet binnen het bereik van de normale gemiddelde menselijke lichaamstemperatuur verschillende onderdelen verschillende lichamen

Meting van hoeveelheden thermische energie

Een van de belangrijkste thermische energiegrootheden is temperatuur. Temperatuur is een fysieke grootheid die de mate van verwarming van een lichaam of zijn thermische energiepotentieel karakteriseert. Bijna alles technologische processen En diverse eigendommen stoffen zijn afhankelijk van de temperatuur.

In tegenstelling tot fysieke grootheden als massa, lengte, enz. is temperatuur geen uitgebreide (parametrische), maar een intensieve (actieve) grootheid. Als een homogeen lichaam in tweeën wordt gedeeld, wordt de massa ook in tweeën gedeeld. Omdat temperatuur een intensieve grootheid is, heeft deze eigenschap van additiviteit niet, d.w.z. Voor een systeem in thermisch evenwicht heeft elk deel van het systeem dezelfde temperatuur. Daarom is het niet mogelijk om een temperatuurstandaard te creëren, net zoals er standaarden voor grote hoeveelheden worden gecreëerd.

Temperatuur kan alleen indirect worden gemeten, gebaseerd op de temperatuurafhankelijkheid van dergelijke fysieke eigenschappen van lichamen die direct kunnen worden gemeten. Deze eigenschappen van lichamen worden thermometrisch genoemd. Deze omvatten lengte, dichtheid, volume, thermo-elektrisch vermogen, elektrische weerstand, enz. Stoffen die worden gekenmerkt door thermometrische eigenschappen worden genoemd thermometrisch. Het instrument voor het meten van de temperatuur wordt een thermometer genoemd. Om een thermometer te maken, heb je een temperatuurschaal nodig.

De temperatuurschaal is een specifieke functionele numerieke relatie tussen temperatuur en de waarden van de gemeten thermometrische eigenschap. In dit opzicht lijkt het mogelijk om temperatuurschalen te construeren op basis van de keuze van welke thermometrische eigenschap dan ook. Tegelijkertijd bestaat er geen algemene thermometrische eigenschap die lineair gerelateerd is aan temperatuurveranderingen en niet afhankelijk is van andere factoren over een breed scala aan temperatuurmetingen.

De eerste temperatuurschalen verschenen in de 18e eeuw. Om ze te construeren werden twee referentiepunten t 1 en t 2 geselecteerd, die de fase-evenwichtstemperaturen van zuivere stoffen vertegenwoordigen. Het temperatuurverschil t 2 - t 1 wordt genoemd belangrijkste temperatuurbereik. De Duitse natuurkundige Gabriel Daniel Fahrenheit (1715), de Zweedse natuurkundige Anders Celsius (1742) en de Franse natuurkundige René Antoine Reaumur (1776) waren bij het construeren van schalen gebaseerd op de aanname van een lineair verband tussen temperatuur T en thermometrische eigenschap, die werd gebruikt als expansie van het vloeistofvolume V, d.w.z.

t = a + bV, (1)

Waar A En B– constante coëfficiënten.

Door V = V 1 op t = t 1 en V = V 2 op t = t 2 in deze vergelijking te vervangen, verkrijgen we na transformatie de temperatuurschaalvergelijking:

Op de schalen van Fahrenheit, Reaumur en Celsius kwam het smeltpunt van ijs t 1 overeen met +32 0, 0 0 en 0 0, en het kookpunt van water t 2 - 212 0, 80 0 en 100 0. Het hoofdinterval t 2 – t 1 in deze schalen is respectievelijk verdeeld in N = 180, 80 en 100 gelijke delen, en het 1/N-deel van elk van de intervallen wordt de Fahrenheit-graad - t 0 F, de Reaumur-graad t 0 R en de Celsius-graad t 0 C genoemd. Voor schalen die volgens dit principe zijn gebouwd, is de graad dus niet een meeteenheid, maar vertegenwoordigt een eenheidsinterval – schaalschaal.

Om de temperatuur van de ene schaal naar de andere om te zetten, gebruik je de volgende verhouding:

(3)

Later werd ontdekt dat de meetwaarden van thermometers met verschillende thermometrische stoffen (kwik, alcohol, enz.), die dezelfde thermometrische eigenschap en een uniforme gradenschaal gebruiken, alleen op referentiepunten samenvallen, 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 feitelijk niet-lineair is en dat deze niet-lineariteit verschillend is voor verschillende thermometrische stoffen. In het bijzonder wordt de niet-lineariteit tussen temperatuur en verandering in 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 druppelvloeistoffen.

Op basis van het beschreven principe kun je een willekeurig aantal schalen bouwen die aanzienlijk van elkaar verschillen. Dergelijke schalen worden conventioneel genoemd, en de schalen van deze schalen worden conventionele graden genoemd.

Het probleem van het creëren van een temperatuurschaal die onafhankelijk is van de thermometrische eigenschappen van stoffen werd in 1848 opgelost door Kelvin, en de schaal die hij voorstelde werd thermodynamisch genoemd. In tegenstelling tot conventionele temperatuurschalen is de thermodynamische temperatuurschaal dat wel absoluut.

Thermodynamische temperatuurschaal gebaseerd op het gebruik van de tweede wet van de thermodynamica. In overeenstemming met deze wet, de coëfficiënt nuttige actie h van een warmtemotor die werkt volgens een omgekeerde Carnot-cyclus wordt alleen bepaald door de temperatuur van de verwarming T n en de koelkast T x en is niet afhankelijk van de eigenschappen van de werkstof:

(4)

waarbij Q n en Q x respectievelijk de hoeveelheid warmte zijn die door de werksubstantie van de verwarming wordt ontvangen en aan de koelkast wordt afgegeven.

Kelvin stelde voor om de gelijkheid te gebruiken om de temperatuur te bepalen

Door het ene object als verwarming en het andere als koelkast te gebruiken en daartussen een Carnot-cyclus uit te voeren, is het daarom mogelijk om de temperatuurverhouding van de objecten te bepalen door de verhouding te meten van de warmte die van het ene object wordt afgenomen en aan het andere wordt afgegeven. De resulterende temperatuurschaal is niet afhankelijk van de eigenschappen van de werkstof en wordt de absolute temperatuurschaal genoemd. Om ervoor te zorgen dat de absolute temperatuur een bepaalde waarde heeft, werd voorgesteld om het verschil in thermodynamische temperaturen tussen de kookpunten van water T kv en de smeltpunten van ijs T tl gelijk te stellen aan 100 0. De adoptie van een dergelijk verschil streefde het doel na van het handhaven van de continuïteit van de numerieke waarde van de thermodynamische temperatuurschaal ten opzichte van de temperatuurschaal van Celsius. T.O., die de hoeveelheid warmte aangeeft die wordt ontvangen van de verwarming (kokend water) en wordt afgegeven aan de koelkast (smeltend ijs), respectievelijk via Q kv en Q tl, en waarbij T kv - T tl = 100 wordt genomen, verkrijgen we:

En (6)

Voor elke temperatuur T van de verwarming, met een constante waarde van T tl van de koelkast en de hoeveelheid warmte Q t die eraan wordt gegeven door de werksubstantie van de Carnot-machine, zullen we hebben:

(7)

Vergelijking (6) is de vergelijking Thermodynamische temperatuurschaal van Celsius en laat zien dat de temperatuurwaarde T op deze schaal lineair gerelateerd is aan de hoeveelheid warmte Q die wordt ontvangen door de werkende substantie van een warmtemotor wanneer deze een Carnot-cyclus uitvoert, en als gevolg daarvan niet afhankelijk is van de eigenschappen van de thermodynamische substantie. Eén graad thermodynamische temperatuur wordt beschouwd als het verschil tussen de lichaamstemperatuur en de smelttemperatuur van ijs waarbij de arbeid verricht in de omgekeerde Carnot-cyclus gelijk is aan 1/100 van de arbeid verricht in de Carnot-cyclus tussen het kookpunt van water en de smelttemperatuur van ijs (op voorwaarde dat in beide cycli de hoeveelheid warmte die aan de koelkast wordt afgegeven hetzelfde is).

Van de definitie van efficiëntie hieruit volgt dat bij de maximale waarde h=1 T x gelijk moet zijn aan nul. Deze laagste temperatuur werd door Kelvin het absolute nulpunt genoemd. De temperatuur op de thermodynamische schaal wordt aangeduid met "K".

De thermodynamische temperatuurschaal, gebaseerd op twee referentiepunten, heeft onvoldoende meetnauwkeurigheid. Het is praktisch moeilijk om de temperaturen van deze punten te reproduceren, omdat ze zijn afhankelijk van de druk, maar ook van het zoutgehalte in het water. Daarom brachten Kelvin en Mendelejev het idee tot uitdrukking van de haalbaarheid van het construeren van een thermodynamische temperatuurschaal op basis van één referentiepunt.

Het Raadgevend Comité voor Thermometrie van het Internationale Comité voor Gewichten en Maatregelen nam in 1954 een aanbeveling aan om over te gaan tot de definitie van een thermodynamische schaal met behulp van één enkel 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 op dit punt wordt aangenomen op 273,16 K, d.w.z. 0,01 K hoger dan de smelttemperatuur van ijs. Dit getal is zo gekozen dat de temperatuurwaarden op de nieuwe schaal praktisch niet verschillen van de oude Celsius-schaal met twee referentiepunten. Het tweede referentiepunt is het absolute nulpunt, wat praktisch niet wordt gerealiseerd, maar een strikt vaste positie heeft.

In 1967 verduidelijkte de XIII Algemene Vergadering van Gewichten en Maatregelen de definitie van de eenheid van thermodynamische temperatuur als volgt: “ Kelvin– 1/273,16 deel van de thermodynamische temperatuur van het tripelpunt van water.” Thermodynamische temperatuur kan ook worden uitgedrukt in graden Celsius:

T = T– 273,15 K (8)

Waarvoor gebruikt in de natuurkunde verschillende temperatuurmeetschalen? Wel, er is - "Celsius" - dat zou genoeg zijn, en dan - "volgens Fahrenheit", "volgens Reaumur", "volgens Kelvin", en zelfs "volgens Rankine", "volgens Newton"... iedereen wilde betrokken raken bij geschiedenis en wetenschap.

Verhaal

Het woord ‘temperatuur’ ontstond in die tijd toen mensen geloofden dat meer verwarmde lichamen een grotere hoeveelheid van een speciale stof – calorieën – bevatten dan minder verwarmde. Daarom werd temperatuur gezien als de sterkte van een mengsel van lichaamsmaterie en calorieën. Om deze reden worden de meeteenheden voor de sterkte van alcoholische dranken en temperatuur hetzelfde genoemd: graden.

Omdat temperatuur de kinetische energie van moleculen is, is het duidelijk dat het het meest natuurlijk is om deze in energie-eenheden te meten (dat wil zeggen in het SI-systeem in joule). De temperatuurmeting begon echter al lang vóór de creatie van de moleculaire kinetische theorie, dus praktische schalen meten de temperatuur in conventionele eenheden: graden.

Kelvin-schaal (K)

Het werd in 1848 voorgesteld door een Engelse wetenschapper Willem Thomson(ook bekend als Heer Kelvin) als een nauwkeurigere manier om de temperatuur te meten. Op deze schaal vertegenwoordigt het nulpunt, of het absolute nulpunt, de laagst mogelijke temperatuur, dat wil zeggen een bepaalde theoretische toestand van een stof waarbij de moleculen volledig stoppen met bewegen. deze waarde werd verkregen door theoretisch de eigenschappen van gas bij nuldruk te bestuderen. Op de schaal van Celsius komt het absolute nulpunt, of Kelvin nul, overeen met -273,15ºC. Daarom kan 0ºC in de praktijk gelijkgesteld worden aan 273K. Tot 1968 heette de meeteenheid Kelvin (K) de graad Kelvin (ºK). Gebruikt in de thermodynamica.

De temperatuur wordt gemeten vanaf het absolute nulpunt (een toestand die overeenkomt met het theoretisch mogelijke minimum 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 constante van Boltzmann wordt gebruikt om Kelvin om te zetten in energie-eenheden. Er worden ook afgeleide eenheden gebruikt: kilokelvin, megakelvin, millikelvin, enz.

Celsius-schaal (ºC)

In 1742, een Zweedse astronoom Anders Celsius stelde zijn eigen schaal voor, waarbij de temperatuur van een mengsel van water en ijs op nul werd gesteld en het kookpunt van water werd gelijkgesteld aan 100ºC. 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 de vries- en kookpunten van water niet goed gedefinieerd zijn, wordt de schaal van Celsius momenteel gedefinieerd met behulp van de schaal van Kelvin: een graad Celsius is gelijk aan een Kelvin, het absolute nulpunt wordt gesteld op −273,15 °C. De schaal van Celsius is praktisch erg handig omdat water heel gebruikelijk is op onze planeet en ons leven daarop is gebaseerd. Nul Celsius is een speciaal punt voor de meteorologie, omdat het bevriezen van atmosferisch water alles aanzienlijk verandert.

Fahrenheit-schaal (ºF)

Het werd in de winter van 1724 voorgesteld door een Duitse wetenschapper Gabriël Fahrenheit. Op deze schaal werd het punt waarop op een zeer koude winterdag (het was in Danzig en Fahrenheit leefde) het kwik in de thermometer van de wetenschapper daalde als nul beschouwd. Hij koos de menselijke lichaamstemperatuur als een ander uitgangspunt. Dit interval is verdeeld in 100 graden. Volgens dit niet erg logische systeem bleek het vriespunt van water (dat wil zeggen nul graden Celsius) op zeeniveau +32º te zijn, en het kookpunt van water +212º. De weegschaal is populair in Groot-Brittannië en vooral in de VS.

Een graad Fahrenheit is gelijk aan 5/9 graden Celsius.

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

Reaumur-schaal (ºR)

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

De eenheid is de graad Reaumur (°R), 1 °R is gelijk aan 1/80 van het temperatuurinterval tussen de referentiepunten - de smelttemperatuur van ijs (0 °R) en het kookpunt van water (80 °R)

1°R = 1,25°C.

Momenteel is de schaal buiten gebruik geraakt; hij overleefde het langst in Frankrijk, het thuisland van de auteur.

Rankin-schaal (ºRa)

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

Conversie van temperatuur 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	C1,8+32

Vergelijking van temperatuurschalen

Beschrijving	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Newton	Reaumur
Absoluut nul		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Smelttemperatuur van een mengsel van Fahrenheit (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 menselijke lichaamstemperatuur is 36,6 °C ±0,7 °C, of 98,2 °F ±1,3 °F. De gewoonlijk aangehaalde waarde van 98,6 °F is een exacte conversie naar Fahrenheit van de 19e-eeuwse Duitse waarde van 37 °C. Omdat deze waarde volgens moderne concepten niet binnen het bereik van de normale temperatuur ligt, kunnen we zeggen dat deze een buitensporige (onjuiste) nauwkeurigheid bevat. Sommige waarden in deze tabel zijn afgerond.

Vergelijking van Fahrenheit- en Celsius-schalen

(van- Fahrenheit-schaal, oC- Celsius-schaal)

Annotatie: Het concept van schaalvergroting. Bestaande typen weegschalen en hun toepassingsgebieden. Redenen voor het verschijnen van schubben.

SHKA"LA, s, En. [Latijns. scala - ladder].- 1 . Liniaal met divisies in verschillende meetinstrumenten. W.-thermometer. 2 . Een reeks hoeveelheden, getallen in oplopende of aflopende volgorde (speciaal). Sh. de temperatuur van de patiënt. Sch. ziekten. salaris.

Soorten weegschalen:

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

Schaal van namen (nominaal, classificatie)

Wordt gebruikt om de waarden van kwaliteitsattributen te meten. De waarde van zo'n kenmerk is de naam van de equivalentieklasse waartoe het betreffende object behoort. Voorbeelden van de betekenis van kwalitatieve kenmerken zijn staatsnamen, kleuren, automerken, etc. Dergelijke kenmerken voldoen aan de identiteitsaxioma's:

Bij groot aantal klassen gebruiken hiërarchische naamgevingsschalen. De bekendste voorbeelden van dergelijke schalen zijn die welke worden gebruikt om dieren en planten te classificeren.

Met waarden gemeten op de schaal van namen, kunt u slechts één bewerking uitvoeren: het controleren of ze al dan niet samenvallen. Op basis van de resultaten van een dergelijke controle is het mogelijk om voor diverse klassen aanvullend vulfrequenties (kansen) te berekenen die gebruikt kunnen worden voor toepassing verschillende methoden statistische analyse - Chi-kwadraattest van overeenstemming, Cramer's test voor het testen van de hypothese over de relatie tussen kwalitatieve kenmerken, enz.

Ordinale schaal (of rangschaal)

Gebouwd op identiteit en bestellen. Onderwerpen in deze schaal worden gerangschikt. Maar niet alle objecten kunnen ondergeschikt worden gemaakt aan de verhouding van de orde. Het is bijvoorbeeld onmogelijk om te zeggen wat groter is, een cirkel of een driehoek, maar je kunt wel een gemeenschappelijke eigenschap in deze objecten identificeren: oppervlakte, 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 deze geen rekening houdt met de verschillen tussen de onderwerpen van de schaal. Een voorbeeld van zo'n schaal: academische prestatiescores (onvoldoende, voldoende, goed, uitstekend), Mohs-schaal.

Intervalschaal

Hier is er een vergelijking met de standaard. De constructie van een dergelijke schaal stelt ons in staat de meeste eigenschappen van bestaande numerieke systemen toe te schrijven aan getallen die zijn verkregen op basis van subjectieve beoordelingen. Bijvoorbeeld het construeren van een intervalschaal voor reacties. Voor deze schaal is lineaire transformatie acceptabel. Hiermee kunt u de testresultaten terugbrengen tot gangbare schalen en zo indicatoren vergelijken. Voorbeeld: Celsius-schaal.

Relatie schaal

Op de verhoudingsschaal geldt de relatie ‘zoveel keer meer’. Dit is de enige van de vier schalen die een absoluut nulpunt heeft. Het nulpunt karakteriseert de afwezigheid van het gemeten kwaliteit. Dit de schaal maakt gelijkenistransformatie mogelijk (vermenigvuldiging met een constante). Het bepalen van het nulpunt is een lastige opgave voor onderzoek en legt beperkingen op aan het gebruik van deze schaal. Met behulp van dergelijke schalen kunnen massa, lengte, sterkte en waarde (prijs) worden gemeten. Voorbeeld: Kelvin-schaal (temperaturen gemeten vanaf het absolute nulpunt, waarbij de meeteenheid in overleg met deskundigen is gekozen: Kelvin).

Verschilschaal

Het uitgangspunt is willekeurig, de meeteenheid is gespecificeerd. Aanvaardbare transformaties zijn verschuivingen. Voorbeeld: tijd meten.

Absolute schaal

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

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

De kwestie van het type schaal houdt rechtstreeks verband met het probleem van de geschiktheid van methoden voor de wiskundige verwerking van meetresultaten. Over het algemeen zijn adequate statistieken die welke onveranderlijk 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 meting werden ontwikkeld in de psychofysica. De belangrijkste taak van psychofysici was het bepalen van de relatie tussen de fysieke parameters van stimulatie en de overeenkomstige subjectieve beoordelingen van sensaties. Als je dit verband kent, kun je begrijpen welke sensatie overeenkomt met dit of dat teken. De psychofysische functie legt een verband tussen de numerieke waarde van de schaal fysieke dimensie stimulus en de numerieke waarde van de psychologische of subjectieve reactie op deze stimulus.

Celsius

1701 in Zweden. Zijn interessegebieden: 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 heeft gemeten en de relatie daartussen heeft vastgesteld noorderlicht en schommelingen in het magnetische veld van de aarde.

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 in 1740 werd hij directeur ervan. Anders Celsius stierf op 25 maart 1744. Het mineraal celsian, een soort bariumveldspaat, is naar hem vernoemd.

In de technologie, geneeskunde, meteorologie en in het dagelijks leven wordt de schaal van Celsius gebruikt, waarbij de temperatuur van het tripelpunt van water 0,01 is en daarom het vriespunt van water bij een druk van 1 atm 0 is. Momenteel wordt de Celsius-schaal gedefinieerd via de Kelvin-schaal: een graad Celsius is gelijk aan een Kelvin, . Het kookpunt van water, oorspronkelijk door Celsius als referentiepunt van 100 gekozen, heeft dus zijn betekenis verloren, en moderne schattingen plaatsen het kookpunt van water bij normale atmosferische druk op ongeveer 99,975. De schaal van Celsius is praktisch erg handig omdat water heel gebruikelijk is op onze planeet en ons leven daarop is gebaseerd. Nul Celsius is een speciaal punt voor de meteorologie omdat het verband houdt met het bevriezen van water in de atmosfeer. De schaal werd in 1742 voorgesteld door Anders Celsius.

Fahrenheit

Gabriël Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) - Duitse natuurkundige Geboren op 24 mei 1686 in Danzig (nu Gdansk, Polen). Hij studeerde natuurkunde in Duitsland, Nederland en Engeland bij het vervaardigen van precisie meteorologische instrumenten. In 1709 maakte hij een alcoholthermometer, in 1714 - een kwikthermometer, met behulp van nieuwe manier zuivering van kwik. Voor een kwikthermometer heeft Fahrenheit een schaal gebouwd met drie referentiepunten: overeenkomend met de temperatuur van het mengsel water - ijs - ammoniak, – de lichaamstemperatuur van een gezond persoon, en de waarde voor het smeltpunt van het ijs werd als controletemperatuur genomen. Kookpunt schoon water op de schaal van Fahrenheit was . De Fahrenheit-schaal wordt in veel Engelssprekende landen gebruikt, hoewel deze geleidelijk plaats maakt voor de Celsius-schaal. Naast het maken van thermometers was Fahrenheit betrokken bij het verbeteren van barometers en hygrometers. Hij bestudeerde ook de afhankelijkheid van veranderingen in het kookpunt van een vloeistof van de atmosferische druk en het zoutgehalte daarin, ontdekte het fenomeen van onderkoeling van water en 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.

Momenteel wordt de volgende definitie 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 smeltpunt 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 verhouding. Voorgesteld door G. Fahrenheit in 1724.

Reaumur-schaal

René Reaumur. René Antoin de Reaumur werd geboren op 28

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

Reaumur gaf een methode voor het bereiden van matglas.

Tegenwoordig associeert de herinnering zijn naam alleen met de uitvinding van een long

temperatuurschaal gebruikt. In feite was Rene Antoine Ferchant de Reaumur, die in 1683-1757 voornamelijk in Parijs woonde, een van die wetenschappers veelzijdigheid die in onze tijd – een tijd van beperkte specialisatie – moeilijk voorstelbaar zijn. Reaumur was tegelijkertijd technicus, natuurkundige en natuurwetenschapper. Buiten Frankrijk verwierf hij grote bekendheid als entomoloog. IN de afgelopen jaren Tijdens zijn leven kwam Reaumur op het idee dat de zoektocht naar de mysterieuze transformatieve 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. bij zijn assimilatie. Hij stierf op 17 oktober 1757 in het kasteel van Bermovdiere nabij Saint-Julien-du-Terroux (Mayenne).

Voorgesteld in 1730 door R.A. Reaumur, die de alcoholthermometer beschreef die hij had uitgevonden.

De eenheid is de graad Reaumur (), gelijk aan 1/80 van het temperatuurinterval tussen de referentiepunten - de temperatuur van smeltend ijs () en kokend water ()

Momenteel is de schaal buiten gebruik geraakt; hij overleefde het langst in Frankrijk, het thuisland van de auteur.

Vergelijking van temperatuurschalen

Beschrijving	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Newton	Reaumur
Absoluut nul	0	-273.15	-459.67	-90.14	-218.52
Smelttemperatuur van een mengsel van Fahrenheit (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 met vergelijkbare numerieke temperatuurwaarden. Temperatuur is geen direct meetbare grootheid; de waarde ervan wordt bepaald door de temperatuurverandering van een geschikt meetinstrument fysieke eigenschappen thermometrische substantie. Nadat u een thermometrische substantie en eigenschap heeft gekozen, is het noodzakelijk om het initiële referentiepunt en de grootte van de temperatuureenheid in te stellen: graden. Zo worden empirische temperatuurschalen (hierna T.s. genoemd) bepaald. In T. sh. Gewoonlijk worden twee hoofdtemperaturen geregistreerd, die overeenkomen met de punten van fase-evenwicht van systemen met één component (de zogenaamde referentie- of constante punten), waarvan de afstand het hoofdtemperatuurinterval van de schaal wordt genoemd. De volgende referentiepunten worden gebruikt: het tripelpunt van water, het kookpunt van water, waterstof en zuurstof, het stolpunt van zilver, goud, enz. De grootte van een eenheidsinterval (temperatuureenheid) wordt vastgesteld op een bepaalde fractie van het hoofdinterval. Voor het begin van de telling T. sh. neem een van de referentiepunten. Zo kun je de empirische (voorwaardelijke) T. sh. bepalen. voor elke thermometrische eigenschap. Als we aannemen dat de relatie tussen en temperatuur lineair is, dan is temperatuur , waarbij , en de numerieke waarden zijn van de eigenschap bij temperatuur , aan het begin- en eindpunt van het hoofdinterval, - de grootte van de graad, - het aantal divisies van het hoofdinterval.

Op de schaal van Celsius wordt bijvoorbeeld de temperatuur van het stollen van water (het smelten van ijs) als uitgangspunt genomen; het hoofdinterval tussen het stollings- en kookpunt van water wordt verdeeld in 100 gelijke delen ().

T. sh. is dus een systeem van opeenvolgende temperatuurwaarden die lineair gerelateerd zijn aan de waarden van de gemeten fysieke grootheid (deze grootheid moet ondubbelzinnig zijn en monotone functie temperatuur). Over het algemeen is T. sh. kunnen verschillen in thermometrische eigenschappen (mogelijk zijn ze thermische uitzetting tel, verandering elektrische weerstand geleiders met temperatuur, enz.), door thermometrische substantie (gas, vloeistof, stevig), en zijn ook afhankelijk van referentiepunten. In het eenvoudigste geval is T. sh. verschillen in de numerieke waarden die voor dezelfde referentiepunten zijn aangenomen. Dus op de schaal van Celsius (), Reaumur () en Fahrenheit () zijn de smeltpunten van ijs en kokend water bij normale druk toegeschreven aan verschillende betekenissen temperatuur. Relatie voor het omzetten van temperatuur van de ene schaal naar de andere:

Directe herberekening voor T. sh., die verschilt in basistemperaturen, zonder aanvullende experimentele gegevens is onmogelijk. T. sh., die verschillen in thermometrische eigenschappen of substantie, zijn aanzienlijk verschillend. Een onbeperkt aantal empirische temperatuurmetingen die niet met elkaar samenvallen is mogelijk, aangezien alle thermometrische eigenschappen niet-lineair verband houden met de temperatuur en de mate van niet-lineariteit verschillend is voor verschillende eigenschappen, en de werkelijke temperatuur gemeten met behulp van de empirische temperatuurmeetmethode wordt genoemd conventioneel (“kwik”, “platina” temperatuur, enz.), de eenheid is een conventionele graad. Onder empirische T. sh. Een speciale plaats wordt ingenomen door gasschalen, waarin gassen dienen als thermometrische stoffen ("stikstof", "waterstof", "helium" thermometer). Deze T. sh. zijn minder dan anderen afhankelijk van het gebruikte gas en kunnen (door correcties aan te brengen) worden gebracht op het theoretische gas T. sh. Avogadro, eerlijk voor ideaal gas. Absoluut empirisch T. sh. Ze noemen een schaal waarvan het absolute nulpunt overeenkomt met de temperatuur waarbij de numerieke waarde van een fysieke eigenschap (in de gastheorie van Avogadro komt het absolute nulpunt van de temperatuur bijvoorbeeld overeen met de nuldruk van een ideaal gas). temperaturen (volgens de empirische T. sh.) en (volgens de 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).

Het fundamentele nadeel van empirische T. sh. - hun afhankelijkheid van de thermometrische substantie - ontbreekt in de thermodynamische thermodynamica, gebaseerd op de tweede wet van de thermodynamica. Bij het bepalen van de absolute thermodynamische temperatuur. (Kelvin-schaal) komt uit de Carnot-cyclus. Als in de Carnot-cyclus een lichaam dat de cyclus voltooit warmte op temperatuur absorbeert en warmte afgeeft op temperatuur, dan is de verhouding is niet afhankelijk van de eigenschappen van de werkvloeistof en maakt het mogelijk de absolute temperatuur te bepalen met behulp van de voor metingen beschikbare hoeveelheden. 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 kwam overeen met een deel van het hoofdinterval en werd het punt van smeltend ijs als uitgangspunt genomen. In 1954 richtte de X Algemene Conferentie over Gewichten en Maatregelen de thermodynamische T. sh. met één referentiepunt - het tripelpunt van water, waarvan wordt aangenomen dat de temperatuur 273,16 K is (precies), wat overeenkomt met . temperatuur in absolute thermodynamische T. sh. gemeten in Kelvin (K). De thermodynamische temperatuurschaal, waarin de temperatuur wordt genomen voor het smeltpunt van ijs, wordt Celsius genoemd. Relaties tussen temperaturen uitgedrukt in Celsius en absolute thermodynamische T.-schaal:

dus de grootte van de eenheden in deze schalen is hetzelfde. In de VS en enkele andere landen waar het gebruikelijk is om de temperatuur op de Fahrenheit-schaal te meten, is de absolute T. sh. Rankin. De relatie tussen Kelvin en graad Rankine: op de Rankine-schaal komt het smeltpunt van ijs overeen met , kookpunt van water .

Elke empirische T. sh. wordt gereduceerd tot thermodynamische T. sh. introductie van correcties waarbij rekening wordt gehouden met de aard van de relatie tussen de thermometrische eigenschap en de thermodynamische temperatuur. Thermodynamische T. sh. wordt niet rechtstreeks uitgevoerd (door een 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 vanaf het kookpunt van helium tot het stolpunt van goud), thermodynamische T. sh. samenvallen met T. sh. Avogadro, dus de thermodynamische temperatuur wordt bepaald door de gastemperatuur, die wordt gemeten met een gasthermometer. Met meer lage temperaturen thermodynamische T. sh. uitgevoerd volgens temperatuur afhankelijkheid magnetische gevoeligheid van paramagnetische materialen, op hogere niveaus - de schaal werd verschillende keren opnieuw gedefinieerd (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): 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 die op deze punten zijn gekalibreerd. De ITS-90-schaal is momenteel van kracht. Het hoofddocument (Regelgeving op de schaal) legt de definitie van Kelvin vast, de waarden van faseovergangstemperaturen (referentiepunten) en interpolatiemethoden.

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

Een daarvan wordt de Rankine-schaal genoemd, en de andere is de absolute thermodynamische schaal (Kelvin-schaal); hun temperaturen worden respectievelijk gemeten in graden Rankine () en Kelvin (K). Beide schalen beginnen bij de temperatuur op het absolute nulpunt. Ze verschillen doordat een Kelvin gelijk is aan een graad Celsius, en een Rankine-graad gelijk is aan een graad Fahrenheit. Het vriespunt van water bij standaard atmosferische druk komt overeen met , , .

De schaal van Kelvin is gekoppeld aan het tripelpunt van water (273,16 K), en de constante van Boltzmann hangt ervan af. Dit veroorzaakt problemen met de nauwkeurigheid van de meetinterpretatie hoge temperaturen. Het BIPM overweegt nu de mogelijkheid om over te stappen op een nieuwe definitie van Kelvin en de constante van Boltzmann vast te stellen, in plaats van te verwijzen naar de tripelpunttemperatuur.

Korte samenvatting: de student is vertrouwd geraakt met de classificatie van schalen en hun reikwijdte.

Oefenset

Vragen:

Wanneer en door wie werd de moderne classificatie van schalen voorgesteld?
Definieer het woord SCHAAL.
Noem alle soorten weegschalen die je kent en leg hun verschillen uit?
Waarom worden schalen gebruikt in de psychometrie?
Welke schalen worden het meest gebruikt in Engeland en Amerika?
Welke van de bovenstaande schalen verscheen het eerst?
Welk land gebruikt de schaal van Reaumur het langst?
Hoe wordt de temperatuur gemeten op de absolute thermodynamische temperatuurschaal?
Geef voorbeelden van absolute temperatuurschalen.
Wat is de relatie tussen Kelvin en graad Rankine?

Oefeningen

Teken een diagram dat laat zien moderne classificatie schubben Kun je schalen maken volgens hiërarchie?
Bepaal de temperatuurwaarde in verschillende temperatuurschalen (Fahrenheit, Kelvin)

Temperatuur - de belangrijkste parameter omgeving(OS). De OS-temperatuur karakteriseert 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, wordt gebruik gemaakt van een verandering in een van hun fysieke eigenschappen, die afhankelijk is van de temperatuur en gemakkelijk meetbaar is (bijvoorbeeld de 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 een temperatuurschaal vast te stellen, d.w.z. selecteer de oorsprong (nul van de temperatuurschaal) en de meeteenheid voor het temperatuurinterval (graden).

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 graad = (t" - t")/n, waarbij t" en t" twee constante, gemakkelijk reproduceerbare temperaturen zijn; in welk temperatuurbereik.

Om de temperatuurschaal aan te geven, werd meestal gebruik gemaakt van de volumetrische uitzetting van lichamen bij verhitting, en werden de kookpunten van water en het smelten van ijs als constante punten genomen. De temperatuurschalen gecreëerd door Lomonosov, Fahrenheit, Reaumur en Celsius zijn gebaseerd op dit principe. Bij het construeren van deze schalen werd uitgegaan van een lineair verband tussen de volumetrische uitzetting van de vloeistof en de temperatuur, d.w.z.

waarbij k de evenredigheidscoëfficiënt is (komt overeen met de relatieve temperatuurcoëfficiënt van volumetrische uitzetting). Het integreren 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. We nemen volume V bij temperatuur t" en volume V bij 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" respectievelijk de temperaturen zijn van smeltend ijs en kokend water bij normale druk en een vrije valversnelling van 980,665 cm/s2. V" en V" zijn de vloeistoffenvolumes die overeenkomen met temperaturen t" en t"; V is het vloeistofvolume dat overeenkomt met de temperatuur t.

Er zijn geen vloeistoffen in de natuur met een lineair verband tussen de volumetrische uitzettingscoëfficiënt en de temperatuur, dus de meetwaarden van thermometers zijn afhankelijk van de aard van de thermometrische substantie (kwik, alcohol, enz.).

Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie ontstond de behoefte om een uniforme temperatuurschaal te creëren, los van de specifieke eigenschappen van de thermometrische stof 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 gelijkheid

T 2 /(T 2 - T 1) = Q 2 /(Q 2 - Q 1),

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

Laat T 2 gelijk zijn aan de kooktemperatuur van water (T 100), en T 1 de smelttemperatuur van ijs (T 0); door vervolgens het verschil T 2 - T 1 gelijk te stellen aan 100 graden en de hoeveelheid warmte aan te duiden die overeenkomt met deze temperaturen via Q 100 en Q 0, verkrijgen we

T 100 = Q 100 100/(Q 100 - Q 0); T 0 = Q 0 100/(Q 100 - Q 0).

Bij elke verwarmingstemperatuur

T = 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 substantie.

Het besluit van de XI Algemene Conferentie over Maten en Gewichten in Rusland voorzag in het gebruik van twee temperatuurschalen: thermodynamische en internationale praktische.

Op de thermodynamische schaal van Kelvin is het laagste punt het absolute nulpunt (0K), en het enige experimentele fundamentele punt is het tripelpunt van water. Dit punt komt overeen met 273,16K. Het tripelpunt van water (de evenwichtstemperatuur van water in de vaste, vloeibare en gasvormige fase) is je ijssmeltpunt op 0,01 graden. De thermodynamische schaal wordt absoluut genoemd als het punt 273,16 K onder het smeltpunt van ijs als nul wordt genomen.

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 een 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 (belangrijkste referentiepunten), en op referentie-instrumenten die bij deze temperaturen zijn gekalibreerd. In het interval tussen de temperaturen van de belangrijkste referentiepunten wordt interpolatie uitgevoerd met behulp van formules die een verband leggen tussen de metingen 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 (drievoudig evenwicht van waterstof) tot +1064,43 0 C (stollingspunt van goud).

Het referentieapparaat 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-rhodium (10% rhodium) en platina. Voor het temperatuurbereik boven 1064,43 0 C wordt de temperatuur op de internationale praktische schaal bepaald in overeenstemming met de stralingswet van Planck.

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

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 Gewichten en Maatregelen in 1948 werd de internationale praktische temperatuurschaal de Celsius-schaal genoemd. De Internationale Praktische Temperatuurschaal en de Celsius-schaal hebben één constant punt gemeen (het kookpunt van water); op alle andere punten verschillen deze schalen aanzienlijk, vooral bij hoge temperaturen.

bekeken

VKontakte opslaan