Fahrenheit và các thang đo nhiệt độ khác. Giới thiệu: Cân nhiệt độ

Xác định động học phân tử

Đo nhiệt độ

Để đo nhiệt độ, một thông số nhiệt động nhất định của chất đo nhiệt được chọn. Sự thay đổi thông số này rõ ràng có liên quan đến sự thay đổi nhiệt độ.

Trong thực tế, nhiệt độ được đo bằng

Đơn vị và thang đo nhiệt độ

Vì nhiệt độ là động năng của các phân tử, nên rõ ràng là cách tự nhiên nhất là đo nó theo đơn vị năng lượng (tức là trong hệ SI tính bằng joules). Tuy nhiên, phép đo nhiệt độ đã bắt đầu từ lâu trước khi lý thuyết động học phân tử ra đời, vì vậy thang đo thực tế đo nhiệt độ theo đơn vị thông thường - độ.

Thang đo nhiệt độ Kelvin

Khái niệm nhiệt độ tuyệt đối được đưa ra bởi W. Thomson (Kelvin), và do đó thang nhiệt độ tuyệt đối được gọi là thang Kelvin hay thang nhiệt độ nhiệt động lực học. Đơn vị của nhiệt độ tuyệt đối là kelvin (K).

Gọi như vậy là thang nhiệt độ tuyệt đối vì thước đo trạng thái cơ bản Giơi hạn dươi nhiệt độ - độ không tuyệt đối, nghĩa là nhiệt độ thấp nhất có thể, tại đó về nguyên tắc, không thể lấy năng lượng nhiệt từ một chất.

Độ không tuyệt đối được định nghĩa là 0 K, xấp xỉ −273,15 °C.

Thang đo nhiệt độ Kelvin - Thang đo nhiệt độ, trong đó điểm bắt đầu là từ độ không tuyệt đối.

Thang đo nhiệt độ được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày - cả độ C và độ F (được sử dụng chủ yếu ở Hoa Kỳ) - không tuyệt đối và do đó bất tiện khi tiến hành thí nghiệm trong điều kiện nhiệt độ giảm xuống dưới điểm đóng băng của nước, đó là lý do tại sao nhiệt độ phải được biểu thị số âm. Đối với những trường hợp như vậy, thang đo nhiệt độ tuyệt đối đã được đưa ra.

Một cái được gọi là thang Rankine, và cái còn lại được gọi là thang nhiệt động tuyệt đối (thang Kelvin); nhiệt độ của chúng được đo tương ứng bằng độ Rankine (°Ra) và kelvins (K). Cả hai thang đo đều bắt đầu ở nhiệt độ không tuyệt đối. Chúng khác nhau ở chỗ Kelvin bằng độ C và độ Rankine bằng độ F.

Nhiệt độ đông đặc của nước đạt tiêu chuẩn áp suất không khí tương ứng với 273,15 K. Số độ C và kelvin giữa điểm đóng băng và điểm sôi của nước là như nhau và bằng 100. Do đó, độ C được quy đổi thành kelvin bằng công thức K = °C + 273,15.

độ C

độ F

Ở Anh và đặc biệt là ở Mỹ, thang đo Fahrenheit được sử dụng. 0 độ C là 32 độ F, và một độ F bằng 5/9 độ C.

Định nghĩa hiện tại của thang đo Fahrenheit như sau: đó là thang đo nhiệt độ trong đó 1 độ (1 ° F) bằng 1/180 chênh lệch giữa điểm sôi của nước và nhiệt độ tan của băng ở áp suất khí quyển, và điểm tan của băng là +32 ° F. Nhiệt độ trên thang độ Fahrenheit có liên hệ với nhiệt độ trên thang độ C (t °C) theo tỷ lệ t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 9/5 °C + 32. Được đề xuất bởi G. Fahrenheit năm 1724.

Năng lượng của chuyển động nhiệt ở độ không tuyệt đối

Khi vật chất nguội đi, nhiều dạng năng lượng nhiệt và các hiệu ứng liên quan của chúng đồng thời giảm độ lớn. Vật chất chuyển từ trạng thái ít trật tự hơn sang trạng thái có trật tự hơn. Khí biến thành chất lỏng và sau đó kết tinh thành chất rắn (helium vẫn ở trạng thái lỏng ở áp suất khí quyển ngay cả ở độ không tuyệt đối). Chuyển động của các nguyên tử, phân tử chậm lại, động năng của chúng giảm. Điện trở của hầu hết các kim loại giảm do sự tán xạ electron giảm do các nguyên tử dao động với biên độ nhỏ hơn mạng tinh thể. Do đó, ngay cả ở độ không tuyệt đối, các electron dẫn chuyển động giữa các nguyên tử với tốc độ Fermi cỡ 1x10 6 m/s.

Nhiệt độ mà tại đó các hạt vật chất có lượng chuyển động tối thiểu, chỉ được bảo toàn do chuyển động cơ học lượng tử, là nhiệt độ độ không tuyệt đối (T = 0K).

Không thể đạt được nhiệt độ không tuyệt đối. Nhiệt độ thấp nhất (450±80)x10 -12 K của ngưng tụ Bose-Einstein của các nguyên tử natri đã được các nhà nghiên cứu từ MIT thu được vào năm 2003. Trong trường hợp này, cực đại của bức xạ nhiệt nằm trong vùng bước sóng khoảng 6400 km, nghĩa là xấp xỉ bán kính Trái đất.

Nhiệt độ theo quan điểm nhiệt động lực học

Có nhiều thang đo nhiệt độ khác nhau. Nhiệt độ đã từng được xác định rất tùy tiện. Nhiệt độ được đo bằng các dấu đặt cách đều nhau trên thành ống, trong đó nước nở ra khi đun nóng. Sau đó, họ quyết định đo nhiệt độ và phát hiện ra rằng khoảng cách độ không giống nhau. Nhiệt động lực học đưa ra định nghĩa về nhiệt độ không phụ thuộc vào bất kỳ tính chất cụ thể nào của chất.

Hãy giới thiệu chức năng f(T) không phụ thuộc vào tính chất của chất. Từ nhiệt động lực học, suy ra rằng nếu một động cơ nhiệt nào đó hấp thụ một lượng nhiệt Q 1 lúc T 1 tạo ra nhiệt Q Sở nhiệt độ một độ, và chiếc xe kia, đã hấp thụ nhiệt Q 2 lúc T 2, tạo ra nhiệt tương tự Q Sở nhiệt độ một độ thì máy sẽ hấp thụ Q 1 lúc T 1 nên ở nhiệt độ T 2 tạo ra nhiệt Q 2 .

Tất nhiên, giữa cái nóng Q và nhiệt độ T có sự phụ thuộc và sự ấm áp Q 1 phải tỉ lệ thuận Q S. Như vậy mỗi lượng nhiệt Q S, được giải phóng ở nhiệt độ một độ, tương ứng với lượng nhiệt được máy hấp thụ ở nhiệt độ T, bình đẳng Q S, nhân với một hàm tăng nào đó f nhiệt độ:

Q = Q S f(T)

Vì hàm tìm được tăng theo nhiệt độ, nên chúng ta có thể coi rằng chính nó đo nhiệt độ, bắt đầu từ nhiệt độ tiêu chuẩn là một độ. Điều này có nghĩa là bạn có thể tìm thấy nhiệt độ cơ thể bằng cách xác định lượng nhiệt được hấp thụ bởi động cơ nhiệt hoạt động trong khoảng giữa nhiệt độ cơ thể và nhiệt độ một độ. Nhiệt độ thu được theo cách này được gọi là nhiệt độ nhiệt động tuyệt đối và không phụ thuộc vào tính chất của chất. Vì vậy, đối với động cơ nhiệt thuận nghịch, đẳng thức sau đây có giá trị:

Đối với một hệ thống trong đó entropy S có thể là một chức năng S(E) năng lượng của nó E, nhiệt độ nhiệt động được định nghĩa là:

Nhiệt độ và bức xạ

Khi nhiệt độ tăng lên, năng lượng tỏa ra từ vật nóng sẽ tăng lên. Năng lượng bức xạ của vật đen tuyệt đối được mô tả bằng định luật Stefan-Boltzmann

Thang đo Reaumur

Được đề xuất vào năm bởi R. A. Reaumur, người đã mô tả nhiệt kế cồn mà ông đã phát minh ra.

Đơn vị là độ Reaumur (°R), 1 °R bằng 1/80 khoảng nhiệt độ giữa các điểm tham chiếu - nhiệt độ tan của băng (0 °R) và nhiệt độ sôi của nước (80 °R)

1°R = 1,25°C.

Chiếc cân hiện đã không còn được sử dụng; nó tồn tại lâu nhất ở Pháp, quê hương của tác giả.

Chuyển đổi từ các quy mô khác nhau

So sánh thang đo nhiệt độ

So sánh thang đo nhiệt độ

Sự miêu tả	Kelvin	độ C	độ F	xếp hạng	món ngon	Newton	Reaumur	roemer
Không tuyệt đối	0	−273.15	−459.67	0	559.725	−90.14	−218.52	−135.90
Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp Fahrenheit (muối và nước đá với số lượng bằng nhau)	255.37	−17.78	0	459.67	176.67	−5.87	−14.22	−1.83
Điểm đóng băng của nước (Điều kiện bình thường)	273.15	0	32	491.67	150	0	0	7.5
Nhiệt độ trung bình của cơ thể con người¹	310.0	36.6	98.2	557.9	94.5	12.21	29.6	26.925
Điểm sôi của nước (Điều kiện bình thường)	373.15	100	212	671.67	0	33	80	60
Titan nóng chảy	1941	1668	3034	3494	−2352	550	1334	883
Bề mặt của mặt trời	5800	5526	9980	10440	−8140	1823	4421	2909

¹ Nhiệt độ trung bình bình thường của cơ thể con người là 36,6 °C ±0,7 °C hoặc 98,2 °F ±1,3 °F. Giá trị thường được trích dẫn là 98,6 ° F là sự chuyển đổi chính xác sang Fahrenheit của giá trị 37 ° C của Đức thế kỷ 19. Tuy nhiên, giá trị này không nằm trong phạm vi nhiệt độ trung bình bình thường của cơ thể con người, vì nhiệt độ. các bộ phận khác nhau cơ thể khác nhau

Đo lượng năng lượng nhiệt

Một trong những đại lượng nhiệt năng quan trọng nhất là nhiệt độ. Nhiệt độ là một đại lượng vật lý đặc trưng cho mức độ nóng lên của cơ thể hoặc tiềm năng năng lượng nhiệt của nó. Gần như tất cả mọi thứ quy trình công nghệ Và tính chất khác nhau chất phụ thuộc vào nhiệt độ.

Không giống như các đại lượng vật lý như khối lượng, chiều dài, v.v., nhiệt độ không phải là đại lượng mở rộng (tham số) mà là đại lượng chuyên sâu (hoạt động). Nếu một vật thể đồng nhất bị chia làm đôi thì khối lượng của nó cũng bị chia làm đôi. Nhiệt độ, là một đại lượng cường độ cao, không có tính chất cộng tính này, tức là Đối với một hệ ở trạng thái cân bằng nhiệt, mọi bộ phận của hệ đều có nhiệt độ như nhau. Vì vậy, không thể tạo ra một tiêu chuẩn về nhiệt độ giống như cách tạo ra các tiêu chuẩn về số lượng lớn.

Nhiệt độ chỉ có thể được đo gián tiếp, dựa trên sự phụ thuộc vào nhiệt độ của các đặc tính vật lý của vật thể có thể đo được trực tiếp. Những đặc tính này của cơ thể được gọi là nhiệt kế. Chúng bao gồm chiều dài, mật độ, khối lượng, năng lượng nhiệt điện, điện trở, v.v. Những chất có đặc tính nhiệt kế được gọi là nhiệt kế. Dụng cụ dùng để đo nhiệt độ gọi là nhiệt kế. Để tạo ra nhiệt kế, bạn phải có thang đo nhiệt độ.

Thang đo nhiệt độ là mối quan hệ số học chức năng cụ thể giữa nhiệt độ và các giá trị của thuộc tính nhiệt kế đo được. Về vấn đề này, dường như có thể xây dựng thang đo nhiệt độ dựa trên việc lựa chọn bất kỳ đặc tính nhiệt kế nào. Đồng thời, không có đặc tính nhiệt kế chung nào liên quan tuyến tính với sự thay đổi nhiệt độ và không phụ thuộc vào các yếu tố khác trong một phạm vi rộng các phép đo nhiệt độ.

Thang đo nhiệt độ đầu tiên xuất hiện vào thế kỷ 18. Để xây dựng chúng, hai điểm tham chiếu t 1 và t 2 đã được chọn, biểu thị nhiệt độ cân bằng pha của các chất nguyên chất. Sự chênh lệch nhiệt độ t 2 - t 1 được gọi là khoảng nhiệt độ chính. Nhà vật lý người Đức Gabriel Daniel Fahrenheit (1715), nhà vật lý người Thụy Điển Anders C (1742) và nhà vật lý người Pháp René Antoine Reaumur (1776) khi xây dựng thang đo dựa trên giả định về mối quan hệ tuyến tính giữa nhiệt độ t và tính chất nhiệt kế, được sử dụng để mở rộng thể tích chất lỏng V., I E.

t = a + bV, (1)

Ở đâu MỘT Và b– các hệ số không đổi.

Thay V = V 1 tại t = t 1 và V = V 2 tại t = t 2 vào phương trình này, sau khi biến đổi ta thu được phương trình thang đo nhiệt độ:

Trong thang đo độ F, Reaumur và độ C, điểm nóng chảy của băng t 1 tương ứng với +32 0, 0 0 và 0 0, còn nhiệt độ sôi của nước t 2 - 212 0, 80 0 và 100 0. Khoảng chính t 2 – t 1 trong các thang đo này được chia lần lượt thành N = 180, 80 và 100 các phần bằng nhau, và phần 1/N của mỗi khoảng được gọi là độ Fahrenheit - t 0 F, độ Reaumur t 0 R và độ C t 0 C. Do đó, đối với các thang đo được xây dựng theo nguyên tắc này, độ không phải là một đơn vị của phép đo, nhưng đại diện cho một khoảng đơn vị – thang đo tỷ lệ.

Để chuyển đổi nhiệt độ từ thang đo này sang thang đo khác, hãy sử dụng tỷ lệ sau:

(3)

Sau đó, người ta phát hiện ra rằng số đọc của nhiệt kế với các chất đo nhiệt độ khác nhau (thủy ngân, rượu, v.v.), sử dụng cùng một đặc tính nhiệt kế và thang đo đồng nhất, chỉ trùng khớp ở các điểm tham chiếu và tại các điểm khác, số đọc khác nhau. Điều thứ hai đặc biệt đáng chú ý khi đo nhiệt độ có giá trị nằm cách xa khoảng chính.

Tình huống này được giải thích là do mối quan hệ giữa nhiệt độ và đặc tính nhiệt kế thực sự là phi tuyến tính và tính phi tuyến này là khác nhau đối với các chất đo nhiệt độ khác nhau. Đặc biệt, sự phi tuyến giữa nhiệt độ và sự thay đổi thể tích chất lỏng được giải thích là do hệ số nhiệt độ giãn nở thể tích của chất lỏng tự thay đổi theo nhiệt độ và sự thay đổi này là khác nhau đối với các chất lỏng giọt khác nhau.

Dựa trên nguyên tắc được mô tả, bạn có thể xây dựng bất kỳ số lượng thang đo nào khác biệt đáng kể với nhau. Những thang đo như vậy được gọi là quy ước, và thang đo của những thang đo này được gọi là độ quy ước.

Vấn đề tạo ra thang đo nhiệt độ độc lập với đặc tính nhiệt kế của các chất đã được Kelvin giải quyết vào năm 1848 và thang đo mà ông đề xuất được gọi là nhiệt động lực học. Không giống như thang đo nhiệt độ thông thường, thang đo nhiệt độ nhiệt động lực học tuyệt đối.

Thang đo nhiệt độ nhiệt động dựa trên việc sử dụng định luật nhiệt động thứ hai. Theo quy định này, hệ số hành động hữu ích h của động cơ nhiệt hoạt động theo chu trình Carnot ngược chỉ được xác định bởi nhiệt độ của bộ gia nhiệt Tn và tủ lạnh Tx và không phụ thuộc vào tính chất của chất công tác:

(4)

trong đó Q n và Q x lần lượt là lượng nhiệt mà chất hoạt động nhận được từ lò sưởi và truyền vào tủ lạnh.

Kelvin đề xuất sử dụng đẳng thức để xác định nhiệt độ

Do đó, bằng cách sử dụng một vật làm lò sưởi và một vật khác làm tủ lạnh và chạy chu trình Carnot giữa chúng, có thể xác định tỷ số nhiệt độ của các vật bằng cách đo tỷ số nhiệt lấy từ vật này và truyền cho vật kia. Thang nhiệt độ thu được không phụ thuộc vào tính chất của chất làm việc và được gọi là thang nhiệt độ tuyệt đối. Để nhiệt độ tuyệt đối có một giá trị nhất định, người ta đề xuất lấy chênh lệch nhiệt độ nhiệt động giữa điểm sôi của nước T kv và điểm nóng chảy của nước đá T tl bằng 100 0. Việc áp dụng sự khác biệt như vậy nhằm mục đích duy trì tính liên tục của giá trị số của thang nhiệt độ nhiệt động từ thang nhiệt độ C. T.O., biểu thị lượng nhiệt nhận được từ lò sưởi (nước sôi) và cấp cho tủ lạnh (đá tan), lần lượt thông qua Q kv và Q tl, lấy T kv – T tl = 100, ta thu được:

Và (6)

Đối với bất kỳ nhiệt độ T nào của lò sưởi, với giá trị không đổi Ttl của tủ lạnh và lượng nhiệt Qt do chất làm việc của máy Carnot truyền cho nó, chúng ta sẽ có:

(7)

Phương trình (6) là phương trình thang nhiệt độ nhiệt động lực học centigrade và chứng tỏ rằng giá trị nhiệt độ T trên thang đo này có quan hệ tuyến tính với lượng nhiệt Q mà chất làm việc của động cơ nhiệt nhận được khi nó thực hiện chu trình Carnot, và do đó, không phụ thuộc vào các tính chất của nhiệt động lực học. chất. Một độ nhiệt độ nhiệt động được coi là chênh lệch giữa nhiệt độ cơ thể và nhiệt độ nóng chảy của nước đá mà tại đó công thực hiện trong chu trình Carnot ngược bằng 1/100 công thực hiện trong chu trình Carnot giữa điểm sôi của nước và nhiệt độ tan của nước đá (với điều kiện là trong cả hai chu trình, lượng nhiệt tỏa ra cho tủ lạnh là như nhau).

Từ định nghĩa về hiệu quả theo đó tại giá trị tối đa h=1 T x phải bằng 0. Nhiệt độ thấp nhất này được Kelvin gọi là độ không tuyệt đối. Nhiệt độ trên thang nhiệt động được ký hiệu là “K”.

Thang nhiệt độ nhiệt động lực học dựa trên hai điểm tham chiếu có độ chính xác đo không đủ. Thực tế rất khó để tái tạo nhiệt độ của những điểm này, bởi vì chúng phụ thuộc vào áp suất cũng như hàm lượng muối trong nước. Do đó, Kelvin và Mendeleev bày tỏ ý tưởng về tính khả thi của việc xây dựng thang đo nhiệt độ nhiệt động lực học dựa trên một điểm tham chiếu.

Ủy ban Cố vấn về Nhiệt kế của Ủy ban Cân nặng và Đo lường Quốc tế năm 1954 đã thông qua khuyến nghị chuyển sang định nghĩa thang đo nhiệt động bằng cách sử dụng một điểm tham chiếu duy nhất - điểm ba của nước (điểm cân bằng của nước trong chất rắn, chất lỏng và các pha khí), có thể dễ dàng tái tạo trong các bình đặc biệt với sai số không quá 0,0001 K. Nhiệt độ của điểm này được lấy là 273,16 K, tức là. cao hơn nhiệt độ tan của băng 0,01 K. Con số này được chọn sao cho các giá trị nhiệt độ trên thang đo mới thực tế không khác biệt so với thang độ C cũ với hai điểm tham chiếu. Điểm tham chiếu thứ hai là độ 0 tuyệt đối, thực tế không được thực hiện nhưng có một vị trí cố định nghiêm ngặt.

Năm 1967, Đại hội đồng đo lường lần thứ XIII đã làm rõ định nghĩa về đơn vị đo nhiệt độ nhiệt động lực học như sau: “ Kelvin– 1/273,16 một phần nhiệt độ nhiệt động của điểm ba của nước.” Nhiệt độ nhiệt động cũng có thể được biểu thị bằng độ C:

t = T– 273,15K (8)

Để làm gìđược sử dụng trong vật lý một số thang đo nhiệt độ? À, có - "Celsius" - thế là đủ, mặt khác - “theo Fahrenheit”, “theo Reaumur”, “theo Kelvin”, và thậm chí “theo Rankine”, “theo Newton”... mọi người đều muốn tham gia vào lịch sử và khoa học.

Câu chuyện

Từ “nhiệt độ” xuất hiện vào thời đó khi người ta tin rằng những vật thể nóng hơn chứa một lượng lớn chất đặc biệt - calo - hơn những vật thể ít nóng hơn. Do đó, nhiệt độ được coi là sức mạnh của hỗn hợp vật chất cơ thể và calo. Vì lý do này, đơn vị đo độ mạnh của đồ uống có cồn và nhiệt độ được gọi là độ.

Vì nhiệt độ là động năng của các phân tử, nên rõ ràng là cách tự nhiên nhất là đo nó theo đơn vị năng lượng (tức là trong hệ SI tính bằng joules). Tuy nhiên, phép đo nhiệt độ đã bắt đầu từ lâu trước khi lý thuyết động học phân tử ra đời, vì vậy thang đo thực tế đo nhiệt độ theo đơn vị thông thường - độ.

Thang đo Kelvin (K)

Nó được đề xuất vào năm 1848 bởi một nhà khoa học người Anh William Thomson(còn gọi là Chúa Kelvin) là cách đo nhiệt độ chính xác hơn. Trên thang đo này, điểm 0, hay độ 0 tuyệt đối, biểu thị nhiệt độ thấp nhất có thể, tức là một trạng thái lý thuyết nhất định của một chất mà tại đó các phân tử của nó hoàn toàn ngừng chuyển động. giá trị này thu được bằng cách nghiên cứu về mặt lý thuyết các tính chất của khí ở áp suất bằng không. Trên thang độ C, độ 0 tuyệt đối hoặc độ 0 Kelvin, tương ứng với -273,15°C. Vì vậy, trong thực tế, 0oC có thể tương đương với 273K. Cho đến năm 1968, đơn vị đo kelvin (K) được gọi là độ Kelvin (°K). Được sử dụng trong nhiệt động lực học.

Nhiệt độ được đo từ độ không tuyệt đối (trạng thái tương ứng với nhiệt độ tối thiểu có thể về mặt lý thuyết năng lượng bên trong vật thể), và một kelvin bằng 1/273,15 khoảng cách từ độ không tuyệt đối đến điểm ba của nước (trạng thái mà băng, nước và hơi nước ở trạng thái cân bằng). Hằng số Boltzmann được sử dụng để chuyển đổi kelvin thành đơn vị năng lượng. Các đơn vị dẫn xuất cũng được sử dụng: kilokelvin, megakelvin, millikelvin, v.v.

Thang đo độ C (°C)

Năm 1742, một nhà thiên văn học người Thụy Điển Anders độ Cđề xuất thang đo riêng của mình, trong đó nhiệt độ của hỗn hợp nước và nước đá được lấy bằng 0, và nhiệt độ sôi của nước tương đương với 100°. Phần thứ trăm của khoảng thời gian giữa các điểm tham chiếu này được coi là độ. Thang đo này hợp lý hơn thang đo Fahrenheit và Reaumur, được sử dụng rộng rãi trong khoa học và đời sống hàng ngày.

Do điểm đóng băng và sôi của nước không được xác định rõ ràng nên thang độ C hiện được xác định bằng thang Kelvin: độ C bằng kelvin, độ không tuyệt đối được lấy là −273,15 °C. Thang đo độ C thực tế rất tiện lợi vì nước rất phổ biến trên hành tinh của chúng ta và cuộc sống của chúng ta dựa vào nó. Zero độ C là một điểm đặc biệt đối với khí tượng học, vì sự đóng băng của nước trong khí quyển làm thay đổi mọi thứ một cách đáng kể.

Thang đo Fahrenheit (°F)

Nó được đề xuất vào mùa đông năm 1724 bởi một nhà khoa học người Đức Gabriel Fahrenheit. Trên thang đo này, điểm mà vào một ngày mùa đông rất lạnh (ở Danzig và Fahrenheit sống), thủy ngân trong nhiệt kế của nhà khoa học giảm xuống được coi là bằng 0. Ông chọn nhiệt độ cơ thể con người làm điểm khởi đầu. Khoảng thời gian này được chia thành 100 độ. Theo hệ thống không logic lắm này, điểm đóng băng của nước (nghĩa là 0 độ C) ở mực nước biển hóa ra là +32° và điểm sôi của nước là +212°. Thang đo này phổ biến ở Anh và đặc biệt là ở Mỹ.

Một độ F bằng 5/9 độ C.

Định nghĩa hiện tại của thang đo Fahrenheit như sau: đó là thang đo nhiệt độ trong đó 1 độ (1 ° F) bằng 1/180 chênh lệch giữa điểm sôi của nước và nhiệt độ tan của băng ở áp suất khí quyển, và điểm tan của băng là +32 ° F. Nhiệt độ trên thang đo Fahrenheit có liên hệ với nhiệt độ trên thang đo độ C (t °C) theo tỷ lệ t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C.

Thang đo Reaumur (°R)

Năm 1731, một nhà khoa học người Pháp René Antoine de Reaumurđề xuất một thang đo nhiệt độ dựa trên việc sử dụng rượu, có đặc tính giãn nở (cùng với mô tả về nhiệt kế rượu mà ông đã phát minh ra). Điểm đóng băng của nước được lấy làm điểm tham chiếu thấp hơn. Độ Réaumur được định nghĩa tùy ý là một phần nghìn thể tích chứa cồn trong bình chứa và ống nhiệt kế ở điểm 0. Trong điều kiện bình thường, nhiệt độ sôi của nước trên thang đo này là 80°. Cân Reaumur hiện đã không còn được sử dụng ở khắp mọi nơi.

Đơn vị là độ Reaumur (°R), 1 °R bằng 1/80 khoảng nhiệt độ giữa các điểm tham chiếu - nhiệt độ tan của băng (0 °R) và nhiệt độ sôi của nước (80 °R)

1°R = 1,25°C.

Hiện tại, chiếc cân đã không còn được sử dụng; nó tồn tại lâu nhất ở Pháp, quê hương của tác giả.

Thang đo Rankin (°Ra)

Được đề xuất bởi một kỹ sư và nhà vật lý người Scotland William Rankin (William John McQuorn Rankin (Rankin)). Số 0 của nó trùng với số 0 của nhiệt độ nhiệt động lực học và ở kích thước 1°Ra bằng 5/9 K. Nghĩa là, nguyên lý giống như trong thang Kelvin, chỉ có điều về chiều thì thang Rankine không trùng với thang đo độ C, mà là với thang đo Fahrenheit. Hệ thống đo nhiệt độ này chưa trở nên phổ biến.

Chuyển đổi nhiệt độ giữa các thang đo chính
	Kelvin	độ C	độ F
Kelvin (K)		C + 273,15	= (F + 459,67) / 1,8
độ C (°C)	K − 273,15		= (F − 32) / 1,8
Độ F (°F)	K 1,8 − 459,67	C 1.8 + 32

So sánh thang đo nhiệt độ

Sự miêu tả	Kelvin	độ C	độ F	Newton	Reaumur
Không tuyệt đối		−273.15	−459.67	−90.14	−218.52
Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp Fahrenheit (muối và nước đá với số lượng bằng nhau)	255.37	−17.78		−5.87	−14.22
Điểm đóng băng của nước (điều kiện bình thường)	273.15
Nhiệt độ trung bình của cơ thể con người ¹	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Điểm sôi của nước (điều kiện bình thường)	373.15	100	212
Nhiệt độ bề mặt mặt trời	5800	5526	9980	1823	4421

¹ Nhiệt độ cơ thể con người bình thường là 36,6 °C ±0,7 °C hoặc 98,2 °F ±1,3 °F. Giá trị thường được trích dẫn là 98,6 ° F là sự chuyển đổi chính xác sang Fahrenheit của giá trị 37 ° C của Đức thế kỷ 19. Vì giá trị này không nằm trong phạm vi nhiệt độ bình thường theo các khái niệm hiện đại nên chúng ta có thể nói rằng nó có độ chính xác quá mức (không chính xác). Một số giá trị trong bảng này đã được làm tròn.

So sánh thang đo độ F và độ C

(của- Thang đo Fahrenheit, oC- Thang đo độ C)

ồF

ồC

ồF

ồC

ồF

ồC

ồF

Chú thích: Khái niệm về quy mô. Các loại hiện có quy mô và lĩnh vực ứng dụng của chúng. Lý do cho sự xuất hiện của vảy.

SHKA"LA, s, Và. [Latin. scala - bậc thang].- 1 . Thước có các vạch chia khác nhau dụng cụ đo lường. W. nhiệt kế. 2 . Dãy số lượng, số theo thứ tự tăng dần hoặc giảm dần (đặc biệt). Sh. nhiệt độ của bệnh nhân. bệnh Sh. tiền lương.

Các loại cân:

Thang đo thường được phân loại theo loại dữ liệu đo được, xác định các phép biến đổi toán học có thể chấp nhận được đối với thang đo nhất định, cũng như các loại mối quan hệ được hiển thị theo thang đo tương ứng. Cách phân loại thang đo hiện đại được Stanley Smith Stevens đề xuất vào năm 1946.

Thang tên (danh nghĩa, phân loại)

Dùng để đo lường giá trị của thuộc tính chất lượng. Giá trị của đặc điểm này là tên của lớp tương đương mà đối tượng được đề cập thuộc về. Ví dụ về ý nghĩa của các đặc tính định tính là tên các bang, màu sắc, nhãn hiệu xe hơi, v.v. Những đặc điểm như vậy thỏa mãn tiên đề đồng nhất:

Tại số lượng lớn các lớp sử dụng thang đo đặt tên theo thứ bậc. Những ví dụ nổi tiếng nhất về thang đo như vậy là những thang đo được sử dụng để phân loại động vật và thực vật.

Với các giá trị được đo theo thang tên, bạn chỉ có thể thực hiện một thao tác - kiểm tra sự trùng khớp hoặc không trùng hợp của chúng. Dựa trên kết quả kiểm tra như vậy, có thể tính toán bổ sung tần suất lấp đầy (xác suất) cho các lớp khác nhau có thể được sử dụng cho ứng dụng Các phương pháp khác nhau phân tích thống kê - Kiểm định chi bình phương về mức độ đồng ý, kiểm định Cramer để kiểm định giả thuyết về mối quan hệ giữa các đặc tính định tính, v.v.

Thang đo thứ tự (hoặc thang xếp hạng)

Được xây dựng trên danh tính Và trật tự. Các chủ đề trong thang đo này được xếp hạng. Nhưng không phải mọi đồ vật đều có thể tuân theo quan hệ trật tự. Ví dụ, không thể nói cái nào lớn hơn, hình tròn hay hình tam giác, nhưng người ta có thể xác định một đặc tính chung trong các vật thể này - diện tích, và do đó việc thiết lập các mối quan hệ thứ tự trở nên dễ dàng hơn. Đối với thang đo này, phép biến đổi đơn điệu có thể được chấp nhận. Thang đo như vậy là thô thiển vì nó không tính đến sự khác biệt giữa các đối tượng trong thang đo. Ví dụ về thang đo như: điểm thành tích học tập (không đạt, đạt, tốt, xuất sắc), thang Mohs.

thang đo khoảng

Ở đây có một sự so sánh với tiêu chuẩn. Việc xây dựng thang đo như vậy cho phép chúng ta gán hầu hết các đặc tính của hệ thống số hiện có cho các con số thu được trên cơ sở đánh giá chủ quan. Ví dụ: xây dựng thang đo khoảng cho các phản ứng. Đối với thang đo này, phép biến đổi tuyến tính có thể chấp nhận được. Điều này cho phép bạn giảm kết quả kiểm tra xuống các thang đo chung và do đó so sánh các chỉ số. Ví dụ: thang đo độ C.

Thang đo mối quan hệ

Trong thang tỷ lệ, mối quan hệ “nhiều lần hơn” được áp dụng. Đây là thang đo duy nhất trong bốn thang đo có số 0 tuyệt đối. Điểm 0 đặc trưng cho sự vắng mặt của giá trị đo được chất lượng. Cái này thang đo cho phép chuyển đổi độ tương tự (nhân với một hằng số). Xác định điểm 0 là một nhiệm vụ khó khăn trong nghiên cứu, đặt ra những hạn chế trong việc sử dụng thang đo này. Bằng cách sử dụng các thang đo như vậy, có thể đo được khối lượng, chiều dài, độ bền và giá trị (giá cả). Ví dụ: Thang đo Kelvin (nhiệt độ đo từ độ không tuyệt đối, với đơn vị đo được lựa chọn theo thỏa thuận của các chuyên gia - Kelvin).

Thang đo chênh lệch

Điểm bắt đầu là tùy ý, đơn vị đo được xác định. Các phép biến đổi được chấp nhận là các phép dịch chuyển. Ví dụ: đo thời gian.

Tỷ lệ tuyệt đối

Nó chứa một tính năng bổ sung - sự hiện diện tự nhiên và rõ ràng của một đơn vị đo lường. Thang đo này chỉ có một điểm không. Ví dụ: số người trong khán giả.

Trong số các thang đo được xem xét, hai thang đo đầu tiên là không theo hệ mét và các thang đo còn lại là thang đo theo hệ mét.

Vấn đề loại thang đo liên quan trực tiếp đến vấn đề về tính thích hợp của các phương pháp xử lý toán học kết quả đo. Nói chung, số liệu thống kê đầy đủ là số liệu bất biến đối với những biến đổi có thể chấp nhận được của thang đo được sử dụng.

Sử dụng trong tâm lý học. Sử dụng các thang đo khác nhau, có thể thực hiện các phép đo tâm lý khác nhau. Những phương pháp đo lường tâm lý đầu tiên đã được phát triển trong tâm vật lý học. Nhiệm vụ chính của các nhà tâm lý học là làm thế nào để xác định mối quan hệ giữa các thông số vật lý của sự kích thích và những đánh giá chủ quan tương ứng về cảm giác. Biết được mối liên hệ này, bạn có thể hiểu cảm giác nào tương ứng với dấu hiệu này hoặc dấu hiệu đó. Chức năng tâm sinh lý thiết lập mối liên hệ giữa giá trị số của thang đo chiều vật lý kích thích và giá trị bằng số của phản ứng tâm lý hoặc chủ quan đối với kích thích đó.

độ C

1701 ở Thụy Điển Lĩnh vực quan tâm của ông: thiên văn học, vật lý đại cương, địa vật lý. Ông dạy thiên văn học tại Đại học Uppsala và thành lập đài quan sát thiên văn ở đó.

C là người đầu tiên đo độ sáng của các ngôi sao, thiết lập mối quan hệ giữa đèn phía bắc và sự dao động của từ trường Trái Đất.

Ông tham gia chuyến thám hiểm Lapland năm 1736-1737 để đo kinh tuyến. Khi trở về từ các vùng cực, C bắt đầu tích cực công việc tổ chức và xây dựng đài quan sát thiên văn ở Uppsala và vào năm 1740 trở thành giám đốc của nó. Anders C qua đời vào ngày 25 tháng 3 năm 1744. Khoáng vật celsian, một loại fenspat bari, được đặt theo tên ông.

Trong công nghệ, y học, khí tượng học và trong cuộc sống hàng ngày, thang đo độ C được sử dụng, trong đó nhiệt độ của điểm ba của nước là 0,01, và do đó điểm đóng băng của nước ở áp suất 1 atm là 0. Hiện nay, thang độ C được xác định thông qua thang đo Kelvin: độ C bằng độ kelvin, . Do đó, điểm sôi của nước, ban đầu được độ C chọn làm điểm tham chiếu là 100, đã mất đi ý nghĩa của nó, và các ước tính hiện đại đặt điểm sôi của nước ở áp suất khí quyển bình thường là khoảng 99,975. Thang đo độ C thực tế rất tiện lợi vì nước rất phổ biến trên hành tinh của chúng ta và cuộc sống của chúng ta dựa vào nó. Điểm 0 độ C là một điểm đặc biệt đối với ngành khí tượng học vì nó gắn liền với sự đóng băng của nước trong khí quyển. Thang đo được đề xuất bởi Anders C vào năm 1742.

độ F

Gabriel Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) - Nhà vật lý người Đức. Sinh ngày 24 tháng 5 năm 1686 tại Danzig (nay là Gdansk, Ba Lan). Ông học vật lý ở Đức, Hà Lan và Anh. Ông sống gần như cả đời ở Hà Lan, nơi ông đã đính hôn. trong sản xuất độ chính xác dụng cụ khí tượng. Năm 1709 ông chế tạo ra nhiệt kế cồn, năm 1714 - nhiệt kế thủy ngân, sử dụng cách mới thanh lọc thủy ngân. Đối với nhiệt kế thủy ngân, Fahrenheit xây dựng thang đo có ba điểm tham chiếu: tương ứng với nhiệt độ của hỗn hợp nước - nước đá - amoniac, - nhiệt độ cơ thể của một người khỏe mạnh và giá trị điểm tan băng được lấy làm nhiệt độ kiểm soát. Nhiệt độ sôi nước sạch trên thang đo Fahrenheit là . Thang đo Fahrenheit được sử dụng ở nhiều nước nói tiếng Anh, mặc dù nó đang dần nhường chỗ cho thang đo độ C. Ngoài việc chế tạo nhiệt kế, Fahrenheit còn tham gia cải tiến áp kế và ẩm kế. Ông cũng nghiên cứu sự phụ thuộc của sự thay đổi nhiệt độ sôi của chất lỏng vào áp suất khí quyển và hàm lượng muối trong đó, phát hiện ra hiện tượng nước quá lạnh và biên soạn các bảng trọng lượng riêngđiện thoại. Fahrenheit qua đời ở The Hague vào ngày 16 tháng 9 năm 1736.

Ở Anh và đặc biệt là ở Mỹ, thang đo Fahrenheit được sử dụng. 0 độ C là 32 độ F, và một độ F bằng 5/9 độ C.

Định nghĩa sau đây hiện được chấp nhận thang đo F: Đây là thang đo nhiệt độ, 1 độ trong đó (1) bằng 1/180 độ chênh lệch giữa điểm sôi của nước và điểm nóng chảy của băng ở áp suất khí quyển, và điểm nóng chảy của nước đá có nhiệt độ F Nhiệt độ Fahrenheit có liên hệ với nhiệt độ độ C () theo tỷ lệ. Được đề xuất bởi G. Fahrenheit vào năm 1724.

Thang đo Reaumur

Rene Reaumur. Rene Antoin de Reaumur sinh ngày 28

Tháng 2 năm 1683 tại La Rochelle, nhà tự nhiên học người Pháp, thành viên danh dự nước ngoài của Viện Hàn lâm Khoa học St. Petersburg (1737). Có tác dụng tái sinh, sinh lý, sinh học của quần thể côn trùng. Ông đề xuất một thang đo nhiệt độ mang tên ông. Ông đã cải tiến một số phương pháp điều chế thép, ông là một trong những người đầu tiên cố gắng chứng minh một cách khoa học một số quy trình đúc và viết tác phẩm “Nghệ thuật biến sắt thành thép”. Ông đã đi đến một kết luận có giá trị: sắt, thép, gang khác nhau ở lượng tạp chất nào đó. Bằng cách thêm tạp chất này vào sắt, bằng cách cacbon hóa hoặc tạo hợp kim với gang, Reaumur đã thu được thép. Năm 1814, K. Careten đã chứng minh được tạp chất này chính là cacbon.

Reaumur đã đưa ra một phương pháp làm kính mờ.

Ngày nay, trí nhớ chỉ gắn tên ông với việc phát minh ra một

thang đo nhiệt độ được sử dụng. Trên thực tế, René Antoine Ferchant de Reaumur, sống vào năm 1683-1757, chủ yếu ở Paris, là một trong những nhà khoa học đó. tính linh hoạtđiều mà ở thời đại chúng ta - thời đại chuyên môn hóa hẹp - thật khó tưởng tượng. Reaumur đồng thời là một kỹ thuật viên, nhà vật lý và nhà khoa học tự nhiên. Ông đã đạt được danh tiếng lớn bên ngoài nước Pháp với tư cách là một nhà côn trùng học. TRONG những năm trước Trong cuộc đời của mình, Reaumur đã nảy ra ý tưởng rằng việc tìm kiếm sức mạnh biến đổi bí ẩn nên được thực hiện ở những nơi mà sự biểu hiện của nó rõ ràng nhất - trong quá trình biến đổi thức ăn trong cơ thể, tức là. dựa trên sự đồng hóa của nó. Ông qua đời vào ngày 17 tháng 10 năm 1757 tại lâu đài Bermovdiere gần Saint-Julien-du-Terroux (Mayenne).

Được đề xuất vào năm 1730 bởi R. A. Reaumur, người đã mô tả nhiệt kế cồn do ông phát minh ra.

Đơn vị là độ Reaumur(), bằng 1/80 khoảng nhiệt độ giữa các điểm tham chiếu - nhiệt độ của nước đá tan() và nước sôi()

Hiện tại, chiếc cân đã không còn được sử dụng; nó tồn tại lâu nhất ở Pháp, quê hương của tác giả.

So sánh thang đo nhiệt độ

Sự miêu tả	Kelvin	độ C	độ F	Newton	Reaumur
Không tuyệt đối	0	-273.15	-459.67	-90.14	-218.52
Nhiệt độ nóng chảy của hỗn hợp Fahrenheit (muối và nước đá với số lượng bằng nhau)	255.37	-17.78	0	-5.87	-14.22
Điểm đóng băng của nước (điều kiện bình thường)	273.15	0	32	0	0
Nhiệt độ trung bình của cơ thể con người	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Điểm sôi của nước (điều kiện bình thường)	373.15	100	212	33	80
Nhiệt độ bề mặt mặt trời	5800	5526	9980	1823	4421

Cân nhiệt độ, hệ thống các giá trị số có thể so sánh được của nhiệt độ. Nhiệt độ không phải là đại lượng có thể đo được trực tiếp; giá trị của nó được xác định bởi sự thay đổi nhiệt độ của bất kỳ thuận tiện nào cho việc đo tính chất vật lý chất đo nhiệt độ. Sau khi chọn chất và tính chất đo nhiệt, cần đặt điểm tham chiếu ban đầu và kích thước của đơn vị nhiệt độ - độ. Do đó, thang nhiệt độ thực nghiệm (sau đây gọi là T.s.) được xác định. Ở T. sh. Thông thường, hai nhiệt độ chính được ghi lại, tương ứng với các điểm cân bằng pha của hệ thống một thành phần (được gọi là điểm tham chiếu hoặc điểm không đổi), khoảng cách giữa chúng được gọi là khoảng nhiệt độ chính của thang đo. Các điểm tham chiếu sau đây được sử dụng: điểm ba của nước, điểm sôi của nước, hydro và oxy, điểm hóa rắn của bạc, vàng, v.v. Kích thước của khoảng đơn vị (đơn vị nhiệt độ) được đặt là một phần nhất định của khoảng chính. Để bắt đầu đếm T. sh. lấy một trong những điểm tham chiếu. Đây là cách bạn có thể xác định T. sh theo kinh nghiệm (có điều kiện). đối với bất kỳ đặc tính nhiệt kế nào. Nếu chúng ta giả sử rằng mối quan hệ giữa và nhiệt độ là tuyến tính, thì nhiệt độ , trong đó và là các giá trị số của tính chất ở nhiệt độ , tại điểm bắt đầu và điểm kết thúc của khoảng chính, - kích thước của mức độ, - số phần của khoảng chính.

Ví dụ, trong thang đo độ C, nhiệt độ tại đó nước đông đặc (băng tan) được lấy làm điểm bắt đầu; khoảng chính giữa điểm đông đặc và điểm sôi của nước được chia thành 100 phần bằng nhau ().

T. sh. do đó là một hệ các giá trị nhiệt độ kế tiếp nhau liên hệ tuyến tính với các giá trị của đại lượng vật lý đo được (đại lượng này phải rõ ràng và hàm đơn điệu nhiệt độ). Nói chung là T. sh. có thể khác nhau về đặc tính nhiệt kế (chúng có thể giãn nở nhiệtđiện thoại, thay đổi điện trở dây dẫn có nhiệt độ, v.v.), bằng chất đo nhiệt (khí, chất lỏng, chất rắn), và cũng phụ thuộc vào điểm tham chiếu. Trong trường hợp đơn giản nhất, T. sh. khác nhau về các giá trị số được áp dụng cho cùng một điểm tham chiếu. Như vậy, trong các thang đo độ C (), Reaumur () và F (), điểm nóng chảy của nước đá và nước sôi tại áp suất bình thường quy cho những nghĩa khác nhau nhiệt độ. Mối quan hệ để chuyển đổi nhiệt độ từ thang đo này sang thang đo khác:

Không thể tính toán lại trực tiếp cho T. sh., khác nhau về nhiệt độ cơ bản mà không có dữ liệu thực nghiệm bổ sung. T. sh., khác nhau về tính chất hoặc chất đo nhiệt, khác nhau đáng kể. Có thể thực hiện số lượng không giới hạn các phép đo nhiệt độ theo kinh nghiệm không trùng với nhau, vì tất cả các đặc tính nhiệt kế đều liên quan đến nhiệt độ một cách phi tuyến và mức độ phi tuyến là khác nhau đối với các đặc tính khác nhau và nhiệt độ thực được đo bằng phương pháp đo nhiệt độ theo kinh nghiệm được gọi là thông thường (“thủy ngân”, “bạch kim”, nhiệt độ, v.v.), đơn vị của nó là độ thông thường. Trong số thực nghiệm T. sh. Một vị trí đặc biệt được chiếm giữ bởi cân khí, trong đó khí đóng vai trò là chất đo nhiệt độ ("nhiệt kế nitơ", "hydro", "helium"). Những T. sh. ít hơn những loại khác phụ thuộc vào khí được sử dụng và có thể (bằng cách đưa ra các hiệu chỉnh) đưa về khí lý thuyết T. sh. Avogadro, công bằng cho khí lý tưởng. Thực nghiệm tuyệt đối T. sh. Họ gọi một thang đo, độ không tuyệt đối của nó tương ứng với nhiệt độ tại đó giá trị số của một tính chất vật lý (ví dụ, trong lý thuyết khí Avogadro, độ không tuyệt đối của nhiệt độ tương ứng với áp suất bằng không của khí lý tưởng). nhiệt độ (theo T. sh. thực nghiệm) và (theo T. sh. thực nghiệm tuyệt đối) có liên quan với nhau bởi mối quan hệ , đâu là số 0 tuyệt đối của T. sh theo kinh nghiệm. (việc đưa ra số 0 tuyệt đối là một phép ngoại suy và không hàm ý việc thực hiện nó).

Hạn chế cơ bản của T. sh theo kinh nghiệm. - sự phụ thuộc của chúng vào chất đo nhiệt - không có trong nhiệt động lực học, dựa trên định luật thứ hai của nhiệt động lực học. Khi xác định nhiệt độ nhiệt động tuyệt đối. (thang Kelvin) xuất phát từ chu trình Carnot. Nếu trong chu trình Carnot, một vật hoàn thành chu trình sẽ hấp thụ nhiệt ở nhiệt độ và tỏa nhiệt ở nhiệt độ , thì tỉ số không phụ thuộc vào đặc tính của chất lỏng làm việc và cho phép người ta xác định nhiệt độ tuyệt đối bằng cách sử dụng các đại lượng có sẵn để đo. Ban đầu, khoảng chính của thang đo này được đặt bởi các điểm tan băng và nước sôi ở áp suất khí quyển, đơn vị nhiệt độ tuyệt đối tương ứng với một phần của khoảng chính và điểm tan băng được lấy làm điểm bắt đầu. Năm 1954, Đại hội đồng lần thứ X về Trọng lượng và Đo lường đã thành lập T. sh nhiệt động lực học. với một điểm tham chiếu - điểm ba của nước, nhiệt độ được lấy là 273,16 K (chính xác), tương ứng với . nhiệt độ tuyệt đối trong nhiệt động T. sh. được đo bằng kelvin (K). Thang nhiệt độ nhiệt động lực học, trong đó nhiệt độ được lấy cho điểm nóng chảy của băng, được gọi là độ C. Mối quan hệ giữa nhiệt độ tính bằng độ C và thang nhiệt động tuyệt đối T.:

vì vậy kích thước của các đơn vị trong các thang đo này là như nhau. Ở Hoa Kỳ và một số quốc gia khác, nơi người ta thường đo nhiệt độ theo thang Fahrenheit, T. sh tuyệt đối. Rankin. Mối liên hệ giữa kelvin và độ Rankine: , trên thang Rankine, nhiệt độ tan của băng tương ứng với , nhiệt độ sôi của nước .

Bất kỳ T. sh theo kinh nghiệm nào. bị khử thành nhiệt động T. sh. đưa ra các hiệu chỉnh có tính đến bản chất của mối quan hệ giữa đặc tính nhiệt kế và nhiệt độ nhiệt động. Nhiệt động T. sh. được thực hiện không trực tiếp (bằng cách thực hiện chu trình Carnot với chất đo nhiệt độ), mà với sự trợ giúp của các quá trình khác liên quan đến nhiệt độ nhiệt động. Trong phạm vi nhiệt độ rộng (khoảng từ điểm sôi của heli đến điểm hóa rắn của vàng), nhiệt động lực học T. sh. trùng với T. sh. Avogadro, do đó nhiệt độ nhiệt động được xác định bởi nhiệt độ khí, được đo bằng nhiệt kế khí. Với nhiều hơn nữa nhiệt độ thấp nhiệt động T. sh. được thực hiện theo sự phụ thuộc nhiệt độđộ nhạy từ của vật liệu thuận từ, ở mức cao hơn - thang đo đã được xác định lại nhiều lần (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): nhiệt độ tham chiếu và phương pháp nội suy đã thay đổi, nhưng nguyên tắc vẫn giữ nguyên - cơ sở của thang đo là một tập hợp các chuyển pha của các chất tinh khiết có giá trị nhiệt độ nhiệt động nhất định và các dụng cụ nội suy được hiệu chỉnh tại các điểm này. Thang đo ITS-90 hiện đang có hiệu lực. Tài liệu chính (Quy định về thang đo) thiết lập định nghĩa Kelvin, các giá trị nhiệt độ chuyển pha (điểm tham chiếu) và phương pháp nội suy.

Thang đo nhiệt độ được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày - cả độ C và độ F (được sử dụng chủ yếu ở Hoa Kỳ) - không tuyệt đối và do đó bất tiện khi tiến hành thí nghiệm trong điều kiện nhiệt độ giảm xuống dưới điểm đóng băng của nước, đó là lý do tại sao nhiệt độ phải được biểu thị bằng âm con số. Đối với những trường hợp như vậy, thang đo nhiệt độ tuyệt đối đã được đưa ra.

Một trong số chúng được gọi là thang Rankine, và cái còn lại là thang nhiệt động tuyệt đối (thang Kelvin); nhiệt độ của chúng được đo tương ứng bằng độ Rankine () và kelvins (K). Cả hai thang đo đều bắt đầu ở nhiệt độ không tuyệt đối. Chúng khác nhau ở chỗ Kelvin bằng độ C và độ Rankine bằng độ F. Điểm đóng băng của nước ở áp suất khí quyển tiêu chuẩn tương ứng với , , .

Thang đo Kelvin gắn liền với điểm ba của nước (273,16 K) và hằng số Boltzmann phụ thuộc vào nó. Điều này tạo ra vấn đề về độ chính xác của việc giải thích phép đo nhiệt độ cao. BIPM hiện đang xem xét khả năng chuyển sang một định nghĩa mới về Kelvin và cố định hằng số Boltzmann, thay vì tham chiếu đến nhiệt độ ba điểm.

Bản tóm tắt ngắn gọn: học sinh đã làm quen với việc phân loại thang đo và phạm vi của chúng.

Bộ thực hành

Câu hỏi:

1. Việc phân loại thang đo hiện đại được đề xuất khi nào và bởi ai?
2. Định nghĩa từ QUY MÔ.
3. Hãy kể tên các loại cân mà bạn biết và giải thích sự khác biệt của chúng?
4. Tại sao thang đo được sử dụng trong tâm lý học?
5. Cân nào được sử dụng nhiều nhất ở Anh và Mỹ?
6. Thang đo nào ở trên xuất hiện đầu tiên?
7. Quốc gia nào sử dụng thang đo Reaumur lâu nhất?
8. Nhiệt độ được đo như thế nào trên thang nhiệt độ nhiệt động tuyệt đối?
9. Cho ví dụ về thang đo nhiệt độ tuyệt đối.
10. Mối quan hệ giữa độ Kelvin và độ Rankine là gì?

Bài tập

1. Vẽ sơ đồ thể hiện phân loại hiện đại quy mô Bạn có thể tạo thang đo theo thứ bậc không?
2. Xác định giá trị nhiệt độ ở các thang nhiệt độ khác nhau (Fahrenheit, Kelvin)

Nhiệt độ - thông số quan trọng nhất môi trường(HĐH). Nhiệt độ hệ điều hành đặc trưng cho mức độ gia nhiệt, được xác định bởi động năng bên trong của chuyển động nhiệt của các phân tử. Nhiệt độ có thể được định nghĩa là một tham số trạng thái nhiệt. Để so sánh mức độ nóng lên của các vật thể, nó sử dụng sự thay đổi trong bất kỳ tính chất vật lý nào của chúng, phụ thuộc vào nhiệt độ và có thể dễ dàng đo lường được (ví dụ, độ giãn nở thể tích của chất lỏng, sự thay đổi điện trở của kim loại, v.v.). ).

Để tiến hành xác định định lượng nhiệt độ, cần thiết lập thang đo nhiệt độ, tức là chọn điểm bắt đầu (số 0 của thang nhiệt độ) và đơn vị đo cho khoảng nhiệt độ (độ).

Thang đo nhiệt độ được sử dụng trước khi giới thiệu thang đo nhiệt độ duy nhất là một loạt các dấu trong phạm vi nhiệt độ được giới hạn bởi hai điểm sôi và điểm nóng chảy không đổi dễ tái tạo (tham chiếu chính hoặc tham chiếu) của các chất tinh khiết về mặt hóa học. Các nhiệt độ này được lấy bằng các giá trị số tùy ý t" và t". Do đó, 1 độ = (t" - t")/n, trong đó t" và t" là hai nhiệt độ không đổi, dễ tái lập; vào khoảng nhiệt độ nào.

Để đánh dấu thang đo nhiệt độ, độ giãn nở thể tích của các vật thể khi bị nung nóng thường được sử dụng nhiều nhất, và điểm sôi của nước và độ tan của băng được lấy là điểm không đổi. Các thang đo nhiệt độ do Lomonosov, Fahrenheit, Reaumur và Celcius tạo ra đều dựa trên nguyên tắc này. Khi xây dựng các thang đo này, mối quan hệ tuyến tính được giả định giữa sự giãn nở thể tích của chất lỏng và nhiệt độ, tức là

trong đó k là hệ số tỷ lệ (tương ứng với hệ số nhiệt độ tương đối giãn nở thể tích). Tích phân phương trình (1) cho

trong đó D là hằng số tích phân.

Để xác định các hằng số k và D, sử dụng hai nhiệt độ đã chọn t" và t." Lấy thể tích V ở nhiệt độ t" và thể tích V ở nhiệt độ t" - V", ta thu được

t" = kV" + D; (3)

t” = kV” + D; (4).

Trừ phương trình (3) khỏi phương trình (2) và (4), chúng ta thu được

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

t” - t" = k(V” - V") (6).

Chia phương trình (5) cho phương trình (6), ta thu được

trong đó t” và t” lần lượt là nhiệt độ của nước đá tan và nước sôi ở áp suất bình thường và gia tốc rơi tự do là 980,665 cm/s 2 ; V” và V” là thể tích của chất lỏng tương ứng với nhiệt độ t” và t” ; V là thể tích chất lỏng có nhiệt độ tương ứng t.

Trong tự nhiên không có chất lỏng có mối quan hệ tuyến tính giữa hệ số giãn nở thể tích và nhiệt độ nên số chỉ của nhiệt kế phụ thuộc vào bản chất của chất đo nhiệt độ (thủy ngân, rượu, v.v.).

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, nhu cầu tạo ra một thang đo nhiệt độ thống nhất, không liên quan đến bất kỳ tính chất cụ thể nào của chất đo nhiệt và phù hợp trong phạm vi nhiệt độ rộng. Năm 1848, Kelvin, dựa trên định luật nhiệt động thứ hai, đề xuất xác định nhiệt độ dựa trên đẳng thức

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

trong đó T 1 và T 2 lần lượt là nhiệt độ của tủ lạnh và lò sưởi; Q 1 và Q 2 lần lượt là lượng nhiệt mà chất hoạt động nhận được từ bộ gia nhiệt và truyền vào tủ lạnh (đối với động cơ nhiệt lý tưởng hoạt động theo chu trình Carnot).

Gọi T 2 bằng nhiệt độ sôi của nước (T 100), và T 1 là nhiệt độ tan của nước đá (T 0); khi đó, lấy hiệu T 2 - T 1 bằng 100 độ và biểu thị lượng nhiệt tương ứng với các nhiệt độ này qua Q 100 và Q 0, ta thu được

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

Ở bất kỳ nhiệt độ lò sưởi nào

T = Q 100/(Q 100 - Q 0) (8).

Phương trình là phương trình của thang đo nhiệt độ nhiệt động, không phụ thuộc vào tính chất của chất đo nhiệt.

Quyết định của Đại hội đồng lần thứ XI về Trọng lượng và Đo lường ở Nga quy định việc sử dụng hai thang đo nhiệt độ: nhiệt động lực học và thực tiễn quốc tế.

Trên thang nhiệt động Kelvin, điểm thấp nhất là điểm không tuyệt đối (0K) và điểm cơ bản thực nghiệm duy nhất là điểm ba của nước. Điểm này tương ứng với 273,16K. Điểm ba của nước (nhiệt độ cân bằng của nước ở các pha rắn, lỏng và khí) là điểm tan băng của bạn ở 0,01 độ. Thang đo nhiệt động được gọi là tuyệt đối nếu điểm 273,16 K dưới điểm nóng chảy của băng được coi là bằng 0.

Nói đúng ra, không thể thực hiện thang đo Kelvin, bởi vì phương trình của nó bắt nguồn từ chu trình Carnot lý tưởng. Thang nhiệt độ nhiệt động trùng với thang đo của nhiệt kế khí chứa đầy khí lý tưởng. Người ta biết rằng một số loại khí thực (hydro, heli, neon, nitơ) ở một phạm vi nhiệt độ rộng khác biệt tương đối ít về tính chất so với khí lý tưởng. Do đó, thang đo của nhiệt kế hydro (có tính đến các hiệu chỉnh về độ lệch tính chất của khí thực so với khí lý tưởng) thực tế là thang đo nhiệt độ nhiệt động.

Thang đo nhiệt độ thực hành quốc tế dựa trên một loạt các trạng thái cân bằng có thể tái tạo, tương ứng với các nhiệt độ nhất định (các điểm tham chiếu chính) và trên các thiết bị tham chiếu được hiệu chuẩn ở các nhiệt độ này. Trong khoảng giữa nhiệt độ của các điểm tham chiếu chính, phép nội suy được thực hiện bằng cách sử dụng các công thức thiết lập mối liên hệ giữa số đọc của dụng cụ tiêu chuẩn và các giá trị của thang đo thực tế quốc tế. Các điểm tham chiếu chính được nhận ra là các trạng thái cân bằng pha nhất định của một số chất nguyên chất và bao gồm phạm vi nhiệt độ từ -259,34 0 C (cân bằng ba của hydro) đến +1064,43 0 C (điểm đông đặc của vàng).

Thiết bị tham chiếu được sử dụng trong khoảng nhiệt độ từ -259,34 đến +630,74 0 C là nhiệt kế điện trở bạch kim, từ +630,74 đến +1064,43 0 C - nhiệt kế nhiệt điện với nhiệt điện cực và bạch kim rhodium (10% rhodium) và bạch kim. Đối với khoảng nhiệt độ trên 1064,43 0 C, nhiệt độ trên thang đo thực tế quốc tế được xác định theo định luật bức xạ Planck.

Nhiệt độ đo trên thang đo thực tế quốc tế được ký hiệu là t và các giá trị số kèm theo ký hiệu 0 C.

Nhiệt độ trên thang nhiệt động có liên hệ với nhiệt độ trên thang thực tế quốc tế theo tỷ số T = t + 273,15. Tại Đại hội lần thứ IX về Trọng lượng và Đo lường năm 1948, thang đo nhiệt độ thực tế quốc tế được đặt tên là thang đo độ C. Thang đo Nhiệt độ Thực hành Quốc tế và thang đo độ C có một điểm chung không đổi (điểm sôi của nước); ở tất cả các điểm khác, thang đo này khác nhau đáng kể, đặc biệt là ở nhiệt độ cao.