Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры

Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
Температура
Проведем небольшой экскурс в историю развития понятия «температура». Понятие тем
пература
возникло, как следствие необходимости характеризовать состояния физического тела
по ощущениям человека «тепло - холодно». Температура относится к физическим
величинам и имеет свое определение в Международной системе единиц СИ - характеризующую ее как человеческое ощущение тепло - холодно и определяющую
параметры состояния идеального газа, коэффициент полезного действия идеального
термодинамического цикла Карно, законы излучения черного тела и распределение
атомов по уровням энергии. Из такого определения,
температура
во многих отношениях универсальная физическая величина. В данном определении
температура
описывается как явление термодинамическое.
Физика наряду с понятием термодинамическая температура выделяет радиационную,
цветовая и яркостную температуры. Поскольку на практике невозможно сравнивать
характеристики теплового излучения в бесконечно широком диапазоне длин волн, при
измерениях интегрального теплового потока, испускаемого телом, при измерениях
длины волны максимума теплового излучения, при измерениях яркости теплового
излучения получается некоторое отличие в значениях измеренной
температуры
и истинным значением
температуры
термодинамической. Как правило, любой приемник теплового излучения селективен, т.
е. имеет разную чувствительность на разных длинах волн. Это тоже приводит к
некоторым отклонениям измеренных значений
температуры
от термодинамической. Различные понятия температуры совпадут только, если все
нагретые тела будут идентичны черному телу, то есть их поглощательная способность
будет много больше радиационных потерь и когда приемник излучения будет
неселективен и измеряемый частотный интервал будет изменяться от нуля до
бесконечности.
Более подробно об особенностях измерения температуры с разделением понятий
термодинамической, яркостной, радиационной, цветовой
температур
можно найти в специализированных разделах физики по оптическим методам
измерения
1 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
температуры
.
Температурная шкала МПТШ-90
В международной системе единиц температура выражается в Кельвинах (К). Один
кельвин равен 1/273,16 термодинамической
температуры
тройной точки воды. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём.
Температурная шкала системы СИ имеет название: Международная температурная
шкала МПТШ-90.
Основные реперные точки МПТШ-90
Реперная точка
T90/K
t90/°C
e-H
2
Тройная точка
13.8033
2 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
–259.3467
e-H
2
Давление паров
≈17
≈ –256.15
e-H
2
Давление паров
≈20.3
≈ –252.85
Ne
Тройная точка
3 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
24.5561
–248.5939
O
2
Тройная точка
54.3584
–218.7916
Ar
Тройная точка
83.8058
–189.3442
Hg
4 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
Тройная точка
234.3156
–38.8344
H
2
O
Тройная точка
273.16
0.01
Ga
Точка плавления
302.9146
29.7646
5 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
In
Точка затвердевания
429.7485
156.5985
Sn
Точка затвердевания
505.078
231.928
Zn
Точка затвердевания
692.677
6 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
419.527
Al
Точка затвердевания
933.473
660.323
Ag
Точка затвердевания
1234.93
961.78
Au
Точка затвердевания
7 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
1337.33
1064.18
Сu
Точка затвердевания
1357.77
1084.62
Вторичные реперные точки температурной шкалы охватывают более широкий диапазон
температур
. Самая высокая
температура
реперной точки температура
затвердевания вольфрама, равная 3660 К. Всего в шкале вторичных реперных точек
содержится 27 значений, в основном
температуры
затвердевания чистых металлов. Результаты международных сличений
температур
этих реперных точек дали боль шее в сравнении с определяющими точками значения
погрешностей. В основном причины расхождений заключаются в разной степени
очистки веществ, которые используются в термостатах. Известно, что сверхчистые
вещества имеют в ряде случаев удивительные свойства, отличные от свойств веществ,
очищенных рутинными методами. Например, сверхчистое железо не окисляется,
сверхчистый алюминий не покрывается окисной пленкой и блестит, как ртуть и т.д.
Поскольку в разных странах чистые металлы получают из разного сырья, расхождения в
8 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
температурах
плавления и затвердевания многих металлов вполне объяснимы.
В итоге эталонные комплексы, воспроизводящие и передающие размер основной
единицы термодинамической температуры системы СИ, представляют собой набор
тройных точек воды, газовый термометр, откалиброванный по тройной точке воды, и
набор термостатов - реперных точек, воспроизводящих определяющие и вторичные
реперные точки шкалы
МПТШ-90.
На практике для точных измерений используются платиновые термометры
сопротивления или платина - платинородиевые термопары, которые градуируются в
конечном счете по реперным точкам. От платиновых термометров и термопар размер
единица температуры - Кельвина - передается образцовым или рабочим термометрам
менее высокого класса точности.
Для высоких температур выше точки золота единица температуры может быть
воспроизведена оптическими приборами - пирометрами.
Температуры
тел выше 1000 К могут быть измерены по собственному тепловому излучению тела в
оптическом диапазоне длин волн. При таком воспроизведении единица
температуры
реализуется в виде абсолютно-черного тела. Техника этих измерений весьма интересна
и разнообразна. Именно здесь возникают понятия радиационной, цветовой и яркостной
температур
9 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
. Поскольку в данном разделе ставится задача описания принципов реализации
основных единиц системы СИ, подробное описание особенностей пирометрии выходит
за рамки тематики данного раздела.
Поскольку для начала отсчета термодинамической температуры существует
Абсолютный нуль, для установления единицы этой величины нужна только одна
реперная точка. Такой точкой является тройная точка воды, т. е. такое состояние чистой
воды, когда лед, жидкая вода и водяной пар находятся в тепловом равновесии. В
условиях вакуума над тающим льдом устанавливается равновесное давление водяного
пара, равное Р 611 Па (4,58 Торр). Этому состоянию приписано значение
термодинамической
те
мпературы
Т 273,16 К точно. Точка замерзания воды при нормальном атмосферном давлении (р 101325 Па 760 Торр 1 атм.) расположена ниже тройной точки воды на 0,00993 К.
XIII Генеральная ассамблея по мерам и весам в 1967 г. наряду с абсолютной
термодинамической шкалой утвердила в качестве производной Шкла Цельсияшкалу
Цельсия, определив эту температуру как t°С (Т - 273,15) К.
В международной практике наряду с абсолютной термодинамической шкалой и шкалой
Цельсия широко используется шкала Фаренгейта и реже шкала Реомюра.
Шкала Фаренгейта была введена в 1714 г., опираясь на температуру таяния льда и тем
10 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
пературу
человеческого тела. Этот интервал был разделен на 64 части, а нулевая точка
располагалась ниже точки таяния льда на 32 F. В то время это была наиболее низкая из
известных температур и получалась она смешиванием нашатыря, воды и льда.
Температура
тела человека по этой шкале оказалась равной 96 °F, а точка кипения воды в шкале
Фаренгейта равнялась 212 °F. Несмотря на всю архаичность такого определения
температурной шкалы, ею пользуются во всем западном полушарии и в первую очередь
в США.
В некоторых странах в настоящее время принята шкала Реомюра, введенная в 1730 г. В
качестве опорных точек выбирается температура таяния льда (0°R) и точка кипения
воды, которой приписывается
темпера
тура
80
°R. Такой выбор определяется тем, что выбранная Реомюром смесь для наполнения
термометра, состоящая из смеси спирта с водой, между точками замерзания и кипения
воды расширяется на 8%. Размер градуса в шкале Реомюра можно воспроизвести
изменением объема водно-спиртовой смеси на 0,001 часть первоначального объема. В
Шкала Кельвинашкале Кельвина этот коэффициент объемного расширения
соответствует приблизительно 1,25×10-3K-1.
Пересчёт температуры между основными шкалами
в\из
Кельвин
Цельсий
11 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
Фаренгейт
Кельвин (K)
K
С + 273
(F + 459) / 1,8
Цельсий (° C)
K − 273
C
(F − 32) / 1,8
Фаренгейт (°F)
K · 1,8 − 459
12 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
C · 1,8 + 32
F
СИ Температуры, термометры
По принципу действия СИ температуры можно классифицировать по:
1. Тепловому расширению твердых, жидких и газообразных тел,
2. Изменению сопротивления проводников электрического тока,
3. Изменению ЭДС термопар
4. Собственному тепловому излучению тел.
Автор: Администратор
Сайт: www.kipexpert.ru
13 / 14
Температура. Температурные шкалы. СИ Температуры, термометры. Эталоны температуры.
14 / 14