У повсякденному житті температуру доводиться вимірювати досить часто

Щоб виміряти температуру, використовують зміну якоїсь величини від температури: об’єму газу чи рідини, тиску газу, електричного опору і т. д. Найчастіше використовують залежність об’єму рідини від температури. Для градуювання термометрів використовують реперні точки – стани теплової рівноваги, які легко реалізувати. Для побудови шкали цим станам приписують певне значення температури. Шкалу Цельсія побудовано на двох реперних точках: танення льоду та кипіння води при нормальному атмосферному тиску. Цим станам приписують числові значення 0 С 100 С відповідно. Шкалу між ними ділять на 100 однакових частин, які називають градусами, а шкалу – шкалою Цельсія. Оскільки різні рідини розширюються під час нагрівання неоднаково, то шкала залежатиме від властивостей рідини.

На відміну від рідин розріджені гази (водень, гелій, кисень) розширюються під час нагрівання однаково і однаково змінюють свій тиск при зміні температури. Тому в фізиці для встановлення раціональної температурної шкали використовують зміну тиску певної кількості розрідженого газу при сталому об’ємі або зміну об’єму газу при сталому тиску. Таку шкалу називають ідеальною газовою шкалою температур.

Англійський вчений У. Томсон (лорд Кельвін) запропонував абсолютну термодинамічну шкалу температур. Нульова температура за абсолютною (або шкалою Кельвіна) відповідає абсолютному нулю, а кожна одиниця температури дорівнює градусу на шкалі Цельсія. Абсолютним нулем називають граничну температуру, при якій тиск ідеального газу дорівнює нулю при сталому об’ємі. При 0 К цілком зупиняється рух молекул речовини. За шкалою Цельсія це температура –273,15 С. Ця шкала температур будується за одною реперною точкою, за яку взято потрійну точку води. Температуру потрійної точки води прийнято вважати такою, що дорівнює 273,16 К. Кельвін - це 1/273,16 частина термодинамічної температури потрійної точки води.

Отже, одиниця температури визначається як 1/273,16 температурного інтервалу між потрійною точкою води і точкою абсолютного нуля температур, яка не є реперною, а є температурою на 273,16 К нижчою від температури потрійної точки води.

Зв’язок між абсолютною температурою і температурою Цельсія:

Т = 273,15 + t,

де t – температура за шкалою Цельсія.

Температура тіла не може бути нижчою абсолютного нуля.

У Міжнародній Системі одиниць температура вимірюється в Кельвінах. Однак для використання в повсякденному житті шкала по Кельвіні незручна, тому використовують шкалу Цельсія. Один градус Цельсія дорівнює одному градусу Кельвіна. Абсолютна термодинамічна шкала є основною температурною шкалою у фізиці. Вона побудована на основі другого закону термодинаміки.

Експериментальні труднощі вимірювання температур за абсолютною термодинамічною шкалою привели до необхідності створення Міжнародної температурної шкали (1968 р.).

Вона базується на одинадцяти температурних точках, що добре відтворюються, яким приписуються конкретні значення температур (первинні реперні точки). Між первинними реперними точками температурна шкала встановлюється за допомогою інтерполяційних формул, які виражають співвідношення між температурою і показами стандартних термометрів (платиновий термометр, платиново-іридієва термопара, оптичний пірометр), які градуйовані по цих реперних точках. Вся область температур, яка охоплюється Міжнародною практичною шкалою, поділяється на ряд інтервалів, в кожному з яких рекомендується свої методи відтворення температур і свої інтерполяційні формули.

У США і деяких інших країнах використовується шкала Фаренгейта, що з'явилася в 1715 р. Термометр Фаренгейта мав такий же вигляд, як і сучасний простий термометр. В своєму термометрі він спочатку використовував спирт, а потім ртуть. Він користувався різними шкалами. В останній його шкалі основні температурні точки були наступними: перша температурна точка – температура суміші води, льоду і харчової соди - 0 F (це була, мабуть, найбільш низька температура, яку в той час можна було отримати штучним шляхом). Друга температурна точка – температура суміші льоду і води, тобто температура танення льоду - 32 F. Відстань між цими двома точками Фаренгейт розділив на 32 частини, поділивши кожний відрізок 5 раз навпіл. Свою шкалу він перевіряв, вимірюючи температуру власного тіла. За його шкалою вона виявилась рівною 96 . Цю температуру Фаренгейт вважав третьою головною температурною точкою. Температуру кипіння води Фаренгейт не брав в якості головної температурної точки. Пізніше він ввів і четверту “опорну” точку – точку кипіння води. Вона лежала біля 212 F.

Щоб перевести градуси Фаренгейта в градуси Цельсія використовують формулу:

t_c=5/9(T_F-32)

У Франції знайшла своє застосування шкала французького вченого Реомюра (близько 1740р.). Ця шкала побудована на точках замерзання води (0 ) і її кипіння (80 ). Реомюр своїми вимірюваннями довів, що вода розширяється між цими двома точками на 80 тисячних свого об’єму. Реомюр не підтримував використання ртуті в термометрах через її малий коефіцієнт розширення. В 1730 р. він запропонував використовувати в термометрах спирт і ввів шкалу, побудовану не довільним чином, як шкала Фаренгейта, а у відповідності з тепловим розширенням спирту. І оскільки Реомюр знайшов, що використовуваний ним спирт, змішаний в пропорції 1:5 з водою, розширяється у відношенні 1000:5000 при зміні температури від точки замерзання до точки кипіння води, то запропонував шкалу від 0 до 80⁰ С. В наш час шкалу Реомюра практично не застосовують.

Поиск по сайту: