Измерение температуры

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Температура характеризует меру нагретости вещества (уровень его теплового состояния). Для ее измерения используют зависимость свойств тел от температуры.

Температура измеряется термометрами и пирометрами.

Действие термометров основано на использовании свойств различных тел при изменении температуры изменять свой объем при постоянном давлении (термометры расширения), изменять давление при постоянном объеме (манометрические термометры) или изменять электрическое сопротивление (термометры сопротивления), на использовании свойства металлов и сплавов создавать электродвижущую силу при нагреве спая разнородных металлов (термоэлектрические термометры или термопары). Действие пирометров основано на использовании законов излучения (пирометры излучения).

2. Общие сведения о температурных шкалах

Измерение температуры основывается на явлении теплообме­на между измерителем температуры и телом. Таким образом, о температуре тела можно судить по изменению какого-либо фи­зического свойства рабочего вещества измерителя температуры при его нагревании или охлаждении. Выбранное физическое (термометрическое) свойство должно однозначно зависеть от температуры. Однако такая температурная шкала является условной, так как справедлива лишь для конкретного рабочего вещества измерителя температуры.

Независимой от каких-либо физических свойств рабочего ве­щества является так называемая термодинамическая шкала температур, основанная на свойстве обратимого цикла Карно, к.п.д. которого согласно второму закону термодинамики определяется через температуры цикла:

(1)

следовательно, не зависит от свойств рабочего тела. Из выражения (1) следует, что

(2)

где Q₁ и Q₂ - соответственно количество теплоты, подведённой и отведенной в обратимом Цикле Карно. Обратимый цикл Карноявляется пределом, к которому реальные двигатели могут лишь приближаться по своим характеристикам, но которого они никогда не достигают. Поэтому на основе соотношения (2) непосредственное измерение температуры выполнить нельзя.

Вместе с тем известно, что термодинамическая шкала температур совпадает со шкалой идеального газового термометра, если положить принцип линейности в построении температурной шкалы и интервал от точки таяния льда до точки кипения воды. При нормальном атмосферном давлении разделить на 100 равных частей, названных градусами Цельсия.

Так как поведение реальных газов мало отличается от поведения идеального газа в сравнительно широком диапазоне измерения температур, то, зная отклонения от законов идеального газа, можно термодинамическими методами вычислить поправки к показаниям газового термометра и воспроизвести термодинамическую шкалу температур. Однако в связи с техническими трудностями газовые термометры могут быть использованы для воспроизведения термодинамической шкалы температур лишь до температуры, не превышающей 1200°С.

В 1927 г. была принята Международная температурная шкала (МТШ-27), основанная на шести постоянных и воспроизводимых реперных точках. Значения температур в реперных точках определены с помощью газовых термометров с учетом поправок на отклонение газа от идеального состояния. Международная температурная шкала была пересмотрена в 1948 г. (МТШ-48) и в 1968 г. (МТШ-68) с целью внесения в нее некоторых уточнений, полученных в результате экспериментальных исследований, и расширения области измерения низких температур вплоть до температуры, соответствующей тройной точке водорода.

В СССР в были 1976 г. установлены практические температурные шкалы, обеспечивающие единство измерения температур различными методами в диапазоне от 0,01 до 10⁵К, при этом измеренные по этим шкалам температуры близки к термодинамическим.

Единицей температуры является кельвин (К) или градус Цельсия (°С). Между температурами t(°C) и Т (К) установлено соответствие

t = T -273,15.

Единица кельвин определена как 1/273,15 часть термодинамической температуры тройной точки воды. Градус Цельсия равен кельвину.

Дата добавления: 2017-02-01