Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Температурные шкалы

Температурные шкалы (далее Т) системы сопоставимых числовых значений температуры. температура не является непосредственно измеряемой величиной; ее значение определяют по температурному изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества (см. Термометрия). Выбрав термометрическое вещество и свойство, необходимо задать начальную точку отсчета и размер единицы температуры — градуса. Таким образом определяют эмпирические Т В Т обычно фиксируют две основные температуры, соответствующие точкам фазовых равновесий однокомпонентных систем (так называемые реперные или постоянные точки), расстояние между которыми называется основным температурным интервалом шкалы. В качестве реперных точек используют: тройную точку воды, точки кипения воды, и точки затвердевания и др. Размер единичного интервала (единицы температуры) устанавливают как определенную долю основного интервала. За начало отсчета Т принимают одну из реперных точек. Так можно определить эмпирическую (условную) Т по любому термометрическому свойству х. Если принять, что связь между х и температурой t линейна, то температура tx= n (xt - х0) / (xn - x0), где xt, x0 и xn — числовые значения свойства х при температуре t в начальной и конечной точках основного интервала, (xn - x0) / n — размер градуса, п — число делений основного интервала.

  В Цельсия шкале, например, за начало отсчета принята температура затвердевания воды (таяния льда), основной интервал между точками затвердевания и кипения воды разделен на 100 равных частей (n = 100).

  Т представляет собой, таким образом, систему последовательных значений температуры, связанных линейно со значениями измеряемой физической величины (эта величина должна быть однозначной и монотонной функцией температуры). В общем случае Т могут различаться по термометричкому свойству (им может быть тепловое расширение тел, изменение электрического сопротивления проводников с температурой и т. п.), по термометрическому веществу (газ, жидкость, твердое тело), а также зависеть от реперных точек. В простейшем случае Т различаются числовыми значениями, принятыми для одинаковых реперных точек. Так, в шкалах Цельсия (°С), Реомюра (°R) и Фаренгейта (°) точкам таяния льда и кипения воды при нормальном давлении приписаны разные значения температуры. Соотношение для пересчета температуры из одной шкалы в другую:

  n ° = 0,8n°R = (1,8n+32) °.

  Непосредственный пересчет для Т, различающихся основными температурами, без дополнительных экспериментальных данных невозможен. Т, различающиеся по термометрическому свойству или веществу, существенно различны. Возможно неограниченное число не совпадающих друг с другом эмпирических Т, так как все термометрические свойства связаны с температурой нелинейно и степень нелинейности различна для разных свойств и вещественную температуру, измеренную по эмпирической Т, называют условной ("ртутная", "платиновая" температура и т. д.), ее единицу — условным градусом. Среди эмпирических Т особое место занимают газовые шкалы, в которых термометрическим веществом служат газы ("азотная", "водородная", "гелиевая" Т). Эти Т меньше других зависят от применяемого газа и могут быть (введением поправок) приведены к теоретической газовой Т Авогадро, справедливой для идеального газа (см. Газовый термометр). Абсолютной эмпирической Т называют шкалу, абсолютный нуль которой соответствует температуре, при которой численное значение физического свойства х = 0 (например, в газовой Т Авогадро абсолютный нуль температуры соответствует нулевому давлению идеального газа). температуры t (x) (по эмпирической Т) и Т (Х) (по абсолютной эмпирической Т) связаны соотношением T (X)=t (x)+T0(x), где T0(x — абсолютный нуль эмпирической Т (введение абсолютного нуля является экстраполяцией и не предполагает его реализации).

  Принципиальный недостаток эмпирической Т — их зависимость от термометрического вещества — отсутствует у термодинамической Т, основанной на втором начале термодинамики. При определении абсолютной термодинамической Т (шкала Кельвина) исходят из Карно цикла. Если в цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту Q1 при температуре T1 и отдает теплоту Q2 при температуре Т2, то отношение T1 / T2 = Q1 / Q2 не зависит от свойств рабочего тела и позволяет по доступным для измерений величинам Q1 и Q2 определять абсолютную температуру. Вначале основной интервал этой шкалы был задан точками таяния льда и кипения воды при атмосферном давлении, единица абсолютной температуры соответствовала  части основного интервала, за начало отсчета была принята точка таяния льда. В 1954 Х Генеральная конференция по мерам и весам установила термодинамическую Т с одной реперной точкой — тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °С. температура Т в абсолютной термодинамической Т измеряется в кельвинах (К). Термодинамическая Т, в которой для точки таяния льда принята температура t = 0 °С, называется стоградусной. Соотношения между температурами, выраженными в шкале Цельсия и абсолютной термодинамической Т:

  TK = t ° + 273,15, n = n °,

так что размер единиц в этих шкалах одинаков. В США и некоторых др. странах, где принято измерять температуру по шкале Фаренгейта, применяют также абсолютную Т Ранкина. Соотношение между кельвином и градусом Ранкина: n = 1,8n °, по шкале Ранкина точка таяния льда соответствует 491,67 °, точка кипения воды 671,67 °.

  Любая эмпирическая Т приводится к термодинамической Т введением поправок, учитывающих характер связи термометрического свойства с термодинамической температурой. Термодинамическая Т осуществляется не непосредственно (проведением цикла Карно с термометрическим веществом), а с помощью других процессов, связанных с термодинамической температурой. В широком интервале температур (примерно от точки кипения до точки затвердевания термодинамические Т совпадают с Т Авогадро, так что термодинамическую температуру определяют по газовой, которую измеряют газовым термометром. При более низких температурах термодинамическая Т осуществляется по температурной зависимости восприимчивости парамагнетиков (см. Низкие температуры), при более высоких — по измерениям интенсивности излучения абсолютно черного тела (см. Пирометрия). Осуществить термодинамическую Т даже с помощью Т Авогадро очень сложно, поэтому в 1927 была принята Международная практическая температурная шкала (МПТШ), которая совпадает с термодинамической Т с той степенью точности, которая экспериментально достижима. Все приборы для измерения температуры градуированы в МПТШ.

  Лит.: Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Гордов А. Н., Т, М., 1966; Бурдун Г. Д., Справочник по Международной системе единиц, М., 1971; ГОСТ 8.157—75. Шкалы температурные практические.

  Д. И. Шаревская.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 25.06.2022 22:12:40