Температура температурные шкалы реферат введение

Обновлено: 05.07.2024

Что такое теплота - знают все. Известно, что частицы в газах, жидкостях и твёрдых телах находятся в непрерывном движении и это движение воспринимается как тепло. Энергия движения частиц, усредненная по их огромному числу, определяет температуру.
Теория тепла возникла не сразу. Очень долго не могли понять ни что такое тепло, ни какая разница между температурой и теплом. Многие физики связывали тепло с движением молекул. Так, в частности, думал Ломоносов. Но превратить общие рассуждения в строгую науку было не легко.

Содержание работы

1) Что такое теплота? Градусы и температура

2)История создания и развития термометра
3) Что такое тепло? Тепловое равновесие

4) Температурная шкала. Абсолютная шкала температур

5) Температурная шкала. Абсолютная шкала температур
Что такое теплота?

6) Международная шкала температур

7) Низкие температуры

Файлы: 1 файл

Реферат по физике на тему.docx

Реферат по физике на тему:

(Температурные шкалы, измерения температур.)

Студента группы СЭЗС-4-13

1) Что такое теплота? Градусы и температура

2)История создания и развития термометра

3) Что такое тепло? Тепловое равновесие

4) Температурная шкала. Абсолютная шкала температур

5) Температурная шкала. Абсолютная шкала температур

Что такое теплота?

6) Международная шкала температур

7) Низкие температуры

Что такое теплота? Градусы и температура

Теория тепла возникла не сразу. Очень долго не могли понять ни что такое тепло, ни какая разница между температурой и теплом. Многие физики связывали тепло с движением молекул. Так, в частности, думал Ломоносов. Но превратить общие рассуждения в строгую науку было не легко.

История о том как научились измерять температуру, интересна и необычна. Термометры были придуманы за много лет до того, как люди поняли, что именно они измеряют.

Температура связанна с весьма не определёнными понятиями теплоты и холода, которые располагались в создании человека где-то рядом с запахом, вкусом. Человек с незапамятных времён знал, что когда два тела плотно соприкасаются, то между ними устанавливается тепловое равновесие. Рука, опущенная в воду, оказывается нагретой (или охлаждённой) до той же степени, что и вода. Всюду в природе существуют потоки тепла. В этом естествоиспытатели давно видели проявление великих законов природы.

История создания и развития термометра

Никто из современников Галилея не мог сравниваться с ним в умении увидеть великие законы в простых явлениях. Он был одним из первых, кто писал о механической природе тепла.

К изучению тепловых явлений Галилей подошел с тех же позиций; прежде всего он занялся тем, как измерить температуру тела. Термометры, которые делал Галилей (около 1597 г.), состояли из стеклянного шара, наполненного воздухом; от нижней части шара отходила трубка, частично заполненная водой, которая заканчивалась в сосуде, также наполненном водой. Высота столбика зависела как от температуры, так и от атмосферного давления, и измерять таким термометром сколько-нибудь точно было невозможно. При Галилее сама идея, что воздух может давить на землю, казалось достаточно дикой. Поэтому термометр Галилея измерял довольно неопределённую величину, но даже такой термометр позволял сравнивать температуру разных тел в одно и тоже время и в одном и том же месте.

Уже тогда с помощью ещё несовершенного термометра врач и анатом Санкториус из Падуанского университета начал измерять температуру человеческого тела. Для этого он сам, не зная про Галилея, построил похожий термометр.

История термометра многим обязана одному из удивительнейших людей 18 века –Отто фон Герике. Он изготовил первый барометр. Похожий на прибор Галилея. Но с очень длинной трубкой. В отличии от прибора Галилея, из барометра Гарике был откачан воздух, так что вода заполняла не только длинную трубку, но и часть шара. Барометр был прикреплён к наружной стене дома, и давление воздуха отмечалось на шкале, на которую указывал пальцем деревянный человек, плававший в стеклянном шаре. Герике первым стал систематически измерять атмосферное давление и попытался обнаружить связь между изменением давления и погодой.

Гарике построил и сравнительно хороший термометр. Он состоял из латунного шара, заполненного воздухом, и изогнутой в форме буквы U трубки со спиртом. На его термометре в середине шкалы стояла точка, около которой указатель останавливался при первых заморозках, - эту точку и выбрал Гарике за начало шкалы. Ясно что такой выбор был наивен, но всё же Гарике сделал первый шаг.

Амонтан построил полностью запаянный термометр, сделав его, наконец, совсем не зависящим от давления атмосферы.

До революции в России была принята шкала Реомюра (точка воды была 0, а точка кипения 80) – термометры Реомюра висели на улицах и во всех домах. Лишь в тридцатых годах они были вытеснены термометрами Цельсия.

Что такое тепло? Тепловое равновесие

К началу 19 века термометр стал совсем обычным прибором. Но о том, что измеряет термометр, единого мнения ещё долго не было.

Тепло течёт всегда так, чтобы температура выравнивалась, чтобы система переходила в состояние теплового равновесия. Переход в состояние теплового равновесия может быть сложным и достаточно долгим процессом.

Температурная шкала. Абсолютная шкала температур

Во всех приборах, которые были придуманы в 18 веке, измерение температуры сводилось к измерению длины столбика воды, спирта или ртути. Термометры работали только в ограниченном интервале температур. Наполняющие их вещества замерзали и кипели, и этими термометрами нельзя было измерять очень низкие или очень высокие температуры.

Шкала Цельсия точно устанавливала положение двух точек – 0 и 100 градусов, расстояние между которыми на шкале было разбито на равные части. Но роль каждого деления оставалась неопределённой. Необходимо было ещё понять, что происходит в теле, когда ртуть в термометре поднимается на один градус. Проще всего было бы предположить, что при этом энергия тела увеличивается на одну и ту же величину. Такая величина, отнесённая к единице массы тела, называется удельной теплоёмкостью.

Абсолютная шкала температур

Открытие Лорда Кельвина

Вопросом о смысле температуры заинтересовался Томсон (в последствии лорд Кельвин), который в 1848 г. Обнаружил, что из теоремы Карно можно сделать простой, но очень важный вывод. Кельвин заметил, что если работа цикла Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника, то это позволяет установить новую температурную шкалу которая не зависит от свойств рабочего тела.

Цикл Карно, если его можно провести между двумя телами позволяет определить отношение температур этих двух тел. Шкала температур определённая таким образом называется абсол ютной шкалой температур.Чтобы сама абсолютная температура имела определённое значение, надо выбрать какое-то число для одной точки новой абсолютной шкалы: одно численное значение температуры должно быть задано произвольно. После этого все остальные значения определяются в принципе с помощью цикла Карно.

К сожалению при всей красоте теоретического построения шкалы Кельвина, практически реализовать цикл Карно очень трудно. Трудно реализовать обратимый цикл, трудно избавиться от потерь.

Реальная шкала температур

В течении многих лет для температурной шкалы выбиралось две точки – температура плавления льда и температура кипения воды – и расстояние между ними делилось на 100 частей, каждая из которой считалась градусом. Такая шкала с двумя опорными точками была принята во всём мире.

Но эта шкала имела, однако, большой недостаток с точки зрения точности измерений. Для неё надо было уметь точно воспроизводить как условия плавления льда, так и условия кипения воды. Проще было обойтись одной опорной точкой, например точкой плавления льда, и измерять температуру по отношению давлений, связанных с отношением температур уравнением состояния.

Международная шкала температур

Шкалу с одной опорной точкой нетрудно согласовать со шкалой Кельвина-Менделеева, основанной на теореме Карно. Термодинамическая шкала не изменяется если все значения температур умножить на одно и тоже число. Выбор опорной точки устраняет эту неоднозначность.

Термодинамической шкалой можно пользоваться только в специальных, хорошо оборудованных лабораториях. В обычных лабораториях пользуются шкалой, которая называется МПТШ68 (международная практическая температурная шкала, принятая в 1968 г.). В этой шкале температура кипения воды равна точно 100 градусов, кроме того есть другие опорные точки, которым так же приписано определённое значение температуры.

Интерес к получению низких температур возник не только из практических соображений. Физиков давно интересовал вопрос, можно ли превратить в жидкость газы – такие, как воздух, кислород, водород. Начало это истории относится к 1877 г.

В 1877 г. Горный инженер Кайете капли жидкого ацетилена в лабораторном сосуде, в котором неожиданно открылась течь. Резкое понижение давления вызвало образование тумана. Почти в те же дни Пикте из Женевы сообщил о последовательном, каскадном снижении разных газов, завершившемся получением жидкого кислорода при температуре -140 градусов по Цельсию и давление 320 атмосфер.

Надо ещё и упомянуть Дьюарта. Который в 1898 г. получил жидкий водород, снизив температуру примерно до 129 К. Наконец в 1908 г. Камерлинг-Оннес в Голландии получил и жидкий гелий. Температура, которая была им достигнута, только на 1 градус отличалась от абсолютного нуля.

В 1939 г. П.Л.Капица доказал большую эффективность сжижительных машин, в которых газ совершает работу с помощью турбины. Турбодетандеры получили с тех пор большое распространение. Он же предложил и конструкцию эффективной установки для сжиживания гелия.

тепловой температура термометр шкала

Я узнал , что такое Что такое теплота? Градусы и температура, История создания и развития термометра

Температура является одним из важнейших параметров технологических процессов. Она обладает некоторыми принципиальными особенностями, что обусловливает необходимость применения большого количества методов и технических средств для ее измерения.

Температура может быть определена как параметр теплового состояния. Значение этого параметра обусловливается средней кинетической энергией поступательного движения молекул данного тела. При соприкосновении двух тел, например газообразных, переход тепла от одного тела к другому будет происходить до тех пор, пока значения средней кинетической энергии поступательного движения молекул этих тел не будут равны. С изменением средней кинетической энергии движения молекул тела изменяется степень его нагретости, а вместе с тем изменяются также физические свойства тела. При данной температуре кинетическая энергия каждой отдельной молекулы тела может значительно отличаться от его средней кинетической энергии. Поэтому понятие температуры является статистическим и применимо только к телу, состоящему из достаточно большого числа молекул; в применении к отдельной молекуле оно бессмысленно.

К пространству со значительно разреженной материей статистические законы неприменимы. Температура в этом случае определяется мощностью потоков лучистой энергии, пронизывающей тело, и равна температуре абсолютно черного тела с такой же мощностью излучения.

Возможность измерять температуру термометром основывается на явлении теплового обмена между телами с различной степенью нагретости и на изменении термометрических (физических) свойств веществ при нагревании. Следовательно, для создания термометра и построения температурной шкалы, казалось бы, возможно выбрать любое термометрическое свойство, характеризующее состояние того или иного вещества и на основании его изменений построить шкалу температур. Однако сделать такой выбор не так легко, так как термометрическое свойство должно однозначно изменяться с изменением температуры, не зависеть от других факторов и допускать возможность измерения его изменений сравнительно простым и удобным способом. В действительности нет ни одного термометрического свойства, которое бы в полной мере могло удовлетворить этим требованиям во всем интервале измеряемых температур.

Воспользуемся, например, для измерения температуры объемным расширением тел при нагревании и возьмем ртутный и спиртовой термометры обычного типа. Если шкалы их между точками, соответствующими температурам кипения воды и таяния льда при нормальном атмосферном давлении, разделить на 100 равных частей (считая за 0 точку таяния льда), то очевидно, что показания обоих термометров — ртутного и спиртового — будут одинаковы в точках 0 и 100, потому что эти температурные точки были приняты за исходные для получения основного интервала шкалы. Если этими термометрами будем измерять одинаковую температуру какой-либо среды не в этих точках, то показания их будут различны, так как коэффициенты объемного теплового расширения ртути и спирта различно зависят от температуры.

В жидкостно-стеклянных термометрах, применяемых в настоящее время, не приходится сталкиваться с таким расхождением показаний, так как на всех современных термометрах нанесена единая Международная практическая температурная шкала, строящаяся по совершенно другому принципу (способ построения этой шкалы изложен ниже).

Мы встретились бы с теми же затруднениями, если бы попытались осуществить температурную шкалу на основе какой-либо другой физической величины, например электрического сопротивления металлов и т. д.

Таким образом, измеряя температуру по шкале, построенной на произвольном допущении линейной зависимости между свойством термометрического тела и температурой, мы еще не достигаем однозначного численного измерения температур. Поэтому так измеренную температуру (т. е. по объемному расширению некоторых жидкостей, по электрическому сопротивлению металлов и т. д.) обычно называют условной, а шкалу, по которой она измеряется — условной шкалой.

Следует отметить, что из числа старых условных температурных шкал наибольшее распространение получила стоградусная температурная шкала Цельсия, градус которой равен сотой части основного температурного интервала. За основные точки этой шкалы приняты точка плавления льда (0) и точка кипения воды (100) при нормальном атмосферном давлении.

В целях дальнейшего усовершенствования условной температурной шкалы проводились работы по изучению возможности использования для измерения температур газового термометра. Для изготовления газовых термометров воспользовались реальными газами (водородом, гелием и другими) и при этом такими из них, которые по своим свойствам сравнительно мало отличаются от идеального.

С помощью газового термометра температура может быть измерена по наблюдению либо за изменением давления газа в зависимости от температуры при постоянном объеме, либо за изменением объема газа в зависимости от температуры при постоянном давлении. Как показали всесторонние исследования, большую точность обеспечивает способ, использующий изменения давления газа в зависимости от температуры при постоянном объеме.

Путь к созданию единой температурной шкалы, не связанной с какими-либо частными термометрическими свойствами и пригодной в широком интервале температур, был найден в использовании законов термодинамики. Независимой от свойств термометрического вещества является шкала, основанная на втором законе термодинамики. Она предложена в середине прошлого века Кельвином и получила название термодинамической температурной Шкалы.

В основании построения термодинамической температурной шкалы лежат следующие положения. Если в обратимом цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту Q₁ при температуре T₁ и отдает тепло Q₂ при температуре Т₂ , то отношение термодинамических (абсолютных) температур Т₁ /Т₂ равно отношению количеств тепла Q₁ /Q₂ . Согласно положениям термодинамики значение этого отношения не зависит от свойств рабочего тела.

Термодинамическая температурная шкала Кельвина явилась исходной шкалой для построения температурных шкал, не зависящих от свойств термометрического вещества. В этой шкале интервал, заключающийся между точкой таяния льда и точкой кипения воды (для сохранения преемственности со стоградусной температурной шкалой Цельсия), был разделен на 100 равных частей.

Д. И. Менделеев в 1874 г. впервые научно обосновал целесообразность построения термодинамической температурной шкалы не по двум реперным точкам, а по одной. Такая шкала имеет значительные преимущества и позволяет определять термодинамическую температуру точнее, чем шкала с двумя реперными точками.

Однако термодинамическая температурная шкала, являющаяся чисто теоретической, не открывала еще в первое время путей ее практического использования. Для этой цели необходимо было установить связь термодинамической шкалы с реальными приборами для измерения температур. Из числа измерителей температуры наибольшее внимание заслуживают газовые термометры, показания которых могут быть связаны с термодинамической температурной шкалой посредством введения понятия шкалы идеального газа. Термодинамическая шкала, как известно, совпадает со шкалой идеального газа, если принять при нормальном атмосферном давлении точку таяния льда за 0, а точку кипения воды за 100. Этой шкале было присвоено название стоградусной термодинамической температурной шкалы.

Поскольку свойства реальных газов в широком интервале температур сравнительно мало отличаются от свойств идеального газа, поэтому, зная отступления данного газа от законов идеального газа, можно ввести поправки на отклонения данного газового термометра от термодинамической стоградусной температурной шкалы. Таким образом, для получения температурной шкалы, не зависящей от свойств термометрического вещества, необходимо знать поправки к показаниям газовых термометров, для вычисления которых пользуются зависимостями, вытекающими из второго закона термодинамики. Эти поправки относительно невелики и лежат в пределах от 0,001 до 0,5°С.

Однако газовые термометры могут быть использованы для воспроизведения термодинамической стоградусной температурной шкалы только до температур не выше 1200°С, что не может удовлетворить современным требованиям науки и техники. Использование же газовых термометров для более высоких температур встречает большие технические трудности, которые в настоящее время непреодолимы. Кроме того, газовые термометры являются довольно громоздкими и сложными приборами и для повседневных практических целей весьма неудобны и. Вследствие этого для более удобного воспроизведения термодинамической стоградусной температурной шкалы в 1927 г. была принята практическая шкала, которая была названа Международной температурной шкалой 1927 г. (МТШ-27).

Положение о МТШ-27, принятое седьмой Генеральной конференцией по мерам и весам как временное, после некоторых уточнений было принято окончательно в 1933 г. восьмой Генеральной конференцией по мерам и весам. В СССР МТШ-27 введена с 1 октября 1934 г. Общесоюзным стандартом (ОСТ ВКС 6954).

МТШ-27 основана на шести постоянных и воспроизводимых температурах фазовых равновесий — реперных точках, которым присвоены определенные числовые значения, и на интерполяционных приборах и формулах, определяющих соотношения между температурой и показаниями этих приборов, градуированных в указанных реперных точках. Числовые значения реперных точек определены с помощью газовых термометров с учетом поправок на отклонение от термодинамической шкалы. Однако числовые значения постоянных точек, полученные в различных метрологических лабораториях ряда стран для одной и той же температуры равновесия, отличались одна от другой, поэтому для каждой температуры равновесия было принято в результате международного соглашения одно наиболее вероятное числовое значение. Вследствие этого МТШ-27 полностью не совпадает с термодинамической и ее следует считать условной, подлежащей пересмотру и исправлению.

В последующие годы производились работы по пересмотру МТШ-27 с целью осуществления более точного согласования с термодинамической шкалой в том виде, как она была принята, но с внесением в нее некоторых улучшений, основанных на уточненных и вновь полученных экспериментальных данных. В результате проведенных работ Консультативным комитетом по термометрии был выработан проект Положения о Международной практической температурной шкале 1948 г (МПТШ-48), утвержденный девятой Генеральной конференцией по мерам и весам.

Для шкалы с одной реперной точкой необходимо приписать определенное числовое значение единственной экспериментально реализуемой ее точке. Нижней границей температурного интервала будет служить тогда точка абсолютного нуля.

Предельная погрешность воспроизведения точки кипения воды составляет 0,01°С, точки таяния льда 0,001 °С. Тройная же точка воды, являющаяся точкой равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазе, может быть воспроизведена в специальных сосудах с предельной погрешностью не больше 0,0001 °С.

Учитывая все это и рассмотрев тщательно все числовые результаты, полученные в различных метрологических лабораториях ряда стран, Консультативный комитет по термометрии признал, что наилучшим значением для температуры тройной точки воды, лежащей выше точки таяния льда на 0,01°С, является значение 273,16 К. Десятая Генеральная конференция по мерам и весам в 1954 г. на основании этого установила термодинамическую температурную шкалу с одной реперной точкой — тройной точкой воды.

Методы реализации МПТШ-48 по существу остались неизменными по сравнению с методами реализации шкалы 1927 г. Однако два изменения в определении шкалы 1948 г. дают ощутимые различия в числовом значении измеряемых температур. Для температуры затвердевания серебра предложено значение 960,8°С вместо ранее установленного 960,5°С. Воспроизведение области шкалы выше точки затвердевания золота (1063°С) предложено осуществлять не по приближенной формуле Вина, а по уравнению Планка. Кроме того, предложено уточненное значение константы излучения с₂ , входящей в уравнение Планка.

Участок шкалы от –182,97°С до +630,5°С, определяемый эталонным термометром сопротивления, остается в основном без изменений. В интервале от 630,5 до 1063°С числовые значения температуры по уточненной шкале 1948 г. немного выше таковых по шкале 1927 г. Благодаря этому изменению участок шкалы, определяемый эталонным термоэлектрическим термометром, согласуется более надежно не только с участком шкалы, определяемым термометром сопротивления в точке затвердевания сурьмы, но также с областью шкалы выше точки затвердевания золота при применении уточненного значения с₂ . В СССР МПТШ-48 была введена с 1 июля 1962 г. (ГОСТ 8550-61).

Одновременно с проведением исследований в области низких температур проводились работы по пересмотру МПТШ-48.

Международным комитетом мер и весов в октябре 1968 г. была принята новая Международная практическая температурная шкала 1968 г. (МПТШ-68). В ней расширена область низких температур до тройной точки водорода и произведены уточнения шкалы МПТШ-48 в области от –182,97 до 1063°С.

В зарубежной литературе наряду с выражением температуры в Кельвинах (К) и градусах Цельсия (°С) используется иногда градус Фаренгейта (°F) и градус Ренкина (°Ra). Следует иметь в виду, что раньше градус Фаренгейта был характерен для шкал ртутно-стеклянных термометров, а в данное время, так же как и градус Цельсия, он обозначает, что температура выражена по МПТШ, но с другим числовым значением. Пересчет числовых значений температуры, выраженной в градусах одной шкалы, в градусы другой производят по следующим формулам:

n °С = n К – 273,15 = 5/9(n °F – 32) = 5/9 n°Ra–273,15;

nK = n °C + 273,15 = 5/9 n °F + 255,37 = 5/9 n °Ra.

Практические температурные шкалы

В СССР с 1/I 1976 г. установлены практические температурные шкалы, предназначенные для обеспечения единства измерений температуры от 0,01 до 100000K, и методы их осуществления. Эти температурные шкалы установлены с учетом рекомендации Международного комитета мер и весов и его Консультативного комитета по термометрии.

Рассматриваемые ниже практические температурные шкалы образуют единую систему температурных шкал, непрерывную от 0,01 до 1×10 5 K, реализуемых различными методами. При этом они установлены таким образом, что температуры, измеренные по ним, близки к термодинамическим температурам.

Единицей температуры по практическим температурным шкалам, установленным ГОСТ 8.157-75, так же как и единицей термодинамической температуры, является кельвин (К), вместо прежнего наименования градус Кельвина. Допускается применение единицы температуры — градус Цельсия (°С). Между температурой T, выраженной в кельвинах, и температурой t, выраженной в градусах Цельсия, установлено соотношение

Единица кельвин определена как 1/273,16 часть термодинамической температуры тройкой точки воды. Градус Цельсия равен Кельвину. Температурные разности (интервалы) выражаются в кельвинах, но могут быть выражены также в градусах Цельсия вместо ранее применявшегося обозначения град (deg).

Методы воспроизведения практических температурных шкал, рассматриваемых ниже, определяют требования к средствам измерений, входящим в состав государственных эталонов для соответствующих диапазонов температуры.

Температурная шкала термометра магнитной восприимчивости ТШТМВ . Эта температурная шкала, основанная на зависимости магнитной восприимчивости χ термометра из церий-магниевого нитрата от температуры Т, устанавливается для диапазона температур от 0,01 до 0,8 К. Зависимость χ = f (T) выражается законом Кюри:

где С — константа, определяемая градуировкой магнитного термометра.

Температурная шкала 3 Не 1962г . Эта шкала, основанная на зависимости давления p насыщенных паров изотопа гелия-3 от температуры T, устанавливается для диапазона температур от 0,8 до 1,5K. Эта зависимость выражается уравнением

1np= 2,24846 – 2,49174/T+ 4,80386 – 0,286001T + 0,198608T 2 – 0,0502237T 3 + +0,00505486T 4 ,

где p— давление в мм рт. ст. при 0°С и ускорении свободного падения, равном 9,80665 м/с 2 .

Температурная шкала 4 Не 1958 г ., основанная на зависимости давления p насыщенных паров изотопа гелия-4 от температуры Т, устанавливается для диапазона температур от 1,5 до 4,2К. Эта зависимость представлена в табличной форме (ГОСТ 8.157-75).

Температурная шкала германиевого термометра сопротивления ТШГТС . Шкала ТШГТС, основанная на зависимости электрического сопротивления R германиевого термометра от температуры T, устанавливается для диапазона температур от 4,2 до 13,81 К. Зависимость R = f (T) выражается соотношением

где A_i — константы, определяемые градуировкой германиевого термометра сопротивления по газовому термометру.

Международная практическая температурная шкала 1968 г. (МПТШ-68) устанавливается для температур от 13,81 до 6300 К. Температурная шкала МПТШ-68 основана на ряде воспроизводимых равновесных состояний, которым присвоены точные значения температур — основных реперных (постоянных) точек, и на эталонных приборах, градуированных при этих температурах. В интервалах между температурами постоянных точек интерполяцию осуществляют по формулам, устанавливающим связь между показателями эталонных приборов и значениями температуры. Основные реперные точки реализуются как определенные состояния фазовых равновесий некоторых чистых веществ.

Для температур от 13,81 до 903,89 К (от –259,34 до 630,74°С) в качестве эталонного прибора применяют платиновый термометр сопротивления. Для области температур ниже 0°C соотношение между сопротивлением термометра и температурой определяют стандартной функцией и специальными уравнениями для вычисления поправок к этой функции согласно ГОСТ 8.157-75. Для области от 0 до 630,74°C соотношение между сопротивлением термометра и температурой выражается двумя уравнениями в форме полиномов.

Для температур от 630,74 до 1064,43°C в качестве эталонного прибора применяют термоэлектрический термометр с электродами из платинородия (10% родия) и платины. Соотношение между термо-э. д. с. и температурой выражается уравнением второй степени.

Для температур от 1337,58 К до 6300 К (от 1064,43 до 6026,85°С) температуру определяют в соответствии с законом излучения Планка.

Температурная шкала пирометра микроволнового излучения (ТШПМИ) . ТШПМИ, основанная на зависимости спектральной плотности энергии излучения L(Т) черного тела от температуры Т в микроволновом диапазоне излучения, устанавливается для диапазона температур от 6300 до 100000 К. Эта зависимость выражается Уравнением

L (T)/L [T (Au)] = Т/Т(Аu),

где L (T) и L [T (Au)] — спектральная плотность энергии излучения черного тела в диапазоне микроволнового радиоизлучения при температуре T и в точке затвердевания золота Т (Au).

Для построения температурной шкалы по микроволновому излучению используют тепловое излучение с длинами волн более 1 мм.

Передача размера единицы температуры, а вместе с тем и практических температурных шкал от эталонов образцовым средствам измерений и от них рабочим средствам измерений с указанием погрешностей, производится в соответствии с поверочными схемами (ГОСТ 8.082-73, ГОСТ 8.083-73 и др.). В поверочных схемах указаны также основные методы поверки средств измерений температуры.

3. Бриндли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат. 1991.

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Псковский колледж строительства и экономики

Реферат : Температурные шкалы.

Как изобрели термометр.

Реферат по физике

Студента группы 106С

Преподаватель: Давыдова М.А

Хронология создания термометра

Все мы часто в своей жизни пользуемся таким прибором как термометр, но мало кто знает историю его изобретения и совершенствования. Принято считать, что термометр изобрел Галилео Галилей в далеком 1592 году. Конструкция термоскопа (именно так тогда назывался термометр) была примитивной (см. рис. ниже): к стеклянному шару небольшого диаметра припаивалась тонкая стеклянная трубка, которая помещалась в жидкость.

*В 1597г. Галилео Галилей придумал первый прибор для наблюдений за изменением температуры (Термоскоп)

*В 1657г. Термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийским ученым

*Постоянные точки кипения термометра была установлены в XVIII веке

*В 1714г. Голландский ученый Д. Фаренгейт изготовил ртутный термометр

*В 1730г. Французский физик Р. Реомюр предложил спиртово термометр

*В 1848г. Английский физик Вильям Томсон (Лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур.

В дальнейшем конструкция термоскопа Галилея была доработана одним из его учеников Фернандо Медичи. Основная идея сохранилась, однако Фернандо внес существенные изменения, которые сделали термоскоп более похожим на современный ртутный градусник. Также использовался стеклянный шар и тонкая трубка (см. рис. выше), но теперь трубка припаивалась не снизу, а сверху, и жидкость заливалась уже в стеклянный шар, при этом вверх трубки был открыт. Изменение температуры залитой жидкости (тогда в качестве нее использовался винный спирт) приводило к повышению ее уровня в трубке. Позднее на трубку были нанесены деления, т.е. была произведена первая градуировка термометра.

Термоскоп Фернандо Медичи

С тех пор прошло много времени, и за этот период градусник не раз совершенствовался и модернизировался. Благодаря последним достижениям в областях физики удалось разработать новые подходы к измерению температуры. Сегодня созданы различные цифровые термометры , в основе которых лежат принцип изменения сопротивления вещества при изменении температуры (электрические термометры) или принцип изменения уровня светимости, спектра и других величин при изменении температуры (оптические термометры).

Температурные шкалы , способы деления на части интервалов температуры , измеряемых термометрами по изменению какого-либо удобного для измерений физического свойства объекта, при прочих равных условиях однозначно зависящего от температуры ( объёма , давления , электрического сопротивления , ЭДС , интенсивности излучения , показателя преломления , скорости звука и др.) и называемого термометрическим свойством (см. Термометрия ). Для построения шкалы температур приписывают её численные значения двум фиксированным точкам ( реперным точкам температуры), например точке плавления льда и точке кипения воды. Деля разность температур реперных точек ( основной температурный интервал ) на выбранное произвольным образом число частей, получают единицу измерения температуры, а задавая, опять-таки произвольно, функциональную связь между выбранным термометрическим свойством и температурой, получают возможность вычислять температуру по данной температурной шкале .

Ясно, что построенная таким способом эмпирическая температурная шкала является произвольной и условной. Поэтому можно создать любое число температурных шкал, различающихся выбранными термометрическими свойствами, принятыми функциональными зависимостями температуры от них (в простейшем случае связь между термометрическим свойством и температурой полагают линейной) и температурами реперных точек.

Примерами температурных шкал служат шкалы Цельсия , Реомюра , Фаренгейта , Ранкина и Кельвина .

Пересчёт температуры от одной температурной шкалы к другой, отличающейся термометрическим свойством, невозможен без дополнительных экспериментальных данных.

Принципиальный недостаток эмпирических температурной шкал их зависимость от выбранного термометрического свойства отсутствует у абсолютной (термодинамической) температурная шкалы .

Соотношение температурной шкалы Фаренгейта и Цельсия

Температура абсолютного нуля

При переводе из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия из исходной цифры вычитают 32 и умножают на 5/9.

При переводе из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта исходную цифру умножают на 9/5 и прибавляют 32.

Термометры. Решающий вклад в развитие конструкции термометров внёс немец Габриэль Даниэль Фаренгейт. В1709 году он изобрёл спиртовой термометр, а в 1714 ртутный. Он придал им ту же форму, что применяется и сейчас. Успех его термометров следует искать во введенном им новом методе очищения ртути; кроме того, перед запаиванием он кипятил жидкость в трубке.

Рене Антуан де Реомюр не одобрял применения ртути в термометрах вследствие малого коэффициента расширения ртути. В 1730 г. он предложил применять в термометрах спирт, а. В 1731 году изобрёл водно-спиртовой термометр. И поскольку Реомюр нашел, что применяемый им спирт, смешанный в пропорции 5:1 с водой, расширяется в отношении 1000:1080 при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, то предложил шкалу от 0 до 80°.

Изобретатели температурных шкал

Учёные. Андерс Цельсий. Андерс Цельсий (Anders Celsius) родился 27 ноября 1701 года в Швеции. Область его интересов: астрономия, общая физика, геофизика. Преподавал в Упсальском университете астрономию, основал там астрономическую обсерваторию. Цельсий первым измерил яркость звезд, установил взаимосвязь между северным сиянием и колебаниями в магнитном поле Земли. Он принимал участие в Лапландской экспедиции 1736-1737 годов по измерению меридиана. По возвращении из полярных областей Цельсий начал активную работу по организации и строительству астрономической обсерватории в Упсале и в 1740 стал ее директором. Умер Андерс Цельсий 25 марта 1744 года. В честь него назван минерал цельзиан разновидность бариевого полевого шпата.

Габриэль Фаренгейт. Даниэль Габриэль Фаренгейт (Daniel Gabriel Fahrenheit) (16861736) - немецкий физик. Родился 24 мая 1686 в Данциге (ныне Гданьск, Польша). Изучал физику в Германии, Голландии и Англии. Почти всю жизнь прожил в Голландии, где занимался изготовлением точных метеорологических приборов. В 1709 изготовил спиртовой, в 1714 ртутный термометр, использовав новый способ очистки ртути. Для ртутного термометра Фаренгейт построил шкалу, имеющую три реперные точки: 0° соответствовал температуре смеси вода лед нашатырный спирт, 96° температуре тела здорового человека, а в качестве контрольной температуры было принято значение 32° для точки таяния льда. Температура кипения чистой воды по шкале Фаренгейта составила 212°. Шкала Фаренгейта применяется во многих англоязычных странах, хотя постепенно уступает место шкале Цельсия. Помимо изготовления термометров, Фаренгейт занимался усовершенствованием барометров и гигрометров. Исследовал также зависимость изменения температуры кипения жидкости от атмосферного давления и содержания в ней солей, обнаружил явление переохлаждения воды, составил таблицы удельных весов тел. Умер Фаренгейт в Гааге 16 сентября 1736.

Рене Реомюр. Рене Антуан де Реомюр (Rene Antoin de Reaumur) родился 28 февраля 1683 года в Ла-Рошель, французский естествоиспытатель, иностранный почетный член Петербургской АН (1737). Труды по регенерации, физиологии, биологии колоний насекомых. Предложил температурную шкалу, названную его именем. Он усовершенствовал некоторые способы приготовления стали, им, одним из первых, были сделаны попытки научного обоснования некоторых процессов литья, написал работу "Искусство превращения железа в сталь". Он пришел к ценному выводу, железо, сталь, чугун, различаются по количеству некоторой примеси и добавляя эту примесь к железу, путем цементации или сплавления с чугуном Реомюр получал сталь. В 1814 году К. Каретен доказал, что этой примесью является углерод. Реомюр дал способ приготовления матового стекла.

Сегодня память связывает его имя только лишь с изобретением долго использовавшейся температурной шкалы. На самом же деле Рене Антуан Фершант де Реомюр, живший в 1683-1757 годах, главным образом, в Париже, относился к тем учёным, универсальность которых в наше время - время узкой специализации - трудно себе представить. Реомюр был одновременно техником, физиком и естествоиспытателем. Большую известность за пределами Франции он приобрёл как энтомолог. В последние годы своей жизни Реомюр пришёл к идее, что поиски таинственной преобразующей силы следует вести в тех местах, где её проявление наиболее очевидно - при преобразовании пищи в организме, т.е. при её усвоении.

Скончался 17 октября 1757 года в замке Бермовдьер близ Сен-Жюльен-дю-Терру (Майенн).

Уильям Ранкин. Уильям Джон Макуорн Ранкин (Ренкин) (William John M. Rankine) (1820-72) , шотландский инженер и физик, один из создателей технической термодинамики. Предложил теоретический цикл парового двигателя (цикл Ранкина), температурную шкалу (шкала Ранкина), нуль которой совпадает с нулем термодинамической температуры, а по размеру 1 град Р. ( °R) равен 5/9 К (шкала широкого распространения не получила).

Узнать стоимость написания работы -->

Содержание

Введение
Глава 1. Термопреобразователи для измерения криогенных температур
1.1. Медь-константановый термопреобразователь
1.2. Термопреобразователи из сплавов Кондо в паре с обычными термоэлектродами
Глава 2. Государственная поверочная схема
2.1. Эталоны
2.1.1. Государственный первичный эталон
2.1.2. Вторичные эталоны
2.2. Рабочие эталоны
2.2.1. Рабочие эталоны 1-го разряда
2.2.2. Рабочие эталоны 2-го разряда
2.2.3. Рабочие эталоны 3-го разряда
2.3. Рабочие средства измерительной техники
Заключение
Список использованных источников

Введение

Из того, что температура — это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (то есть в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

В равновесном состоянии температура имеет одинаковое значение для всех макроскопических частей системы. Если в системе два тела имеют одинаковую температуру, то между ними не происходит передачи кинетической энергии частиц (тепла). Если же существует разница температур, то тепло переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой, потому что суммарная энтропия при этом возрастает.

Температура играет важную роль в повседневной жизни, в познании природы, исследовании новых явлений, а ее единица — кельвин К — является одной из семи основных единиц, на которых основана Международная система единиц. В состав производных величин СИ, имеющих специальное название, входит температура Цельсия, измеряемая в градусах Цельсия[1]. На практике часто применяют градусы Цельсия из-за исторической привязки к важным характеристикам воды — температуре таяния льда (0 °C) и температуре кипения (100 °C). Это удобно, так как большинство климатических процессов, процессов в живой природе и т. д. связаны с этим диапазоном. Изменение температуры на один градус Цельсия тождественно изменению температуры на один Кельвин. Поэтому после введения в 1967 г. нового определения Кельвина, температура кипения воды перестала играть роль неизменной реперной точки и, как показывают точные измерения, она уже не равна 100 °C, а близка к 99,975 °C. Существуют также шкалы Фаренгейта и некоторые другие. Согласно статистическим данным около 40 % всех измерений приходятся на температурные [1]. В некоторых отраслях народного хозяйства эта доля значительно выше. Так, в энергетике температурные измерения составляют до 70 % общего количества измерении. Огромное значение имеет температура при контроле, автоматизации и управлении технологическими процессами. Точность соблюдения температурного режима часто определяет не только качество, но и принципиальные возможности применения продукции в определенных целях, например при выращивании полупроводниковых монокристаллов. В современных условиях технологические требования к точности поддержания температуры.

Глава 1. Термопреобразователи для измерения криогенных температур

Характерной особенностью термоэлектрического метода измерения низких температур является то, что с убыванием температуры ухудшаются условия генерирования термоэлектродвижущей силы (ТЭДС) [3].

Нужна помощь в написании реферата?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

1.1. Медь-константановый термопреобразователь

Медь-константановый термопреобразователь в практике измерения низких температур получил наиболее широкое применение. Условное обозначение номинальных статических характеристик (НСХ) преобразования в соответствии с ДСТУ 2837-94 [4]: МК (М) с термоэлектродами медь (М1) и сплав копель МНМц 43…0,5 (56 % Cu – 44 % Ni) для диапазона измеряемых температур -200…+400 ºС (70…670 К). В отличие от электродов из чистых металлов сплавы часто выходят за рамки требований по однородности, предъявляемых к термоэлектродам. Особенно это относится к константану, выбор которого для измерения низких температур требует особой тщательности и внимания. Для термопреобразователей пригоден только термопарный константан. Обычная электротехническая медь удовлетворяет требованиям по однородности [5]. ТЭДС медь-константанового термопреобразователя убывает с температурой и при 20 К становится меньше 5 мкВ/К. При температурах ниже тройной точки водорода (13,81 К) используются сплавы Кондо, значительно более эффективные, чем медь-константановые термопреобразователи в диапазоне температур 2…20 К [6].

1.2. Термопреобразователи из сплавов Кондо в паре с обычными термоэлектродами

Такие термопреобразователи эффективны при измерениях температур ниже тройной точки водорода. Сплавы Кондо представляют твердые растворы, в которых в обыкновенном металле в очень небольших количествах растворены переходные или редкоземельные металлы. Молярное содержание растворов составляет от нескольких тысячных до нескольких десятых долей процента. Для них характерна очень большая по сравнению со всеми остальными металлами и сплавами ТЭДС. Наиболее исследованы растворы железа, кобальта, марганца, серебра, меди [7]. На рис. 1.1 и 1.2 представлены температурные зависимости полной и дифференциальной ТЭДС для термопар, которые составлены из термоэлектродов, изготовленных из сплава золота и кобальта (молярное содержание 2,1 %), и других металлов [8].

Разброс значений ТЭДС для 15 произвольно выбранных термоэлектродов одной и той же катушки имеет наибольшее значение при 4,2 К и соответствует ± 0,2 % [11].

Для измерений в диапазоне температур 1…80 К рекомендуются термопреобразователи, у которых электроды изготовлены из сплавов серебро-золото (молярное содержание 0,37 %) и золото-железо (молярное содержание 0,03 %) в соответствии с ДСТУ 2857-94 [12]. С понижением температуры чувствительность повышается и составляет 10 мкВ/К при 2 К, 14 мкВ/К при 10 К и 8 мкВ/К при 40 К. При индивидуальном установлении номинальной статической характеристики ее погрешность достигает 0,1 К в соответствии с ДСТУ 2837-94 [4].

Глава 2. Государственная проверочная схема

Государственная поверочная схема средств измерений температуры в диапазоне от 13,8 К до 303 К изложена в соответствии с ДСТУ 3742-98 [14].

Читайте также: