РЕАЛИЗАЦИЯ ЕДИНИЦЫ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ШКАЛЫ

Температура (от лат. temperatura —надлежащее смешение, нормальное состояние) — физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы. Понятие температуры возникло из ощущения «теплого» и «холодного» состояния тела. В основе ощущения этого состояния лежал тот наблюдательный факт, что два соприкасающихся тела по прошествии некоторого времени становятся одинаково теплыми, т. е. принимают одинаковую температуру.

Температура всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система не находится в равновесии, то между ее частями, имеющими различную температуру, происходит теплообмен. Более высокой температурой обладают те тела, у которых средняя кинетическая энергия молекул (атомов) выше. Развитие методов измерения температуры стало возможным лишь тогда, когда были установлены такие свойства тел, которые зависят от температуры (длина, объем) и которые можно было измерить объективно. Опытные данные и теоретические представления показывают, что существует точка абсолютного нуля температуры, и поэтому для установления градуса температуры необходима еще только одна точка.

В соответствии с этим в 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам постановила, что 1 кельвин составляет 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды.

Рис. 1.15

Эскиз термоскопа Герона Александрийского

Эта единица обозначается К. Разность температур теперь уже обозначается не град или град-1 (последнее — для величин типа термодинамического коэффициента расширения), а К или К-1. Попытки наглядного представления температурных изменений (охлаждения и нагревания) известны еще с древности. Филон Византийский (300) и Герои Александрийский (130) использовали для этой цели термическое расширение воздуха.

На рисунке 1.15 изображен эскиз термоскопа Герона. Шаровой сосуд, заполненный водой и воздухом, выставляется под лучи солнца. Воздух расширяется и вытесняет воду из сосуда. Вода попадает в резервуар и после охлаждения вновь поднимаемся по вертикальной трубке в сосуд. Таким образом, вытеснение воды означает нагревание. В 1592 г. Галилей вновь использовал этот принцип: в его термоскопе по высоте водяного столба можно судить о том, является ли температура высокой. На основании теплового расширения жидкостей в 1657 г. во Флоренции был создан термометр, наполненный спиртом.

При этом было замечено, что можно пренебречь малыми температурными изменениями материала термометра, так как газы обладают наибольшим тепловым коэффициентом расширения. Бойль в 1662 г. и независимо Мариотт в 1676 г. установили взаимосвязь между давлением и объемом газа при постоянной температуре (закон Бойля — Мариотта: pV = const при Т = const).

Затем в 1704 г. Амонтонс обнаружил, что в Париже давления газа при «наибольшей летней жаре» и «наибольшем зимнем холоде» относятся как 6:5. Он предложил определить температуру таким образом, чтобы отношение двух температур равнялось отношению соответствующих давлений, т. е. р - Т.

В дальнейшем было установлено, что определенные процессы в одних и тех же условиях всегда протекают при одинаковых температурах, например таяние льда или кипение воды при постоянном давлении.

Такие состояния вещества, в которых разные фазы при постоянной температуре находятся в равновесии друг с другом, принимаются в качестве опорных точек. Их удобно использовать в качестве калибровочных точек для температурной шкалы.

Температурная шкала жидкостного термометра задается следующим образом: отмечается высота столба жидкости в двух опорных точках и полученный промежуток делится определенным образом. Разность между двумя соседними отметками обозначается «град» (или °).

В 1714 г. Фаренгейт ввел для сконструированного им спиртового термометра шкалу, в которой он, следуя идее Рёмера, в качестве опорных точек выбрал температуру таяния льда и температуру человеческой крови. Этот температурный интервал был разделен на 64 части, а нулевая точка помещалась ниже точки таяния льда на расстоянии, равном половине этого интервала; в то время это была наиболее низкая из известных температур, она получалась путем смешивания нашатыря и смеси вода — лед. Таким образом, температура таяния льда имела значение 32°F, а температура человеческой крови — значение 96°F. В дальнейшем Фаренгейт перешел к ртутному термометру и выбрал в качестве верхней опорной точки точку кипения воды, для которой, сохраняя первоначальную шкалу, было установлено значение 212°F.

Другая температурная шкала была введена Реомюром в 1730 г. В качестве опорных точек он выбрал точки таяния льда и кипения воды. Точке таяния льда Реомюр приписал значение 0°R. Свой термометр он наполнил смесью спирт — вода, которая между двумя опорными точками расширяется на 8%. За 1°R он принял температуру, соответствующую расширению жидкости на 1%о (промилле — тысячная доля), поэтому температура кипения воды получила значение 80°R.

Решающий шаг был сделан Цельсием (1742). Он предложил разделить интервал между точками таяния льда и кипения воды на 100°. Первоначально он придал точке таяния льда значение 100°С, а точке кипения воды — 0°С.

Используемое в наше время обратное обозначение было введено позднее Штрёмером. Измерения, основанные на термоэлектрических эффектах.

Термоэлектрические эффекты — это совокупность физических явлений, обусловленных взаимосвязью между тепловыми и электрическими процессами в металлах и полупроводниках.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >