Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Б) Температурные шкалы

Изменение агрегатного состояния химически чистого вещества (плавление или затвердевание, кипение или конденсация), как известно, протекает при постоянной температуре, значение которой определяется составом вещества, характером его агрегатного изменения и давлением. Значения этих воспроизводимых температур равновесия между твердой и жидкой или жидкой и газообразной фазами различных веществ при нормальном атмосферном давлении1 (1 Нормальное атмосферное давление условно принято равным среднему давлению воздушного столба земной атмосферы) равном 101 325 Па (760 мм рт. ст.), на­зываются реперными точками.

Если принять в качестве основного интервал температур между реперными точками плавления льда и кипения воды, обозначив их соответственно 0 и 100, в пределах этих температур измерить объемное расширение какого-либо рабочего вещества, например ртути, находящейся в узком цилиндрическом стеклянном сосуде, и разделить на 100 равных частей изменение высоты ее столба, то в результате будет построена так называемая температурная шкала.

Для измерения температуры, лежащей выше или ниже выбранных значений реперных точек, полученные деления наносят на шкале и за пределами отметок 0 и 100. Деления температурной шкалы называются градусами.

При построении указанной температурной шкалы была произвольно принята пропорциональная зависимость объемного расширения ртути от температуры, что, однако, не соответствует действительности, особенно при температурах выше 100 градусов. Поэтому при помощи такой шкалы можно точно измерить температуру только в двух исходных точках 0 и 100 градусов, тогда как результаты измерения во всем остальном диапазоне шкалы будут неточны. То же явление наблюдалось бы и при построении температурной шкалы с использованием других физических свойств рабочего вещества, таких, как изменение электрического сопротивления проводника, возбуждение термоэлектродвижущей силы и т. п.

Пользуясь вторым законом термодинамики, английский физик Кельвин в 1848 г. предложил совершенно точную и равномерную, не зависящую от свойств рабочего вещества шкалу, получившую название термодинамической температурной шкалы (шкалы Кельвина). Последняя основана на уравнении термодинамики для обратимого процесса (цикла Карно), имеющем вид: .

Это уравнение показывает, что при работе теплового двигателя по обратимому циклу отношение количества тепла Q1 получаемого рабочим веществом от нагревателя, к количеству тепла Q2 отдаваемого им холодильнику, пропорционально только отношению температур T1 и Т2 нагревателя и холодильника. Придав определенное значение Т2, при известных значениях Q1 и Q2 можно из соотношения (2-1) найти искомую величину T1. Однако практически указанный метод измерения температуры использован быть не может, так как нельзя осуществить обратимый цикл работы теплового двигателя.

Позднее было установлено, что термодинамическая температура совпадает с показанием газового термометра, заполненного идеальным (воображаемым) газом, обладающим пропорциональным изменением давления от температуры. Близкими по своим свойствам к идеальному газу являются водород, гелий и азот, которые и применяются для измерения термодинамической температуры с введением небольших поправок на отклонение их свойств от свойств идеального газа1. (1 Свойства водорода и гелия близки к законам идеального газа при низких температурах, а азота-при высоких). Точность показаний газового термометра очень высока, но пользование им сложно, а диапазон измерения незначителен.

Термодинамическая температурная шкала начинается с абсолютного нуля2 (2Абсолютным нулем называется температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме равно нулю). и в настоящее время является основной. Единицы термодина­мической температуры обозначаются знаком К (кельвин), а условное значение ее - буквой Т.

В дальнейшем с помощью газовых термометров была построена так называемая Международная практическая температурная шкала (МПТШ), легко и точно воспроизводимая и близкая к термодинамической шкале. МПТШ была принята на VII Генеральной конференции по мерам и весам в 1927 г. Это вызывалось необходимостью облегчить измерение температуры с помощью газовой термометрии и унифицировать существующие в разных странах темпе­ратурные шкалы.

Международная практическая температурная шкала была уточнена в 1948 г., а в 1960 г. изложена в новой редакции, принятой на XI Генеральной конференции по мерам и весам, где получила название Международной практической температурной шкалы 1948 г. (МПТШ-48). Позднее появились две важные причины для пересмотра МПТШ-48, первая из которых заключалась в необходимости расширения шкалы в области низких температур (10 - 90 К), а вторая - в повы­шении ее точности, так как современные измерения с помощью газовых термометров показали, что МПТШ-48 дает в основном более низкие значения по сравнению с термодинамической шкалой.

Исходя из указанных причин Международный комитет мер и весов в 1968 г. в соответствии с решением XIII Генеральной конференции по мерам и весам (1967 г.) принял новую Международную практическую температурную шкалу 1968 г. (МПТШ-68), градусы которой обозначаются знаком °С (градус Цельсия), а условное значение температуры - буквой t. Для этой шкалы градус Цельсия равен кельвину.