Лекция 4

Тема 3. Измерение температуры

План:

4.1 Основные сведения о температуре и температурных шкалах.

4.2 Классификация методов измерения температуры

4.3 Термометры расширения.

4.1 Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела (степень нагретости).

В системе СИ единицей температуры является кельвин (К), нулем шкалы Кельвина является температура, при которой пре­кращаются хаотические движения молекул идеального газа: эту температуру называют абсолютным нулем (–273,15 ° С). На практике широко применяется градус Цельсия (°С). Температуру по этой шкале отсчитывают от точки замерзания воды, приписывая этой точке температуру, равную нулю. Соотношение между абсолютной Т и стоградусной t температурами имеет вид:

Т °К = 273,15° + t ° С.

В быту используется Шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Градус Цельсия равен градусу Кельвина, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C.

Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и наша жизнь основана на ней.

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F.

Шкала Реомюра, предложенная в 1730 году Р. А. Реомюром, описавшим изобретённый им спиртовой термометр. Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

МЕЖДУНАРОДНАЯ ПРАКТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА (МПТШ-68)

Ø установлена в 1968 Международным комитетом по мерам и весам,

Ø основана на 11 реперных точках.

Промежуточные точки МПТШ-68 воспроизводятся по интерполяционным формулам.

Ø В диапазоне между 13,81 К и 630,74 °C (точка затвердевания сурьмы) в качестве эталонного прибора применяют платиновый термометр сопротивления (при T < 100 °К используют также германиевый термометр),

Ø в диапазоне 630,74 °C - 1064,43 °C - термопару с электродами платинородий (10% Rh) - платина,

Ø выше 1337,58 К (1064,43 °C) - спектральный пирометр с реперной точкой 1064,43 °C.

Ø В области низких температур МПТШ-68 доведена до 13,81 К;

Ø температуры в интервале 0,3 - 5,2 К определяют по упругости паров жидкого He (шкала 1958) и жидкого 3He (шкала 1962),

Ø ещё более низкие - термометрами сопротивления (угольными, из сверхпроводящих сплавов и др.) и магнитными методами.

4.2 Измерить температуру какого-либо тела непосредственно, т.е. так, как измеряют другие физические величины, например, длину, массу, объем или время, не представляется возможным, т.к. в природе не существует эталона единицы этой величины. Поэтому определение температуры вещества производят посредством наблюдения за изменением физических свойств другого, так называемого термометрического (рабочего) вещества, которое будучи приведено в соприкосновение с нагретым телом, вступает с ним через некоторое время в тепловое равновесие. Такой метод измерения дает не абсолютное значение температуры нагретой среды, а лишь разность относительно исходной температуры рабочего вещества, условно принятой за ноль.

Вследствие изменения при нагреве внутренней энергии вещества практически все физические свойства последнего в большей или меньшей степени зависят от температуры, то для ее измерения выбираются по возможности те из них, которые однозначно меняются с изменением температуры, не подвержены влиянию других факторов и сравнительно легко поддаются измерению.

Физические свойства рабочих веществ, положенные в основу методов измерения температуры

• Объемное расширение

• Изменение давления в замкнутом объеме

• Возникновение термоэлектродвижущей силы

• Изменение электрического сопротивления

• Интенсивность излучения

4.3 Термометры расширения - это приборы, в которых для измерения t ° используется свойство теплового расширения вещества (жидкость, газ или твердое тело).

Конструктивные формы стеклянных жидкостных термометров делятся на два типа: палочные и со вложенной шка­лой.

Достоинства: дешевизна, высокая точность измерения, простота конструкции и использования.

Недостатки: плохая видимость шкалы, невозможность ремонта, непередаваемость сигнала на расстояние.

Введение поправок в показания термометра. У лабораторных и других термометров, градуируемых и пред­назначенных для измерения при погружении в измеряемую среду до отсчитываемого деления, могут возникать систематические погрешности за счет выступающего столбика термометра. Если капиллярная трубка будет погружена в измеряемую среду не пол­ностью (рисунок 1), то температура выступающей части капиллярной трубки будет отличаться от температуры измеряемой среды, в ре­зультате возникнет погрешность измерения. Поправку в градусах на выступающий столбик в показания термометра можно внести по уравнению:

а – полное погружение; б – с выступающим столбиком

D t = ¡ ×(t – t _в.с.) × h,

где ¡ – коэффициент видимого объемного теплового расширения термометрической жидкости в стекле, град^-1;

t – действительная температура измеряемой среды, °С;

t _в.с. – температура выступающего столбика, измеренная с по­мощью вспомогательного термометра, °С;

h – высота выступающего столбика, °С.

Дата добавления: 2014-10-15