Энэ нийтлэл дэх материал нь температур гэх мэт чухал ойлголтын талаархи санааг өгдөг. Тодорхойлолтыг өгье, температурын өөрчлөлтийн зарчим, температурын хуваарийг барих диаграммыг авч үзье.
Температур гэж юу вэ
Тодорхойлолт 1ТемпературБиеийн макроскопийн системийн термодинамик тэнцвэрийн төлөвийг тодорхойлдог скаляр физик хэмжигдэхүүн юм.
Температурын тухай ойлголтыг биеийн халалтын зэргийг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн болгон ашигладаг боловч зөвхөн ийм тайлбар нь нэр томъёоны утгыг ойлгоход хангалтгүй юм. Бүх физик ойлголтууд нь тодорхой үндсэн хуулиудтай холбоотой бөгөөд зөвхөн эдгээр хуулиудад нийцүүлэн утгыг өгдөг. Энэ тохиолдолд температур гэдэг нэр томъёо нь дулааны тэнцвэрийн тухай ойлголт, макроскопийн эргэлт буцалтгүй байдлын хуультай холбоотой байдаг.
Системийг бүрдүүлдэг биетүүдийн термодинамик тэнцвэрт байдлын үзэгдэл нь эдгээр биетүүдийн ижил температур байгааг харуулж байна. Температурыг шууд хэмжиж болох бие махбодийн ийм физик шинж чанарын температураас хамаарлыг үндэслэн шууд бусаар хэмжиж болно.
Тодорхойлолт 2
Температурын утгыг олж авахад ашигладаг бодис эсвэл биетүүдийг нэрлэдэг термометр.
Дулаан тусгаарлагдсан хоёр биеийг дулааны холбоонд орууллаа гэж бодъё. Нэг бие нь энергийн урсгалыг нөгөө рүү шилжүүлэх болно: дулаан дамжуулах үйл явц эхэлнэ. Энэ тохиолдолд дулаан ялгаруулах бие нь дулааны урсгалыг "хүлээн авах" биеэс харьцангуй өндөр температуртай байдаг. Хэсэг хугацааны дараа дулаан дамжуулах үйл явц зогсч, дулааны тэнцвэрт байдал үүсэх нь тодорхой байна: биеийн температур бие биентэйгээ харьцуулахад тэнцүү байна гэж үздэг бөгөөд тэдгээрийн утгууд нь температурын анхны утгуудын хоорондох зайд байх болно. . Тиймээс температур нь дулааны тэнцвэрт байдлын тэмдэг болдог. Дараахь шаардлагыг хангасан аливаа утга t байна.
- t 1 > t 2 , эхний биеэс хоёр дахь руу дулаан дамжуулах үед;
- t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2, дулааны тэнцвэрт байдал үүссэн үед үүнийг температур гэж авч болно.
Биеийн дулааны тэнцвэрт байдал нь шилжилт хөдөлгөөний хуульд захирагддаг гэдгийг бид бас тэмдэглэж байна.
Тодорхойлолт 3
Шилжилтийн хууль: хоёр бие гуравны нэгтэй тэнцэх үед бие биетэйгээ дулааны тэнцвэрт байдалд байна.
Температурын энэхүү тодорхойлолтын нэг чухал шинж чанар нь түүний хоёрдмол утга юм. Тогтоосон шаардлагыг хангахын тулд өөр өөр хэмжигдэхүүнийг сонгох замаар (энэ нь температурыг хэмжих аргад нөлөөлнө) ялгаатай температурын хуваарийг авах боломжтой.
Тодорхойлолт 4
Температурын хэмжүүрнь температурын интервалыг хэсэг болгон хуваах арга юм.
Нэг жишээ авч үзье.
Жишээ 1
Температурыг хэмжих алдартай төхөөрөмж бол термометр юм. Үүнийг авч үзэхийн тулд янз бүрийн төхөөрөмжийн термометрийг авч үзье. Эхнийх нь термометрийн хялгасан судсан дахь мөнгөн усны баганаар дүрслэгдсэн бөгөөд энд байгаа температурын утгыг дээр дурдсан 1 ба 2-р нөхцлийг хангасан энэ баганын уртаар тодорхойлно.
Температурыг хэмжих өөр нэг арга: термопар ашиглах - гальванометр, өөр өөр металлын хоёр уулзвар бүхий цахилгаан хэлхээ (Зураг 1 ).
Зураг 1
Нэг уулзвар нь тогтмол температуртай орчинд (бидний жишээнд энэ нь хайлж буй мөс), нөгөө нь температурыг тодорхойлох шаардлагатай орчинд байдаг. Энд температурын шинж тэмдэг нь термопарын emf юм.
Температурыг хэмжих эдгээр аргууд нь ижил үр дүнг өгөхгүй. Нэг температураас нөгөөд шилжихийн тулд термопарын emf-ийн мөнгөн усны баганын уртаас хамаарах хамаарлыг тогтоох шалгалт тохируулгын муруйг барих хэрэгтэй. Энэ тохиолдолд мөнгөн усны термометрийн жигд хуваарийг термопарын тэгш бус хуваарь болгон хувиргадаг (эсвэл эсрэгээр). Мөнгөн усны термометр ба термопарын температурыг хэмжих жигд хэмжүүр нь ижил төлөвт байгаа бие өөр өөр температуртай байх хоёр тэс өөр температурын хуваарийг үүсгэдэг. Дизайнаараа ижил төстэй, гэхдээ өөр өөр "дулааны биетэй" (жишээлбэл, мөнгөн ус, спирт) термометрийг авч үзэх боломжтой: энэ тохиолдолд бид ижил температурын хэмжүүрийг ажиглахгүй. Мөнгөн усны баганын уртыг архины баганын урттай харьцуулсан график нь шугаман биш байх болно.
Дээрхээс бид дулааны тэнцвэрийн хуулиудад үндэслэсэн температурын тухай ойлголт нь хоёрдмол утгатай гэж дүгнэж болно. Энэ температур нь эмпирик бөгөөд хэмжих аргаас хамаарна. Дурын цэгийг эмпирик температурын хуваарийн "тэг" гэж авна. Эмпирик температурын тодорхойлолтоос харахад зөвхөн температурын зөрүү буюу түүний өөрчлөлт нь физик утгатай байдаг. Аливаа эмпирик температурын хуваарийг термометрийн шинж чанар ба термодинамик температурын хоорондын хамаарлын шинж чанарыг харгалзан үзсэн залруулга ашиглан термодинамик температурын хуваарь болгон хувиргадаг.
Хэмжилт хийх температурын хуваарийг бий болгохын тулд температурын хоёр тоон утгыг хоёр тогтмол лавлах цэгийг тогтооно. Үүний дараа лавлах цэгүүдэд өгсөн тоон утгын зөрүүг санамсаргүй байдлаар сонгосон хэсгүүдийн шаардлагатай тоонд хувааж, температурын хэмжилтийн нэгжийг бий болгоно.
Эхлэх цэг ба хэмжилтийн нэгж болгон ашигласан анхны утгууд нь химийн цэвэр бодисыг нэгтгэх төлөвөөс нөгөөд шилжих температур, жишээлбэл, мөсний хайлах температур t 0, усны буцлах цэг нь хэвийн үед t k. атмосферийн даралт (Па ≈ 10 5 Па ) . t 0 ба t k хэмжигдэхүүнүүд нь янз бүрийн төрлийн температур хэмжилтийн хуваарьт өөр өөр утгатай байдаг.
- Цельсийн хэмжүүрээр (цельсийн хэмжүүр): усны буцлах цэг tk = 100 ° C, мөсний хайлах цэг t0 = 0 ° C. Цельсийн хуваарьт усны гурвалсан цэгийн температур 0.01 ° C байна. 0.06 атм даралт.
Гурвалсан усны цэг- шингэн, хатуу (мөс) ба уур зэрэг усны нэгдлийн гурван төлөв нэгэн зэрэг тэнцвэрт байж болох температур ба даралт.
- Фаренгейтийн хуваарийн дагуу: усны буцлах цэг tk = 212 ° F; мөсний хайлах температур t 0 = 32 ° C.
Цельсийн градус ба Фаренгейтээр илэрхийлсэн температурын зөрүүг дараах илэрхийллийн дагуу тэгшилнэ.
t°C 100 = t°F - 32,180 буюу t°F = 1.8°C + 32.
Энэ масштабын тэгийг 1: 1: 1 харьцаагаар авсан ус, аммиак, давсны хольцын хөлдөх цэг гэж тодорхойлдог.
- Келвин хуваарийн дагуу: усны буцлах цэг t k = 373 К; мөсний хайлах температур t 0 = 273 K. Энд температурыг үнэмлэхүй тэгээс (t = 273.15 ° C) хэмжиж, термодинамик буюу үнэмлэхүй температур гэж нэрлэдэг. T = 0 K - энэ температурын утга нь дулааны хэлбэлзлийн үнэмлэхүй байхгүйтэй тохирч байна.
Цельсийн хэмжүүр ба Келвиний хэмжүүр дээрх температурын утгууд нь дараах илэрхийллийн дагуу бие биенээсээ хамааралтай байна.
T (K) = t ° C + 273.15 ° C.
- Reaumur хуваарийн дагуу: ус буцалгах цэг tk = 80 ° R; мөсний хайлах температур t 0 = 0 ° R. Reaumur-ийн термометр согтууруулах ундаа хэрэглэсэн; одоогоор масштабыг бараг ашиглаагүй байна.
Цельсийн градус ба Реамурын градусаар илэрхийлсэн температур нь дараах байдлаар хамааралтай.
1 ° C = 0.8 ° R.
- Rankine хуваарийн дагуу: ус буцалгах цэг t k = 671.67 ° R a ; мөсний хайлах температур t0 = 491.67 ° R a. Хуваарийн эхлэл нь үнэмлэхүй тэгтэй тохирч байна. Рэнкиний хэмжүүр дэх хөлдөөх болон буцалж буй усны жишиг цэгүүдийн хоорондох градусын тоо нь Фаренгейтийн хуваарьтай ижил бөгөөд 180-тай тэнцүү байна.
Келвин ба Ранкины температур нь дараахь байдлаар хамааралтай.
°R a = °F + 459.67.
Фаренгейтийн градусыг дараах томъёоны дагуу Ранкин градус руу хөрвүүлж болно.
°R a = °F + 459.67.
Цельсийн хэмжүүр нь өдөр тутмын амьдрал болон техникийн төхөөрөмжүүдэд хамгийн их хэрэглэгддэг (хуваарийн нэгж нь Цельсийн хэм, ° C гэж тэмдэглэгдсэн).
Физикийн хувьд тэд термодинамик температурыг ашигладаг бөгөөд энэ нь зүгээр л тохиромжтой төдийгүй физикийн гүн утгыг агуулдаг, учир нь энэ нь молекулын дундаж кинетик энерги гэж тодорхойлогддог. Термодинамик температурын нэгж нь Кельвин (1968 он хүртэл) буюу одоо энгийнээр Келвин (К) бөгөөд энэ нь CI-ийн үндсэн нэгжүүдийн нэг юм T = 0 К температурыг дээр дурдсанчлан үнэмлэхүй тэг температур гэж нэрлэдэг.
Ерөнхийдөө орчин үеийн термометр нь хамгийн тохиромжтой хийн масштаб дээр суурилдаг: даралтыг термометрийн утга болгон авдаг. Хийн термометрийн хуваарь нь үнэмлэхүй (T = 0, p = 0). Практик асуудлыг шийдвэрлэхдээ энэ температурын хэмжүүрийг ихэвчлэн ашиглах шаардлагатай байдаг.
Жишээ 2
Хүний тав тухтай өрөөний температур нь + 18 ° C-аас + 22 ° C-ийн хооронд байна гэж хүлээн зөвшөөрдөг. Энэ нь термодинамик хуваарийн дагуу тав тухтай температурын интервалын хил хязгаарыг тооцоолох шаардлагатай.
Шийдэл
T (K) = t ° C + 273.15 ° C харьцааг үндэс болгон авч үзье.
Тохиромжтой температурын доод ба дээд хязгаарыг термодинамикийн хэмжүүрээр тооцоолъё.
T = 18 + 273 ≈ 291 (K) ; T = 22 + 273 ≈ 295 (K) .
Хариулт:Термодинамик хэмжүүр дээрх тав тухтай температурын интервалын хил хязгаар нь 291 К-ээс 295 К-ийн хооронд байна.
Жишээ 3
Цельсийн хэмжүүр болон Фаренгейтийн хэмжүүр дээрх термометрийн заалт ямар температурт ижил байхыг тодорхойлох шаардлагатай.
Шийдэл
Зураг 2
t ° F = 1.8 t ° C + 32 харьцааг үндэс болгон авч үзье.
Асуудлын нөхцлийн дагуу температур тэнцүү байвал дараахь илэрхийлэлийг томъёолж болно.
x = 1.8 x + 32.
Үр дүнгийн бичлэгээс x хувьсагчийг тодорхойлъё.
x = - 32 0, 8 = - 40 ° C.
Хариулт:- 40 ° C (эсвэл - 40 ° F) температурт Цельсийн болон Фаренгейтийн хэмжүүр дээрх термометрийн заалт ижил байх болно.
Хэрэв та текстэнд алдаа байгааг анзаарсан бол үүнийг тодруулаад Ctrl+Enter дарна уу
Температурыг биеийн халалтын зэргийг тодорхойлдог физик хэмжигдэхүүн гэж нэрлэдэг боловч энэ нь температурын тухай ойлголтын утга, утгыг ойлгоход хангалтгүй юм. Энэ хэллэгт зөвхөн нэг нэр томъёог өөр нэр томъёогоор сольсон бөгөөд илүү ойлгомжтой зүйл байхгүй. Ихэнхдээ физик ойлголтууд нь зарим үндсэн хуулиудтай холбоотой байдаг бөгөөд зөвхөн эдгээр хуулиудтай холбоотой утгыг олж авдаг. Температурын тухай ойлголт нь дулааны тэнцвэрийн тухай ойлголттой холбоотой бөгөөд иймээс макроскопийн эргэлт буцалтгүй байдлын хуультай холбоотой байдаг.
Температурын өөрчлөлт
Термодинамикийн тэнцвэрт байдалд системийг бүрдүүлэгч бүх биетүүд ижил температуртай байдаг. Температурыг шууд хэмжиж болох биеийн ийм физик шинж чанаруудын температурын хамаарал дээр үндэслэн шууд бусаар хэмжиж болно. Үүнд ашигласан бодисыг (биеийг) термометр гэж нэрлэдэг.
Дулаан тусгаарлагдсан хоёр биеийг дулааны холбоонд оруулна. Нэг биеэс нөгөө бие рүү энергийн урсгал урсаж, дулаан дамжуулах үйл явц үүснэ. Энэ тохиолдолд дулаан ялгаруулж буй бие нь дулааны урсгал урсдаг биеэс илүү өндөр температуртай байдаг гэж үздэг. Мэдээжийн хэрэг, хэсэг хугацааны дараа энергийн урсгал зогсч, дулааны тэнцвэрт байдал үүсдэг. Биеийн температур жигдэрч, температурын анхны утгуудын хоорондох зайд суурьшдаг гэж үздэг. Тиймээс температур нь дулааны тэнцвэрийн тодорхой тэмдэг юм. Дараахь шаардлагыг хангасан аливаа утга t байна.
- $t_1>t_2$, хэрэв дулааны урсгал эхний биеэс хоёр дахь руу шилжвэл;
- $t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, дулааны тэнцвэрт байдал үүссэн үед температур гэж авч болно.
Биеийн дулааны тэнцвэрт байдал нь шилжилтийн хуулинд захирагддаг гэж үздэг: хэрэв хоёр бие гуравны нэгтэй тэнцвэртэй байвал тэдгээр нь бие биетэйгээ дулааны тэнцвэрт байдалд байна.
Дээрх температурын тодорхойлолтын хамгийн чухал шинж чанар нь түүний хоёрдмол утга юм. Бид шаардлагад нийцэх хэмжигдэхүүнийг янз бүрийн аргаар сонгож болно (энэ нь бидний температурыг хэмжих аргад тусгагдах болно) температурын зөрүүтэй хуваарьтай болно. Температурын хэмжүүр нь температурын интервалыг хэсэг болгон хуваах арга юм.
Жишээ хэлье. Таны мэдэж байгаагаар температурыг хэмжих төхөөрөмж бол термометр юм. Янз бүрийн төхөөрөмжийн хоёр төрлийн термометрийг авч үзье. Нэгд, термометр нь бидний температурыг хэмжиж буй биетэй дулааны тэнцвэрт байдалд байгаа тохиолдолд термометрийн хялгасан судсан дахь мөнгөн усны баганын урт нь биеийн температурын үүрэг гүйцэтгэдэг. Мөнгөн усны баганын урт нь дээр өгөгдсөн 1 ба 2-р нөхцлийг хангаж, температурт хамаарна.
Температурыг хэмжих өөр нэг арга бий: термопар ашиглах. Термопар нь гальванометр ба өөр өөр металлын хоёр уулзвар бүхий цахилгаан хэлхээ юм (Зураг 1). Нэг уулзварыг тогтсон температуртай орчинд, жишээлбэл, мөс хайлах, нөгөөг нь температурыг тодорхойлох шаардлагатай орчинд байрлуулна. Энэ тохиолдолд температурын үзүүлэлтийг термопарын emf гэж үзнэ. Температурыг хэмжих эдгээр хоёр арга нь ижил үр дүнг өгөхгүй. Нэг температураас нөгөөд шилжихийн тулд термопарын emf-ийн мөнгөн усны баганын уртаас хамаарах хамаарлыг тогтоох шалгалт тохируулгын муруйг барих шаардлагатай. Дараа нь мөнгөн усны термометрийн жигд хуваарийг термопарын жигд бус хуваарь болгон хувиргадаг (эсвэл эсрэгээр). Мөнгөн усны термометр ба термопарын жигд хэмжүүр нь хоёр тэс өөр температурын хуваарийг үүсгэдэг бөгөөд ижил төлөвт байгаа бие өөр өөр температуртай байх болно. Та ижил загвартай термометр авч болно, гэхдээ өөр өөр "дулааны биетэй" (жишээлбэл, мөнгөн ус, архи). Тэдний температурын хэмжүүр бас таарахгүй. Мөнгөн усны баганын уртыг архины баганын урттай харьцуулсан график нь шугаман биш байх болно.
Эндээс харахад дулааны тэнцвэрийн хуулиуд дээр үндэслэсэн температурын тухай ойлголт нь өвөрмөц биш юм. Энэ температурыг эмпирик гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь температурыг хэмжих аргаас хамаарна. Эмпирик температурын хуваарийн тэгийг үргэлж дур зоргоороо тогтоодог. Эмпирик температурын тодорхойлолтын дагуу зөвхөн температурын зөрүү, өөрөөр хэлбэл түүний өөрчлөлт нь физик утгатай байдаг. Аливаа эмпирик температурын хуваарийг термометрийн шинж чанар ба термодинамик температурын хоорондын хамаарлын шинж чанарыг харгалзан үзсэн залруулга оруулснаар термодинамик температурын хуваарь болгон бууруулна.
Температурын хэмжүүр
Температурын хуваарийг бий болгохын тулд температурын тоон утгыг хоёр тогтмол жишиг цэгт хуваарилдаг. Дараа нь жишиг цэгүүдийн хоорондох температурын зөрүүг санамсаргүй байдлаар сонгосон хэсгүүдэд хувааж, температурын хэмжилтийн нэгжийг авна. Гарал үүсэл, түүний нэгж - градусыг тогтоохын тулд температурын хуваарийг бий болгох анхны утгуудын хувьд химийн цэвэр бодисыг нэгтгэх төлөвөөс нөгөөд шилжүүлэх температурыг ашигладаг, жишээлбэл, мөсний хайлах температур $ t_0. $ ба усны буцлах цэг $t_k$ хэвийн атмосферийн даралт ($\ойролцоогоор 10^5Па).$ $t_0\ болон\ t_k$ хэмжигдэхүүнүүд өөр өөр утгатай:
- Цельсийн хэмжүүрээр (цельсийн хэмжүүр): усны буцлах цэг $t_k=100^0C$, мөс хайлах цэг $t_0=0^0C$. Цельсийн хэмжүүр нь усны гурвалсан цэгийн температур 0,06 атм даралттай үед 0,010С байх хуваарь юм. (Усны гурвалсан цэг нь ус, түүний уур, мөс нэгэн зэрэг тэнцвэрт байдалд байж болох тодорхой температур, даралт юм.);
- Фаренгейтийн хэмжүүрээр усны буцлах цэг $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- мөс хайлах цэг;
- Кельвиний хэмжүүрээр: температурыг үнэмлэхүй тэгээс (t=-273.50С) хэмжиж термодинамик буюу үнэмлэхүй температур гэнэ. T=0K нь дулааны хэлбэлзэл бүрэн байхгүй байх төлөв юм. Энэ хуваарийн дагуу усны буцлах цэг $t_k=373K$, мөсний хайлах цэг $t_0=273K$ байна. Кельвиний температур ба Цельсийн температурын хамаарал: \
- Реаумурын хуваарийн дагуу усны буцлах цэг нь $t_k=80^0R$, мөс хайлах цэг нь $t_0=0^0R.$ Хуваарь бараг ашиглалтгүй болсон. Цельсийн градус ба Реамурын градусаар илэрхийлсэн температурын хамаарал: \
- Rankine хуваарийн дагуу усны буцлах цэг $t_k=671.67^(0\ )Ra$, мөс хайлах цэг $t_0=(491.67)^0Ra байна.$ Хуваарь үнэмлэхүй тэгээс эхэлнэ. Фаренгейт ба Рэнкин хэмжүүр дэх усны хөлдөх болон буцлах цэгүүдийн хоорондох градусын тоо ижил бөгөөд 180-тай тэнцүү байна.
Цельсийн градус ба Фаренгейтээр илэрхийлсэн температурын хамаарал нь:
\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ or\ t^0F=1.8t^0C+32\ \left(1\right);\ ]
Энэ хуваарийн тэгийг 1: 1: 1 харьцаатай ус, давс, аммиакийн хольцын хөлдөх цэгээр тодорхойлно.
Реаумурын термометр архи ашигласан.
Келвин ба Ранкин зэрэг хоорондын хамаарал: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, Фаренгейтийн градусыг Ранкин зэрэгт дараах томъёогоор хөрвүүлнэ.
\[^0Ra=^0F+459.67\зүүн(4\баруун);\]
Технологи болон өдөр тутмын амьдралд температурыг Цельсийн хэмжүүрээр ашигладаг. Энэ хуваарийн нэгжийг Цельсийн градус ($^0С) гэж нэрлэдэг.\ $ Физикт тэд термодинамик температурыг ашигладаг бөгөөд энэ нь илүү тохиромжтой төдийгүй дундаж кинетик энергиээр тодорхойлогддог тул физикийн гүн утгатай байдаг. молекулын. Термодинамик температурын нэгж, Кельвиний зэрэг (1968 он хүртэл) буюу одоо энгийнээр Келвин (К) нь СИ-ийн үндсэн нэгжүүдийн нэг юм. T=0K температурыг үнэмлэхүй тэг температур гэнэ. Орчин үеийн термометр нь даралтыг термометрийн хэмжигдэхүүн болгон ашигладаг хамгийн тохиромжтой хийн масштаб дээр суурилдаг. Хийн термометрийн хуваарь нь үнэмлэхүй (T=0, p=0). Асуудлыг шийдэхдээ та энэ температурын хэмжүүрийг ихэвчлэн ашиглах хэрэгтэй болно.
Температур ба температурын хуваарь
Температур - бодисын халалтын зэрэг. Энэ үзэл баримтлал нь янз бүрийн биетүүд (бодисууд) өөр өөр температурт дулааныг бие биедээ шилжүүлэх, ижил температурт дулааны тэнцвэрт байдалд байх чадвар дээр суурилдаг. Түүнээс гадна дулаан нь өндөр температуртай биеэс бага температуртай бие рүү үргэлж шилждэг. Температурыг мөн түүний молекулуудын хөдөлгөөний дундаж кинетик энергиээр тодорхойлогддог бодисын дулааны төлөв байдлын параметр гэж тодорхойлж болно. Эндээс харахад "температур" гэсэн ойлголт нэг молекулд хамаарахгүй, учир нь ямар ч тодорхой температурт нэг молекулын энергийг дундаж утгаараа тодорхойлж болохгүй. Энэ заалтаас харахад "температур" гэсэн ойлголт нь статистик юм.
Температурыг хэмждэг төхөөрөмжөөр хэмждэг термометр, Үүний үндэс нь янз бүрийн физик зарчмууд дээр суурилж болно. Ийм төхөөрөмжөөр температурыг хэмжих чадвар нь халаах (хөргөх) үед янз бүрийн түвшний халаалттай биетүүдийн хоорондох дулааны солилцооны үзэгдэл, тэдгээрийн физик (термометрийн) шинж чанаруудын өөрчлөлт дээр суурилдаг.
Температурыг тоон байдлаар тодорхойлохын тулд аль нэгийг нь сонгох шаардлагатай температурын хуваарь. Температурын хэмжүүр нь тухайн бодисын тодорхой физик шинж чанарт үндэслэн бүтээгдсэн бөгөөд энэ нь гадны хүчин зүйлээс хамаарахгүй бөгөөд үнэн зөв, тохиромжтой хэмжигдэх ёстой. Үнэн хэрэгтээ, хэмжсэн температурын бүх хязгаарт заасан нөхцлийг бүрэн хангах термометрийн бие эсвэл бодисын хувьд нэг ч термометрийн шинж чанар байдаггүй. Тиймээс шугаман хамаарлын дурын таамаглал дээр үндэслэн температурын хуваарийг янз бүрийн температурын мужид тодорхойлдог.
термометрийн биеийн шинж чанар ба температурын хооронд. Ийм жингүүд гэж нэрлэдэг нөхцөлт ба тэдгээрийн хэмжсэн температур - нөхцөлт.
4 Уламжлалт температурын хуваарь нь хамгийн түгээмэл хэмжүүрүүдийн нэг болох Цельсийн хэмжүүрийг агуулдаг. Энэ хуваарийн дагуу хэвийн атмосферийн даралт дахь мөс хайлах цэг ба усны буцлах цэгийг нөхцөлт хэмжилтийн мужид заадаг бөгөөд энэ хуваарийн зууны нэгийг ихэвчлэн Цельсийн нэг хэм гэж нэрлэдэг. (\ ХАМТ),
| Гэсэн хэдий ч шингэн термометр ашиглахгүйгээр ийм температурын хэмжүүрийг барих нь ашигласан термометрийн шингэний шинж чанартай холбоотой хэд хэдэн хүндрэлийг дагуулдаг. Жишээлбэл, шингэний тэлэлтийн зарчмаар ажилладаг мөнгөн ус, спиртийн термометрийн уншилт нь эзэлхүүний тэлэлтийн өөр өөр коэффициентээс шалтгаалан ижил температурыг хэмжихэд өөр өөр байх болно.
| Тиймээс ердийн температурын хуваарийг сайжруулахын тулд шинж чанар нь хамгийн тохиромжтой хийн шинж чанараас (устөрөгч, гели, азот гэх мэт) бага зэрэг ялгаатай хийнүүдийг ашиглан хийн термометрийг ашиглахыг санал болгов.
Хийн термометр ашиглан температурын хэмжилтийг хаалттай дулааны систем дэх хийн эзэлхүүн эсвэл даралтын өөрчлөлтөд үндэслэн хийж болно.
Практикт тогтмол эзэлхүүнтэй даралтыг хэмжих арга нь илүү өргөн тархсан, учир нь илүү нарийвчлалтай бөгөөд хэрэгжүүлэхэд хялбар байдаг.
Температурын өргөн хүрээний янз бүрийн бодисын термометрийн шинж чанаруудтай холбоогүй нэгдмэл температурын хуваарийг бий болгохын тулд Келвин термодинамикийн хоёр дахь хуульд үндэслэн температурын хуваарийг санал болгов. Энэ масштаб гэж нэрлэдэг термодинамик температурын хуваарь.
Энэ нь дараахь заалтууд дээр үндэслэсэн болно.
Хэрэв Карногийн эргэлтийн мөчлөгийн үед бие нь T температурт 0 дулааныг шингээж, C дулааныг ялгаруулдаг уу? T 2 температурт 3, дараа нь дараахь тэгш байдлыг хангана.
тэр,
n<Г (21)
Термодинамикийн зарчмуудын дагуу энэ харьцаа нь ажлын шингэний шинж чанараас хамаардаггүй.
I Келвин термодинамик температурын хуваарийг ажлын бодисын термометрийн шинж чанараас хамаардаггүй бусад температурын хэмжүүрүүдийн анхны хуваарь болгон ашиглаж эхэлсэн. Энэ масштабаар нэг градусыг тодорхойлохын тулд мөсний хайлах цэг ба усны буцлах цэгийн хоорондох зайг Цельсийн хэмжүүртэй адил зуун тэнцүү хэсэгт хуваана. Тиймээс I П С нь ] °К-тай тэнцүү болж хувирна
* Энэ масштабын дагуу, нийтлэг гэж нэрлэдэг үнэмлэхүй Тэг цэгийг мөс хайлах цэгээс 273.15°-аас доош температурыг үнэмлэхүй тэг гэж нэрлэдэг. Энэ температурт аливаа бодисын молекулуудын бүх дулааны хөдөлгөөн зогсдог нь онолын хувьд батлагдсан тул энэ масштаб нь тодорхой хэмжээгээр онолын шинж чанартай байдаг.
Кельвинээр илэрхийлсэн T температур ба Цельсийн градусаар илэрхийлсэн * температурын хооронд дараахь хамаарал хамаарна.
1=T-T 0 , (2.2)
Энд T 0 = 273.15 К.
Одоо байгаа термометрүүдээс хийн термометр нь үнэмлэхүй температурын хуваарийг 1200 ° C-аас ихгүй хэмжээнд хамгийн зөв хэрэгжүүлдэг. Эдгээр термометрийг өндөр температурт ашиглах нь ихээхэн бэрхшээлтэй тулгардаг, үүнээс гадна хийн термометр нь нэлээд төвөгтэй, том хэмжээтэй төхөөрөмж бөгөөд энэ нь практикт тохиромжгүй байдаг. Тиймээс температурын өргөн хүрээний өөрчлөлтөд термодинамик хэмжүүрийг практик, тохиромжтой хуулбарлахын тулд олон улсын практик стандартыг хүлээн зөвшөөрч, ашигладаг.
температурын кабинет (MPTS). Одоогийн байдлаар 1968 онд батлагдсан MPTS-68 температурын хуваарь хүчин төгөлдөр байгаа бөгөөд барилгын ажил нь бодисын фазын төлөвөөр тодорхойлогддог лавлах цэг дээр суурилдаг. Эдгээр лавлах цэгүүдийг хүснэгтэд өгсөн янз бүрийн муж дахь температурыг стандартчилахад ашигладаг. 2.1.
Одоогийн байдлаар хамгийн алдартай температурын хэмжүүр бол Фаренгейт, Цельсийн болон Келвин хэмжүүр юм.
Фаренгейтийн температурын хуваарьАНУ-д хамгийн алдартай. Температурыг градусаар хэмждэг, жишээлбэл 48.2°F (дөчин найман цэг хоёр градус Фаренгейт), F тэмдэг нь Фаренгейтийн хуваарийг ашиглаж байгааг харуулж байна.
Европчууд үүнд дассан Цельсийн температурын хуваарь, энэ нь мөн температурыг градусаар хэмждэг, жишээлбэл 48.2°C (дөчин найман цэг Цельсийн хоёр градус), C тэмдэг нь Цельсийн хуваарийг ашиглаж байгааг харуулж байна.
Эрдэмтэд хамтран ажиллахад илүү дассан байдаг Келвин температурын хуваарь. 1968 он хүртэл Келвинийг албан ёсоор Кельвин градус гэж нэрлэдэг байсан бөгөөд дараа нь Кельвиний хэмжүүрээр хэмжсэн температурын утгыг зүгээр л келвинээр (градусгүй), жишээлбэл, 48.2 К (дөчин найм, хоёр келвин) гэж нэрлэхээр шийджээ.
Даниел Габриэль Фаренгейт 18-р зуунд Амстердамд термометр хийж байхдаа жингээ зохион бүтээжээ. Фаренгейт нь хөлдөөсөн давсны уусмалын температурыг тэр үед лабораторийн нөхцөлд бага температурыг авахын тулд тэг температурын цэг болгон авсан. Германы физикч мөс хайлах цэг ба усны хөлдөх цэгийг (температурын өсөлт, бууралтаар тус тус) 32°F-ийн утгыг тогтоожээ. Үр дүнгийн хуваарийн дагуу усны буцлах цэг нь 212 ° F байна.
Мөн 18-р зуунд Шведийн эрдэмтэн Андерс ЦельсийнАгаар мандлын хэвийн даралт дахь цэвэр усны хөлдөх цэг (0°С) ба буцлах цэг (100°C) дээр суурилсан өөрийн температурын хуваарийг зохион бүтээжээ.
Келвин хэмжүүрийг 19-р зуунд Британийн эрдэмтэн зохион бүтээжээ Уильям Томсон, дараа нь Барон Келвин хэмээх хүндэт цолыг хүртсэн. Томсон өөрийн температурын хэмжүүрийг үнэмлэхүй тэг гэсэн ойлголт дээр үндэслэсэн. Хожим нь Келвин хэмжүүр нь физикийн гол хэмжигдэхүүн болсон бөгөөд одоо Фаренгейт ба Цельсийн системийг түүгээр тодорхойлдог.
Үндсэндээ аливаа объектын температур нь түүний молекулуудын хөдөлгөөний хэмжүүрийг тодорхойлдог - молекулууд илүү хурдан хөдөлж, объектын температур өндөр байх тусам эсрэгээрээ байдаг. Температур бага байх тусам молекулууд удаан хөдөлдөг. Үнэмлэхүй тэг (0 К) үед молекулууд зогсдог (энэ нь байгальд тохиолдох боломжгүй). Энэ шалтгааны улмаас үнэмлэхүй тэг эсвэл бүр бага температурт хүрэх боломжгүй юм.
Кельвин ба Цельсийн хэмжүүрүүд ижил (цельсийн нэг градус нь нэг келвинтэй тэнцүү), 0 К = -273.15 ° C байна гэж хэлэх ёстой.
Тиймээс Келвин ба Цельсийн температурын хэмжүүрийг холбох нь маш энгийн:
K = C+273.15 C = K-273.15
Цельсийн болон Фаренгейтийн хэмжүүрийг хооронд нь холбож үзье.
Таны мэдэж байгаагаар ус 32°F ба 0°C температурт хөлддөг. 32°F=0°C. Ус 212°F ба 100°C-т буцалгана: 212°F=100°C.
Ийнхүү Фаренгейтийн 180 градусын хувьд Цельсийн 100 градус байна (9/5 харьцаа): 212°F-32°F=100°C-0°C.
Цельсийн хуваарийн тэг цэг нь Фаренгейтийн масштабын 32 градусын цэгтэй тохирч байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Хоёр масштабын хоорондох дээрх тохирлыг харгалзан бид температурыг нэг хэмжүүрээс нөгөөд шилжүүлэх томъёог гаргав.
C = (5/9) (F-32) F = (9/5) C+32
Хэрэв та энэ тэгшитгэлийн системийг шийдвэл үүнийг олж мэдэх боломжтой -40°C = -40°F- энэ бол хоёр масштабын утгууд давхцдаг цорын ганц температур юм.
Үүнтэй ижил аргаар бид Келвин ба Фаренгейтийн хэмжүүрийг холбоно.
F = (9/5)·(K-273.15)+32 = (9/5)К-459.67 K = (5/9)·(F+459.67)
Хүн төрөлхтөн ойролцоогоор 400 жилийн өмнө температурыг хэмжиж сурсан. Гэвч өнөөгийн термометртэй төстэй анхны багажууд 15-р зуунд л гарч ирсэн. Анхны термометрийг зохион бүтээгч нь эрдэмтэн Габриэль Фаренгейт байв. Дэлхий дээр нийтдээ хэд хэдэн өөр өөр температурын хэмжүүрийг зохион бүтээсэн бөгөөд тэдгээрийн зарим нь илүү алдартай байсан бөгөөд өнөөг хүртэл ашиглагдаж байгаа бол зарим нь аажмаар ашиглагдахгүй болсон.
Температурын хэмжүүр нь өөр хоорондоо харьцуулж болох температурын утгын систем юм. Температур нь шууд хэмжиж болох хэмжигдэхүүн биш тул түүний утга нь бодисын (жишээлбэл, ус) температурын төлөвийн өөрчлөлттэй холбоотой байдаг. Бүх температурын хуваарь дээр дүрмээр бол сонгосон термометрийн бодисын шилжилтийн температурт тохирсон хоёр цэгийг тэмдэглэнэ. Эдгээр нь лавлагаа гэж нэрлэгддэг цэгүүд юм. Жишээ нь усны буцлах цэг, алтны хатуурах цэг гэх мэт. Нэг цэгийг эх үүсвэр болгон авдаг. Тэдгээрийн хоорондох зай нь тодорхой тооны тэнцүү сегментүүдэд хуваагддаг бөгөөд тэдгээр нь нэг юм. Нэг зэрэг нь нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдсөн нэгж юм.
Дэлхийн хамгийн алдартай, өргөн хэрэглэгддэг температурын хэмжүүр бол Цельсийн болон Фаренгейтийн хэмжүүр юм. Гэсэн хэдий ч одоо байгаа жингүүдийг дарааллаар нь харцгаая, тэдгээрийг хэрэглэхэд хялбар, практик ашиг тустай байдлын үүднээс харьцуулахыг хичээцгээе. Хамгийн алдартай таван жин байдаг:
1. Фаренгейтийн хэмжүүрийг Германы эрдэмтэн Фаренгейт зохион бүтээсэн. 1709 оны өвлийн хүйтэн өдрүүдийн нэгэнд эрдэмтний термометр дэх мөнгөн ус маш бага температурт буурч, шинэ хэмжүүрээр тэглэхийг санал болгов. Өөр нэг лавлагаа бол хүний биеийн температур байв. Түүний хуваарийн дагуу усны хөлдөх цэг нь +32 °, буцлах цэг нь +212 ° байв. Фаренгейтийн хэмжүүр нь тийм ч бодолгүй, тохиромжтой биш юм. Өмнө нь энэ нь одоогоор өргөн хэрэглэгддэг байсан - бараг зөвхөн АНУ-д.
2. Францын эрдэмтэн Рене де Реаумурын 1731 онд зохион бүтээсэн Реаумурын хэмжүүрээр доод жишиг цэг нь усны хөлдөх цэг юм. Хуваарь нь архины хэрэглээнд суурилдаг бөгөөд энэ нь халаах үед агуулагдах архины хэмжээ нь 00-ийн нэг хэсэг болох усан сан, хоолойд агуулагддаг. Энэ жин одоо ашиглагдаагүй байна.
3. Цельсийн хэмжүүрээр (1742 онд Швед хүн санал болгосон) мөс ба усны хольцын температурыг (мөс хайлах температур) өөр нэг гол цэг нь ус буцалгах температур юм; Тэдний хоорондох интервалыг 100 хэсэгт хуваахаар шийдсэн бөгөөд нэг хэсгийг хэмжилтийн нэгж болгон Цельсийн градусаар авсан. Фаренгейтийн болон Реаумурын хэмжүүрээс илүү оновчтой бөгөөд одоо хаа сайгүй хэрэглэж байна.
4. Кельвин хэмжүүрийг 1848 онд Лорд Келвин (Англи эрдэмтэн В. Томсон) зохион бүтээжээ. Үүн дээрх тэг цэг нь бодисын молекулуудын хөдөлгөөн зогсох хамгийн бага температуртай тохирч байв. Энэ утгыг хийн шинж чанарыг судлахдаа онолын хувьд тооцоолсон. Цельсийн хэмжүүр дээр энэ утга нь ойролцоогоор - 273 ° C-тай тохирч байна, өөрөөр хэлбэл Цельсийн тэг нь 273 К-тэй тэнцүү байна. Шинэ хуваарийн хэмжилтийн нэгж нь нэг келвин (анхдаа "Кельвин градус" гэж нэрлэдэг) байв.
5. (Шотландын физикч В.Рэнкиний нэрээр нэрлэгдсэн) нь Кельвин масштабтай ижил зарчимтай, хэмжээ нь Фаренгейтийн масштабтай ижил байна. Энэ систем бараг өргөн тархаагүй байсан.
Фаренгейт ба Цельсийн хэмжүүрийн температурын утгыг бие биендээ амархан хувиргаж болно. Фаренгейтийн утгыг "толгойдоо" (тусгай хүснэгт ашиглахгүйгээр хурдан) хөрвүүлэхдээ анхны тоог 32 нэгжээр багасгаж, 5/9-ээр үржүүлэх хэрэгтэй. Үүний эсрэгээр (Цельсийн хэмээс Фаренгейт хүртэл) - анхны утгыг 9/5-аар үржүүлж, 32-ыг нэмнэ. Харьцуулахын тулд: Цельсийн температур 273.15 °, Фаренгейтэд - 459.67 ° байна.
