Температурные шкалы и единицы тепловых величин

Температурной шкалой называют конкретную функциональную чис­ловую связь температуры со значениями измеряемого термометри­ческого свойства. В этой связи представляется возможным постро­ение температурной шкалы на основе выбора любого термометри­ческого свойства. В то же время нет ни одного термометрического свойства, которое линейно изменяется с изменением температуры и не зависит от других факторов в широком интервале измерения температур.

Первые шкалы появились в XVIII в. Для построения их выби­рались две опорные, или реперные точки t₁ и t₂, представляющие со­бой температуры фазового равновесия чистых веществ. Разность температур t₁ - t₂ называют основным температурным интервалом.

В шкалах Фаренгейта, Реомюра и Цельсия точке плавления льда t₁ соответствовали +32, 0 и 0°, а точке кипения воды t₂ — 212, 80 и 100°. Основной интервал t₂— t₁ в этих шкалах делится соответ­ственно на N= 180, 80 и 100 равных частей, и 1/N часть каждого из интервалов называют градусом Фаренгейта — t°F, градусом Рео­мюра— t° R и градусом Цельсия — t°C. Таким образом, для шкал, построенных по указанному принципу, градус не является едини­цей измерения, а представляет собой единичный промежуток — масштаб шкалы.

Для пересчета температуры из одной указанной шкалы в другую используют соотношение

t°C = 1,25°R = (5/9) ( t°F - 32).

Создание температурной шкалы, не зависящей от термометрических свойств ве­щества (абсолютной шкалы), принадлежит Кельвину (1848 г.). Термодинамическая (абсолютная) шкала основана на втором законе термодинамики. В соответствии с этим законом коэффициент полезного действия тепловой машины, работаю­щей по обратимому циклу Карно, определяется только температурами нагрева­теля и холодильника и не зависит от свойств вещества. Кельвином для определе­ния температуры было предложено использовать равенство Т_н /Т_х = Q_n /Q_x, где Т_н, Т_х — соответственно температура нагревателя и холодильника; Q_n, Q_x — соответственно количество теплоты, полученное рабочим веществом от нагрева­теля и отданное холодильнику.

Кельвин — 1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки во­ды. Термодинамическая температура может быть также выражена в градусах Цельсия: t = Т - 273,15 К.

В 1968 г. на XIII конференции по мерам и весам была принята усовершенство­ванная температурная шкала под названием «международная практическая температурная шкала 1968» (МПТШ-68).

МПТШ-68 осноывается на ряде воспроизводимых состояний равновесия (ре-перных точек) некоторых веществ — 11 основных и 27 вторичных реперных то­чек, охватывающих диапазон температур от 13,956 до 3660 К (от -259,194 до 3387°С). Числовые значения температур по основным реперным точкам, приве­денные в табл. 1, соответствуют термодинамической шкале и определены с по­мощью газовых термометров.

Таблица 1