Температурные шкалы

В настоящее время применяются несколько температурных шкал, отличающихся выбором опорных (реперных) точек. В школе Цельсия интервал между точкой плавления льда и точкой кипения воды при нормальном давлении делится на сто равных долей – градусов Цельсия (⁰С). В шкале Фаренгейта за нуль принимается температура смеси льда и соли (-32⁰С), а точка кипения воды принимается за 212 градусов.

Третья шкала – это наиболее употребляемая в научной литературе абсолютная шкала температур. Физический смысл нулевой температуры в этой школе – полное отсутствие молекулярного движения.

Связь между температурными шкалами имеет вид:

Виды термометров

3.1 Газовые термометры. Наиболее строго требованию линейной и существенной зависимости от температуры отвечают параметры идеального газа – объём и давление. Поведение реального газа при небольших давлениях и достаточно высоких температурах практически не отличается от поведения идеального газа. При этой причине газовые температуры используются как эталонные, по ним градуируют и проверяют другие термометры.

Простейший газовый термометр может представлять собой запаянную с одной стороны трубку, в которой некоторая масса газа отделена от атмосферы капелькой ртути или соединена с монометром. (рис.1).

Рис. 1.

При нагревании газ расширяется, а его давление остаётся равным атмосферному. В соответствии с уравнением Клайперона-Менделеева объём и температура находятся в состоянии:

.

Для конкретного термометра выражение в скобках играет роль постоянного коэффициента, зависящего от количества газа и от атмосферного давления.

Процедура измерения температуры газовым термометром сводится к тому, что его помещают в исследуемую среду, затем, дождавшись установления равновесия, определяют объём и по графику находят . На практике часто линейка Л служит шкалой температур.

3.2. Жидкостные термометры.Если ёмкость газового термометра заполнить жидкостью с достаточно большим коэффициентом теплового объёмного расширения, то полученный прибор станет жидкостным термометром. В настоящее время такими жидкостями является ртуть, или подкрашенные спирт, толуол, пентан и некоторые другие вещества.

Для повышения чувствительности и точности измерений термометр состоит из двух сообщающихся объёмов, один из которых содержит основную массу жидкости, а второй служит индикатором изменения объёма (см. рис. 2), для чего ему придаётся форма цилиндра капиллярных размеров.

Жидкостные термометры запаяны с обеих концов, поэтому более удобны в обращении, что послужило причиной их широкого распространения.

К недостатком их можно отнести нелинейность температурной зависимости объёмов, что делает необходимым калибровать их по газовым термометрам. Они отличаются также инерционностью (время вхождения в равновесное состояние со средой не менее 10 минут ), большой собственной теплоёмкостью до 10 Дж/К и размерами рабочей части. Диапазон их работы ограничен с одной стороны температурой кристаллизации, а с другой – температурой кипения жидкости.