Repetitor.Biniko.com
   Образовательный портал


Бесплатный каталог репетиторов
Новости   Профессии   Блоги
Вопросы и ответы   Форум
On-line тестирование






 
Главная
Поиск
Новости
Статьи
Профессии
ЕГЭ - Россия
ВНТ - Украина
ЕНТ - Казахстан
ЦТ - Беларусь
Блоги
Репетиторы
Вопросы и ответы
On-line тестирование
Форум

 




Регистрация:

  Учителя
  Учащиеся
Логин:    Пароль:   


Блоги

Категория: Физика

3. Эмпирические температурные шкалы

3. Эмпирические температурные шкалы



1. Мы описали лишь способ, позволяющий убедиться в равенстве или различии температур двух тел. Но мы еще не определили температуру количественно. Решение этого вопроса сводится к установлению температурной шкалы, т. е. к принятию системы правил, с помощью которых каждая температура может быть охарактеризована определенным числом. Пока мы не располагаем коли-



чественным определением температуры, в выборе этих правил имеется широкий произвол. Необходимо только, чтобы соответствие между температурами и числами было взаимно однозначным.

Температурная шкала может быть установлена с помощью любого термоскопа. Проградуированный по определенному правилу термоскоп превращается в термометр, т. е. прибор, предназначенный для измерения температур. Важными требованиями, предъявляемыми к термометру, являются его чувствительность, точность измерений и их воспроизводимость. Другим полезным свойством термометра является быстрота перехода его в состояние теплового равновесия с телом, температура которого подлежит изме-рению.

Основной частью большинства термометров является термометрическое тело, приводимое в тепловой контакт с телом, температуру которого надо измерить. Физическая величина, служащая индикатором температуры, называется термометрической величиной. Так, в жидкостных термометрах термометрическим телом служит жидкость (например, ртуть) в резервуаре термометра, а термометрической величиной — ее объем. В термометрах сопротивления термометрическими телами являются металлические проволоки или полупроводники, термометрическими величинами — их электрические сопротивления. В термопарных термометрах термометрическим телом является термопара, термометрической величиной — электродвижущая сила, возникающая при наличии разности температур между спаями термопары.

2. Возьмем произвольный термометр и обозначим буквой а термометрическую величину (объем жидкости, электрическое сопротивление, электродвижущую силу и т. п.). При нагревании величина а должна меняться монотонно. Иначе между а и температурой Т не будет взаимно однозначного соответствия. Так, объем определенной массы воды не годится в качестве термометрической величины, так как при нагревании он проходит через минимум (около 4 °С). По самому смыслу величины а между ней и температурой Т имеется функциональная связь:

T = f(a).

Однако вид функции / (а) определить нельзя, пока не выбрана та или иная температурная шкала. Более того, само введение температурной шкалы принципиально сводится к выбору определенной функции / (а). Надо условиться в качестве / (а) взять какую-либо произвольную монотонную функцию величины а. Таким образом, с помощью одного и того же термометра можно построить бесконечное множество температурных шкал, отличающихся друг от друга выбором функции / (а). Нет никаких принципиальных соображений, за исключением требований простоты, которые заставили бы предпочесть какую-либо одну из этих шкал перед другими. Простейший способ состоит в том, чтобы в качестве / (а) взять линейную однородную функцию, т. е. положить

Т = Аа. (3.1)

Постоянную А можно выбрать произвольно. Выбором этой постоянной однозначно определится и единица температуры — градус. Однако в действительности поступают иначе. А именно, постоянную А вычисляют, приписывая какой-либо температурной точке определенную температуру или двум температурным точкам — определенную разность температур. Такие температурные точки называются реперными. До 1954 г. температурная шкала строилась по двум реперным точкам — нормальной точке кипения воды Тк и нормальной точке плавления льда Тпл. (Под последней понимают равновесную температуру чистого льда и насыщенной воздухом воды.) Принималось, по определению, что разность температур этих точек Тк — Тпл равна 100°. После этого постоянная А вычислялась по очевидной формуле

Л. Тк Тпя 100 „ _

— а —а _ а —а а-г>

где ак и апл — значения термометрической величины а в соответствующих реперных точках.

Экспериментальные исследования показали, однако, что тройная точка воды (Ттр) обладает лучшей воспроизводимостью, чем нормальные точки плавления льда и кипения воды. Поэтому было принято международное соглашение строить температурную шкалу по одной реперной точке — тройной точке воды. В так называемой абсолютной термодинамической шкале температур или шкале Кельвина принимается по определению, что температура этой точки равна точно 273,16 градусов. Постоянная А при таком построении температурной шкалы должна вычисляться по формуле

TTD 273,16

Л = -2- = . (3.3)

^ТР ^ТР

Такой выбор численного значения температуры тройной точки воды сделан для того, чтобы промежуток между нормальными точками плавления льда и кипения воды с максимально возможной точностью составлял 100 градусов, если пользоваться газовым термометром с идеальным газом. Тем самым устанавливается преемственность шкалы Кельвина с ранее применявшейся шкалой с двумя реперными точками. Измерения показали, что температуры нормальных точек плавления льда и кипения воды в описанной шкале равны приближенно 273,15 и 373,15 градусов соответственно.

3. Описанный способ построения температурной шкалы, равно как и значения температуры Т, зависят от того, какая величина а принята в качестве индикатора температуры. Температура Т,



отсчитываемая по какому-либо термометру, называется эмпирической температурой, а соответствующая шкала температур — эмпирической температурной шкалой. Таким образом, в зависимости от выбора термометрической величины а, можно осуществить бесконечное множество эмпирических температурных шкал. Они будут совпадать между собой, вообще говоря, только в основных реперных точках, принятых при построении температурной шкалы (т. е. в тройной точке воды, когда шкала строится по одной реперной точке, или в нормальных точках плавления льда и кипения воды, если шкала строится по двум реперным точкам). Во всех остальных точках, как правило, шкалы совпадать не будут. Это означает, что различные термометры, например ртутный и спиртовый или термометры сопротивления с железной и медной проволокой, при измерении температуры одного и того же тела будут давать, как правило, разные показания. Для устранения возникшей неоднозначности можно было бы условно принять какой-либо определенный термометр за основной и по нему градуировать все остальные термометры. Но какой термометр следует принять за основной?



Автор: Диков Александр Дата: 2010-05-17 00:43:58 Просмотров: 1337


Комментарии отсутствуют


 

Добавить комментарий:


Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

 

    Репетиторы, математика, русский язык, физика, сдать ЕГЭ, ЕГЭ 2012, тестирование ЕГЭ, ответы по ЕГЭ, репетитор, карта сайта,


    Все права защищены и принадлежат авторам размещающих материалы на сайте. Данный сайт ни какой ответственности за размещенный материал не несет. Копирование материалов возможна только с указанием URL ссылки на исходный материал.