Ecuația de stare a unui gaz ideal
ne permite sa luam ca o cantitate termometrica fie p. sau V. care pot fi măsurate cu o mare precizie.
După cum arată experimentul, gazele suficient de rare sunt foarte apropiate de cele ideale. Prin urmare, ele pot fi luate direct ca un corp termometric.
În acest fel, ele ajung la o scară de temperatură a gazului ideal. Temperatura gazului ideal este temperatura măsurată de un termometru de gaz umplut cu un gaz rarefiat. Avantajul scală temperatură ideală cu gaz înainte ca toate celelalte scale de temperatură empirică este faptul că, după cum arată experiența, temperatura T definită prin formula (4), este foarte slab dependent de natura chimică a rezervorului de gaz, care este umplut cu un termometru cu gaz. Indicațiile diferite termometre cu gaz care măsoară temperatura la unul și același corp difera foarte putin unul de altul.
În practică, termometrul cu gaz este realizat de obicei după cum urmează: volumul gazului V este menținut constant, apoi presiunea măsurată este presiunea măsurată p.
Legea lui Charles pentru punctele de referință în acest caz va avea forma:
unde p1 este presiunea unei anumite mase de gaz apropiată de cea ideală la temperatura de topire a gheții T1; p2 este presiunea la punctul de fierbere al apei T2.
Gradul de temperatură, prin definiție, poate fi ales astfel încât diferența dintre temperaturile indicate să fie egală cu 100, adică
S-a stabilit experimental că presiunea p2 este de 1,3661 ori mai mare decât p1. Prin urmare, pentru a calcula T2 și T1, avem două ecuații: K și. Soluția lor dă T1 = 273,15 K; T2 = 373,15 K.
Pentru determinarea temperaturii oricărui corp, acesta este adus în contact cu un termometru cu gaz și după stabilirea echilibrului termic se măsoară presiunea gazului p din termometru. Temperatura corpului este determinată de formula
Rezultă că p = 0 pentru T = 0. Temperatura corespunzătoare presiunii zero a unui gaz ideal a fost numită zero absolută, iar temperatura, măsurată de la zero absolută, a fost numită temperatura absolută. Aici se introduce conceptul de temperatură zero absolută pe baza extrapolării. În realitate, pe măsură ce ne apropiem de zero absolută, se observă abateri mai semnificative față de legile gazelor ideale, gazele încep să se condenseze. O dovadă riguroasă a existenței temperaturii absolute la zero se bazează pe a doua lege a termodinamicii.
(scară termodinamică absolută de temperatură)
În SI, scara de temperatură a fost convenită să fie determinată de la un punct de referință, în care se ia punctul triplului de apă. În așa numita scală de temperatură absolută termodinamică sau pe scara Kelvin, prin definiție, temperatura acestui punct este exact de 273,16 K.
Această alegere este făcută din valoarea numerică a intervalului dintre normal de topire puncte de gheață și apă clocotită, la cea mai mare precizie posibilă a fost de 100 K, pentru a utiliza un termometru cu gaz cu un gaz ideal. Aceasta stabilește continuitatea scării Kelvin cu scala utilizată anterior cu două puncte de referință. Măsurătorile au arătat că temperatura normală a punctelor de topire de gheață și fierbere de apă aproximativ egal cu scara descrisă în 273.15 și 373.15 K, respectiv.
Scala de temperatură definită în acest mod nu depinde de proprietățile individuale ale substanței termometrice.
Temperatura termodinamică absolută T măsurată pe această scală este o măsură a intensității mișcării haotice a moleculelor și este o funcție monotonă a energiei interne. Pentru un gaz ideal, acesta este direct legat de energia internă ().
Denumirea "termodinamică" a primit-o deoarece poate fi derivată complet independent din calcule pur termodinamice, pe baza celei de-a doua lege a termodinamicii.
Scara termodinamică absolută este scala principală a temperaturii în fizică. În intervalul de temperatură în care este potrivit un termometru cu gaz, această scală practic nu diferă de o scară de temperatură a gazului ideal.
Temperatura pe scara Celsius (t) este legata de T (in K) de ecuatie
Temperatura nu poate fi măsurată direct. Prin urmare, acțiunea termometrelor bazate pe diferite fenomene fizice care depind de temperatura: dilatarea termică a fluidelor, gaze și solide, pentru a modifica presiunea gazului sau temperatura vaporilor saturați, rezistența electrică, termo-emf. susceptibilitatea magnetică etc.
Principalele unități ale dispozitivelor de măsurare a temperaturii sunt element sensibil, în care proprietatea termometrică se realizează și un dispozitiv de măsurare asociat (manometru, un potențiometru, măsurare pod, milivoltmetru etc.).
Termometria moderne standard este un termometru cu gaz cu volum constant (cantitate termometrică este presiunea). Cu temperatură termometre gaz măsură într-o gamă largă de la 4 la 1000 termometre K. gaz sunt utilizate în mod obișnuit ca dispozitive primare, care sunt calibrate termometre secundare utilizate în mod direct în experimente.
Din termometrele secundare, termometrele lichide, termometrele de rezistență și termocuplurile (termocupluri) au fost utilizate cel mai frecvent.
În termometrele lichide, un corp termometric, ca regulă, este mercurul sau alcoolul etilic. De regulă, termometrele lichide sunt utilizate în intervalul de temperaturi de la 125 la 900 K. Limita inferioară a temperaturilor măsurate este determinată de proprietățile lichidului, cea superioară de proprietățile sticlei capilarului.
În termometre, corpul termometric este un metal sau un semiconductor a cărui rezistență variază în funcție de temperatură. Schimbarea rezistenței cu temperatura este măsurată utilizând circuitele de legătură (vezi Fig.). Termometrele cu rezistență metalică sunt utilizate în intervalul de temperaturi de la 70 la 1300 K, de la semiconductori (termistori) în domeniul de la 150 la 400 K, iar cei din carbon la temperaturile de heliu lichid.
Termometrele bazate pe termocupluri au fost utilizate pe scară largă în măsurătorile de temperatură. Corpul termometric este servit de două joncțiuni de metale diferite. Dacă sunt conectați doi conductori conform schemei (vezi Fig.), Apoi voltmetrul din circuit va înregistra tensiunea,
care este proporțională cu diferența dintre temperaturile joncțiunilor 1 și 2. Dacă temperatura unuia dintre joncțiuni este menținută constantă, citirile voltmetrului vor depinde numai de temperatura celei de a doua joncțiuni. Astfel de termometre sunt deosebit de convenabile pentru utilizarea în regiunea cu temperaturi ridicate - aproximativ 700-2300 K.
La o temperatură foarte ridicată, materialele topite și tipurile de termometre descrise nu sunt aplicabile. În acest caz, corpul însuși este luat ca un corp termometric, a cărui temperatură trebuie măsurată, iar energia electromagnetică radiată de corp ca o cantitate termometrică. Conform legilor despre radiații cunoscute, se face o concluzie privind temperatura corpului. Comitetul Internațional pentru Greutăți și Măsuri a stabilit o scară termodinamică la temperaturi de peste 1064, tocmai pe baza legilor privind radiațiile. Instrumentele care măsoară energia radiațiilor se numesc pirometre.
La temperaturi foarte scăzute ( „1K), de asemenea, nu se aplică temperatura convențională tehnicilor de măsurare, deoarece egalizarea temperaturii în contact este foarte lent și, în plus, valorile termometrice obișnuite devin inutilizabile (de exemplu, presiunea gazului devine extrem de mică, rezistența este practic independentă de temperatură ). În aceste condiții, este luat în organism în sine ca organism thermometric și valoare ca termometrică - proprietățile sale caracteristice, cum ar fi cele magnetice.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: