Основные сведения о термометрии

Первые приборы для измерения температуры, появившиеся в 17 в., позволили выделить температуру как особую физическую величину, значение которой определялось по температурной зависимости какого-либо свойства тела, т. е. по шкале этого свойства. Так возникла область измерений температуры, которую впоследствии назвали термометрией.

Термометрия - раздел технической физики, в которой изучаются методы и средства измерения температуры, теоретические основаны способов построения термодинамической и практических температурных шкал и созданные на этой основе эталоны и образцовые средства измерений температуры.

Температура один из параметров состояния вещества: газа, жидкости или твердого тела. Температура определяет тепловое состояние тела и направление теплопередачи.

Для жидкостей и твердых тел функциональная связь температуры с внутренней энергией выражается сложными аналитическими зависимостями. Температура определяет не только характеристики тепловых процессов, от нее зависят многие физические свойства: теплопроводность, температуропроводность, теплоемкость, температурные коэффициенты линейного и объемного расширения, кристаллические структуры веществ, электрические, магнитные, оптические и атомные свойства.

Температурные зависимости физических свойств веществ можно положить в основу методов измерения температуры и построение температурной шкалы.

Температурная шкала - это ряд последовательных значений температуры, образуемый в соответствии с выбранным законом, определяющим взаимосвязь термометрического параметра (свойств) и температуры. Для построения температурной шкалы выбирают две основные точки и , присваивают производные значения температуры. Интервал между этими точками ( - ) называют основным интервалом температурной шкалы. Разделив основной интервал на N равных частей устанавливают цену деления шкалы, другими словами размер единицы температуры

(5.1)

Принимая линейную зависимость между температурой t и физическими (термометрическими) свойством Е, можно найти уравнение шкалы в следующем виде:

. (5.2)

Экспериментально установили, что уравнение (5.2) для различных термометрических веществ (или свойств), как правило, не имеет линейную зависимость t=f(E). На основе этого уравнения построили температурные шкалы, которые уже рассматривались в теоретических предпосылках раздела 3.

Шкала Фаренгейта (1723 г.) определена по двум реперным точкам: за 0 ºF принята температура смеси льда с солью и нашатырем, а 96 ºF – температура тела человека. Точка плавления льда на такой шкале имеет температуру 32 ºF, точка кипения воды 212 ºF. Отсюда следует, что 1/180 часть интервала между точками плавления льда и точкой кипения воды составляет размер единицы температуры - градуса Фаренгейта (º F). В качестве термометрического вещества Фаренгейт использовал в начале спирт, а затем ртуть.

Шкала Ренкина - температурная шкала с началом при абсолютном нуле, причем размер единице температуры – градуса Ренкина (T ºRn) равен размеру единицы температуры Фаренгейта (t ºF): 1 ºRn = 1 ºF. Соотношение между температурами T ºRn и t ºF следующее: t ºF = T ( ºRn) - 459,67.

Шкала Реомюра (1736 г.) основано на ртутном термометре с двумя реперными точками: точкой плавления льда и точкой кипения воды. Интервал между этими точками составляет 80 равных характерных частей, а размер единицы температуры - градуса Реомюра ( º R) равен 1/80 части указанного интервала.

Шкала Цельсия (1742 г.) основано на ртутном термометре с двумя реперными точками: точкой плавления льда и точкой кипения воды. Интервал между этими точками составляет 100 равных характерных частей, а размер единицы температуры - градуса Цельсия ( º C) равен 1/100 части указанного интервала.

Область измерения низких и сверхнизких температур находит широкое применение в связи с внедрением криогенной техники в промышленность и научных исследования, в том числе в энергетику, химические отрасли народного хозяйства, медицину, в теплофизические исследования свойств материалов и процессов теплообмена.

Потребности развития области измерений высоких и сверхвысоких температур обусловлены разработками новых энергетических установок, использующих термоядерные реакции, плазменные процессы, лазерное излучение большой мощности. Отсюда возникают задачи исследований физико-химических свойств веществ и материалов в условиях высоких температур.