473

Білет №1

1.У чому полягає принцип побудови температурних шкал, назвати їх основні види?

Температурою називається фізична величина, яка характерезує ступінь нагрітості тіла. Це умовна статистична величина прямо пропорційна середній кінетичній енергії частинок речовини (молекул або атомів).

Вимірювання температури практично можливе тільки методом порівняння нагрітості двох тіл. Для порівняння використовують зміну певної фізичної властивості цих тіл, яка залежить від температури і легко надається вимірюванню.

Для переходу до кількісного визначення температури необхідно встановити шкалу температур, тобто вибрати початок відліку і одиницю вимірювання температурного інтервалу (градус).

До запрвадження єдиної температурної шкали всі шкали представляли собою ряд відміток всередині температурного інтервалу, обмеженого двома відтворюваними постійними точками кипіння і плавлення хімічно чистих речовин. Цим температурам приписувались довільні числові значення i .

При розмітці температурної шкали найчастіше використовували об’ємне розширення тіл при нагріванні, а постійними точками приймали температури кипіння води і танення льоду. На цьому принципі базуються температурні шкали (умовні), створені Ломоносовим, Фаренгейтом, Реомюром і Цельсієм. При побудові цих шкал була прийнята лінійна залежність між об’ємним розширенням рідини dV і зміною температури dt, тобто

, (9.1)

де k – коефіцієнт пропорційності.

Рівняння шкали температур, яка отримується виходячи з умови (9.1), має вигляд:

(9.2)

де i - об'єми рідини, які відповідають температурам i .

В природі не існує рідин з лінійною залежністю між об'ємним розширенням і температурою. Тому покази термометрів залежать від природи термометричної речовини (ртуті, спирту і т.п.).

Проблема створення температурної шкали, яка не залежала би від термометричних властивостей речовин була вирішена в 1848 році Кельвіном. Запропонована ним шкала, яка називається термодинамічною, базується на використанні другого закону термодинаміки, згідно з яким температура визначається з рівності:

T₂/(T₂-T₁)=Q₂/(Q₂-Q₁), (9.3)

де T₁ i T₂ – температури відповідно холодильника і нагрівача;

Q₁ i Q₂ – відповідно кількість теплоти, отриманої робочою речовиною від нагрівача і відданої холодильнику.

Для термодинамічної шкали було запропоновано приняти різницю термодинамічних температур між точками кипіння води Т₁₀₀ і танення льоду Т₀, що становить 100. Позначивши кількість теплоти, яка відповідає цим температурам, через Q₁₀₀ i Q₀ отримаємо з (9.3) для будь-якої температури Т

(9.4)

Вираз (9.4) є рівнянням стоградусної термодинамічної шкали температур. Дана шкала співпадає з шкалою газового термометра, заповненого ідеальним газом, для якого температурний коефіцієнт об'ємного розширення рівний 1/273,15 при тиску, який наближається до нуля. Тому абсолютний нуль за шкалою Кельвіна рівний –273,15С. З 1954 року в шкалі Кельвіна прийнята єдина експериментальна основна точка – потрійна точка води (точка рівноваги води в твердій, рідкий і газоподібній фазах), яка легко відтворюється. Температура цієї точки прийнята рівною 273,16.

В 1927 році на VII Генеральній конференції з мір і ваг було прийнято рішення замінити термодинамічну шкалу "практичною" температурною шкалою і з 1948 її назвали року шкалою Цельсія, яка базується на ряді відтворюваних рівноважних станів, яким приписані певні значення температур (всього 11 основних реперних точок) і на еталонних приладах, проградуйованих при цих температурах.