4.2. Контроль температуры

По современным представлениям температура - это условная статистическая величина, прямо пропорциональная средней кине­тической энергии частиц вещества (молекул или атомов). В применении к отдельной молекуле понятие «температура» не применяется.

К пространству с разреженной материей статистические законы не применимы. Температура в этом случае определяется мощностью потоков лучистой энергии, пронизывающей тело. Понятие «температура» расширяется с развитием науки и техники. В частности, при изучении высокотемпературной плазмы используется понятие «электронная температура».

Температурные шкалы

Чтобы перейти к количественному определению температуры, необходимо установить шкалу температур, т.е. выбрать начало отсчета (нуль температурной шкалы) и единицу измерения температурного интервала (градус) [3].

Для построения температурной шкалы необходимо выбрать термометрическое вещество. Затем задают начальную точку отсчета и размер единицы температуры. Для определения размера единицы температуры выбирают как минимум 2 реперных, то есть постоянных точек, соответствующих точкам фазовых равновесий. Расстояние между 2 реперными точками это температурный интервал. Его разбивают на определенное количество равных частей. В результате получают единицу температуры (градус).

В термодинамической шкале Цельсия нижней реперной точкой является точка таяния льда 0⁰С, верхней реперной точкой – точка кипения воды 100⁰С. Существуют так называемые эмпирические температурные шкалы, в частности, шкала Реомюра (0⁰С = 0⁰R, 100⁰С = 80⁰R) и шкала Фаренгейта (0⁰С = 32⁰F, 100⁰С = 212⁰F).

В термодинамической шкале Кельвина нижней точкой является точка абсолютного нуля (°К), а единственной экспериментальной основной точкой – тройная точка воды. Этой точке присвоено числовое значение 273,16° К. Тройная точка воды – это точка равно­весия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах. Термодинамическую температуру обозначают через Т, а число­вые значения сопровождают знаком К. Решением XIΙΙ Генеральной конференции по мерам и весам принята Международная практическая температурная шкала (МТШ-90). В соответствии с МТШ-90 установлено равенство 1⁰С = 1К, при этом имеет место равенство:

T [K] = t [⁰C] + 273, 15[K].

На оси температур это выглядит так:

Для построения МТШ - 90 приняты следующие реперные точки, для которых установлены числовые значения в °С (при нормальном давлении):

Тройная точка водорода…………………………………… -259,34

Точка кипения водорода…………………………………… -256,108

Точка кипения неона………………………………………. -246,048

Тройная точка кислорода ………………………………… -218,789

Точка кипения кислорода …………-182,962

Тройная точка воды ………………………………………. +0,01

Точка кипения воды …………………………………….. .. +100,00

Точка затвердевания цинка………………………………. .+419,58

Точка затвердевания серебра…………………………….. . +961,93

Точка затвердевания золота……………………………….. +1064,43

Достигнутая к настоящему времени точность воспроизведения шкалы МТШ -90 характеризуется следующей погрешностью:

Температура, К	Относительная погрешность
1	3·10-3
10	10-3
100	5·10-5
273,15	10-6
800	10-5
1500	2·10-4
4000	2·10-3
10000	6·10-2

Таблица 4.4. Точность воспроизведения шкалы МТШ – 90

Ясно, что через 100 - 200 лет цифры в этой таблице изменятся.