4.12. Вимірювання температури

Вимірювати температуру можна тільки непрямим шляхом, грунтуючись на залежності від температури таких фізичних властивостей тіл, які піддаються безпосередньому вимірюванню. До них відносять довжину, об'єм, щільність, термоЭДС, електричний опір і т.д. Речовини, що характеризуються термометричними властивостями, називають термометричними.

4.12.1. Температурні шкали і одиниці теплових величин

Встановлено, що немає жодної термометричної властивості, яка лінійно змінюється із зміною температури і не залежить від інших чинників в широкому інтервалі вимірювання температур.

Фарангейт (1715 р.), Реомюр (1776 р.), Цельсій (1742 р.) при побудові шкал використовували дві опорні, або крапки реперів, що є температурами фазової рівноваги чистих речовин, і наявністю лінійного зв'язку між температурою і термометричними властивостями рідини.

Зв'язок між шкалами Цельсія, Реомюра і Фарангейта можна представити співвідношенням toC = 1,25oR = (5/9)(toF – 32).

Створення температурної шкали, не залежної від термометричних властивостей речовини (абсолютної шкали), належить Кельвіну (1848 р.). Термодинамічна (абсолютна) шкала заснована на другому законі термодинаміки. Відповідно до цього закону коефіцієнт корисної дії теплової машини, що працює по оборотному циклу Корно, визначається тільки температурами нагревателя і холодильника і не залежить від властивостей речовини. Кельвіним для визначення температури було запропоновано використовувати рівність Тн/Тх = Qн/Qх

де Тн, Тх – відповідно температура нагревателя і холодильника;

Qн, Qх – відповідно кількість теплоти, отримана робочою речовиною від нагревателя і віддане холодильнику.

Кельвін – 1/273,16 частина термодинамічної температури потрійної точки води. Термодинамічна температура може бути також виражена в градусах Цельсія: t = Т – 273,15 До.

В даний час діє прийнята на ХIII конференції з мір і вагів ам вдосконалена шкала під назвою "міжнародна практична температурна шкала 1968" (МПТШ – 68). Температури МПТШ – 68 забезпечуються індексами Т68 або t68.

МПТШ – 68 грунтується на ряду відтворних станів рівноваги (крапок реперів) деяких речовин – 11 основних і 27 вторинних крапок реперів, що охоплюють діапазон температур від 13,956 до 3660 До (від –259,194 до 3387 ^оС). Числові значення температур по основних крапках реперів, приведені в табл. 4.2, відповідають термодинамічній шкалі і визначені за допомогою газових термометрів.

Таблиця 4.2

Основні точки реперів МПТШ – 68

Стан рівноваги	Температура		Стан рівноваги	Температура
	Т68 До	t68, оС		Т68 До	t68, оС
Потрійна точка водню	13,81	-259,34	Точка кипіння води	373,15	100
Точка кипіння водню	20,28	-252,87	Точка твердіння олова	505,1181	231,9681
Точка кипіння Неону	27,102	-246,048	Точка твердіння цинку	692,73	419,58
Потрійна точка кисню	54,361	-218,789	Точка твердіння срібла	1235,08	961,93
Точка кипіння кисню	90,188	-182,962	Точка твердіння золота	1337,58	1064,430
Потрійна точка води	273,16	0,01

Газові термометри бувають трьох типів: постійного об'єму, постійного тиску і постійної температури. У газовому термометрі постійного об'єму (рис.4.68) зміна температури газу пропорційна зміні тиску. Газовий термометр складається з балони 1 і сполучної трубки 2, заповнених через вентиль 3 воднем, гелієм або азотом (для високих температур). Сполучна трубка 2 приєднана до трубки 4 двотрубні манометри, у яких трубку 5 можна переміщати вгору і вниз завдяки гнучкому сполучному шлангу 6.

При вимірюванні температури об'єм системи, заповненої газом, змінюється, і для приведення його до первинного значення трубку 5 вертикально переміщають до тих пір, поки рівень ртуті в трубці 4 не співпаде з віссю Х-Х. При цьому стовп ртуті в трубці 5, відлічений від рівня Х-Х, відповідатиме тиску газу Р в балоні. Якщо при температурі потрійної точки води Т0 тиск газу в балоні рівний Р0, то при зміряному тиску Р шукана температура .

Таблиця 4.3

Одиниці теплових величин

Величина	Найменування	Позначення
		Російське	Меж-дуна-рідне
Температура	Кельвін	До	K
Кількість теплоти	Джоуль	Дж	J
Теплоємність ентропія	Джоуль на кельвин	ДЖК-1	JK-1
Тепловий потік	Ват	Вт	W
Коефіцієнт теблообміна коефіцієнт теплопередачі	Ват на квадратний метр-кельвин	Втм-2К-1	Wm-2K-1
Коефіцієнт теплопровідності	Ват на метр-кельвин	Втм-1К-1	Wm-1K-1
Температурний коефіцієнт лінійного розширення	Метр на метр-кельвин	мм-1К-1	mm-1K-1
Температурний коефіцієнт об'ємного розширення	Кубічний метр на кубічний метр-кельвин	м3м-3К-1	m3m-3K-1

Інтерполяція між точками реперів шкали проводиться за допомогою еталонних: платинового термометра опору в інтервалі від 13,81 до 903,89 До; платинородий-платинової термопари в інтервалі температур від 903, 89 до 1337,58 До; квазімонохроматичного термометра з використанням закону випромінювання Планка при температурі зверху

1337,58 До.

За системою SI одиниці деяких теплових величин, вживані в Російській Федерації, приведені в табл. 4.3.