Відмінності між версіями «Термометрія»

У середніх віках неодноразово був описаний дослід, в якому пропонувалось потримати одну руку в гарячій воді, а другу – в холодній, після чого обидві руки занурювали у змішану воду. В результаті одна рука відчувала змішану воду як холодну, а друга – як теплу. Незважаючи на велику чутливість організму (до <math>0,1 K</math>) до зміни температури тіла, кількісне вимірювання температури за допомогою наших почуттів неможливо, навіть у дуже вузькому диапазонідіапазоні.

Потреба у вимірюванні температури з пізнавальною і прикладною метою виникла в середенісерединні XVI століття. Для таких вимірювань необхідно було скористатися залежністю будь-якого параметра від температури, яка відома з спостережень. Властивість повітря розширюватись при нагріванні, була відома ще Герону Олександрійському (Іст.). Цим він пояснював те, що вогонь піднімається вгору. У 1597р1597 р. Галілей запропонував для температурних досліджень термоскоп, який складався з заповненого повітрям скляного балончика, з’єднаногоз'єднаного тонкою трубкою з посудиною, заповненою зафарбованою рідиною. Зміна температури балончика викликала зміну рівня зафарбованої рідини. Суттєвим недоліком таких термометрів була залежність їх показань від атмосферного тиску. Конструкцію термометра, подібну сучасної рідинно-скляної, пов’язуютьпов'язують з ім’ямім'ям учня Галілея герцога тосканського Фердинанта II. Термометр являв собою заповнену спиртом герметично запаяну посудину з вертикальним вказівним капіляром. Поділки градусів були нанесені емальовими крапельками беспосередньобезпосередньо на трубку капіляра.

Метрологічна основа термометрії була закладена падуанським лікарем Санкторіо. Використовуючи термоскоп Галілея він ввів дві абсолютні точки, які відповідали температурі при снігопаді і температурі у найбільш спекотний день, і регламентував систему перевірки, за якою всі флорентійські термометри градуювались за зразковим санкторіансько-галілеївським приладом. На початку XVIII ст. було висунуто ряд пропозицій щодо прив’язкиприв'язки термометричної шкали до кількох легко і надійно відтворюваних точок, що надалі одержали назву ''реперних''.

Значна роль у становленні температурних вимірювань належить Фаренгейтові. Він вперше застосував ртуть як термометричне тіло і створив відтворювану температурну шкалу. У шкалі Фаренгейта за нуль прийнята температура сумішисуміші снігаснігу з нашатирем, друга точка відповідала температурі тіла здорової людини. Температура танення льоду в остаточному варіанті шкали дорівнювала 32 градусам, температура тіла людини – 96 градусам, а температура кипіння води, що спочатку була похідною величиною, дорівнювала 212 градусів. Фаренгейтові, який був також успішним підприємцем, вдалося вперше налагодити серійне виробництво уніфікованих термометрів. Шкалу Фаренгейта у технічних та побутових вимірюваннях використовують і досі у Сполучених Штатах Америки.

У 1742р. шведський математик і геодезістгеодезист Цельсій запропонував розбити в ртутному термометрі діапазон між точками танення льоду і кипіння води на 100 однакових частин. В первинному варіанті шкали за 0 була прийнята точка кипіння води, а за 100 градусів ─ точка танення льоду. У 1750 р. ця шкала була «обернена» одним із учнів Цельсія Стреммером. До початку XX ст. була також поширена шкала Реомюра, запропонована в 1730р. французьким зоологом і фізиком Реомюром. Термометр Реомюра використовував як термометричне тіло 80% розчин етіловогоетилового спирту. Один градус шкали Реомюра, як і флорентійський термометр відповідав зміні об’ємуоб'єму рідини на одну тисячну частку. За початок відліку була прийнята точка танення льоду, а температура кипіння води дорівнювала 80 градусам.

Для вимірювання температури необхідно мати одиницю вимірювання і шкалу, за якою відраховується її значення від вибраного рівня. Принцип побудови емпіричної температурної шкали полягає у виборі двох основних легко відтворних реперних точок, яким приписують довільні значення температури <math>t_1</math> i <math> t_2</math>. Температурний діапазон між цими значеннями ділять на рівне число частин <math>N</math> і частину <math>1/N</math> беруть за одиницю вимірювання температури. Далі вибирають фізичну властивість (термометричну величину) <math>E</math>, (об’ємоб'єм рідини, тиск газу, електричний опір, термо – ЕРС), яку умовно вважають лінійно залежною від температури. Звідси витікає рівняння

де <math>k</math> ─ коефіціенткоефіцієнт пропорційності. У інтегральному вигляді маємо

До 1954 р. температурна шкала будувалася з двох реперних точок ─ нормальної точки кипіння води <math> t_2 </math> і нормальної точки танення льоду <math> t_1 </math>. Експериментальні дослідження показали, що потрійна точка води має кращу відтворюваність, ніж точки танення льоду і кипіння води. У зв’язкузв'язку з цим була прийнята міжнародна угода будувати температурну шкалу за одніэюоднією реперною точкою ─ потрійною точкою води. У так званій абсолютній термодинамічній шкалі температур (шкалі Кельвіна) приймається, за визначенням, що температура цієї точки дорівнює точно <math> 273,16 K</math>. Чисельне значення температури потрійної точки води вибрано таким чином, щоб проміжок між нормальними точками танення льоду і кипіння води максимально точно дорівнював <math>100K,</math> якщо використовувати газовий термометр з ідеальним газом. {{sfn|Сивухин Д. В., Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика |2005|сторінки=20—21}}

Дослідження показують, що у природі не існує речовин, фізичні властивості яких строго лінійно пов’язаніпов'язані з температурою. Коефіціент <math>k</math> сам є функцією температури. Шкали температур, побудовані на різних термометричних властивостях, збігаючись в основних точках <math>t_1</math> i <math> t_2</math> дають розбіжні значення температур як у середенісередині діапазону, так і поза ним. Крім вказаної розбіжності до недоліків емпіричних температурних шкал відноситься також відсутність їх безперервності, яка пов’язанапов'язана з нездатністю термометричних тіл працювати у всьому діапазоні можливих температур.

В залежності від методики вимірювань термометри поділяютсяподіляються на дві основні групи:

1. [[Рівняння стану ідеального газу]] Клапейрона. Це рівняння використовується для побудови ідеально-газовойгазової шкали.

2. Рівняння теплового розширення об’ємуоб'єму рідин і газів, що лінійно залежить від температури, є основою волюметричного методу вимірювання температур.

5. Закон Стефана ─ Больцмана, що пов’язуєпов'язує повну енергію теплового випромінювання з температурою лежить в основі неконтактних методів вимірювання температури.