ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ

       

системы сопоставимых значений темп-ры. Темп-ру невозможно измерить непосредственно; её значение определяют по температурному изменению к.-л. удобного для измерений физ. св-ва в-ва (см. ТЕРМОМЕТРИЯ). Термометрич. св-вом х могут быть давление газа, электрич. сопротивление, тепловое расширение жидкости, скорость звука и т. д. При построении Т. ш. приписывают значение темп-ры t1 и t2 двум фиксированным температурным точкам х=х1 и х=х2, напр. точке плавления льда и точке кипения воды. Разность темп-р i2-t1 наз. основным температурным интервалом Т. ш. Считая произвольно, что связь между выбранным термометрич. св-вом х и t линейная, и полагая для удобства t1=0, получаем для любого t по установленной т. о. эмпирической или условной Т. ш.

t=t2(x-x1)/(x2-x1)

Т. ш. представляет собой, т. о., конкретную функциональную числовую связь темп-ры со значениями измеряемого термометрич. св-ва. Возможно неограниченное число Т. ш., различающихся по термометрич. св-ву, принятой зависимости t(х) и темп-рам фиксированных точек. В простейшем случае Т. ш. различаются значениями t1 и t2, принятыми для одинаковых физ. состояний. Так, в шкалах Цельсия t°С, Реомюра t°R и Фаренгейта t°F точкам плавления льда и кипения воды при норм. давлении соответствуют разные значения темп-ры. Соотношение для пересчёта темп-ры из одной шкалы в другую: t°С=1,25 t°R=5/9(t°F-32). В общем случае Т. ш., различающиеся по термометрич. св-ву, существенно различны и пересчёт темп-ры от одной Т. ш. к другой без дополнит. эксперим. данных невозможен.

Принципиальный недостаток эмпирич. Т. ш.— их зависимость от термометрич, в-ва — отсутствует у термодинамической Т. ш., основанной на втором начале термодинамики. При определении термодинамич. Т. ш. исходят из Карно цикла. Если в цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту Q1 при темп-ре Т1 и отдаёт теплоту Q2 при темп-ре Т2, то отношение T1/T2=Q1/Q2 не зависит от св-ва рабочего тела и позволяет по доступным для измерений величинам Q1 и Q2 определять термодинамич. темп-ру. Дополнит. преимущество термодинамич. Т. ш. в том, что определённые по ней темп-ры входят в ф-лы термодинамики, служащие основой всех теплоофиз. расчётов. Для термодинамич. Т. ш., как и для любой другой, необходимо задать значения двух фиксированных темп-р. Общепринято считать T1=0 при абс. нуле темп-р и T2=273,15 К в точке плавления льда при норм. давлении. Температура по термодинамич. Т. ш. измеряется в Кельвинах (К). Введение T1=0 явл. экстраполяцией и не требует реализации абс. нуля. Определённая т. о. термодинамическая, или абсолютная, Т. ш. (шкала Кельвина) имеет единицу темп-ры, совпадающую с таковой для стоградусной шкалы Цельсия, основанной на идеальном газе и значениях tl=0°C (в точке плавления льда) и t2=100°C (в точке кипения воды). Соотношение между темп-рами по шкалам Цельсия и Кельвина Tк=t°с+273,15К. В США часто применяют термодинамич. Т. ш. Ранкина, темп-ра TR по к-рой связана с Тк. соотношением: TК = 5/9TR.

На практике при измерении темп-ры по термодинамич. Т. ш. применяют, как правило, не цикл Карно, а одно из строгих следствий второго начала термодинамики, связывающее удобно измеряемое термометрич. св-во с термодинамич. темп-рой. В числе таких соотношений: законы идеального газа, восприимчивость идеального парамагнетика, законы излучения абсолютно чёрного тела и т. д. В широком интервале темп-р, примерно от точки кипения гелия до точки затвердевания золота, наиболее точные измерения термодинамич. темп-ры обеспечивает газовый термометр.

Для практич. целей измерять термодинамич. темп-ру одним из указанных методов с высокой точностью невозможно. Поэтому значения Т по термодинамич. Т. ш. наносят на удобный вторичный термометр, часто более чувствительный и стабильный, чем прибор, воспроизводящий термодинамич. Т. ш. Поскольку для термометрич. св-ва вторичного термометра, напр. электрич. сопротивления платины, нет заранее точно известной связи с Т, его градуируют по термодинамич. Т. ш. в количестве точек, достаточном для нахождения всей градуировочной кривой. Трудность работы с термометром, измеряющим термодинамич. темп-ру, и его худшая воспроизводимость по сравнению со вторичным термометром заставляет на практике градуировать его по высокостабильным реперным температурным точкам, таким, как тройные точки водорода, кислорода, аргона, точки кипения этих и др. газов (напр., неона), точки затвердевания чистых металлов и др., темп-ры к-рых по термодинамич. Т. ш. заранее найдены предельно точными измерениями. Вычисление всей градуировочной кривой вторичного термометра производится методами, разработанными при исследовании его термометрич. св-ва приборами, измеряющими термодинамич. темп-ру. Т. о. устанавливается основанная на вторичном термометре практическая Т. ш., совпадающая с термодинамич. Т. ш. в пределах точности измерений, воспроизводимости приборов и методов вычисления градуировочной кривой. Если дополнительно показано, что осуществлённые т. о. градуировки всех вторичных термометров выбранного типа совпадают с высокой точностью, то такую Т. ш. считают независимой от конкретного термометра и удобной в качестве Междунар. практич. Т. ш. В СССР принята Междунар. практич. Т. ш. (МПТШ-68), по к-рой градуируются все приборы для измерения темп-ры.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.