Определение понятия температура. Температурная шкала. Принцип создания термодинамической шкалы температур

Температура – это физическая величина которая характеризует степень нагретости тела. Практические все технологические процессы и различные свойства вещества зависят от температуры. В отличии от таких физических величин как длинна, масса и т.д. температура является не экстенсивной (параметрической) а интенсивной (активной) величиной. М₁+М₂=М, L=l₁+l_2, T≠ t₁+t_2. Поэтому не представляется возможным создания эталона температуры, как например эталона длинны, массы, сопротивления. Измерять температуру можно только косвенным путем, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению. Эти свойства тел называются термометрическими. Это длинна, объем (расширение), Термо ЭДС и т.д.

Средство измерения температуры называют термометром. Для создания термометра нужно иметь температурную шкалу. Температурной шкалой называют конкретную функциональную числовую связь температуры со значениями измеряемого термометрического свойства. Первые шкалы появились в 18 веке, для их построения выбирались две опорные реперные точки, T1 и T2 представляющие собой фазовое равновесие чистых веществ. Разность температур T1 и T2 называют основным температурным интервалом. Были созданы три основные шкалы 1715 – Фаренгейт 1742- Цельсий 1776- Ремеамюр. Две опорные точки: точка плавления льда +32⁰ по Фаренгейту, и кипения воды +212⁰ Фаренгейту. t⁰F, t⁰R, t⁰C, t⁰C=1,25R=5/9(t⁰F - 32). Для шкал построенных таким методом градус не является основным методом измерения, а представляет единичный промежуток – масштаб шкалы. На основе описанного способа построения можно получить любое количество температурных шкал, которые называются условными, а масштаб этих шкал условными градусами. Показания термометров имеющих разные вещества: спирт, ртуть и т.д. использующих одно и тоже термометрическое свойство, будут совпадать только в реперных точках. Проблемы создания шкал на зависящих от термометрических свойств вещества была решена в 1848 году Кельвином и эта шкала была названа термодинамической. Термодинамическая шкала температур основана на использовании второго закона термодинамики. Кельвин взял за основу обратимый цикл Карно. КПД тепловой машины работающей по циклу Карно определяется только температурами нагревателя t_н и t_х и не зависит от свойств рабочего вещества. ;Где: Q_Ни Q_Х– количество теплоты полученное рабочим телом от нагревателя и отданное холодильнику. Кельвин предложил использовать соотношение: ; Q_кв; Т_кв; Т_н – кипящая вода;Q_тпл; Т_тпл; Т_х – тающий лед; Т_н- Т_х=100. Таким образом оказалось

Из этих всех предположений он вывел - уравнение стоградусной термодинамической шкалы температур показывает, что значение температуры линейно связано с количеством теплоты Q, полученной рабочим веществом тепловой машины при совершении ею цикла Карно и как следствие не зависит от свойств термометрического вещества. За один градус термодинамической температуры принимают такую разность между температурой тела и температурой таяния льда при которой производимая по обратному циклу Карно работа равна одной сотой (0,01) части работы совершаемой в цикле Карно между температурой кипения воды и таяния льда. Из формулы «2» следует что при максимальном значении «η» КПД=1 температура холодильника должна быть равна нулю. Это наименьшая температура была названа Кельвином абсолютным нулем. Температура по термодинамической шкале обозначается «Т». Если в выражение описывающее газовый закон Гей-Люссака Где: Р₀ – давление при температуре 0⁰С. ά – температурный коэффициент давления.

подставим значение равное t=-ά^-1 то давление газа Рt=0, можно предположить что температура t=-ά^-1 и есть минимально возможная, и по шкале Кельвина принятая за 0⁰К. Из закона Бойля-Мариотта известно что для газов температурный коэффициент давления ά равен температурному коэффициенты объемного расширения β. Было найдено что для всех газов при давлении стремящемся к нуля в интервале температур от 0 до 100 ⁰С, коэффициент β=1/273,15. Таким образом нулевое значение абсолютной температуры соответствует t=-ά^-1=-β^-1=-273,15 ⁰С, температура таяния льда = 273,15 К. Термодинамическая шкала температур основанная на двух реперных точках обладала не достаточной точностью измерения т.к. температура зависела от давления химического состава и д.р. В 1954 году международный комитет мер и весов принял рекомендацию о переходе к определению термодинамической шкалы по тройной точке воды (точка равновесия воды: твердой, жидкой и газообразной фазы), которое легко воспроизводится в специальных сосудах с погрешностью не более 0,0001 К. Температура этой точки 273,16 К, второй точкой является абсолютный нуль. В 1967 году на другой конференции по мерам и весом уточнены определения единицы термодинамической температуры 1 К = 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. В настоящее время действует принятая на тринадцатой конференции усовершенствованная шкала под название «Международная практическая шкала 1968» (МПТШ-68). Определение практическая указывает на то, что температурная шкала в общем не совпадает с термодинамической. Температура МПТШ-68 иногда снабжается индексами T₆₈ или t₆₈.