«Температурные шкалы»

системы сопоставимых числовых значений температуры (См. Температура). температура не является непосредственно измеряемой величиной; её значение определяют по температурному изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества (см. Термометрия). Выбрав термометрическое вещество и свойство, необходимо задать начальную точку отсчёта и размер единицы температуры — градуса. Таким образом определяют эмпирические Т. ш. В Т. ш. обычно фиксируют две основные температуры, соответствующие точкам фазовых равновесий однокомпонентных систем (так называемые реперные или постоянные точки), расстояние между которыми называется основным температурным интервалом шкалы. В качестве реперных точек используют: тройную точку воды, точки кипения воды, водорода и кислорода, точки затвердевания серебра, золота и др. Размер единичного интервала (единицы температуры) устанавливают как определённую долю основного интервала. За начало отсчёта Т. ш. принимают одну из реперных точек. Так можно определить эмпирическую (условную) Т. ш. по любому термометрическому свойству х. Если принять, что связь между х и температурой t линейна, то температура t^x= n(x_t- х₀) /(x_n- x₀), где x_t, x₀ и x_n — числовые значения свойства х при температуре t в начальной и конечной точках основного интервала, (x_n- x₀) / n — размер градуса, п — число делений основного интервала.

В Цельсия шкале (См. Цельсия шкала), например, за начало отсчёта принята температура затвердевания воды (таяния льда), основной интервал между точками затвердевания и кипения воды разделён на 100 равных частей (n = 100).

Т. ш. представляет собой, таким образом, систему последовательных значений температуры, связанных линейно со значениями измеряемой физической величины (эта величина должна быть однозначной и монотонной функцией температуры). В общем случае Т. ш. могут различаться по термометричкому свойству (им может быть тепловое расширение тел, изменение электрического сопротивления проводников с температурой и т. п.), по термометрическому веществу (газ, жидкость, твёрдое тело), а также зависеть от реперных точек. В простейшем случае Т. ш. различаются числовыми значениями, принятыми для одинаковых реперных точек. Так, в шкалах Цельсия (°С), Реомюра (°R) и Фаренгейта (°F) точкам таяния льда и кипения воды при нормальном давлении приписаны разные значения температуры. Соотношение для пересчёта температуры из одной шкалы в другую:

n °C = 0,8n°R = (1,8n+32) °F.

Непосредственный пересчёт для Т. ш., различающихся основными температурами, без дополнительных экспериментальных данных невозможен. Т. ш., различающиеся по термометрическому свойству или веществу, существенно различны. Возможно неограниченное число не совпадающих друг с другом эмпирических Т. ш., так как все термометрические свойства связаны с температурой нелинейно и степень нелинейности различна для разных свойств и вещественную температуру, измеренную по эмпирической Т. ш., называют условной («ртутная», «платиновая» температура и т. д.), её единицу — условным градусом. Среди эмпирических Т. ш. особое место занимают газовые шкалы, в которых термометрическим веществом служат газы («азотная», «водородная», «гелиевая» Т. ш.). Эти Т. ш. меньше других зависят от применяемого газа и могут быть (введением поправок) приведены к теоретической газовой Т. ш. Авогадро, справедливой для идеального газа (см. Газовый термометр). Абсолютной эмпирической Т. ш. называют шкалу, абсолютный нуль которой соответствует температуре, при которой численное значение физического свойства х = 0(например, в газовой Т. ш. Авогадро абсолютный нуль температуры соответствует нулевому давлению идеального газа). температуры t^(x)(по эмпирической Т. ш.) и Т^(Х) (по абсолютной эмпирической Т. ш.) связаны соотношением T^(X)=t^(x)+T₀^(x), где T₀^(x — абсолютный нуль эмпирической Т. ш. (введение абсолютного нуля является экстраполяцией и не предполагает его реализации).

Принципиальный недостаток эмпирической Т. ш. — их зависимость от термометрического вещества — отсутствует у термодинамической Т. ш., основанной на втором начале термодинамики (См. Второе начало термодинамики). При определении абсолютной термодинамической Т. ш. (шкала Кельвина) исходят из Карно цикла. Если в цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту Q₁ при температуре T₁ и отдаёт теплоту Q₂ при температуре Т₂, то отношение T₁ / T₂ = Q₁ / Q₂не зависит от свойств рабочего тела и позволяет по доступным для измерений величинам Q₁ и Q₂ определять абсолютную температуру. Вначале основной интервал этой шкалы был задан точками таяния льда и кипения воды при атмосферном давлении, единица абсолютной температуры соответствовала Генеральные конференции по мерам и весам) установила термодинамическую Т. ш. с одной реперной точкой — тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °С. температура Т в абсолютной термодинамической Т. ш. измеряется в Кельвинах (К). Термодинамическая Т. ш., в которой для точки таяния льда принята температура t = 0 °С, называется стоградусной. Соотношения между температурами, выраженными в шкале Цельсия и абсолютной термодинамической Т. ш.:

TK = t°C + 273,15K, nK=n°C,

так что размер единиц в этих шкалах одинаков. В США и некоторых др. странах, где принято измерять температуру по шкале Фаренгейта, применяют также абсолютную Т. ш. Ранкина. Соотношение между кельвином и градусом Ранкина: nK = 1,8n °Ra, по шкале Ранкина точка таяния льда соответствует 491,67 °Ra, точка кипения воды 671,67 °Ra.

Любая эмпирическая Т. ш. приводится к термодинамической Т. ш. введением поправок, учитывающих характер связи термометрического свойства с термодинамической температурой. Термодинамическая Т. ш. осуществляется не непосредственно (проведением цикла Карно с термометрическим веществом), а с помощью других процессов, связанных с термодинамической температурой. В широком интервале температур (примерно от точки кипения гелия до точки затвердевания золота) термодинамические Т. ш. совпадают с Т. ш. Авогадро, так что термодинамическую температуру определяют по газовой, которую измеряют газовым термометром. При более низких температурах термодинамическая Т. ш. осуществляется по температурной зависимости магнитной восприимчивости парамагнетиков (см. Низкие температуры), при более высоких — по измерениям интенсивности излучения абсолютно чёрного тела (см. Пирометрия).Осуществить термодинамическую Т. ш. даже с помощью Т. ш. Авогадро очень сложно, поэтому в 1927 была принята Международная практическая температурная шкала (МПТШ), которая совпадает с термодинамической Т. ш. с той степенью точности, которая экспериментально достижима. Все приборы для измерения температуры градуированы в МПТШ.

Лит.: Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Гордов А. Н., Температурные шкалы, М., 1966; Бурдун Г. Д., Справочник по Международной системе единиц, М., 1971; ГОСТ 8.157—75. Шкалы температурные практические.

Д. И. Шаревская.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ - системы сопоставимых числовых значений температуры. Существуют абсолютные термодинамические температурные шкалы (шкала Кельвина) и различные эмпирические температурные шкалы, реализуемые при помощи свойств веществ, зависящих от температуры (тепловое расширение, изменение электрического сопротивления с температурой и др.). Эмпирические температурные шкалы различаются начальными точками отсчета и размером применяемой единицы температуры: .С (шкала Цельсия), .R (шкала Реомюра), .F (шкала Фаренгейта). 1 .R=1,25 .С, 1F=5/9 .С. Температурная шкала, практически воспроизводящая шкалу Кельвина (1 К=1 .С), называется международной практической температурной шкалой.

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ, системы сопоставимых числовых значений температуры. Существуют абсолютные термодинамические температурные шкалы, в основе которых лежит какое-либо свойство вещества, зависящее от температуры (тепловое расширение, температурная зависимость электрического сопротивления и др.); к ним относится шкала Кельвина (абсолютная термодинамическая температурная шкала, единица - К), которая принята за Международную практическую температурную шкалу. Другие температурные шкалы различаются точками отсчета и размером единицы температуры:шC (Цельсия шкала), шR (Реомюра шкала), шF (Фаренгейта шкала). 1шR=5/4шC, 1шF=5/9шC, 1 K=1шC. В шкалах Цельсия и Реомюра за 0 принята температура плавления льда, которая в шкале Фаренгейта равна +32шF.

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.

температу́рные шка́лы

системы сопоставимых числовых значений температуры. Существуют абсолютные термодинамические температурные шкалы (шкала Кельвина) и различные эмпирические температурные шкалы, реализуемые при помощи свойств веществ, зависящих от температуры (тепловое расширение, изменение электрического сопротивления с температурой и др.). Эмпирические температурные шкалы различаются начальными точками отсчёта и размером применяемой единицы температуры: °C (шкала Цельсия), °R (шкала Реомюра), °F (шкала Фаренгейта). 1°R = 1,25°C, 1°F = ⁵/₉°C. Температурная шкала, практически воспроизводящая шкалу Кельвина (1К = 1°C), называется международной практической температурной шкалой.

* * *

ТЕМПЕРАТУ́РНЫЕ ШКА́ЛЫ, системы сопоставимых числовых значений температуры. Существуют абсолютные термодинамические температурные шкалы (шкала Кельвина) и различные эмпирические температурные шкалы, реализуемые при помощи свойств веществ, зависящих от температуры (тепловое расширение, изменение электрического сопротивления с температурой и др.). Эмпирические температурные шкалы различаются начальными точками отсчета и размером применяемой единицы температуры: °С (шкала Цельсия), °R (шкала Реомюра), °F (шкала Фаренгейта). 1 °R=1,25 °С, 1F=⁵/₉ °С. Температурная шкала, практически воспроизводящая шкалу Кельвина (1 К=1 °С), называется международной практической температурной шкалой.

последовательности значений, отражающие упорядоченную совокупность разл. по размеру единиц температур. Первоначально Т. ш. (и единицы темп-ры) основывали на термометрах, используя разл. зависящие от темп-ры св-ва в-ва. В качестве двух реперных точек этих эмпирич. шкал использовали темп-ры, соответствующие фазовым переходам, с градуировкой в градусах Цельсия, градусах Реомюра, градусах Фаренгейта, градусах Ренкина и др. После введения Международной системы единиц (СИ) применению подлежат две Т. ш.: 1)термодинамическая (основная ) Т. ш., не зависящая от рода термометрич. в-ва и имеющая одну реперную точку - тройную точку воды, к-рой присвоено значение Т = 273,16 К, и 2) международная практическая Т. ш. (МПТШ-68), осн. на 11 реперных точках - темп-pax фазовых переходов нек-рых чистых в-в, к-рым присвоены такие значения, чтобы темп-ра по этой шкале была близка к термодинамич. темп-ре и разности между ними оставались в пределах достигнутой точности измерений. Значения темп-р между реперными точками МПТШ-68 получают при помощи эталонных термометров по интерполяц. ф-лам. Единица температурного интервала - кельвин (К), к-рый с высокой точностью совпадает с градусом Цельсия ("С). Темп-pa в °С определяется выражениями: t - Т - Т_в; t_вв = Т_вв - Т₀. где Т и Т_вв - термодинамич. темп-pa и темп-pa по МПТШ-68 в кельвинах; t и г.. - то же в °С; Т₀ = 273,15 К. Решением XVIII Генеральной конференции по мерам и весам (1987) с 1990 вводится новая международная Т. ш. (МТШ-90), в к-рой сохраняется значение темп-ры тройной точки воды, а значения др. реперных точек уточнены и приближены к их истинным термодинамич. темп-рам. При этом°С < К примерно на 3*10^-4. В нек-рых странах (США, Великобритания, Канада, Австралия и др.) всё ещё применяют средства измерений темп-р, градуируемые в °F и °R (см. рис.).

К ст. Температурные шкалы. Соотношение между температурами: кельвинами (К), градусами Цельсия (°С), Фаренгейта (°F) и Ренкина (°R)

системы сопоставимых числовых значений темп-ры. Существуют абс. термодинамич. Т. ш. (шкала Кельвина) и разл. эмпирич. Т. ш., реализуемые при помощи свойств в-в, зависящих от темп-ры (тепловое расширение, изменение электрич. сопротивления с темп-рой и др.). Эмпирич. Т. ш. различаются нач. точками отсчёта и размером применяемой единицы темп-ры: °С (шкала Цельсия), °R (шкала Реомюра), °F (шкала Фаренгейта). 1 °R=1,25°C, 1 ^oF =⁵/₉^оС. Т. ш., практически воспроизводящая шкалу Кельвина (1 К=1 °С), наз. междунар. практич. температурной шкалой.

системы сопоставимых числовых значений температуры. Для построения Т. ш. необходимо выбрать начало отсчета температуры и размер единицы температуры (градуса). Существует абсолютная термодинамическая Т. ш. (шкала Кельвина) и различные эмпирические Т. ш., которые отличаются начальными точками и размером градуса: ˚C (шкала Цельсия), ˚R (шкала Реомюра, 1˚R = 1,25˚C), ˚F (шкала Фаренгейта, 1˚F = 5/9˚C). В физике для воспроизведения шкалы Кельвина пользуются Международной практической Т. ш., в которой различают международную практическую температуру Кельвина (Т) и международную практическую температуру Цельсия (t), причём t = T-273,15 К (1˚C = 1 К).

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ - системы сопоставимых числовых значений температуры. Существуют абсолютные термодинамические температурные шкалы (шкала Кельвина) и различные эмпирические температурные шкалы, реализуемые при помощи свойств веществ, зависящих от температуры (тепловое расширение, изменение электрического сопротивления с температурой и др.). Эмпирические температурные шкалы различаются начальными точками отсчета и размером применяемой единицы температуры: .С (шкала Цельсия), .R (шкала Реомюра), .F (шкала Фаренгейта). 1 .R=1,25 .С, 1F=5/9 .С. Температурная шкала, практически воспроизводящая шкалу Кельвина (1 К=1 .С), называется международной практической температурной шкалой.

Большой Энциклопедический словарь. 2000.

Источник: