Краткие теоретические сведения. Определение температуры различными способами (методами)

Лабораторная работа

Определение температуры различными способами (методами)

1. Цель работы – ознакомление с методами измерения темпера­тур, изучение устройства и принципа действия термометров, об­ласть их применения и правила установки.

2. Программа работы: расширение и закрепление теоретических знаний принципов, лежащих в основе контактных и бесконтактных методов измерения температур, а также изучение устройства и принципа действия термометров и приобретение практических навыков работы с термометрами различных типов.

3. При выполнении лабораторной работы на стенде необходимо выполнить следующие задачи:

Задание 1

1. Изучить устройство и принцип действия различных типов приборов для измерения температуры.

2. Вычертить принципиальную схему установки (для каждого прибора в отдельности).

Задание 2

1. Определить погрешность измерения приборов (согласно схеме установки).

2. Определить температуру кипения воды экспериментально, аналитически и по диаграмме i-s.

3. Составить отчет.

Краткие теоретические сведения

1 Температура и температурные шкалы

Температура – один из основных термодинамических парамет­ров. Она характеризует степень нагретости термодинамической си­стемы и определяется средней кинетической энергией поступатель­ного движения молекул.

Температура всех частей системы, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, является одинаковой. Если си­стема не находится в состоянии термодинамического равновесия, то ее части, имеющие различные температуры, обусловливают теплообмен. Теплообмен, как самопроизвольный процесс переноса энергии, всегда происходит в направлении от более нагретых частей системы к менее нагретым, т. е. от частей с более высокой тем­пературой к частям с меньшей температурой.

При измерении температуры используются температурные шкалы, которые представляют собой системы числовых значений температуры.

В первом ртутном термометре, созданным в 1714 г. Фаренгейтом, в качестве реперных точек были выбраны температура смеси льда с солью и нашатырем и температура тела человека. Первую Фаренгейт обозначил 0, а вторую числом 96. Таким образом, по шкале Фаренгейта градус представляет собой 1/96 часть температурного интервала. Позднее были предложены шкала Реомюра, в которой градус представлял собой 1/80 часть температурного интервала между точками таяния льда (0º R) и кипения воды (80º R) при нормальном атмосферном давлении (101, 325 кПа), и шкала Цельсия, в которой за градус была принята 1/100 часть температурного интервала между точками таяния льда (0º С) и кипения воды (100º С) при нормальном атмосферном давлении. Наиболее удобной оказалась шкала Цельсия, получившая широкое распространение.

Для перевода температуры из одной шкалы в другую пользуются следующими соотношениями:

t º С = 100/80 t º F – 32 = 5/9 t º F – 32º С;

t º F = 100/180 t º R = 5/4 t º С,

следовательно, t º С =5/9 (t º F – 32)= 5/4 t º R.

В настоящее время в России для измерения температуры применяют абсолютную термодинамическую температурную шкалу и международную практическую температурную шкалу.

Абсолютная термодинамическая температурная шкала имеет одну реперную точку – температуру тройной точки воды. Единицей измерения температуры принят кельвин (К). Кельвин – единица измерения температуры по термодинамической температурной шкале, в которой для температуры тройной точки воды установлено значение 273, 16 К.

Международная практическая температурная шкала основана на одиннадцати реперных точках соответствующих температуре кипения кислорода (-89, 96 º С), тройной точке воды (0, 01 º С), кипения воды (100 º С), затвердевания цинка (419, 505 º С), затвердевания серебра (960, 8 º С) и т.д. Температура по международной практической шале может быть выражена в кельвинах (Т, К) или градусах Цельсия (t, º С) в зависимости от начала отсчета (положения нуля) на шкале. Соотношение между температурой в кельвинах и в градусах Цельсия определяется по формулам: Т = t + 273 К; t = T – 273 º С.