Лабораторная работа: Термометрия понятие и принципы
Цель работы: Углубить представления о температуре, изучить принципы и освоить некоторые методы измерения температуры.
Оборудование: Жидкостные термометры, термопара, термометр сопротивления, термистор, оптический пирометр «Промiнь», лампа накаливания с блоком питания, электроплитка, потенциометр постоянного тока ПП-63, аккумулятор, мост реохордный Р – 33, блок питания ВСШ на 4 и 6 В, индикатор сопротивления ММВ, металлический стаканчик и другие принадлежности.
1.Теоретическая часть
1.1Понятие температуры .
Температура в обычном понимании характеризует степень нагретости тела. Строгое определение температуры даётся в молекулярно–кинетической теории, где под температурой понимают меру средней кинетической энергии поступательного движения молекул идеального газа: <ε> = (3\2)kT, где k = 1.38·10-23 Дж/К – постоянная Больцмана, m – масса молекулы, V – скорость её поступательного движения.
Из последнего определения ясно, что обычная измеренная температура относится к огромному числу молекул и даёт определение об их средней кинетической энергии. Понятие температуры применимо таким образом только к массиву молекулы поэтому температура является макроскопическим параметром состояния вещества.
1.2 Принципы термометрии .
1.2.1.Термометрические параметры.
Измерение температуры обычно производится косвенным путём, т. е. не сводится к измерению кинетической энергии молекул. Оно основывается на измерении некоторых физических параметров, зависящих от температуры. К параметрам предъявляются следующие требования: выбранный параметр должен существенно, непрерывно, однозначно и просто изменяться простыми средствами; измерен6ия величины параме5тра не должно вносить значительных изменений в температурный режим измеряемой среды.
Список наиболее употребляемых термометрических параметров имеет следующий вид:
- объём тела ( тепловое расширение,
, жидкостные и газовые температуры);
- электрическое сопротивление (R=R0 (1+ t), проводники-терморезисторы и полупроводники-термисторы );
- термо ЭДС ( термопары или термоэлементы, Тэдс =сt);
- линейные размеры ( линейное расширение L=L0 (1+ t), биметаллические пластины);
- спектр излучения ( энергетическая светимость Rэ =T4 , спектральный состав min = b/T, радиационный, яркостный и цветовой пирометры );
Применяются также зависимость от температуры скорости распространения звука, показателя преломления света веществом и многие другие параметры.
К внешним принципам методики термометрии относится строгое соблюдение следующего условия – термометрическое тело и среда должны войти в состояние теплового равновесия. Поэтому очень важно, чтобы тепловая «инерционность» измерительного прибора была незначительной, тогда он скорее примет температуру измеряемой среды, а собственная теплоёмкость – минимальной, при этом он не внесёт искажений в состояние среды.
В отдельных случаях, при точных и локальных измерениях геометрические размеры рабочей части термометра должны быть точечными.
1.2.2 Температурные шкалы.
В настоящее время применяются несколько температурных шкал, отличающихся выбором опорных ( реперных ) точек. В школе Цельсия интервал между точкой плавления льда и точкой кипения воды при нормальном давлении делится на сто равных долей – градусов Цельсия (0 С). В шкале Фаренгейта за нуль принимается температура смеси льда и соли ( -320 С), а точка кипения воды принимается за 212 градусов.
Третья шкала – это наиболее употребляемая в научной литературе абсолютная шкала температур. Физический смысл нулевой температуры в этой школе – полное отсутствие молекулярного движения.
Связь между температурными шкалами имеет вид:
Тс = (5/9) Ч (TF -32); TF =32+(9/5) Ч Tc ; Tc =t=Tk -273
1.3 Виды термометров.
1.3.1 Газовые термометры.
Наиболее строго требованию линейной и существенной зависимости от температуры отвечают параметры идеального газа – объём и давление. Поведение реального газа при небольших давлениях и достаточно высоких температурах практически не отличается от поведения идеального газа . При этой причине газовые температуры используются как эталонные, по ним градуируют и проверяют другие термометры.
Простейший газовый термометр может представлять собой запаянную с одной стороны трубку, в которой некоторая масса газа отделена от атмосферы капелькой ртути (рис.1). При нагревании газ расширяется, а его давление остаётся равным атмосферному. В соответствии с уравнением Клайперона-Менделеева объём и температура находятся в состоянии : v=(mR/мр) Ч T . Для конкретного термометра выражение в скобках играет роль постоянного коэффициента, зависящего от количества газа и от атмосферного давления.
Процедура измерения температуры газовым термометром сводится к тому, что его помещают в исследуемую среду, затем, дождавшись установления равновесия, определяют объём v и по графику T = f(v) находят Т. На практике часто линейка Л служит шкалой температур.
1.3.2. Жидкостные термометры .
Если ёмкость газового термометра заполнить жидкостью с достаточно большим коэффициентом теплового объёмного расширения, то полученный прибор станет жидкостным термометром. В настоящее время такими жидкостями является ртуть, или подкрашенные спирт, толуол, пентан и некоторые другие вещества.
--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--