Реферат: Измерение теплоты и температуры
Абсолютная шкала температур
Единица температуры возникла случайно – поставили число 100 в точке кипения воды. Этот акт имел важные последствия: в законе Клапейрона – Клаузиуса появилась новая газовая постоянная R=8,3157 джоуль/градус. Такое число возникло только потому, что величина градуса была введена очень давно и все изменения, происходящие с газами, относили по привычки к довольно случайно выбранной шкале температур. Было бы удобнее сейчас изменить определение градуса и «привязать» его к уравнению идеальных газов. Для этого надо просто уменьшить величину градуса в 8,3157 раза и считать, что температура в такой «идеально-газовой» шкале:
О=8,3157Т.
Открытие Лорда Кельвина
Вопросом о смысле температуры заинтересовался Томсон (в последствии лорд Кельвин), который в 1848 г. Обнаружил, что из теоремы Карно можно сделать простой, но очень важный вывод. Кельвин заметил, что если работа цикла Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника, то это позволяет установить новую температурную шкалу которая не зависит от свойств рабочего тела.
Цикл Карно, если его можно провести между двумя телами позволяет определить отношение температур этих двух тел. Шкала температур определённая таким образом называется абсолютной шкалой температур. Чтобы сама абсолютная температура имела определённое значение, надо выбрать какое-то число для одной точки новой абсолютной шкалы: одно численное значение температуры должно быть задано произвольно. После этого все остальные значения определяются в принципе с помощью цикла Карно.
К сожалению при всей красоте теоретического построения шкалы Кельвина, практически реализовать цикл Карно очень трудно. Трудно реализовать обратимый цикл, трудно избавиться от потерь.
Реальная шкала температур
В течении многих лет для температурной шкалы выбиралось две точки – температура плавления льда и температура кипения воды – и расстояние между ними делилось на 100 частей, каждая из которой считалась градусом. Такая шкала с двумя опорными точками была принята во всём мире.
Но эта шкала имела, однако, большой недостаток с точки зрения точности измерений. Для неё надо было уметь точно воспроизводить как условия плавления льда, так и условия кипения воды. Проще было обойтись одной опорной точкой, например точкой плавления льда, и измерять температуру по отношению давлений, связанных с отношением температур уравнением состояния.
За единицу опорную эталонную точку выбирается сейчас так называемая тройная точка воды – температура, при которой осуществляют в равновесии все три её фазы: пар – вода – лёд. Переход к такой шкале прошел почти не замеченным. Такая реформа была проведена в 1954 г., и сейчас на вопрос о том, при какой температуре тает лёд при нормальном давлении, надо отвечать «приблизительно при 0».
Международная шкала температур
Шкалу с одной опорной точкой нетрудно согласовать со шкалой Кельвина-Менделеева, основанной на теореме Карно. Термодинамическая шкала не изменяется если все значения температур умножить на одно и тоже число. Выбор опорной точки устраняет эту неоднозначность.
Термодинамической шкалой можно пользоваться только в специальных, хорошо оборудованных лабораториях. В обычных лабораториях пользуются шкалой, которая называется МПТШ68 (международная практическая температурная шкала, принятая в 1968 г.). В этой шкале температура кипения воды равна точно 100 градусов, кроме того есть другие опорные точки, которым так же приписано определённое значение температуры.
Низкие температуры
Интерес к получению низких температур возник не только из практических соображений. Физиков давно интересовал вопрос, можно ли превратить в жидкость газы – такие, как воздух, кислород, водород. Начало это истории относится к 1877 г.
В 1877 г. Горный инженер Кайете капли жидкого ацетилена в лабораторном сосуде, в котором неожиданно открылась течь. Резкое понижение давления вызвало образование тумана. Почти в те же дни Пикте из Женевы сообщил о последовательном, каскадном снижении разных газов, завершившемся получением жидкого кислорода при температуре -140 градусов по Цельсию и давление 320 атмосфер.
Надо ещё и упомянуть Дьюарта. Который в 1898 г. получил жидкий водород, снизив температуру примерно до 129 К. Наконец в 1908 г. Камерлинг-Оннес в Голландии получил и жидкий гелий. Температура, которая была им достигнута, только на 1 градус отличалась от абсолютного нуля.
В 1939 г. П.Л.Капица доказал большую эффективность сжижительных машин, в которых газ совершает работу с помощью турбины. Турбодетандеры получили с тех пор большое распространение. Он же предложил и конструкцию эффективной установки для сжиживания гелия.
тепловой температура термометр шкала
Список литературы
1. Эдельман В.С. «Вблизи абсолютного нуля».1-М., 1987.
2. Детлаф А.А., Яворский Б.Н., «Курс физики». –М., 1989.
3. Трофимова Т.И. «Курс физики». 1-М., 1990.
4. Смородинский Я.А. «Температура». – М., 1987.