Загальні відомості про термометрію.

На метеорологічних станціях вимірюють температуру повітря, ґрунту, води, снігу, а також градієнти температури в цих середовищах. Температура є однією з основних величин, яка характеризує тепловий стан системи. При вимірюванні температури тіл змінюються їх механічні, електричні, оптичні та інші фізичні властивості (розміри, електропровідність, випромінення та ін.).

По зміні будь-якої властивості тіла, температурна залежність якої відома, можна визначити температуру тіла. В метеорології застосовується метод безпосереднього вимірювання температури тіл, проте частіше температуру досліджуваних середовищ визначають за допомогою термометрів.

При вимірюванні температури досліджуваного середовища за допомогою термометра, поміщеного в нього, виходять з того, що температура всіх частин ізольованої системи (у даному випадку середовище – термометр), яка знаходиться в стані термодинамічної рівноваги, однакова. Якщо система знаходиться не в рівновазі, то відбувається теплопередача від тіл з великою температурою до тіл з меншою температурою. Отже, якщо для тіла, температуру якого потрібно виміряти, і термометра створити умови для теплообміну і захистити їх від зовнішнього впливу, то після установлення теплової рівноваги температури термометра і тіла стануть рівними, і тому показання термометра будуть відповідати температурі тіла.

Принцип дії будь-якого термометра заснований на закономірній температурній залежності деякій вибраній для вимірювання фізичній властивості термометра (або застосовних в ньому речовин).

Метод вимірювання температури і вид термометра визначається вибраною термометричною характеристикою (або вибраною термометричною речовиною).

Температурні шкали. Для порівняння показань різних термометрів їх градуюють за шкалою. Одиниця вимірювання температури залежить від вибраної температурної шкали. Зараз прийнята міжнародна практична температурна шкала МПТШ-68. Для розуміння її особливостей необхідно зрозуміти її зв’язок з іншими температурними шкалами, які тривалий час використовувалися. З моменту винаходу Галілеєм в 1598 році термометра, заснованого на застосуванні термометричної речовини, об’єм або тиск якої залежить від температури, були запропоновані різні температурні шкали. Велике розповсюдження, в тому числі і в метеорології, отримали шкали, які запропонували Фаренгейт в 1715 р., Реомюр – в 1736 р., Цельсій – в 1748 р., Кельвін – в 1848 р.

Градус температурної шкали Фаренгейта (°F) складає 1/180 інтервалу між точками танення льоду і кипіння води, яким наданні значення 32°F і 212°F відповідно.

Градус температурної шкали Реомюра (°R) складає 1/80інтервалу між точками танення льоду і кипіння води, яким наданні значення відповідно 0°R і 80°R.

Градус температурної шкали Цельсія (°С) складає 1/100 інтервалу між точками танення льоду і кипіння води, яким надані значення відповідно 0°С і 100°С. Всі шкали цього типу залежать від роду застосованої термометричної речовини.

Кельвін запропонував термодинамічну температурну шкалу (шкалу Кельвіна), яка не залежить від термометричної речовини. Ця шкала, яка стала основною, спирається на одну реперну точку – потрійну точку води (точка рівновісного стану трьох фаз води). Одиниця цієї шкали називається кельвін і позначається К. Для послідовного числового виразу цієї шкали зі стоградусною шкалою Цельсія її проміжок між точками танення льоду і кипіння води також був прирівняний 100°. З врахуванням цього і того, що температура потрійної точки води лежить вище точки танення льоду на 0,01°, реперній точці шкали (потрійній точці води) дано значення 273,16 К.

Кельвін визначається як 1/273,16 частина термодинамічної температури потрійної точки води (1/273,16 інтервалу термодинамічної шкали між абсолютним нулем і потрійною точкою). Зв’язок між температурою за шкалою Кельвіна (Т) і температурою за шкалою Цельсія такий: К.

З 1968 р. прийнята міжнародна практична температурна шкала МПТШ-68. Температура, вимірювана за цією шкалою, співпадає з термодинамічною температурою з існуючою зараз точністю вимірювань.

МПТШ-68 основується на деяких основних реперних точках і еталонах, градуйованих за цими точками (табл.2.1).

МПТШ-68 дозволяє користуватися як міжнародною практичною температурою Кельвіна (Т₆₈), так і міжнародною практичною температурою Цельсія (t₆₈ ). Одиницями для них є застосовані раніше (до 1968 р.) кельвін і градус Цельсія, збережені й їхні позначення відповідно К і °С. Зв’язок між цими температурами - двома практичними температурами - визначається співвідношенням К.

Таблиця 2.1 - Значення міжнародної практичної температури

Стан рівноваги речовини	Т, К
Рівновага між рідинною і пароподібною фазами кисню (точка кипіння кисню)	90,188	-182,962
Рівновага між твердою, рідинною і пароподібною фазами води (потрійна точка води)	273,16	0,01
Рівновага між рідинною і пароподібною фазами води (точка кипіння води)	373,15
Рівновага між твердою і рідинною фазами олова (точка затвердіння олова)	515,12	231,97

Дата добавления: 2015-10-13