ترمومتر غاز. ميزان الحرارة - جهاز لقياس درجة حرارة الهواء

هل يوجد ميزان حرارة بدون زئبق؟ لقد اعتدنا على حقيقة أن موازين الحرارة تتكون من أنبوب رفيع مملوء بالزئبق ونادرًا ما نفكر في سبب الحاجة إلى هذا الزئبق في هذا الأنبوب ، أي كيف يعمل هذا الجهاز. مقياس الحرارة ، أو مقياس الحرارة ، هو مجرد جهاز

مقياس الحرارة السائل مقياس الحرارة السائل هو أبسط أداة تستخدم على نطاق واسع في جميع فروع المجمع الاقتصادي لروسيا تقريبًا ، في المؤسسات الطبية، في الحياة اليومية لقياس درجة حرارة الهواء في الغرف (بما في ذلك الصناعية ،

مقياس الحرارة الزئبقي مقياس الحرارة الزئبقي عبارة عن جهاز مقياس حرارة سائل مصمم لقياس درجات الحرارة في نطاق 35-750 درجة مئوية. موازين الحرارة الزئبقيةملء الفراغ فوق الزئبق بالنيتروجين المضغوط ،

ترمومتر المقاومة ترمومتر المقاومة مصنوع من معادن نقية ومن معادن من سلسلة أشباه الموصلات. تم تصميم موازين حرارة المقاومة للقياسات التي يتم تكوينها على خصائص الموصلات وأشباه الموصلات ، والتي توضح إمكانية حدوث ذلك

من اخترع ميزان الحرارة؟ هل تساءلت يومًا ، "أتساءل ما مدى سخونة هذا؟" أو ، "أتساءل ما مدى برودة الجو؟" إذا كنت مهتمًا بالحرارة ، فتخيل مجموعة الأسئلة المتعلقة بهذه الظاهرة التي يريد العلماء توضيحها! ولكن

هناك أنواع عديدة من موازين الحرارة. كل نوع له خصائصه ومزاياه. يعد مقياس حرارة الغاز أحد أكثر المقاييس شيوعًا. يتميز هذا الجهاز بعمليته وقوة تحمله في التشغيل. هذه الأجهزة مصنوعة أساسًا من الزجاج أو الكوارتز ، لذا يجب أن تكون درجة الحرارة التي تقيسها منخفضة أو ليست عالية جدًا. النماذج الحديثةتختلف عن سابقاتها ، لكن لا توجد تغييرات أساسية في تشغيل الأجهزة الجديدة.

الخصائص

مقياس حرارة الغاز هو مقياس ضغط تماثلي. في كثير من الأحيان ، يتم استخدام عدادات الحجم الثابت. في مثل هذه الأجهزة ، تختلف درجة حرارة الغاز حسب الضغط. الحد الأقصى لميزان الحرارة هذا هو 1300 كلفن. وهناك طلب كبير على أنواع موازين الحرارة المعروضة. علاوة على ذلك ، على السوق الحديثيتم تقديم نماذج جديدة ومحسنة.

مبدأ تشغيل مقياس حرارة الغاز مطابق لمقياس السائل ويستند إلى تأثير تمدد السائل عند تسخينه ، يتم استخدام غاز خامل فقط هنا كمواد عمل.

مزايا

يسمح لك الجهاز بقياس درجة الحرارة في النطاق من 270 إلى 1000 درجة. ومن الجدير بالذكر أيضًا الدقة العالية للجهاز. ميزان حرارة الغاز له موطن- الموثوقية. من حيث التكلفة ، تعتبر الأجهزة ديمقراطية تمامًا ، لكن السعر يعتمد على الشركة المصنعة وجودة الجهاز. عند شراء جهاز ، من الأفضل عدم الادخار والشراء حقًا خيار الجودة، والتي ستكون دقيقة في التشغيل وستستمر لأطول فترة ممكنة وفعالة.

نطاق التطبيق

يستخدم عداد الغاز لتحديد درجة حرارة المواد. يمكن استخدامه في المعامل المتخصصة. تظهر النتيجة الأكثر دقة عندما تكون المادة هيليوم أو هيدروجين. أيضًا ، يستخدم هذا النوع من موازين الحرارة لقياس عمل الأجهزة الأخرى.

في كثير من الأحيان ، يتم استخدام موازين حرارة الغاز ذات الحجم الثابت للمعامل الفيروسي. هذا النوعيمكن أيضًا استخدام مقياس الحرارة للقياس النسبي باستخدام أداة مزدوجة.

يستخدم مقياس حرارة الغاز بشكل أساسي لقياس درجة حرارة بعض المواد. هذا الجهاز مطلوب على نطاق واسع في مجال الفيزياء والكيمياء. عند استخدام مقياس حرارة غاز عالي الجودة ، فإن الدقة العالية مضمونة. هذا النوع من أجهزة قياس درجة الحرارة سهل الاستخدام للغاية.

في التين. يوضح 75 ج مقياس حرارة يقيس تمدد الغاز. قطرة من الزئبق تغلق حجمًا من الهواء الجاف في أنبوب شعري بنهاية محكمة الغلق. عند القياس ، يجب غمر مقياس الحرارة بالكامل في الوسط. تشير حركة قطرة الزئبق في الأنبوب الشعري إلى تغير في حجم الغاز ؛ الشعيرات الدموية لها مقياس بعلامات 0 و 100 لنقاط ذوبان الجليد والماء المغلي ، كما هو الحال مع ميزان الحرارة الزئبقي.

مثل هذا الترمومتر غير مناسب للقياسات الدقيقة للغاية ، فنحن نريد التحدث عن مقياس حرارة غاز لتوضيح الفكرة العامة. يظهر مقياس حرارة من هذا النوع في الشكل. 75 ب. يقيس مقياس الزئبق AB ضغط الحجم الثابت للغاز في الأسطوانة C. ولكن بدلاً من تحديد ارتفاع عمود الزئبق في البارومتر من حيث الضغط ، نقوم بتمييزه بصفر عندما تكون الأسطوانة في حالة ذوبان الجليد و 100 عندما في الماء المغلي ، أرسم عليهم مقياس سيليزيوس بالكامل. باستخدام قانون بويل ، يمكن إثبات أن مقياس الحرارة الموضح في الشكل. يجب أن يكون 75 ب هو نفس مقياس الحرارة في الشكل. 75 أ.

تطبيق ميزان حرارة الغاز
عند معايرة ترمومتر الغاز الموضح في الشكل. في 76 ، نغمر الأسطوانة في ذوبان الجليد ونضع علامة 0 على مقياس الضغط الجوي ، ثم نكرر العملية بأكملها ، مع استبدال الثلج بالماء المغلي ؛ نحصل على علامة 100. باستخدام المقياس المحدد بهذه الطريقة ، نقوم ببناء رسم بياني للضغط مقابل درجة الحرارة. (إذا أردت ، يمكن التعبير عن الضغط بوحدات ارتفاع عمود الزئبق.) ثم ارسم خطًا مستقيمًا عبر النقطتين O و 100 ، وإذا لزم الأمر ، استمر في ذلك. سيكون هذا خطًا مستقيمًا يحدد درجة الحرارة في مقياس الغاز ويعطيها القيم القياسية 0 و 100 عند النقطتين التي يذوب فيها الجليد ويغلي الماء. سيسمح لنا مقياس حرارة الغاز الآن بقياس درجة الحرارة إذا عرفنا ضغط الغاز في الأسطوانة عند درجة الحرارة هذه. الخط المنقط في الشكل. يوضح 76 كيفية إيجاد درجة حرارة الماء التي يكون فيها ضغط الغاز 0.6 mHg.

بعد أن نختار مقياس حرارة الغاز كمعيار ، يمكننا مقارنة الزئبق والجلسرين به. لذلك وجد أن تمدد معظم السوائل ، اعتمادًا على درجة الحرارة المقاسة بواسطة مقياس حرارة غاز ، هو إلى حد ما غير خطي.تباعدت قراءات نوعي موازين الحرارة بين النقطتين 0 و 100 ، حيث يتم الحصول على اتفاق بالتعريف . لكن الغريب أن الزئبق يعطي خطاً مستقيماً تقريباً. يمكننا الآن صياغة "كرامة" الزئبق: "على مقياس درجة حرارة الغاز ، يتمدد الزئبق بشكل متساوٍ". توضح هذه المصادفة المذهلة أننا في وقت من الأوقات اتخذنا خيارًا جيدًا للغاية - ولهذا السبب يمكن الآن استخدام موازين الحرارة الزئبقية العادية قياس درجة الحرارة.

معادلة الغاز المثالية للدولة

يسمح لنا بأخذ كمية قياس الحرارة أيضًا ص، أو الخامسوالتي يمكن قياسها بدقة كبيرة.

كما أظهرت التجربة ، الغازات المتخلخلة بدرجة كافية قريبة جدًا من المثالية. لذلك ، يمكن اعتبارها مباشرة كجسم حراري.

بهذه الطريقة ، يصل المرء إلى مقياس درجة حرارة الغاز المثالي. درجة الحرارة المثالية للغاز هي درجة الحرارة التي يتم قياسها بواسطة مقياس حرارة غاز مملوء بغاز مخلخل. تتمثل ميزة مقياس درجة حرارة الغاز المثالي على جميع مقاييس درجة الحرارة التجريبية الأخرى في درجة الحرارة ، كما تظهر التجربة تي، التي تحددها الصيغة (4) ، تعتمد بشكل ضعيف جدًا على الطبيعة الكيميائية للغاز الذي يملأ به خزان ترمومتر الغاز. تختلف قراءات موازين حرارة الغاز المختلفة عند قياس درجة حرارة نفس الجسم قليلاً عن بعضها البعض.

في الممارسة العملية ، عادة ما يتم تنفيذ مقياس حرارة الغاز بالطريقة الآتية: حجم الغاز الخامسيتم الحفاظ على ثباتها ، ثم يعمل الضغط المقاس كمؤشر لدرجة الحرارة ص.

سيكون لقانون تشارلز للنقاط المرجعية في هذه الحالة الشكل:

أين ص 1 - ضغط كتلة غاز معينة قريبة من المثالية عند درجة حرارة ذوبان الجليد تي 1 ; ص 2 - الضغط عند نقطة غليان الماء تي 2 .

يمكن اختيار درجة الحرارة ، حسب التعريف ، بحيث يكون الفرق بين درجات الحرارة المشار إليها يساوي 100 ، أي

لقد ثبت تجريبيا أن الضغط ص 2 هو 1.3661 مرة أكبر من صواحد . لذلك ، لحساب تي 2 و تي 1 لدينا معادلتان: K و. حلهم يعطي تي 1 = 273.15 كلفن ؛ تي 2 \ u003d 373.15 ك.

لتحديد درجة حرارة الجسم ، يتم ملامسته لميزان حرارة الغاز ، وبعد إنشاء التوازن الحراري ، يتم قياس الضغط. صغاز في ميزان حرارة. في هذه الحالة ، يتم تحديد درجة حرارة الجسم من خلال الصيغة

ويترتب على ذلك أنه عندما تي=0 ص= 0. درجة الحرارة المقابلة لضغط الصفر المثالييسمى الغاز الصفر المطلق ، وتسمى درجة الحرارة المقاسة من الصفر المطلق درجة الحرارة المطلقة. هنا يتم تقديم مفهوم درجة الحرارة الصفرية المطلقة على أساس الاستقراء. في الواقع ، مع اقترابنا من الصفر المطلق ، هناك المزيد والمزيد من الانحرافات الملحوظة عن القوانين غازات مثاليةتبدأ الغازات في التكثف. يعتمد الدليل الصارم على وجود درجة حرارة الصفر المطلق على القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

مقياس كلفن

(مقياس درجة حرارة حرارية مطلقة)

في SI ، تم الاتفاق على تحديد مقياس درجة الحرارة من خلال نقطة مرجعية واحدة ، والتي تم أخذها كنقطة ثلاثية للمياه. في ما يسمى بمقياس درجة الحرارة الديناميكية الحرارية المطلقة ، أو مقياس كلفن ، يُفترض بالتعريف أن درجة حرارة هذه النقطة هي بالضبط 273.16 كلفن.

مثل هذا الاختيار قيمة عدديةمصنوع بحيث يكون الفاصل الزمني بين نقاط الانصهار العادية للجليد ونقطة غليان الماء ، بأكبر قدر ممكن من الدقة ، 100 كلفن ، باستخدام مقياس حرارة غاز مثالي. يؤسس هذا استمرارية مقياس كلفن بالمقياس المستخدم سابقًا بنقطتين ثابتتين. أظهرت القياسات أن درجات حرارة نقاط الانصهار العادية للجليد ونقاط غليان الماء في المقياس الموصوف تقارب 273.15 و 373.15 كلفن على التوالي.

مقياس درجة الحرارة المحدد بهذه الطريقة لا يعتمد على الخصائص الفردية للمادة الحرارية.

درجة حرارة ديناميكية حرارية مطلقة تي، محسوبًا على هذا المقياس ، هو مقياس لشدة الحركة الفوضوية للجزيئات وهو وظيفة رتيبة للطاقة الداخلية. للغاز المثالي يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالطاقة الداخلية ().

حصل على اسم "الديناميكا الحرارية" لأنه يمكن اشتقاقه بشكل مستقل تمامًا عن الحسابات الديناميكية الحرارية البحتة على أساس القانون الثاني للديناميكا الحرارية.

المقياس الديناميكي الحراري المطلق هو مقياس درجة الحرارة الرئيسي في الفيزياء. في نطاق درجة الحرارة حيث يكون مقياس حرارة الغاز مناسبًا ، لا يختلف هذا المقياس عمليًا عن مقياس درجة حرارة الغاز المثالي.

درجة حرارة مئوية ( ر، ) متصل مع تي(في ك) المساواة

و K.

أنواع موازين الحرارة

لا يمكن قياس درجة الحرارة مباشرة. لذلك ، يعتمد عمل موازين الحرارة على مختلف الظواهر الفيزيائية، حسب درجة الحرارة: على التمدد الحراريالسوائل والغازات والمواد الصلبة ، والتغيرات في الغاز أو ضغط البخار المشبع مع درجة الحرارة ، والمقاومة الكهربائية ، و emf الحراري ، والقابلية المغناطيسية ، إلخ.

العقد الرئيسية لجميع الأجهزة لقياس درجة الحرارة هي العنصر الحساس ، حيث تتحقق الخاصية الحرارية ، وما يرتبط بها جهاز قياس(مقياس الضغط ، مقياس الجهد ، جسر القياس ، الميليفولتميتر ، إلخ).

مقياس الحرارة الحديث هو مقياس حرارة غاز ذو حجم ثابت (الضغط هو كمية حرارية). بمساعدة موازين حرارة الغاز ، يتم قياس درجة الحرارة في نطاق واسع: من 4 إلى 1000 كلفن ، تُستخدم موازين حرارة الغاز عادةً كأدوات أولية ، وفقًا لمقاييس الحرارة الثانوية المستخدمة مباشرة في التجارب.

من بين موازين الحرارة الثانوية ، يتم استخدام موازين الحرارة السائلة ومقاييس الحرارة المقاومة والعناصر الحرارية (المزدوجات الحرارية) على نطاق واسع.

في موازين الحرارة السائلة ، عادة ما يكون الجسم الحراري هو الزئبق أو الإيثانول. عادةً ما يتم استخدام موازين الحرارة السائلة في نطاق درجة الحرارة من 125 إلى 900 كلفن ، ويتم تحديد الحد الأدنى لدرجات الحرارة المقاسة بخصائص السائل ، والحد الأعلى - بواسطة خصائص الزجاج الشعري.

	في موازين الحرارة المقاومة ، يكون الجسم الحراري عبارة عن معدن أو شبه موصل تتغير مقاومته مع درجة الحرارة. يتم قياس التغير في المقاومة مع درجة الحرارة باستخدام دوائر الجسر (انظر الشكل). تُستخدم موازين الحرارة المقاومة من المعادن في نطاق درجة الحرارة من 70 إلى 1300 كلفن ، من أشباه الموصلات (الثرمستورات) - في النطاق من 150 إلى 400 كلفن ، والكربون - حتى درجات حرارة الهيليوم السائل.
	منتشرة في قياسات درجة الحرارةتلقى موازين الحرارة على أساس المزدوجات الحرارية. هنا ، هناك تقاطعان من معادن غير متشابهة يعملان كجسم حراري. إذا تم توصيل موصلين وفقًا للمخطط (انظر الشكل) ، فسيسجل الفولتميتر في الدائرة الجهد ، وهذا يعني

والتي تتناسب مع اختلاف درجة الحرارة بين الوصلات 1 و 2. إذا تم الحفاظ على درجة حرارة إحدى الوصلات ثابتة ، فإن قراءات الفولتميتر ستعتمد فقط على درجة حرارة الوصلة الثانية. تعتبر موازين الحرارة هذه ملائمة بشكل خاص للاستخدام في منطقة درجات الحرارة المرتفعة - حوالي 700-2300 كلفن.

جدا درجة حرارة عاليةتذوب المواد وأنواع موازين الحرارة الموصوفة غير قابلة للتطبيق. في هذه الحالة ، الجسم نفسه ، الذي يجب قياس درجة حرارته ، يؤخذ على أنه الجسم الحراري ، والطاقة الكهرومغناطيسية المنبعثة من الجسم تؤخذ على أنها الكمية الحرارية. وفقًا لقوانين الإشعاع المعروفة ، يتم التوصل إلى استنتاج حول درجة حرارة الجسم. أنشأت اللجنة الدولية للأوزان والمقاييس المقياس الديناميكي الحراري عند درجات حرارة أعلى من 1064 على وجه التحديد على أساس قوانين الإشعاع. تسمى الأجهزة التي تقيس الطاقة الإشعاعية البيرومترات.

في درجات حرارة منخفضة جدًا (> 1 كلفن) ، لا يمكن أيضًا تطبيق الطرق المعتادة لقياس درجات الحرارة ، نظرًا لأن معادلة درجات الحرارة عند التلامس يحدث ببطء شديد ، بالإضافة إلى أن القيم الحرارية المعتادة تصبح غير مناسبة ( على سبيل المثال ، يصبح ضغط الغاز منخفضًا جدًا ، وتكون المقاومة مستقلة عمليًا عن درجة الحرارة). في ظل هذه الظروف ، يُؤخذ الجسم نفسه أيضًا كجسم حراري ، وخصائص خصائصه ، على سبيل المثال ، الخصائص المغناطيسية ، تؤخذ على أنها كمية حرارية.