Учебное особие по физике

Измерение температуры

Чтобы измерить температуру какого-либо тела, его необходимо привести в тепловой контакт с термометром. Термометр — прибор для измерения температуры. Основной частью термометра является термометрическое тело, приводимое в тепловой контакт с объектом, температуру которого надо измерить. В жидкостных термометрах термометрическим телом служит либо ртуть, либо подкрашенный спирт.

В термометрах сопротивления термометрическим телом служит металлическая проволока, а температура определяется по ее электрическому сопротивлению. Термометр не должен иметь большой массы: массивный термометр изменит температуру того тела, с которым он приведен в тепловой контакт.

Термометр фиксирует свою собственную температуру, равную температуре тела, с которым он находится в термодинамическом равновесии.

Для измерения температуры можно воспользоваться зависимостью любой макроскопической величины (объема, давления, электрического сопротивления и др.) от температуры. На практике чаще всего используют зависимость объема жидкости (ртути, спирта) от температуры (жидкостные термометры). Необходимо прежде всего создать температурную шкалу, позволяющую приписывать температуре определенные числа. Устройство большинства термометров основано на предположении, что положенное в основу измерения физическое свойство термометрического тела линейно непрерывно зависит от температуры. Для построения шкалы выбирают две так называемые реперные точки, которым приписываются произвольные значения температуры, а шкала между ними делится на равные части. Этим устанавливается единица измерения температуры. В метрической системе для практического употребления принята шкала Цельсия (Международная практическая шкала температур). При построении этой шкалы принимают, что при нормальном атмосферном давлении температура плавления льда равна 0 °С, а температура кипения воды 100 °С (реперные точки). Шкалу между точками 0 и 100 делят на 100 равных частей, называемых градусами. Перемещение указателя (в жидкостных термометрах — конца столбика жидкости) на одно деление соответствует изменению температуры на 1 °С. Обозначение температуры по шкале Цельсия — t °С.

Такие термометры обладают существенными недостатками:

1. диапазон температур ограничен: при низких температурах жидкости затвердевают, при высоких испаряются;
2. показания различных термометров, например ртутного и спиртового, совпадая при 0 °С и 100 °С, не совпадают при других температурах в силу того, что температурные коэффициенты объемного расширения спирта и ртути по-разному зависят от температуры.

В отличие от жидкостей все разреженные (идеальные) газы при нагревании одинаково изменяют свой объем и давление, причем давление газа пропорционально температуре. Следовательно, давление газа (при V = const) можно принять в качестве количественной меры температуры. Соединив сосуд, в котором находится газ (чаще водород или гелий), с манометром и проградуировав прибор, можно измерять температуру по показаниям манометра. Такой прибор называется газовым термометром (рис. 1).

Рис. 1

Газовый термометр непригоден для определения температуры в области высоких температур, при которых происходит термическая диссоциация и ионизация, и очень низких температур, при которых все реальные газы конденсируются.