PDF《附录一 温度的测量与控制》

附录一 温度的测量与控制

1、温标 温度是表征体系中物质内部大量分子、原子平均动能的一个宏观物理量.

物体内部分 子、原子平均动能的增加或减少,表现为物体温度的升高或降低.物质的物理化学特性,无 不与温度有着密切的关系,温度也是确定物体状态的一个基本参量.因此,准确测量和控制 温度,在科学实验中十分重要. 温度是一个很特殊的物理量,两个物体的温度不能像两个物体的质量那样互相叠加, 两个温度间只有相等或不相等的关系.为了表示温度的数值,需要建立温标,即温度间隔的 划分与刻度的表示,这样才会有温度计的读数.国际温标是规定一些固定点,对这些固定点 用特定的温度计做精确测量, 在规定的固定点之间的温度的测量是以约定的内插方法及指定 的测量仪器以及相应的物理量的函数关系来定义.确立一种温标,需要有以下三条: (1) 选择测温物质:要用某物质的某种与温度有依赖关系而又有良好重现性的物理性 质,如:体积、电阻、温差电势以及辐射电磁波的波长等,作为测温物质,利用它的特性制 成温度计. (2) 确定基准点:测温物质的某种物理特性,只能显示温度变化的相对值,必须确定 其相当的温度值,才能实际使用.通常是以某些高纯物质的相变温度,如:凝固点、沸点等, 作为温标的基准点. (3) 划分温度值:基准点确定后,还需要确定其准点之间的分隔,如:摄氏温标是以

1 大气压下的冰点(0℃)和沸点(100℃)为两个定点,定点间分为

100 等份,每一等份为 1℃,用外推法或内插法求得其它温度. 实际上,一般所有物质的某种特性,与温度之间并非严格呈线性关系,因此,用不同 物质做的温度计测量同一物体时,所显示的温度往往不完全相同.

1848 年开尔文(Kelvin)提出热力学温标,它是建立在卡诺(Carnot)循环基础上, 与测温物质性质无关的一种理想的、科学的温标. 设理想热机在 T1 和T2(T2>T1)二热源之间工作,工作物质从 T2 热源吸热 Q2,向T2 热源 放热 Q1,经过一个可逆循环,对外作功 W=OQ2O-OQ1O,热机效率η为:

2 1

2 1

1 1 T T Q Q ? = ? = η 在卡诺循环中,温度 T1 和T2 仅与热量 Q1 和Q2 有关,与工作物质的性质无关.若规定一个固 定的温度 T1,则另一个温度 T2 可由下式求得:

1 1

2 2 / |) | / | (| T Q Q T = 开尔文建议用此原理定义温标,称为热力学温标,通常还叫做绝对温标,以K(开)表示. 理想气体在定容下的压力(或定压下的体积)与热力学温度呈严格的线性函数关系. 因此,现在国际上选定气体温度计,用它来实现热力学温标.氦、氢、氮等气体在温度较高、 压力不太大的条件下,其行为接近理想气体.所以,这种气体温度计的读数可以校正成为热 力学温度. 热力学温标用单一固定点定义,规定"热力学温度单位开尔文(K) "是水三相点热力 学温度的 1/273.16" .水的三相点温度为 273.16K.热力学温标与通常习惯使用的摄氏温标 分度值相同,只是差一个常数 T=273.15+t℃ 由于气体温度计装置复杂,使用很不方便.为了统一国际间的温度量值,1927 年拟定 了"国际温标" ,建立了若干可靠而又能高度重现的固定点.随着科学技术的发展,又经多 次修订,现在采用的是

1990 国际温标(ITS-90) . 2.水银温度计 水银温度计是实验室常用的温度计.它的测温物质为水银.因为水银容易提纯,热导 率大,比热小,膨胀系数比较均匀.在相当大的温度范围内,水银体积随温度的变化接近于 线性关系.构造简单,读数方便.水银温度计可用于-35℃到360℃(水银的熔点是-38.7℃, 沸点是 356.7℃) ,如果用石英玻璃作管壁.其中充入氮气或氩气,最高可测至 750℃.常用 水银温度计刻度间隔有:2℃、1℃、0.5℃、0.2 ℃、0.1℃等,与温度计量程范围有关,可根据 测量精度选用. 使用时应注意以下几点: (1)读数校正;