Разное

Стандартная температура в кельвинах: Температурная шкала кельвина, фаренгейта | Энергия

Стандартная температура в кельвинах: Температурная шкала кельвина, фаренгейта | Энергия

Содержание

Температурная шкала кельвина, фаренгейта | Энергия

Температурная шкала кельвина

Можно заморозить воду и продолжить охлаждение или нагреть воду до парообразного состояния и продолжить нагрев. То есть температуры могут опускаться много ниже О °С и подниматься много выше 100 °С. Существует абсолютный нижний предел температуры по шкале Цельсия, но верхнего предела температуры нет. Мы могли бы предпринять экстраординарные усилия, охлаждая кусок льда, чтобы увидеть, насколько холодным мы можем его сделать, но нам никогда не удастся понизить его температуру ниже —273,15 °С. Эта температура называется абсолютным температурным нулем. Предметы с такой температурой не смогут передать энергию чему-то еще, потому что у них вообще не будет энергии, которую можно было бы передать. Во Вселенной нет объектов, имеющих такую температуру, хотя некоторые атомы в необозримом межгалактическом пространстве могут иметь температуру, приближающуюся к ней.

Абсолютный нуль — это реперная точка температурной шкалы Кельвина. Единицы в этой шкале называются Кельвинами (К). Температура —273,15 «С равна 0 К. Приращение температуры в температурной шкале Кельвина такое же, как в температурной шкале Цельсия. Поэтому 0 °С = 273,15 К, а +100 °С = 373,15 К.

Верхнего предела шкалы нет, т. е. можно нагревать вещества бесконечно. Температуры в ядрах звезд могут достигать миллионов градусов Кельвина. В центре Галактики температуры квазаров и других экстремальных космических объектов достигают, возможно, миллиардов градусов Кельвина.

Температурная шкала фаренгейта

В большинстве англоязычных стран, особенно в Америке, в быту 50 используют температурную шкалу Фаренгейта (Т). Приращение температуры по шкале Фаренгейта равно точно 5/9 приращения температуры по шкале Цельсия. Точка плавления льда из чистой воды на уровне моря принята равной +32 °F, а точка кипения чистой воды — равной +212 °F. Таким образом, +32 °F соответствует О °С, а +212 °F соответствует +100 «С. Температура абсолютного нуля примерно равняется —459,67 °F .

Пусть F — температура в °F, а С — температура в °С. Для того чтобы преобразовать температуру в градусах Фаренгейта в температуру в градусах Цельсия, воспользуемся формулой:

С = (5/9XF — 32).

Для того чтобы преобразовать температуру в градусах Цельсия в температуру в градусах Фаренгейта, воспользуемся формулой:

F = 1,8С + 32.

Стандартные температура и давление (стандартные условия)

Для сравнения между собой замеров и экспериментов, проведенных при разных температурах и давлениях, ученые вводят понятие стандартных температуры и давления (стандартные условия). Стандартная температура равна 0 °С (32 °F), т. е. температуре точки замерзания или точки плавления чистой воды. Стандартное давление — это среднее атмосферное давление на уровне моря, эквивалентное давлению ртутного столба высотой 0,76 м (немного меньше 30 дюймов). Это соответствует 14,7 фунта на квадратный дюйм, или примерно 1,01 х 105 ньютона на квадратный метр (Н/м2).

Мы не задумываемся о том, что воздух имеет существенную массу, но это потому, что мы в него «погружены». Плотность сухого воздуха при стандартных температуре и давлении примерно равна 1,29 кг/м3.

Куб воздуха с размерами 4 х 4 х 4 м (как большая спальня с высоким потолком) имеет массу 82,6 кг. В гравитационном поле Земли это соответствует весу взрослого мужчины.

Стандартная температура в кельвинах

Ке́львин (русское обозначение: К; международное: K) — единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Предложена в 1848 году. Определяется через значение постоянной Больцмана: 1,380649 × 10 -23 Дж / К. До 2019 года определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды [1] . Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём.

t C = t K − 273 , 15 <displaystyle t_=t_-273,15> (температура тройной точки воды +0,01 °C).

Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин [en] , протекающей через территорию университета Глазго.

До 1968 года кельвин официально именовался градусом Кельвина [2] .

Содержание

История [ править | править код ]

1848 [ править | править код ]

Уильям Томсон, будущий лорд Кельвин, в своей работе «Об абсолютной термометрической шкале» («On an Absolute Thermometric Scale») пишет о необходимости шкалы, нулевая точка которой будет соответствовать предельной степени холода (абсолютному нулю), а ценой деления будет градус Цельсия [3] . Эта абсолютная шкала на сегодняшний день известна как термодинамическая шкала Кельвина. Значение «минус 273» было получено как обратное от 0,00366 — коэффициента расширения газа на градус Цельсия.

1954 [ править | править код ]

Третья резолюция Х Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) дала шкале Кельвина современное определение, взяв температуру тройной точки воды в качестве второй опорной точки и приняв, что её значение составляет ровно 273,16 кельвина («градуса Кельвина» в терминологии того времени) [4] .

1967/1968 [ править | править код ]

В соответствии с третьей резолюцией XIII Генеральной конференции по мерам и весам единица измерения термодинамической шкалы была переименована в «кельвин», а обозначением стал «К» (ранее единица называлась «градус Кельвина», её обозначением был «°K»). Кроме того величина единицы была определена более явно — как равная 1/273,16 тройной точки воды [5] .

2005 [ править | править код ]

В обязательном Техническом приложении к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90 Консультативный комитет по термометрии установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды [6] . Международный комитет мер и весов подтвердил, что определение кельвина относится к воде, чей изотопный состав определён следующими соотношениями:

  • 0,000 155 76 моля 2 H на один моль 1 Н
  • 0,000 379 9 моля 17 О на один моль 16 О
  • 0,002 005 2 моля 18 О на один моль 16 О [7] .

2018 [ править | править код ]

На 26-ой генеральной конференции по мерам и весам была принята резолюция о значительном переопределении основных единиц СИ, которое, в частности включало в себя переопределение кельвина через значение постоянной Больцмана, которая равна 1,380649 × 10 -23 Дж / К.

Произошедшее переопределение [ править | править код ]

Недостатком старого определения кельвина являлось то, что при практической реализации величина кельвина оказывалась зависящей от чистоты и изотопного состава используемой воды. Исходя из стремления устранить этот недостаток, XXIV ГКМВ, состоявшаяся 17—21 октября 2011 года, приняла резолюцию [8] , в которой, в частности, было предложено в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить кельвин, связав его величину со значением постоянной Больцмана. При этом предполагалось, что значение постоянной Больцмана будет зафиксировано, то есть будет считаться определённым точно. В связи с этим в резолюции XXIV ГКМВ по поводу кельвина сформулировано [8] :

Кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точности 1,380 6X⋅10 −23 , когда она выражена единицей СИ м 2 ·кг·с −2 ·К −1 , что эквивалентно Дж·К −1 .

Таким образом, стало выполняться точное равенство k =1,380 6X⋅10 −23 Дж/К [9] . Следствием этого явилось то, что кельвин стал равным изменению температуры, которое приводит к изменению энергии, приходящейся на одну степень свободы k T 2 <displaystyle <frac <2>>> на k⁄2, то есть на ½⋅1,380 6X⋅10 −23 Дж.

В своей резолюции XXIV ГКМВ отметила также, что непосредственно после переопределения кельвина температура тройной точки воды останется равной 273,16 К, но при этом её значение приобретёт погрешность и в дальнейшем будет определяться экспериментально [8] .

XXV ГКМВ, состоявшаяся в 2014 году, приняла решение продолжить работу по подготовке новой ревизии СИ, включающей переопределение кельвина, и наметила закончить эту работу к 2018 году с тем, чтобы заменить существующую редакцию Международной системы единиц (СИ) обновлённым вариантом на XXVI ГКМВ в том же году [10] .

Кратные и дольные единицы [ править | править код ]

В соответствии с полным официальным описанием СИ, содержащемся в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI , англ. The SI Brochure ), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ), десятичные кратные и дольные единицы кельвина образуются с помощью стандартных приставок СИ [11] . «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», принятое Правительством Российской Федерации, предусматривает использование в РФ тех же приставок, но переведённых на русский язык [12] .

История

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Из того, что температура – это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии , поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F – 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

Пересчёт температуры между основными шкалами

История

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Из того, что температура – это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии , поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F – 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

Пересчёт температуры между основными шкалами

Шкала температуры. Шкала Цельсия, Фаренгейта, Кельвина, Реомюра

История

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Из того, что температура — это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F — 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

 






Пересчёт температуры между основными шкалами

 

Кельвин

Цельсий

Фаренгейт

Кельвин (K)

= K

= С + 273,15

= (F + 459,67) / 1,8

Цельсий (°C)

= K − 273,15

= C

= (F − 32) / 1,8

Фаренгейт (°F)

= K · 1,8 − 459,67

= C · 1,8 + 32

= F

 Сравнение температурных шкал








Описание

Кельвин Цельсий

Фаренгейт

Ньютон Реомюр

Абсолютный ноль

0

−273. 15

−459.67

−90.14

−218.52

Температура таяния смеси Фаренгейта (соли и льда в равных количествах)

255.37

−17.78

0

−5.87

−14.22

Температура замерзания воды (нормальные условия)

273.15

0

32

0

0

Средняя температура человеческого тела¹

310.0

36.8

98.2

12. 21

29.6

Температура кипения воды (нормальные условия)

373.15

100

212

33

80

Температура поверхности Солнца

5800

5526

9980

1823

4421

¹ Нормальная температура человеческого тела — 36.6 °C ±0.7 °C, или 98.2 °F ±1.3 °F. Приводимое обычно значение 98.6 °F — это точное преобразование в шкалу Фаренгейта принятого в Германии в XIX веке значения 37 °C. Поскольку это значение не входит в диапазон нормальной температуры по современным представлениям, можно говорить, что оно содержит избыточную (неверную) точность. Некоторые значения в этой таблице были округлены.

Сопоставление шкал Фаренгейта и Цельсия

(oF — шкала Фаренгейта, oC — шкала Цельсия)

 



oF

oC

 

oF

oC

 

oF

oC

 

oF

oC

-459. 67
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-190
-180
-170
-160
-150
-140
-130
-120
-110
-100
-95
-90
-85
-80
-75
-70
-65

-273.15
-267.8
-240.0
-212.2
-184.4
-156.7
-128.9
-123.3
-117.8
-112.2
-106.7
-101.1
-95.6
-90.0
-84.4
-78.9
-73.3
-70.6
-67.8
-65.0
-62.2
-59.4
-56.7
-53.9

 

-60
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5

-51.1
-48.3
-45.6
-42.8
-40.0
-37.2
-34.4
-31.7
-28.9
-28.3
-27.8
-27.2
-26.7
-26.1
-25.6
-25.0
-24.4
-23.9
-23.3
-22.8
-22.2
-21.7
-21.1
-20. 6

 

-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

-20.0
-19.4
-18.9
-18.3
-17.8
-17.2
-16.7
-16.1
-15.6
-15.0
-14.4
-13.9
-13.3
-12.8
-12.2
-11.7
-11.1
-10.6
-10.0
-9.4
-8.9
-8.3
-7.8
-7.2

 

20
21
22
23
24
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
125
150
200

-6.7
-6.1
-5.6
-5.0
-4.4
-3.9
-1.1
1.7
4.4
7.2
10.0
12.8
15.6
18.3
21.1
23.9
26.7
29.4
32.2
35.0
37.8
51.7
65.6
93. 3

Для перевода градусов цельсия в кельвины необходимо пользоваться формулой T=t+T0 где T- температура в кельвинах, t- температура в градусах цельсия, T0=273.15 кельвина. По размеру градус Цельсия равен Кельвину.

 

Шкала Кельвина — Энциклопедия по машиностроению XXL







Построенная таким образом температурная шкала называется термодинамической температурной шкалой, или шкалой Кельвина. Как уже говорилось ранее, на XI Генеральной конференции по  [c.132]

Нижним пределом шкалы Кельвина является абсолютный пуль.  [c.133]

Цена деления стоградусной шкалы Цельсия равна цене деления абсолютной шкалы Кельвина.  [c.7]

Температура характеризует степень нагретости тела и представляет собой одну из важнейших тепловых величин. В шкале Кельвина нижней границей температурного промежутка служит точка абсолютного нуля. Абсолютная температура выражается в кельвинах (К, 1 К = 1°С). Температура таяния льда соответствует 273,16 К. В настоящем разделе для обозначения абсолютной температуры использован символ Т, для приращения или разности температур — символ АТ», для начальной температуры тела — Т , для температуры окружающей среды — Т .  [c.141]



Абсолютная шкала температур. Шкала измерения температуры в соответствии с уравнением (25.4) называется абсолютной шкалой. Ее предложил английский физик у. Кельвин (Томсон) (1824—1907), поэтому шкалу называют также шкалой Кельвина.  [c.78]

Эта произвольность отчасти устраняется, если в качестве термодинамического вещества использовать достаточно разреженные (идеальные) газы. Их коэффициент теплового расширения а не зависит ни от температуры, ни от природы газа. Шкала газового термометра градуируется так же, как и шкала Цельсия, но за нуль температуры принимается -1/а градусов Цельсия (шкала Кельвина).  [c.21]

Обозначим температуру, измеренную с помощью идеального газа по шкале Кельвина, буквой Г очевидно, Г==1/а + г, где t — температура по шкале Цельсия (см. 14). Показания всех других термометров приводятся к газовому термометру .  [c.21]

Как будет впоследствии показано, второе начало термодинамики полностью устраняет произвольность в определении температуры, позволяя строго установить абсолютную шкалу температуры (шкалу Кельвина), не зависящую ни от выбранного вещества, ни от того или иного термометрического параметра.  [c.21]

При сделанном нами выборе величины 100 для разности температур T — Tq, соответствующих основным точкам, т. е. при выборе градуса Цельсия в качестве единицы температуры, термодинамическая температура совпадает с газовой температурой, измеренной по шкале Кельвина Если пользоваться градусом Реомюра, т. е. положить  [c.64]

Показать, что разность температур между 10 и 10 К эквивалентна разности температур между 3 и 300 К, т. е. равные температурные интервалы ЛТ по шкале Кельвина не эквивалентны.  [c.86]

Температура, отсчитываемая от этого абсолютного нуля, называется абсолютной температурой, а сама шкала температур называется шкалой Кельвина.  [c.16]

Величина градуса по шкале Кельвина принимается равной градусу по стоградусной шкале и  [c.17]

Помимо шкал Кельвина и Цельсия в некоторых странах используют шкалы Ренкина, Фаренгейта и Реомюра. Между единицами температуры по этим шкалам и кельвином справедливы соотношения  [c.172]

Вследствие того, что в шкалах Кельвина и Цельсия линейные размеры, соответствующие одному градусу, одинаковы, то любую температуру можно выралградусах Цельсия (°С), или в кельвинах (К).  [c.11]

Одноконтурные параметрические усилители обладают усилением в 20—30 дБ на каскад эквивалентную шумовую температуру можно довести до нескольких десятков градусов по шкале Кельвина, ширина полосы пропускания усилителя может достигать 10—15% от сигнальной частоты. Очевидно, что такие параметрические усилители не могут усиливать сигналы сложной формы, спектр которых содержит набор частот от нулевой (близкой к нулевой) до некоторой высокой частоты.  [c.154]



Термодинамическая температура (Т) определяется по шкале Кельвина, где за точку отсчета принимается абсолютный нуль температуры. Связь между температурной шкалой Кельвина и практической температурной шкалой Цельсия устанавливается соотношением Т = t + 273,15 (где температура t измеряется в градусах Цельсия).  [c.9]

Особо важную роль в термодинамике играет термодинамическая шкала температур. Нуль этой шкалы называют абсолютным нулем, а деления шкалы кельвинами (К). Связь между щкалой Кельвина (Г) и шкалой Цельсия t) устанавливается соотношением  [c.8]

Абсолютный нуль Г = 0К по шкале Цельсия равен t = = —273,1б°С. Численные величины градуса по шкале Цельсия и шкале Кельвина, естественно, совпадают между собой.  [c.62]

Абсолютная температура рабочего тела является мерой интенсивности теплового движения молекул. При тепловом равновесии двух тел, когда теплообмен между ними отсутствует, температура их одинакова. Абсолютная температура всегда положительна, а нулевое значение ее соответствует состоянию полного покоя молекул. Шкала, в которой температура отсчитывается от этого состояния, называется термодинамической шкалой Кельвина. Измеренная по этой шкале температура обозначается 7 К. В технике же принята международная стоградусная шкала — шкала Цельсия, в которой отсчет ведется от состояния тающего льда при нормальном давлении (соответствующего абсолютной температуре 7=273,15 К). Измеренная по этой шкале температура обозначается °С. Величина градуса в обеих шкалах одинакова, поэтому пересчет с одной шкалы в другую производится по формуле 7=г +273,15.  [c.7]

Наиболее универсальной шкалой температур, не зависящей от каких-либо свойств термометрического вещества, является абсолютная термодинамическая шкала температур Т — шкала Кельвина, построенная на основе второго закона термодинамики (см. п. 6.2) и  [c.13]

Абсолютная термодинамическая шкала температур. Используя свойства цикла Карно, английский физик В. Кельвин предложил универсальную шкалу температур, которая не зависит от свойств отдельных веществ и получила название абсолютной термодинамической шкалы температур, или шкалы Кельвина.  [c.107]

Однако пользование газовым термометром представляет большие практически неудобства, поэтому бьшо выбрано несколько постоянных опорных точек, воспроизведение которых в лабораторных условиях не составляет большого труда. Одна из этих точек задается самим определением термодинамической шкалы — это тройная точка воды, которой приписана неизменная температура 273,16 К. Остальные точки установлены на основании как можно более тщательных измерений. Все эти точки представляют собой температуры фазовых переходов разли шых веществ. На основе измерения температур этих точек в 1968 г. установлена Международная практическая температурная шкала ). Поскольку из.мерения по этой шкале не могут гарантировать абсолютно точного совпадения с термодинамической шкалой, температурам по шкалам Кельвина и Цельсия присвоены символы T es и / в. числе опорных точек имеются тройные точки водорода (T es = 13,81 К) и воды (Гб 8 = 573,16 К) и ряд точек равновесия двух фаз различных веществ. Значения опорных постоянных точек Международной практической температурной шкалы приведены в приложении XII.  [c.193]

На земной поверхности за среднюю температуру воздуха принято -f 15 градусов или 288 градусов по шкале Кельвина. На высоте 10 километров всегда и летом и зимой господствует трескучий мороз —50 градусов или 223 градуса по абсолютной шкале.  [c.62]

Для температурных условий, господствующих на поверхности земли, при средней расчетной температуре окружающего воздуха в 288 градусов по шкале Кельвина, для того чтобы получить то же соотношение тем-  [c.63]

Шкала водородного термометра, построенная по изменениям давления водорода при неизменном объёме, может с большим приближением приниматься тождественной с абсолютной шкалой Кельвина (1848 г.), не зависящей от природы тела.  [c.435]












Вторая температурная шкала — это термодинамическая шкала температур 1954 г. с одной реперной точкой, за которую принята тройная точка воды. Величина градуса устанавливается из условия, что абсолютная температура тройной точки воды точно равна 273,16°К наименование градуса — Градус Кельвина термодинамический и Градус Цель сия термодинамический . Практически определить разницу между двумя шкалами в настоящее время невозможно, однако, величина градуса в этих двух шкалах несомненно различна. Соотношение температур по международной шкале и термодинамической шкале Цельсия с температурами по международной и термодинамической шкале Кельвина определяется выражением  [c.7]

Построение температурной шкалы с одной реперной точкой оказалось возможным только после открытия абсолютной термодинамической шкалы Кельвина (см. 8).  [c.7]

Стандарт — результат конкретной работы по стандартизации. Он может быть представлен 1) в виде документа, со-держаи(его ряд требований пли норм 2) в виде основной единицы или физической константы, например абсолютны нуль (шкала Кельвина) 3) в В 1де какого-либо ипрлмета для физического сравнения, например метр (эталон .  [c.9]

А традиция эта такова, что температура всегда имела свою особую единицу—градус, которая возникла еще в те времена, когда температура считалась мерой особой субстанции—теплоты, а температурных шкал было столько же, сколько было мастеров, изготовлявших термометры. Причем поначалу это был не просто градус, а градус теплоты. Говорили, например, так телу сообщено восемь градусов теплоты по шкале Реомюра. Позже для теплоты была введена своя особая единица—калория, тоже со своим эталоном и т.д. А градус остался уже только при температуре. Единица в шкале кельвина тоже поначалу назьталась градус кельвина.  [c.88]

С 1954 г. термодинамическая температурная шкала (шкала Кельвина) определяется одной реперной точкой тройной точко/i воды (она воспроизводится с большей точностью, чем точка таяния льда), которой приписывается те.мпература 273,16 К. Температура плавления льда при нормальном атмосферном давлении по этой плкале равна 273,15 К.  [c.21]

Температура Т по шкале Кельвина является абсолютной в смысле независимости от свойств любого термометрического вепдества. Таковым является и отношение T(t2)IT l,) [см. (3.20)], но не разность T(t2) — T ti). Отсюда следует, что равные интервалы ДГ не являются эквивалентными разность температур, например, между 10 и эквивалентна разности температур между 3 и 300 К. К. п. д. циклов Карно между этими разностями температур будут одинаковыми.  [c.306]

XI Генеральная конференция по мерам и весам и ГОСТ 8550—61 решили определять термодинамическую шкалу температур [юсред-ством тройной точки воды, где в равновесном состоянии на) одится лед, вода и водяной пар, и приписать ей значение Т = 273,16 К. Во всех формулах термодинамики необходимо подставлят11 абсолютную температуру по шкале Кельвина,  [c.17]

Термодинамическая температурная шкала предложена в 1848 г. английским физиком Кельвином. Ее наз 1шают также шкалой Кельвина, а единицу температуры — кельвином (К). Температура плавления льда по шкале Кельвина равна 273,16К, а температура кипения воды — 373,16 К. В СИ единица кельвин устанавливается по интервалу температуры от абсолютного нуля до температуры тройной точки воды. Абсолютный нуль — это температура, при которой прекращается хаотическое движение молекул тела, т. е. начало отсчета абсолютной температуры. Тройная точка воды — это температура, при которой вода, водяной пар и лед находятся в равновесии — 273,16 К. Таким образом, 1 кельвин равен 1/273,16 части температурного интервала от абсолютного нуля до температуры тройной точки воды.  [c.11]

Идеальный газ представляется наилучшим термометрическим веществом, так как имеет простую связь между характеристиками его свойств см. формулу (1.16)] и ряд других достоинств (высокую чувстБнтельиосгь к воздействию теплоты, постоянство свойств н др.). Путем использования (мысленного) идеального газа в качестве термометрического вещества построена идеально-газовая шкала температуры. Для построения стоградусной шкалы можно использовать идеальный газ, приняв за термометрическое свойство, например, объем V. Если в такой идеально-газовой стоградусной шкале за начало отсчета температуры принять состояние, в котором объем V становится равным нулю, то получим шкалу идеально-газовой абсолютной температуры (шкалу Кельвина). Температура тройной точки воды по шкале Цельсия равна 0°С, а по шкале Кельвина 273,15°С связь между температурами по шкале Кельвина (Т, К) и Цельсия (/, °С) имеет вид  [c.8]

Кельвина (градус шкалы Кельвина явсит название кельвин). 0,0 К=—273,15 С.  [c.47]

Абсолютная температурная шкала или шкала Кельвина или термодинамическая температурная шкала признана Международным комитетом мер и весов в качестве основной. Определение термодинамической температурной шкалы базируется на втором законе термодинамики и использует цикл Карно. Одним из важнейших свойств термодинамической шкалы является независимость ее от термометрического вещества. Для определения градуса шкалы используется одна реперная точка — тройная точка воды, а нижней границей температурного промежутка является точка абсолютного нуля. Тройной точке воды присваивается температура 273,15 К точно, и таким образом градус Кельвина равен V273.16 части термодинамической температуры тройне точки воды. Термодинамическая температура может быть выражена и в градусах Цельсия с помощью формулы  [c.47]



Использование температуры для измерения светлого цвета (Кельвины)


Почему свет имеет температуру? 



Свет – это результат электромагнитного излучения.

Электромагнитное излучение исходит от тел, имеющих температуру больше 0 К (Кельвин), то есть всяких нагретых тел, поэтому и называется тепловым.


Итак, имеем цепочку: тело – тепло – свет — цвет – как измерить?




Шкалы для измерения температуры 



Существует множество шкал для измерения температуры.
Самые распространенные: Цельсия (°C, по всему миру), Фаренгейта (°F, используемая в США и еще 4-х странах), и Кельвина (К, используемая в физике и других точных науках). 


Шкала Фаренгейта отличается от шкалы Цельсия не только температурой, принятой за ноль, но еще и разницей между величиной одного градуса. 


Интересно:  


Это была одна из первых попыток создать меру для температуры (1724г.), поэтому Изобретатель — немецкий ученый Габриэль Фаренгейт подошел творчески: за нулевую отметку он взял температуру замерзания смеси из льда и поваренной соли (в привычных нам сегодня величинах это -17,8 °С), а за 100 °F была принята… температура тела его жены, которая на тот момент болела (примерно 37,8 °С). В 1975 году пытались перейти на систему СИ (°C, км, кг),  но переход должен был быть добровольным, а сами граждане выступили против.


Различие между шкалами Цельсия и Кельвина в том, что за 0 (ноль) принята разная температура. По Цельсию — это температура замерзания воды, в то время как по Кельвину — это абсолютный ноль. При этом,  1°C = 1К , данная мера включена в международную систему СИ. 


Кельвины 




Как мы уже сказали, Кельвины используется используемая в физике и других точных науках.


Кельвин(К) – единица, названая в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира (от реки Кельвин, протекающей через территорию университета Глазго, где он работал).


В 1848 году,  используя шкалу Цельсия, лорд Кельвин установил, что минимально возможное значение температуры, которую может иметь любое тело во вселенной и при которой прекращается всякое движение элементарных частиц, составляет -273°С.

Этот «идеальный покой» и был назвал ученым «абсолютным нулем», а температура была —  0 (ноль) Кельвинов. 




ТЕПЛО 




Итак, любой источник света имеет температуру. Соответственно  цветовой оттенок источника света – также будет связан с температурой. Температура света была описана физиком Максом Планком. В его трактатах были представлены законы распределения энергии. Вследствие этого появилось понятие температуры цвета. За единицу меры были приняты кельвины. 




Что же явилось эталонным источником света, с которым было решено сравнить любой другой?

Понятно, что на роль эталонного источника не подошел ни свет солнца, ни лампа (хотя и то и другое в некоторых смыслах считается идеальным источником света), для численных измерений всегда нужно что-то постоянное и абсолютное. 


В качестве такого абсолютного источника света было предложено  рассматривать нагретое абсолютно чёрное тело — физическая абстракция физического тела, не отражающего никакого внешнего излучения.


В реальном мире таких объектов нет, но есть очень хорошие приближения, например, простой уголь. 



Если кусок угля, поместить в камеру с инертным газом, при нагревании камеры уголь не загорится, т.к. нет доступа кислорода, но с определенной температуры начнёт излучать видимый свет. Это произойдёт при нагреве до 500-600 градусов. Свет будет тёмно-красный.


При дальнейшем нагревании свет станет красным, затем жёлтым и при температуре 2800-3000 градусов станет очень похож на свет лампы накаливания. 




При 5000 градусов цветовой оттенок излучения станет неидентифицируемым, практически белым.

Дальнейший нагрев будет постепенно смещать спектр излучения в сторону голубого света, который станет отчётливо выраженным при 10 тысячах градусов. 


Вот эта температура нагрева и является значением цветовой температуры источника света. 


[good:012341(B),017418,01326,01303#fgdfgdffdh43] 





Температура нагрева ламп  


Стоит заметить, что лампы не нагреваются до таких температур, а величина в Кельвинах — сравнительный условный показатель. 
В зависимости от состава то или иное вещество при нагреве дает разную цветовую температуру. 
Если тело накала в современных лампах накаливания изготавливается из вольфрама , «рабочей» считается температура вольфрамовой нити 2700 К – 3000 К, то температура же светодиодных ламп не указывает на уровень их нагревания: при показателе в 2700 К лампа нагревается до +80°С.


То же самое можно сказать и о светодиодных лентах. 

Обратная взаимосвязь тепла и цвета


Как показано ранее, нагревая от 500К до 10 000К температура становилась выше, т.е. ТЕПЛЕЕ, а цвет  —  ХОЛОДНЕЕ.

Не стоит путать обычную температуру с температурой цвета.



Диапазон видимых температур

Цветовая температура видимого диапазона света лежит в пределах от 1500 K (ниже — невидимое инфракрасное излучение) до 12000 K (выше — свет уходит в область ультрафиолетового излучения, опять же невидимого).


Мягкий белый или «теплый» свет имеет температуру от 2700 до 3000 K, а так называемый дневной или «холодный» — от 5000 до 6500 К.


Интервал 4500К-5200К самый комфортный для человека, приближенный к естественному свету.




Майреды


Стоит упомянуть еще одну величину для измерения температуры цвета, которой мы все пользуемся, это 


Майред, Миред, (M), (англ. Mired; анаграмма английского термина micro reciprocal degree — обратный микроградус) — 

Миред = 1000000/Кельвин.


Эта единица используется в фотоаппаратуре.
Согласно этой шкале температура фотовспышки равняется: 100000/5000(К)=200 (миред).

Шкала удобна тем, что одинаково пропорциональна цветовым изменениям во всем спектре.
Так, при небольших цветовых температурах даже незначительное изменение, измеренное в Кельвинах, вызывает сильный сдвиг цветового баланса. В то же время, при высоких значениях цветовой температуры изменения цвета менее значительны. При использовании обратной шкалы, размеченной в майредах, во всех её частях изменения цвета одинаково пропорциональны. Для удобства, иногда используют «декамайреды» (дM),

Настройка цветовой температуры заложена в опции «баланс белого».


            


Как выбрать свет?


О том как выбирать светодидную продукцию для конкретного объекта, Вы можете прочитать в статье
«Как выбрать цветовую температуру»

[good:012341(B),017418,01326,01303#fgdfgdffdh44]

Еще раз о шкалах температуры

Для измерения температуры – самого ощущаемого и наблюдаемого физического параметра – были изобретены ряд шкал и единиц, но только две основные единицы нашли в настоящее время повседневное применение. Двум европейским ученым 18 века приписывается создание используемых в настоящее время шкал температуры в градусах Фаренгейта (°F) и в градусах Цельсия (°C), из которых последняя используется фактически повсеместно за исключением США.

Ключом к установлению достоверной температурной шкалы является нахождение повторяющихся стандартных точек, например точек изменения состояния воды. Немецкий физик Габриэль Фаренгейт (1686-1736) первоначально основывал свою шкалу на трех точках. В первой точке температура смеси льда и соленой воды принималась за ноль, во второй точке температура смеси льда и чистой воды принималась за 30, и, наконец, в третьей точке температура в полости рта здорового человека определялась как 96. В соответствии с этой шкалой точка кипения воды (при нормальном атмосферном давлении) имела значение 212. Для того, чтобы средняя величина интервала между точками кипения и замерзания воды была равна более приемлемому числу (180), Фаренгейт в последующем скорректировал точку замерзания воды и установил ее равной 32.

Шведский астроном Андерс Цельсий (1701-1744) с помощью точных экспериментов установил более рациональную шкалу, в которой 0 соответствовал точке кипения воды, а 100 – точке замерзания. После его смерти шкала была изменена противоположным образом и сейчас используется именно в таком виде. Из-за того, что шкала C охватывала „100-точечный“ интервал между точками замерзания и кипения воды, она была принята как стоградусная шкала. Только в наше время (1948 г.) для обозначения „градусы Цельсия“ был применен символ °C.

Поскольку шкалы C и F основаны на одних и тех же физических точках (изменениях состояния воды), то установление соотношения между ними не представляет труда. График взаимосвязи – прямая линия, соединяющая стандартные точки 1 и 2 и продолженная в обоих направлениях, может служить полезным инструментом визуализации. Кроме обеспечения физического понимания температурных шкал, линия дает нам уравнение связи между C и F „с первого взгляда“. Такой график может быть рекомендован для каждого, кто работает с температурными преобразованиями.

Соотношение шкал Цельсия и Фаренгейта

Основной обеих температурных шкал — Цельсия и Фаренгейта — является интервал между точками замерзания и кипения воды в стандартных условиях. Это точки 1 (0оС; 32оF) и 2 (100оС; 212оF), расположенные вдоль линии зависимости этих шкал.

Поскольку мы знаем наклон линии (2z/1z = 180/100 или 1.8) и ее смещение на 32 единицы по оси F (точка, где C = 0), то с помощью элементарной математики сразу можно получить уравнение линии:

F = 1.8C + 32, которое легко решается для С, давая C = (F — 32)/1.8.

И это все формулы преобразования, необходимые пользователю. Они должны быть проще часто применяемых таблиц, содержащих дробные числа. Кроме того, график объясняет – почему шкалы C и F имеют одну точку числовой эквивалентности при -40 (так называемую „уникальную“ точку). Это происходит в точке A в третьем квадранте, где xA = yA. Точки графика, находящиеся между точками B и G, обеспечивают определение других интересных в физическом плане температурных точек.

Так, например, продление линии вниз позволяет определить конечную точку 3, известную как абсолютный ноль (-273.15 °C; -459.67 °F). Эта теоретически самая низкая возможная температура вещества является нулевой точкой шкалы Кельвина, предложенной английским ученым Вильямом Томсоном (Лорд Кельвин) в 1848 году. Шкала температур Кельвина применяется в науке и технике и определяется без приставки „градусы“ (т.е., 283 K = 10 °C = 50 °F).

Продление линии вверх не имеет определенного предела. Множество промышленных и физических процессов осуществляются при температурах до нескольких тысяч градусов F или C.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Разбираемся с цветовой температурой

На рынке существует огромный выбор автоламп, которые светят желтым, белым и даже голубым светом. Особенно большой разбег спектра характерен для галогена. Так какой свет более яркий, комфортный и безопасный: теплый, нейтральный или холодный?

Кто такие Кельвины?

Температуру света принято измерять в градусах по Кельвину, или просто «Кельвинах». Отличие от привычных для нас градусов Цельсия в том, что шкала начинается не от температуры замерзания воды, а от некоего «абсолютного нуля», при котором атомы тел полностью неподвижны. Как все абсолютное в этом мире, такая температура считается недостижимой. Ноль по шкале Кельвина это минус 271 градус по шкале Цельсия. Но сегодня мы говорим не о замерзании, а о нагреве, при котором большинство металлов испускают свет. Видимый глазом человека спектр начинается с малинового, а заканчивается фиолетовым. В качестве света используют отрезок от оранжевого (цвет горящей свечи), до синего (облачное небо).

Большинство стандартных галогенных лам светятся в теплом спектре.

Вольфрам, газ, диод

В конце XIX веке ученые во всем мире ставили эксперименты, пропуская ток через платину, хром, молибден. Лучше всего получилось с вольфрамом, этот металл имеет большое сопротивление и очень высокую температуру плавления (3695 К). В 1890-х годах русский электротехник Александр Лодыгин предложил закручивать вольфрамовую нить в спираль. А проблему быстрого испарения нити решил американский ученый Ирвинг Ленгмюр, заполнив колбу инертным газом. Постепенно такая конструкция лампы вытеснила все остальные и существует до сих пор.

Автомобильная галогенная лампа отличается только газом, которым заполнена колба и жаропрочным материалом колбы. Это позволило разогреть спираль сильнее, увеличить светоотдачу и повысить цветовую температуру до 2800 – 3100 К. Дальше повышать не получилось, вольфрам начинает плавиться. Поэтому стандартные галогенки и имеют желтоватый свет.

В ксеноновой лампе вольфрама нет совсем, свет испускает газ. И его температура уже не имеет желтого оттенка, так как находится в пределах 4200 – 5100 К. А светодиоды и вовсе позволяют получить холодный яркий свет температурой 6000 — 6800 К.

Но сегодня на рынке существуют галогенные лампы с повышенной температурой 4000 и 5000 К . Откуда такие цифры?

Все дело в фильтрах

Самый простой способ изменить температуру света – установить светофильтр. По такой технологии изготовлены лампы OSRAM COOL BLUE INTENSE (4200 К) и OSRAM COOL BLUE BOOST (5000 К). Если на вашем автомобиле в качестве основного света уже установлен ксенон, то в качестве дополнительного источника света можно купить лампы COOL BLUE INTENSE, которые имеют точно такую же температуру. В результате вы получите гармоничный внешний вид автомобиля и бонусом — увеличенную на 20% яркость.

Лампы OSRAM COOL BLUE INTENSE имеет одобрение ECE для дорог общего пользования.

Второй продукт в этой категории — OSRAM COOL BLUE BOOST отличается кристально белым, голубоватым цветом. Для этого колба покрыта темно-синим фильтром, который полностью отсекает красные и желтые оттенки.

Лампы OSRAM COOL BLUE BOOST относятся к категории off-road

Но почему не закрасить колбу темно-синим и не получить 6000 К?

Дело в том, что фильтр не только меняет температуру света, но и затемняет его. Колба превращается в своеобразные солнцезащитные очки. Поэтому придется увеличивать мощность самой лампы, а это автоматически лишит лампу сертификации для дорог общего пользования.

Какой цвет для авотомобильных фар лучше?

Ответить на этот вопрос сможете только вы сами. Кому-то нравится белый, ведь человеческий глаз лучше всего приспособлен к яркому солнечному свету. Его температура находится в пределах 4200 и 6000 К. Фары с таким оттенком дают меньшую нагрузку на глаза, водитель отчетливее различает дорогу и дольше не устает. Минусом такого света считается ухудшение видимости в плохую погоду. Белые лучи сильнее отражаются от снега, дождя и тумана. Поэтому в непогоду лучше подойдут более желтые лампы с цветовой температурой 3000 — 3700 К. Желтый свет менее подвержен рассеиванию и не кристаллизуется от мельчайших капель влаги.

Люксы и люмены

Цветовая температура – важный момент, но не самый главный. Кельвины отвечают только за цвет и не имеют ничего общего с количеством света, мощностью и его интенсивностью. Эти параметры измеряются другими единицами.

Начнем с мощности. С появлением новых технологий (ксенон и светодиоды) эта единица отошла на второй план. Но даже в обычных галогенках более важными являются Люмены. Это единица измерения светового потока, которая характеризует, сколько света испускает источник во все стороны. Никто не будет спорить с тем фактом, что стандартные лампы разных производителей с одной и той же маркировкой «55 Вт», светят по-разному, так как различаются по конструкции, КПД и спектральным характеристикам.

Еще одна важная для автомобильного света единица – это Люкс. Она показывает интенсивность света, который попадает именно на дорогу.

А еще свет должен быть однородным, правильно распределенным на дороге, не рассеиваться и иметь четкую светотеневую границу.

Качественные лампы и правильно настроенные фары не слепят встречных водителей и отлично освещают дорогу

И, конечно, не забывайте следить за состоянием фар, пожелтевший или поцарапанный пластик значительно ухудшает характеристики даже самой качественной лампы. Но об этом в следующий раз…

STP — стандартные температура и давление и NTP

Поскольку температура и давление воздуха варьируются от места к месту, для сравнения испытаний и документации химических и физических процессов необходим стандартный справочник.

Примечание! Существует множество альтернативных определений стандартных эталонных условий температуры и давления. Поэтому следует осторожно использовать определения STP, NTP и другие определения. Всегда важно знать эталонную температуру и эталонное давление для фактического используемого определения.

STP — стандартные температура и давление

STP обычно используется для определения стандартных условий для температуры и давления, которые важны для измерений и документирования химических и физических процессов:

  1. STP — Стандартные температура и давление — определяется IUPAC (Международный союз чистой и прикладной химии) в виде воздуха при 0 o C (273,15 K, 32 o F) и 10 5 паскалей (1 бар).
  2. STP — обычно используется в британской системе единиц и системе единиц США — как воздух при 60 o F ​​(520 o R, 15.6 o C ) и 14,696 фунтов на квадратный дюйм (1 атм, 1,01325 бар абс.)
  • , также называемый «1 стандартная атмосфера»
  • В этих условиях объем 1 моля газа составляет 23,6442 литра.
  • Эти условия чаще всего используются для определения термина объема Sm 3 (Стандартный кубический метр)

Примечание! Прежнее определение STP IUAPC для 273,15 K и 1 атм (1,01325 10 5 Па) больше не поддерживается.Тем не менее,

    • Эти условия по-прежнему наиболее часто используются для определения объема. Нм 3 (нормальный кубический метр)
    • В этих условиях объем 1 моля газа составляет 22,4136 литров.

1 Па = 10 -6 Н / мм 2 = 10 -5 бар = 0,1020 кп / м 2 = 1,02×10 -4 м H 2 O = 9,869×10 -6 атм = 1,45×10 -4 фунтов на кв. Дюйм (фунт-сила / дюйм 2 )

NTP — нормальная температура и давление

NTP обычно используется в качестве стандартного условия для тестирования и документирования производительности вентиляторов:

  • NTP — Нормальная температура и давление — определяется как воздух при температуре 20 o C (293.15 K, 68 o F) и 1 атм ( 101,325 кН / м 2 , 101,325 кПа, 14,7 фунтов на кв. Дюйм, 0 фунтов на кв. Дюйм, 29,92 дюйма ртутного столба, 407 дюймов H 2 O, 760 торр). Плотность 1,204 кг / м 3 (0,075 фунта на кубический фут)
    • В этих условиях объем 1 моля газа составляет 24,0548 литра.
Пример — Повышение давления вентилятора

Вентилятор, который создает статическое давление 3 дюймов H 2 O (хорошее среднее значение) — увеличит абсолютное давление воздуха на

((3 дюйма H 2 O) / (407 дюймов H 2 O)) (100%) = 0.74%

SATP — Стандартные температура и давление окружающей среды

SATP — Стандартные температура и давление окружающей среды также используется в химии в качестве эталона:

  • SATP — Стандартные температура и давление окружающей среды является эталоном с температурой 25 ° С. C (298,15 K) и давление 101,325 кПа.
    • В этих условиях объем 1 моля газа составляет 24,4651 литра.

ISA — Международная стандартная атмосфера

ISA — Международная стандартная атмосфера используется как ссылка на летно-технические характеристики воздушного судна:

  • ISA — Международная стандартная атмосфера определяется как 101.325 кПа, 15 o C и влажность 0%.

Стандартная атмосфера ИКАО

Стандартная модель атмосферы, принятая Международной организацией гражданской авиации (ИКАО):

  • Атмосферное давление: 760 мм рт.ст. = 14,7 фунт-сила / кв.дюйм
  • Температура: 15 o C = 288,15 K = 59 o F ​​

Стандартные условия по сравнению со стандартным государством

Стандартные условия, или STP, и стандартное состояние используются в научных расчетах, но они не всегда означают одно и то же.

Ключевые выводы: стандартные температура и давление (STP) по сравнению со стандартным государством

  • Стандартные условия эксплуатации и стандартные условия обычно используются для научных расчетов.
  • STP означает стандартные температура и давление. Оно составляет 273 К (0 градусов Цельсия) и давление 1 атм (или 105 Па).
  • В определении стандартных государственных условий указано давление 1 атм, жидкость и газы должны быть чистыми, а растворы должны иметь концентрацию 1 М.Температура не указана , хотя в большинстве таблиц данные компилируются при 25 градусах Цельсия (298 К).
  • STP используется для расчетов с газами, приближенными к идеальным.
  • Стандартные условия используются для любых термодинамических расчетов.
  • Значения, указанные для STP и стандартных условий, основаны на идеальных условиях, поэтому они могут незначительно отличаться от экспериментальных значений.

STP — это сокращение от Standard Temperature and Pressure, которое определяется как 273 K (0 градусов Цельсия) и давление 1 атм (или 10 5 Па).STP описывает стандартные условия и часто используется для измерения плотности и объема газа с использованием закона идеального газа. Здесь 1 моль идеального газа занимает 22,4 л. В старом определении для давления использовались атмосферы, а в современных расчетах — паскалях.

Для термодинамических расчетов используются стандартные условия состояния. Для стандартного состояния указано несколько условий:

  • Стандартная государственная температура 25 градусов C (298 K). Обратите внимание, что температура не указана для стандартных государственных условий, но большинство таблиц составлено для этой температуры.
  • Все газы под давлением 1 атм.
  • Все жидкости и газы чистые.
  • Все растворы имеют концентрацию 1М.
  • Энергия образования элемента в нормальном состоянии равна нулю.

Расчеты стандартного состояния могут выполняться при другой температуре, чаще всего 273 К (0 градусов Цельсия), поэтому расчеты стандартного состояния могут выполняться в STP. Однако, если не указано иное, предполагается, что стандартное состояние относится к более высокой температуре.

Стандартные условия

по сравнению с STP

И STP, и стандартное состояние определяют давление газа 1 атмосферу. Однако стандартное состояние обычно не соответствует температуре STP. Стандартное состояние также включает несколько дополнительных ограничений.

STP, SATP и NTP

Хотя STP полезен для расчетов, он непрактичен для большинства лабораторных экспериментов, потому что они обычно не проводятся при 0 ° C. Можно использовать SATP, что означает стандартные температуру и давление окружающей среды.SATP находится при 25 градусах Цельсия (298,15 К) и 101 кПа (по существу 1 атмосфера, 0,997 атм).

Другой стандарт — NTP, что означает нормальную температуру и давление. Это определено для воздуха при температуре 20 ° C (293,15 K, 68 ° F) и давлении 1 атм.

Существует также ISA, или Международная стандартная атмосфера, которая составляет 101,325 кПа, 15 градусов Цельсия и влажность 0 процентов, и Стандартная атмосфера ИКАО, которая представляет собой атмосферное давление 760 мм рт.ст. и температуру 5 градусов Цельсия (288,15 К или 59 градусов F). ).

Какой использовать?

Обычно вы используете тот стандарт, по которому вы можете найти данные, наиболее близкий к вашим реальным условиям или тот, который требуется для конкретной дисциплины. Помните, что стандарты близки к реальным значениям, но не совсем соответствуют реальным условиям.

Температурные и температурные шкалы | Безграничная физика

Шкала Цельсия

Цельсия или Цельсия — это шкала и единица измерения температуры.Это одна из наиболее часто используемых единиц измерения температуры.

Цели обучения

Объясните, как определяется шкала Цельсия

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Градус Цельсия (° C) может относиться к определенной температуре по шкале Цельсия, а также к единице измерения температурного интервала, разницы между двумя температурами или неопределенности.
  • Шкала Цельсия в настоящее время определяется двумя различными температурами: абсолютным нулем и тройной точкой Венского стандартного среднего значения океанской воды (VSMOW; специально очищенная вода).
  • Исходя из этого, соотношение между Цельсием и Кельвином выглядит следующим образом: [latex] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ text {T} _ {\ text {Kelvin}} -273,15 [/ latex ].
Ключевые термины
  • кельвин : в Международной системе единиц — основная единица термодинамической температуры; 1 / 273,16 термодинамической температуры тройной точки воды; обозначается как K
  • абсолютный ноль : самая низкая из возможных температур: ноль по шкале Кельвина и приблизительно -273.15 ° C и -459,67 ° F. Полное отсутствие тепла; температура, при которой движение всех молекул прекратится.
  • стандартная атмосфера : международное эталонное давление, определенное как 101,325 кПа и ранее использовавшееся как единица давления

Цельсия, также известный как градус Цельсия, представляет собой шкалу для измерения температуры. Единица измерения — градус Цельсия (° C). Это одна из наиболее часто используемых единиц измерения температуры в мире. Система единиц названа в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701-1744), который разработал аналогичную температурную шкалу.

Температурные шкалы : Краткое введение в температуру и температурные шкалы для студентов, изучающих теплофизику или термодинамику.

Термометр : термометр с калибровкой в ​​градусах Цельсия

С 1743 по 1954 год 0 ° C определялось как точка замерзания воды, а 100 ° C определялась как точка кипения воды при давлении в одну стандартную атмосферу с ртутью в качестве рабочего материала.Хотя сегодня в школах обычно преподают эти определяющие корреляции, по международному соглашению единица «градус Цельсия» и шкала Цельсия в настоящее время определяются двумя разными температурами: абсолютным нулем и тройной точкой Венской стандартной средней океанской воды (VSMOW; специально очищенная вода). ). Это определение также точно связывает шкалу Цельсия со шкалой Кельвина, которая определяет базовую единицу термодинамической температуры в системе СИ и использует символ K. Абсолютный ноль, самая низкая возможная температура (температура, при которой вещество достигает минимальной энтропии), определяется как равняется точно 0К и -273.15 ° С. Температура тройной точки воды определена как 273,16K и 0,01 ° C. Исходя из этого, соотношение между градусами Цельсия и Кельвина выглядит следующим образом:

Фазовая диаграмма воды : На этой типичной фазовой диаграмме воды зеленые линии отмечают точку замерзания, а синяя линия отмечает точку кипения, показывая, как они меняются в зависимости от давления. Пунктирная линия показывает аномальное поведение воды. Обратите внимание, что вода меняет состояние в зависимости от давления и температуры.

[латекс] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ text {T} _ {\ text {Kelvin}} -273,15 [/ latex].

Помимо выражения конкретных температур по своей шкале (например, «Галлий плавится при 29,7646 ° C» и «Температура на улице 23 градуса Цельсия»), градус Цельсия также подходит для выражения температурных интервалов — разницы между температурами или их неопределенности ( например, «Выходная мощность теплообменника выше на 40 градусов по Цельсию» и «Наша стандартная погрешность составляет ± 3 ° C»). Из-за этого двойного использования нельзя полагаться на название устройства или его символ для обозначения того, что величина является температурным интервалом; из контекста или явного утверждения должно быть ясно, что величина является интервалом.

Шкала Фаренгейта

По шкале Фаренгейта замерзание воды определяется как 32 градуса, а температура кипения воды определяется как 212 градусов.

Цели обучения

Объясните, как определяется шкала Фаренгейта, и преобразуйте ее в градусы Цельсия.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Система по Фаренгейту разделяет точки кипения и замерзания воды ровно на 180 градусов. Следовательно, градус по шкале Фаренгейта равен 1⁄180 интервала между точкой замерзания и точкой кипения.
  • Чтобы преобразовать ° F в ° C, вы можете использовать следующую формулу: [latex] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ frac {5} {9} (\ text {T} _ {\ текст {Fahrenheit}} — 32) [/ латекс]. Шкалы Фаренгейта и Цельсия пересекаются при -40 °.
  • Шкала Фаренгейта была заменена шкалой Цельсия в большинстве стран с середины до конца 20 века. Фаренгейт остается официальной шкалой США, Каймановых островов, Палау, Багамских островов и Белиза.
Ключевые термины
  • рассол : раствор соли (обычно хлорида натрия) в воде
  • холодильная смесь : Смесь двух или более химических веществ, достигающая равновесной температуры независимо от температуры любого из составляющих ее химических веществ.Температура также относительно не зависит от количества смесей, пока значительное количество каждого исходного химического вещества присутствует в чистом виде

Шкала Фаренгейта измеряет температуру. Он основан на шкале, предложенной в 1724 году физиком Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом (1686-1736). Единицей измерения этой шкалы является градус Фаренгейта (° F). По этой шкале точка замерзания воды составляет 32 градуса, а точка кипения воды — 212 градусов.

Исторически нулевая точка шкалы Фаренгейта определялась с помощью термометра, помещенного в рассол.Сам Фаренгейт использовал смесь льда, воды и хлорида аммония (соль) в соотношении 1: 1: 1. Это охлаждающая смесь, которая автоматически стабилизирует ее температуру; стабильная температура этой смеси была определена как 0 ° F (-17,78 ° C). Вторая определяющая точка, 32 градуса, представляла собой смесь льда и воды в соотношении 1: 1. Третья определяющая точка, 96 градусов, была приблизительно температурой человеческого тела, которая тогда называлась «кровяное тепло». ”

Система по Фаренгейту разделяет точки кипения и замерзания воды ровно на 180 градусов.Следовательно, градус по шкале Фаренгейта равен 1/180 интервала между точкой замерзания и точкой кипения. По шкале Цельсия точки замерзания и кипения воды различаются на 100 градусов. Температурный интервал 1 ° F равен интервалу 5/9 градусов Цельсия (° C). Чтобы преобразовать ° F в ° C, вы можете использовать следующую формулу:

[латекс] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ frac {5} {9} (\ text {T} _ {\ text {Fahrenheit}} — 32) [/ latex]

Шкалы Фаренгейта и Цельсия пересекаются при -40 ° (-40 ° F и -40 ° C представляют одну и ту же температуру).Абсолютный ноль (-273,15 ° C или 0K) определяется как -459,67 ° F.

Шкала Фаренгейта была заменена шкалой Цельсия в большинстве стран в середине-конце 20 века, хотя Канада сохраняет ее в качестве дополнительной шкалы, которую можно использовать вместе со шкалой Цельсия. Шкала Фаренгейта остается официальной шкалой США, Каймановых островов, Палау, Багамских островов и Белиза.

Рис. 2 : Сравнение шкал Цельсия и Фаренгейта.

Температурные шкалы : Краткое введение в температуру и температурные шкалы для студентов, изучающих теплофизику или термодинамику.

Абсолютный ноль

Абсолютный ноль — это самая низкая из возможных температур; формально это температура, при которой энтропия достигает минимального значения.

Цели обучения

Объясните, почему абсолютный ноль является естественным выбором в качестве нулевой точки для системы единиц температуры

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Абсолютный ноль универсален в том смысле, что при этой температуре вся материя находится в основном состоянии. Следовательно, это естественный выбор в качестве нулевой точки для системы единиц измерения температуры.
  • Система

  • K при абсолютном нуле все еще обладает квантово-механической нулевой энергией, энергией своего основного состояния. Однако в интерпретации классической термодинамики кинетическая энергия может быть равна нулю, а тепловая энергия вещества равна нулю.
  • Самая низкая температура, которая была достигнута в лаборатории, находится в диапазоне 100 pK, где pK (пик-Кельвин) эквивалентен 10-12 K. Самая низкая естественная температура, когда-либо зарегистрированная, составляет приблизительно 1K, что наблюдается при быстром расширении газов. покидая туманность Бумеранг.
Ключевые термины
  • энтропия : мера того, насколько равномерно энергия (или какое-либо аналогичное свойство) распределяется в системе.
  • термодинамика : раздел естествознания, связанный с теплом и его отношением к энергии и работе

Абсолютный ноль — это самая низкая из возможных температур. Формально это температура, при которой энтропия достигает минимального значения. Проще говоря, абсолютный ноль относится к состоянию, в котором извлекается вся энергия системы (по определению, самое низкое энергетическое состояние, которое может иметь система).Абсолютный ноль универсален в том смысле, что при этой температуре вся материя находится в основном состоянии. Следовательно, это естественный выбор в качестве нулевой точки для системы единиц измерения температуры.

График зависимости давления от температуры : График зависимости давления от температуры для различных газов с постоянным объемом. Обратите внимание, что все графики экстраполированы на нулевое давление при одной и той же температуре

Чтобы быть точным, система при абсолютном нуле все еще обладает квантово-механической нулевой энергией, энергией своего основного состояния.Принцип неопределенности гласит, что положение частицы не может быть определено с абсолютной точностью; следовательно, частица находится в движении, даже если она находится в абсолютном нуле, а основное состояние по-прежнему несет минимальное количество кинетической энергии. Однако в интерпретации классической термодинамики кинетическая энергия может быть равна нулю, а тепловая энергия вещества равна нулю.

Нулевая точка термодинамической шкалы температуры, такой как шкала Кельвина, устанавливается на абсолютный ноль. По международному соглашению абсолютный ноль определяется как 0K по шкале Кельвина и как -273.15 ° по шкале Цельсия (эквивалент -459,67 ° по шкале Фаренгейта). Ученые довели системы до температур, очень близких к абсолютному нулю, когда материя проявляет квантовые эффекты, такие как сверхпроводимость и сверхтекучесть. Самая низкая температура, которая была достигнута в лаборатории, находится в диапазоне 100 pK, где pK (пико-Кельвин) эквивалентен 10 -12 K. Самая низкая естественная температура, когда-либо зарегистрированная, составляет приблизительно 1K, наблюдаемую при быстром расширении газы, покидающие туманность Бумеранг, как показано ниже.

Туманность Бумеранг : Быстрое расширение газов, приводящее к образованию туманности Бумеранг, вызывает самую низкую наблюдаемую температуру за пределами лаборатории.

Температурные шкалы : Краткое введение в температуру и температурные шкалы для студентов, изучающих теплофизику или термодинамику.

Шкала Кельвина

Кельвин — это единица измерения температуры; нулевая точка шкалы Кельвина — это абсолютный ноль, минимально возможная температура.

Цели обучения

Объясните, как определяется шкала Кельвина

Основные выводы

Ключевые моменты
  • 0K (абсолютный ноль) универсален, потому что все тепловые движения всего вещества максимально подавляются при этой температуре. Следовательно, абсолютный ноль — это естественный выбор в качестве нулевой точки шкалы Кельвина.
  • Шкала Кельвина широко используется в научной работе, потому что ряд физических величин, таких как объем идеального газа, напрямую связаны с абсолютной температурой.
  • Чтобы преобразовать градусы Кельвина в градусы Цельсия, мы используем следующую формулу: [latex] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ text {T} _ {\ text {Kelvin}} -273,15 [/ latex] .
Ключевые термины
  • абсолютный ноль : самая низкая из возможных температур: ноль по шкале Кельвина и приблизительно -273,15 ° C и -459,67 ° F. Полное отсутствие тепла; температура, при которой движение всех молекул прекратится.
  • Тройная точка : Уникальная температура и давление, при которых твердая, жидкая и газовая фазы вещества находятся в равновесии.
  • идеальный газ : гипотетический газ, молекулы которого не взаимодействуют и подвергаются упругому столкновению друг с другом и со стенками контейнера.

Кельвин — это единица измерения температуры. Это одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ), которой присвоен символ единицы K. Шкала Кельвина — это абсолютная термодинамическая шкала температуры, использующая абсолютный ноль в качестве нулевой точки. В классическом описании термодинамики абсолютный ноль — это температура, при которой прекращается всякое тепловое движение.

Выбор абсолютного нуля в качестве нулевой точки шкалы Кельвина логичен. Различные типы материи кипят или замерзают при разных температурах, но при 0K (абсолютный ноль) все тепловые движения любого вещества максимально подавляются. Шкала Кельвина широко используется в научной работе, потому что ряд физических величин, таких как объем идеального газа, напрямую связаны с абсолютной температурой.

Шкала Кельвина названа в честь инженера и физика Университета Глазго Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина (1824–1907), который писал о необходимости «абсолютных термометрических шкал».В отличие от градуса Фаренгейта и градуса Цельсия, кельвин не упоминается и не набирается как градус. Кельвин — это основная единица измерения в физических науках, но она часто используется вместе с градусом Цельсия, который имеет ту же величину. Кельвин определяется как часть 1 / 273,16 термодинамической температуры тройной точки воды (точно 0,01 ° C или 32,018 ° F). Чтобы преобразовать кельвин в градусы Цельсия, мы используем следующую формулу:

[латекс] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ text {T} _ {\ text {Kelvin}} -273.15 [/ латекс]

Вычитание 273,16K из температуры тройной точки воды, 0,01 ° C, делает абсолютный ноль (0K) эквивалентным -273,15 ° C и -460 ° F.

Расчет U

Взаимосвязи между температурными шкалами : Связи между температурными шкалами по Фаренгейту, Цельсию и Кельвину, округленные до ближайшего градуса. Также показаны относительные размеры шкал

Температурные шкалы : Краткое введение в температуру и температурные шкалы для студентов, изучающих теплофизику или термодинамику.

Кельвинов: Введение | NIST

Кредит:

NIST

Температура — одно из самых важных и повсеместных измерений в жизни человека. На протяжении веков мы постоянно совершенствовали системы, технологии, методы и единицы измерения, используемые для количественной оценки и выражения. Теперь наступил следующий этап этого процесса. Кельвин (K) — единица измерения температуры в системе СИ — теперь имеет радикально новое определение.

В повседневной жизни шкала температуры Кельвина, названная в честь знаменитого британского физика лорда Кельвина (1824–1907), редко появляется. Людям больше знакомы шкалы Фаренгейта и Цельсия, которые используются для большинства практических измерений температуры, таких как прогноз погоды, приготовление пищи, производство и т. Д. Исторически обе шкалы сосредоточены вокруг определенных точек, таких как точка плавления льда, температура человеческого тела или точка кипения воды.

Кельвин выражается не в градусах, а в градусах Цельсия или Фаренгейта. Он используется сам по себе для описания температуры. Например, «ртуть теряет все электрическое сопротивление при температуре 4,2 кельвина».

Изменение температуры на один кельвин соответствует изменению температуры на один градус Цельсия, но шкала Кельвина является «абсолютной» в том смысле, что она начинается с абсолютного нуля или того, что Кельвин и другие ученые называли «бесконечным холодом». (0 K = -273,15 градусов C = -459.67 градусов F. Комнатная температура составляет около 70 градусов F, 21 градуса C или 294 K.)

Концепция абсолютной температурной шкалы очень сильна; это отличается от просто относительной температуры, когда объекты говорят о том, что они горячее или холоднее, чем что-либо еще. Абсолютная термодинамическая температура объекта дает информацию о том, сколько средней энергии движения (кинетической энергии) имеют его атомы и молекулы.

Важное замечание: согласно классической физике XIX века движение полностью останавливается при абсолютном нуле.Но согласно квантовой теории, введенной в 20-м веке, материя действительно имеет случайное движение в абсолютном нуле, называемое «движением нулевой точки», благодаря квантовой концепции, известной как принцип неопределенности Гейзенберга, который диктует, что положение и импульс объект нельзя одновременно узнать с полной уверенностью. Движение нулевой точки не считается тепловым (тепловым) движением и, следовательно, не является частью определения термодинамической или абсолютной температуры. При абсолютном нуле единственное движение, которое существует, — это квантово-механическое движение нулевой точки.

Шкала Кельвина широко используется в науке, особенно в физических науках. В повседневной жизни это чаще всего встречается как «цветовая температура» лампы. Старомодная лампа накаливания, излучающая желтоватый свет, имеет цветовую температуру около 3000 К. Другими словами, это означает, что ее желтоватый спектр очень похож на то, что естественно излучать горячий объект при температуре 3000 К. Лампа с цветовой температурой от 5000 K до 5600 K, которая содержит больше синего света, обычно обозначается как «дневной свет» или «полный спектр», потому что температура поверхности солнца составляет около 5800 K.Многие недавно появившиеся светодиодные фонари попадают в этот диапазон или даже выше.

В 1954 году кельвин был определен как равный доле 1⁄273,16 термодинамической температуры тройной точки воды — точки, в которой вода, лед и водяной пар сосуществуют в равновесии. Это ценный общий справочник, потому что для точного определения воды при определенном давлении тройная точка всегда возникает при одной и той же температуре: 273,16 К.

Экстраполяция температуры тройной точки воды на очень высокие или очень низкие температуры проблематична; Итак, в соответствии с международным соглашением определена еще 21 точка, от точки замерзания гелия до точки замерзания меди.

Однако кельвин был переопределен в терминах постоянной Больцмана, которая связывает количество термодинамической энергии в веществе с его температурой. Когда в ноябре 2018 года был утвержден пересмотренный SI, новое определение стало:

.

Кельвин, символ K, является единицей измерения термодинамической температуры в системе СИ; его величина устанавливается путем фиксации числового значения постоянной Больцмана равным точно 1,380649 × 10 -23 … Дж К -1 [джоулей на кельвин].

Если это покажется вам непростым делом, вы не ошиблись! Чтобы лучше понять контекст и значение этого исторического переосмысления, полезно узнать больше о прошлом, настоящем и будущем измерения температуры.

Температура: Фаренгейт, Цельсий, Кельвин | Живая наука

Горячие и холодные измеряются с помощью числовой шкалы, называемой температурой. Температурные шкалы — это то, как мы сообщаем о погоде, измеряем безопасность и комфорт и объясняем физический мир.Используя базовые линии, выбранные учеными для создания относительных измерений, температурные шкалы измеряют интенсивность тепла или количество тепловой энергии, содержащейся в материале или веществе (например, в воздухе, горшке с водой или поверхности солнца). Обычно используются три системы измерения: Фаренгейта, Цельсия и Кельвина.

Что такое температура?

Температура — это энергия, измеряемая с помощью инструмента, называемого термометром, который происходит от греческих слов «термос» (горячий) и «метрон» (мера), согласно Интернет-словарю этимологии .Другое определение температуры состоит в том, что это мера средней кинетической энергии — энергии массы в движении — молекул вещества, согласно Государственному университету Джорджии

Древнегреческий врач Гиппократ предположительно учил, что Согласно отчету 2019 года в журнале Nature Public Health Emergency Collection , человеческая рука могла быть использована для определения наличия лихорадки у человека еще в 400 г. до н.э. Однако точные инструменты для измерения температуры человеческого тела не были разработаны до шестнадцатого и семнадцатого веков.

Фаренгейт: первый точный термометр

В 1714 году голландский физик, изобретатель и производитель научных приборов Даниэль Габриэль Фаренгейт представил ртутный термометр. Ртуть , жидкий металл, расширяется и сжимается в зависимости от температуры окружающей среды. Когда Фаренгейт поместил ртуть в закрытую трубку, помеченную числовой шкалой, он увидел, как ртуть поднимается и опускается, когда она подвергается воздействию различных температур. Согласно The Royal Society в Соединенном Королевстве, это был первый в мире известный практичный точный термометр.

Фаренгейт основал свое изобретение на спиртовом термометре датского ученого Оле Ремера. Ремер обозначил свою температурную шкалу нулем, отмеченным при температуре замерзания рассола (соленой воды), и 60 как точкой, при которой вода закипела, писал Ульрих Григулл, покойный директор Института термодинамики при Техническом университете Мюнхена в Германии : на конференции 1986 года презентация . Лед растаял при 7,5 градусах по шкале Ремера, а человеческое тело — 22.5.

Связано: Что, если температура определяет пол ребенка? А вот термометр по Фаренгейту был намного точнее. Он использовал те же контрольные точки замерзания и кипения, что и шкала Ремера, называемая в его трудах «Extream Cold» и «Extream Hott», — но примерно умножил шкалу на четыре, чтобы разделить каждый маркер на шкале на более мелкие приращения. По шкале Фаренгейта, как писал Григулл, четыре контрольных точки были: 0 (при комбинированной температуре замерзания рассола), 30 (точка замерзания обычной воды), 90 (температура тела) и 240 (точка кипения воды).

Связано: Сверхновые звезды нагревают атомы до сотен миллионов градусов по Фаренгейту.

Ртутные термометры точны и используются с 1700-х годов. Но поскольку ртуть является опасным веществом и может быть смертельно опасным при вдыхании разбитого термометра, немногие правительства и агентства в настоящее время поддерживают использование ртутных термометров в домашних условиях. (Изображение предоставлено Mevans / Getty Images)

Фаренгейт опубликовал статью с описанием своей шкалы в журнале Philosophical Transactions в 1724 году.В том же году Фаренгейт был принят в Королевское общество, национальную академию наук Соединенного Королевства. Григулл писал: «Его членство в Королевском обществе привело к тому, что его термометр и, следовательно, его шкала получили особое признание в Англии, а затем и в Северной Америке и Британской империи». Система измерения Фаренгейта, которую иногда называют частью имперской системы, путешествовала по миру вместе с Британской империей.

Связано: Мировой океан нагревается ускоренными темпами.

Однако сегодня лишь несколько стран все еще используют градусы Фаренгейта для измерения температуры. Соединенные Штаты и их территории, а также Багамы, Палау, Белиз, Каймановы острова, Федеративные Штаты Микронезии и Маршалловы острова придерживаются температурной шкалы, несмотря на то, что остальной мир перешел на шкалу Цельсия. к онлайн-ресурсу по географии Атлас мира .

После смерти Фаренгейта в 1736 году шкала Фаренгейта была перекалибрована, чтобы сделать ее немного более точной.Точные точки замерзания и кипения простой воды без соли были отмечены как 32 и 212 градусов по Фаренгейту соответственно. Нормальная температура человеческого тела составляла 98,6.

Подробнее: Изменилась ли средняя температура человеческого тела?

Температуры по Фаренгейту часто выражаются числом, за которым следует, или просто F.

Цельсия: более научная шкала

«Андерса Цельсия следует признать первым, кто провел и опубликовал тщательные эксперименты, направленные на определение температуры. международная температурная шкала на научных основаниях », — написал Олоф Бекман , физик твердого тела из Упсальского университета в Швеции.Цельсий был шведским астрономом, и ему приписывают открытие связи между северным сиянием , также известным как Северное сияние, и магнитным полем Земли , а также метод определения яркости звезд , согласно Национальная лаборатория сильных магнитных полей США .

В предложении Шведской королевской академии наук в 1742 году Цельсий предложил шкалу, основанную на двух фиксированных точках: 0 (точка кипения воды) и 100 (точка замерзания воды).После смерти Цельсия в 1744 году известный шведский систематик Карл Линней предложил поменять местами фиксированные точки, где 0 означает точку замерзания воды, а 100 — точку кипения, согласно The Legacy of Anders Celsius в JSTOR Daily. электронная библиотека. Шкала также была расширена за счет включения отрицательных чисел.

Цельсий первоначально назвал свою шкалу «Цельсия» от латинского слова, означающего сто («санти») градусов («степень»), потому что между замерзанием и кипением воды было 100 пунктов.В 1948 году международная конференция по мерам и весам (Conference General des Poids et Measures) изменила название на «Цельсий» в честь Андерса Цельсия в соответствии с Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) .

Связано: Поскольку Парижское соглашение 2015 г. направлено на сокращение выбросов, мы уже превысили целевые показатели по потеплению.

Шкала Цельсия является частью метрической системы, также известной как Международная система единиц (СИ).Температуру в градусах Цельсия можно выразить числом градусов, за которым следуют символы ℃, или просто C.

Шкала Цельсия имеет 100 градусов между закипанием и замерзанием воды, а по Фаренгейту — 180 градусов. Это означает, что один градус Цельсия равен 1,8 градусу Фаренгейта. При -40 ° обе шкалы имеют одинаковое значение: -40 C = -40 F.

Кельвин: абсолютная шкала для ученых

В 1848 году британский математик и ученый Уильям Томсон (также известный как лорд Кельвин) предложил абсолютную шкалу. температурная шкала, которая не зависела от свойств такого вещества, как лед или человеческое тело.Он предположил, что диапазон возможных температур во Вселенной намного превышает диапазон, предложенный Цельсием и Фаренгейтом. Согласно NIST концепция абсолютного минимума температуры не была новой, но Кельвин поставил ей точное число: 0 кельвинов равно -273,15 C.

Связано: Какое самое холодное место во Вселенной?

«Термодинамическая температура» отличается от температур, основанных на точках замерзания и плавления жидкостей, сказала Live Science Юлия Шершлигт, эксперт по метрологии вакуума и давления в Национальном институте науки и технологий в США.

«Термодинамическая температура является абсолютной, а не относительно фиксированных точек. Она описывает количество кинетической энергии, содержащейся в частицах, которые составляют сгусток материи, который покачивается и покачивается на субмикроскопических уровнях», — сказала она. «По мере того, как температура падает, частицы замедляются, пока в какой-то момент все движение не прекращается. Это абсолютный ноль, который является эталоном шкалы Кельвина».

Связано: Ученые установили новый рекорд самой холодной естественной температуры в Гренландии.

Абсолютный ноль возникает при -273,15 C или -459,67 F. До недавнего времени ученые думали, что люди не могут воссоздать эту температуру (потому что для того, чтобы стать таким холодным, необходимо добавить энергию в систему, чтобы охладить ее, а это означает, что система будет теплее абсолютного нуля). Но в 2013 году немецким физикам удалось довести частицы до парадоксальной температуры градуса ниже абсолютного нуля .

Лорд Кельвин, урожденный Уильям Томсон, изобретатель шкалы Кельвина.(Изображение предоставлено: Смитсоновские библиотеки)

По мнению Кельвина, абсолютный ноль был местом, где должна начинаться шкала температуры, но для удобства он использовал маркеры и интервалы широко известной шкалы Цельсия в качестве основы для своей собственной. Таким образом, по шкале Кельвина вода замерзает при 273,15 K (0 C) и закипает при 373,15 K, или 100 C.

Один кельвин называется единицей, а не градусом, и равен единице. градус по шкале Цельсия. Шкала Кельвина в основном используется учеными.

В 2018 году определение Кельвина было изменено, чтобы сделать его более точным, согласно статье в журнале Metrologia , и теперь его определение привязано к постоянной Больцмана . Эта постоянная связывает температуру с кинетической энергией внутри вещества.

Новое определение, согласно Генеральной конференции по мерам и весам , гласит: «Кельвин, символ K, является единицей измерения термодинамической температуры в системе СИ; его величина устанавливается путем фиксации числового значения постоянной Больцмана равной равняется точно 1.380649 × 10-23 … Дж К-1 [джоулей на кельвин].

В США термометры, используемые в медицинских целях, например для определения температуры, будут показывать температуру в градусах Фаренгейта. В большинстве остальных стран мира температура будет измеряться с использованием Цельсия. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Какая шкала лучше?

Лучшая шкала для измерения температуры может варьироваться в зависимости от обстоятельств, а именно от сообщества, с которым вы делитесь информацией. Исторически сложилось так, что американцы используют Шкала Фаренгейта для повседневной жизни, в том числе для погоды и приготовления пищи, поэтому лучше всего использовать измерения Фаренгейта в Соединенных Штатах.Но большинство стран используют градусы Цельсия, поэтому лучше использовать эту шкалу для остальной части земного шара и при международном общении. В конечном счете, лучшая шкала для случайного использования зависит от условностей и того, что используют люди вокруг вас.

Но какая шкала самая точная?

«Точность — не особенность весов», — сказал Шершлигт. Скорее, точность измерения зависит от шага используемого термометра и техники человека, который его использует.«Число может быть измерено с произвольной точностью по любой шкале. Но только кельвин основан на физике, что означает, что это наиболее точная шкала».

Шкала Кельвина, основанная на физических свойствах любого газа, может быть откалибрована точно в любой точке Вселенной с помощью подходящего оборудования и универсальной постоянной. Вот почему ученые часто предпочитают использовать в своих экспериментах шкалу Кельвина.

Формулы преобразования

Цельсия в Фаренгейт: Умножить на 9, разделить на 5, затем прибавить 32

Фаренгейта в Цельсию: Вычесть 32, затем умножить на 5, затем разделить на 9

Цельсия в Кельвин: Прибавить 273

Кельвина к Цельсию: Вычесть 273

Фаренгейта к Кельвину: Вычесть 32, умножить на 5, разделить на 9 и затем прибавить 273.15

Кельвин в Фаренгейт: Вычтите 273,15, умножьте на 1,8, а затем добавьте 32

Дополнительные ресурсы

  • Вот видео о том, как сделать термометр в домашних условиях.
  • В этом видео сравниваются самые низкие температуры, известные человеку, с самыми высокими.
  • Встречайте универсальные константы , которые определяют Международную систему единиц, также известную как метрическая система.

Стандартные температура и давление (STP)

Гиперглоссарий MSDS: Стандартные температура и давление (STP)

Определение

Стандартная температура и давление (STP) определяется как
0 градусов Цельсия и давление 1 атмосфера.

Не путайте STP с компанией STP Products, производящей присадки к маслам и топливу … если вы не читаете один из их паспортов безопасности!

Дополнительная информация

STP используется во многих термодинамических расчетах и ​​таблицах. Некоторые свойства вещества, такие как плотность, вязкость, точка кипения и т. Д., Будут меняться в зависимости от изменений температуры или давления. Наличие одного общего набора условий («состояние») для табулирования этих значений делает возможным сравнение и упрощает вычисления.

Понятие материи в ее стандартном состоянии (также называемое «стандартные условия») тесно связано. «Стандартное состояние» не означает , а не , как правило, определенную температуру, но чаще всего используется 25 ° C (298 K):

907 моль

Состояние вещества Стандартное состояние
Газ Давление 1 атм
Жидкость Чистая жидкость
Твердый Раствор
Элементы Самый стабильный аллотроп в STP, с G f 0 = 0

Многие химические расчеты проводятся для материалов, находящихся в их стандартном состоянии.Одним очень полезным правилом для газов, которое не обязательно требует стандартных условий состояния, является Закон идеального газа (уравнение 1).

(1)

Где:

Используя закон идеального газа, можно определить значение любой одной из четырех переменных (P, V, n, T), если нам известны значения трех других (R — константа).

Например, 1000 грамм (1 килограмм = 2,2 фунта) этилена (с молярной массой 28 грамм / моль) будут занимать объем 800 литров в STP:

Если бы мы хотели рассчитать этот объем при другой, нестандартной температуре состояния, например, 100 ° C, мы бы просто заменили температуру 373 K (100 ° C = 373 K) в приведенном выше вычислении.Закон идеального газа — это очень удобное уравнение для оценки свойств газа как в стандартных, так и в нестандартных условиях.

Соответствие паспорту безопасности (SDS)

Буквы «STP» чаще всего встречаются в паспорте безопасности после физических свойств, таких как плотность, предел воспламеняемости или давление пара материала. Эти свойства указаны в разделе 9 (физические и химические свойства) SDS.

Помните: STP — 0 ° C, НЕ комнатная температура . Обычно свойства при STP по сравнению с комнатной температурой различаются менее чем на 10% для газов и еще меньше для жидкостей или твердых тел. Например, в расчете в предыдущем разделе объем будет 858 литров при 20 ° C, разница в 7%. А плотность воды составляет 0,99987 г / мл при 0 ° C по сравнению с 0,99823 г / мл при 20 ° C, разница 0,16%.

Однако иногда различия могут быть весьма значительными — диметиламин — это летучая жидкость с удельным весом 0,680 при стандартном давлении, но это газ с температурой кипения выше 7 ° C!

Дополнительная литература

См. Также : единицы массы, моль, единицы давления

Дополнительные определения от Google и OneLook.


Последнее обновление записи: суббота, 24 октября 2020 г. Несанкционированное копирование или размещение на других веб-сайтах категорически запрещено. Присылайте нам предложения, комментарии и пожелания относительно новых участников (при необходимости, укажите URL-адрес) по электронной почте.

Заявление об ограничении ответственности : Информация, содержащаяся в данном документе, считается правдивой и точной, однако ILPI не дает никаких гарантий относительно правдивости любого заявления.Читатель использует любую информацию на этой странице на свой страх и риск. ILPI настоятельно рекомендует читателям проконсультироваться с соответствующими местными, государственными и федеральными агентствами по вопросам, обсуждаемым здесь.

Кельвин | Лаборатория эталонов

Единица измерения — кельвин, K (кельвин)

Единица измерения температуры в системе СИ, кельвин (K), названа в честь инженера и физика из Белфаста Уильяма Томсона, который стал лордом Кельвином в 1892 году в знак признания его достижений в области науки и техники. термодинамика.

На протяжении более 60 лет кельвин определялся как часть 1 / 273,16 термодинамической температуры (TTPW) тройной точки воды — уникальной температуры, при которой три фазы воды (твердая, жидкая и паровая) сосуществуют в равновесии. В рамках более широкого переопределения СИ, которое вступило в силу в мае 2019 года, определение кельвина было изменено и теперь выражается через фиксированное значение постоянной Больцмана k. Официальное определение выглядит следующим образом:

«Кельвин, символ K, является единицей измерения термодинамической температуры в системе СИ.Он определяется путем принятия фиксированного числового значения постоянной Больцмана k равным 1,380 649 × 10 –23 при выражении в единицах JK –1 , что равно кг · м 2 с –2 K –1 , где килограмм, метр и секунда определены в терминах h, c и Δν Cs ».

Постоянная Больцмана встречается во всех физических формулах, описывающих физические эффекты, вызванные температурой. Это связано с тем, как описывается температура — как термодинамическое понятие, которое характеризует среднюю кинетическую энергию малых частиц в тепловом равновесии.Одним из таких соотношений является закон Бойля:

PV = nRT,

, который связывает давление и объем n атомов идеального газа с его температурой. К сожалению, ни газовые термометры, использующие закон Бойля, ни большинство других термодинамических термометров не являются достаточно маленькими или удобными для практического использования, и эти термометры только недавно стали достаточно точными, чтобы удовлетворить потребности науки и промышленности. Лучшие эксперименты с газовым термометром требуют нескольких месяцев работы и оборудования на миллион долларов, чтобы измерить одну температуру.

Чтобы преодолеть это ограничение, Генеральная конференция мер и весов (CGPM) определила более практичную шкалу, основанную на определенных температурах плавления, замерзания и тройных точек чистых веществ. Кроме того, они одобрили интерполирующие термометры для определения температур между этими точками. Эта шкала, воспроизводимая до 1 мК для температур ниже нескольких сотен градусов Цельсия, обновляется примерно каждые 20 лет. Текущая версия называется Международной температурной шкалой 1990 г. или ITS-90 (внешняя ссылка).Температуры на ITS-90 могут быть выражены либо в кельвинах, либо в градусах Цельсия; иногда они выделяются с помощью заглавной буквы T и строчной буквы t соответственно. Два блока имеют одинаковый размер (так что разница температур или интервалы равны в обоих блоках), но значения смещены друг от друга:

T / K = t / ° C +273,15

Различия между Температурную шкалу ITS-90 и термодинамическую температуру можно найти здесь (внешняя ссылка).

Определение кельвина, принятое во Всемирный день метрологии 2019 года, позволит в будущем разрабатывать технологии, которые могут повысить точность измерения температуры, без каких-либо ограничений, связанных с использованием водяных ячеек тройной точки. Это особенно важно для измерений вдали от TTPW, то есть при очень низких (ниже ~ 20 K) и очень высоких (выше ~ 1300 K) температурах, поскольку погрешности возрастают при экстраполяции от тройной точки воды.При таких экстремальных температурах практичность термодинамических измерений уже была продемонстрирована, и теперь эти методы могут использовать преимущества нового определения для достижения неопределенностей, сопоставимых с ITS-90. Однако для большей части диапазона температур тройная точка воды, вероятно, останется фундаментальным практическим ориентиром в обозримом будущем, и ожидается, что ITS-90 останется в силе в течение многих последующих десятилетий.

Температурная шкала ITS-90, показывающая фиксированные точки, типы интерполирующего термометра и диапазоны, в которых используются различные интерполирующие уравнения.MSL охватывает диапазон от точки аргона до точки меди.

Технические возможности

Мы являемся ведущими экспертами в области контактной термометрии, радиационной термометрии и влажности, а также предоставляем широкий спектр связанных с температурой измерений и консультационных услуг. Мы можем помочь вам понять ограничения точности промышленных термометров, выявить ошибки в приложениях радиационной термометрии или повысить точность измерений влажности.

Мы предоставляем услуги по калибровке в диапазоне температур от –190 ° C до 550 ° C для контактной термометрии и от –25 ° C до 1100 ° C для радиационной термометрии, а также в диапазоне относительной влажности от 10% до 95% от –60 От ° C до 70 ° C (см. Здесь наши услуги по калибровке температуры и влажности)

Наши исследования

Наши исследования охватывают широкий спектр тем, от сложных промышленных измерений, определения характеристик датчиков, новых методов и инструментов калибровки, физического моделирования и неопределенности анализ, к фундаментальным определениям стандартов.Темы исследований включают:

  • Ошибки отражения в радиационной термометрии для приложений в нефтехимической, металлообрабатывающей и пищевой промышленности. Сюда входят эффекты излучательной способности и двунаправленной функции распределения отражательной способности (BRDF) промышленных материалов.
  • Ограничения точности промышленных термометров — эффекты погружения, гистерезис и эффекты старения в термопарах.
  • Использование сканирования однородности термопар для понимания механизмов повреждения термопар и разработки новых стабильных эталонных термопар из редких металлов.
  • Уравнения калибровки и распространение неопределенности для стандартных платиновых термометров сопротивления (SPRT), радиационных термометров и датчиков влажности.
  • Распространение неопределенности и ковариации с использованием обобщенных наименьших квадратов в термодинамических уравнениях состояния IAPWS-95 для чистой воды и связанных с ней свойств.
  • Разработка калибратора мостов сопротивления (RBC) на основе комбинаторной техники с использованием четырех стабильных базовых резисторов.
  • Эффект размера источника (SSE) и нелинейность в радиационных термометрах.
  • Влияние изотопного состава и растворения стекла на тройную точку воды.
  • Новое определение относительной влажности на основе летучести.
  • Использование двухволновой радиационной термометрии для измерения термодинамической температуры.
  • Измерение постоянной Больцмана с помощью шумовой термометрии Джонсона.

Соответствующие публикации

Цзифэн Цюй, Сэмюэл П Бенц, Кевин Коакли, Хорст Рогалла, Уэстон Л. Тью, Род Уайт, Кунли Чжоу, Чжэнью Чжоу, «Улучшенное электронное определение постоянной Больцмана с помощью шумовой термометрии Джонсона», Metrologia, 54 , 549–558, 2017.

Б. Фельмут, Дж. Фишер, Дж. Мачин, Спикард, PPM Steur, О Тамура, Д. Р. Уайт, Х. Юн, «Новое определение кельвина и его практическое применение», Философские труды Королевского общества А. Математические, физические и инженерные науки , 374, арт. 20150037, 2016.

Р. Фейстель, Р. Вильгош, С. А. Белл, М. Ф. Камоэс, Дж. Р. Купер, П. Декстер, А. Г. Диксон, П. Физикаро, А. Х. Харви, М. Хейнонен, О. Хельмут, Г. Дж. Кретчмар, Дж. В. Ловелл-Смит, Т. Дж. Макдугалл, Р. Павлович, П. Ридаут, С. Зейтц, П. Спитцер, Д. Стойка, Х. Вольф, «Метрологические проблемы для измерений ключевых климатологических наблюдений: солености океана и pH, а также влажности атмосферы.Часть 1: обзор », Metrologia, 53, R1 – R11, 2016.

Дж. У. Ловелл-Смит, Р. Фейстель, А. Х. Харви, О. Хельмут, С. А. Белл, М. Хейнонен, Дж. Р. Купер,« Метрологические проблемы для измерений основных климатологических наблюдаемых . Часть 4: относительная влажность атмосферы », Metrologia, 53, R40 – R59, 2016.

Д. Р. Уайт,« Некоторые математические свойства ITS-90 », в« Температура: ее измерение и контроль в науке и промышленности », Vol. 8, под редакцией К. В. Мейера, Материалы конференции AIP, Мелвилл, Нью-Йорк, 81–88, 2013.

P Saunders, «Неопределенности в реализации термодинамической температуры выше точки серебра», International Journal of Thermophysics, 32, 26–44, 2011.

G Machin, P Bloembergen, K Anhalt, J Hartmann, M. Sadli, P Сондерс, Э. Вуллиамс, Й. Ямада, Х. Юн, «Практическая реализация Mise en Pratique для определения кельвина выше серебряной точки», International Journal of Thermophysics, 31, 1779–1788, 2010.

DR White, WL Тью, «Улучшенные оценки констант изотопных поправок для тройной точки воды», International Journal of Thermophysics, 31, 1644–1653, 2010.

Д. Уайт, М. Баллико, Дель Кампо, С. Дурис, Э. Филипе, «Неопределенности в реализации поддиапазонов SPRT ITS-90», International Journal of Thermophysics, 28, 1868–1881, 2007.

Перейдите на нашу страницу «Калибровка температуры и услуги».

Посмотреть короткий видеоролик о Кельвине можно здесь (внешняя ссылка).

.

You may also like

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *