Lämpötila-anturit. Ensimmäinen osa Hieman teoriaa ja historiaa

Mikä on lämpötila

Ennen kuin aloitat tarinan lämpötila-antureista, sinun tulisi ymmärtää mikä on lämpötila fysiikan kannalta. Miksi ihmiskeho tuntee lämpötilan muutoksen, miksi sanomme, että tänään se on lämmin tai vain kuuma ja seuraavana päivänä viileä tai jopa kylmä.

Termi lämpötila tulee latinalaisesta sanasta lämpötila, joka käännöksessä tarkoittaa normaalia tilaa tai oikeaa siirtymää. Fysikaalisena määränä lämpötila kuvaa aineen sisäistä energiaa, molekyylien liikkuvuusastetta, hiukkasten kineettistä energiaa termodynaamisen tasapainotilassa.

Esimerkki on ilma, jonka molekyylit ja atomit liikkuvat satunnaisesti. Kun näiden hiukkasten liikkumisnopeus kasvaa, he sanovat, että ilman lämpötila on korkea, ilma on lämmin tai jopa kuuma. Esimerkiksi kylmällä päivällä ilmahiukkasten nopeus on pieni, mikä tuntuu miellyttävältä viileydeltä tai jopa “koiran kylmältä”. On huomattava, että ilmahiukkasten nopeus ei riipu tuulen nopeudesta! Tämä on täysin erilainen nopeus.

Juuri tämä koskee ilmaa, sillä siinä molekyylit voivat liikkua vapaasti, mutta entä nestemäiset ja kiinteät rungot? Niissä esiintyy myös molekyylien terminen liike, tosin vähäisemmässä määrin kuin ilmassa. Mutta sen muutos on melko huomattava, mikä määrää nesteiden ja kiinteiden aineiden lämpötilan.

Molekyylit jatkavat liikettä jopa jään sulamislämpötilassa sekä negatiivisessa lämpötilassa. Esimerkiksi vetymolekyylin nopeus nollalämpötilassa on 1950 m / s. Joka sekunti 16 cm ^ 3: n ilmassa tapahtuu tuhat miljardia molekyylien törmäystä. Lämpötilan noustessa molekyylien liikkuvuus kasvaa, vastaavasti törmäysten lukumäärä kasvaa.

On kuitenkin huomattava, että lämpötila ja lämpö olemus ei ole sama asia. Yksinkertainen esimerkki: tavallisessa kaasuliesi keittiössä on suuret ja pienet polttimet, joissa sama kaasu poltetaan. Kaasun palamislämpötila on sama, joten myös itse polttimien lämpötila on sama. Mutta sama määrä vettä, kuten vedenkeitin tai ämpäri, kiehuu nopeammin suuressa polttimessa kuin pienessä. Tämä johtuu siitä, että suuri poltin tuottaa enemmän lämpöä, polttaa enemmän kaasua yksikköaikaa kohti tai sillä on enemmän virtaa.

Kuinka määrittää lämmön määrä, missä yksiköissä? Koulun fysiikan kurssilla on monia lämmitykseen ja veden kiehumiseen omistettuja ongelmia, jotka ovat erittäin opettavia ja mielenkiintoisia, jopa juuri ratkaisemisessa.

Lämpöenergiayksikköä kohden kalori. Tämä on lämpömäärä, joka kuumentaa 1 grammaa (cm ^ 3) vettä 1 ° C: n lämpötilaa (1 celsiusaste) kohden. Fyysisen kehon lämpötila asteina heijastaa sen lämpöenergian tasoa. Käytetyn lämpötilan mittaamiseksi lämpömittaritusein viitataan lämpömittari.

Jos kahdella fyysisellä ruumiilla on sama lämpötila, silloin kun ne on kytketty, lämmönsiirtoa ei tapahdu. Jos jollakin ruumiista on korkeampi lämpötila, silloin kun se on kytketty kylmään kappaleeseen, kylmän lämpötila nousee ja päinvastoin. Helpoin tapa varmistaa tämä nesteitä sekoitettaessa: jokapäiväisessä elämässä jokaisen piti ainakin kylvyssä sekoittaa kuumaa ja kylmää vettä halutun lämpötilan saavuttamiseksi.

Lämpötilavaa'at

Kuten tiedät, niitä on useita lämpötilan mittausasteikot. Kuinka tämä selitetään, koska lämpötila on sama, mutta eri asteikkoissa täysin erilainen?

Tällaiset erimielisyydet eivät ole ainutlaatuisia lämpötilan suhteen.Loppujen lopuksi sama paino mitattiin vanhoina aikoina naulana ja nyt grammoina ja kilogrammoina, sama lineaarisilla mitoilla: millimetreinä, metreinä, tuumina, jaloina ja hyvin vanhoina sieluna ja kyynärpäänä.

Lyhyt historia lämpötila-asteikkojen kehityksestä

Eniten ensimmäinen lämpömittari keksi kuuluisa italialainen keskiaikainen tutkija Galileo Galilei (1564-1642). Laitteen toiminta perustui ilmiöön, jossa kaasun määrä muuttui lämmityksen ja jäähdytyksen aikana. Tästä lämpömittarista puuttui tarkka asteikko, joka ilmaisi lämpötilan numeerisesti, joten mittaustulos oli hyvin epätosi.

Saksalainen fyysikko ehdotti tarkempia lämpötilan mittauslaitteita Gabriel Fahrenheit (1686-1736), joka kehitettiin vuonna 1709 alkoholilämpömittari, ja vuonna 1714 elohopeaa. Lämpötila-asteikko nimettiin keksijälle fahrenheit-asteikko.

Tämän asteikon alempi vertailupiste (0 ° F) oli suolaliuoksen jäätymispiste. Juuri tämä lämpötila kaukaisella hetkellä oli alhaisin, joka toistettiin riittävän tarkasti. Korkein kohta oli ihmisen kehon lämpötila (96 ° F), "mitattuna terveen englantilaisen käden alla".

Tuolloin Fahrenheit asui Englannissa, ja siellä hän teki löytönsä. Siksi englanninkielisissä maissa Fahrenheit-asteikkoa on käytetty jo pitkään, nykyaikana myös englanninkieliset maat ovat siirtyneet Celsius-asteikkoon. Näiden maiden lääketieteelliset lämpömittarit käyttävät edelleen Fahrenheit-asteikkoa.

Ranskalainen tutkija ehdotti toista lämpötila-asteikkoa vuonna 1730 Rene Reaumur (1683-1757), joka tunnustettiin vuonna 1737 Pietarin tiedeakatemian kunniajäseneksi. Siksi Venäjällä lämpötilan mittaamiseen alettiin käyttää lämpömittareita Reaumur-asteikko.

Sama kuin celsius asteikolla, tällä asteikolla oli kaksi vertailupistettä - jään sulamislämpötila ja veden kiehumispiste. Yksi aste tällaisesta asteikosta saatiin jakamalla koko asteikko 80 osaan - astetta. Tätä mittakaavaa käytettiin vain muutaman vuosikymmenen ajan, jonka jälkeen se vanheni.

Vuonna 1742, ruotsalainen fyysikko Anders Celsius (1701-1744) ehdotti tuttua desimaalilämpötila-asteikkoa. Se käyttää samoja vertailupisteitä kuin Reaumur, vain asteikko ei ole jaettu tasaisesti eikä 80: ksi, vaan 100: ksi. Siten yksi aste Celsius-asteikolla on 1/100 veden kiehumis- ja jäätymislämpötilaeroista.

Englantilainen ehdotti uusinta lämpötila-asteikkoa William Thomson (1824-1907), joka sai tieteellisistä ansioistaan ​​vuonna 1866 paroni Kelvinin tittelin. Kelvin asteikko Sitä käytetään edelleen nykyaikaisen lämpömittauksen päästandardina. Tässä asteikossa absoluuttista nollaa (-273,15 ° C) pidetään vertailupisteenä.

Kelvinin teorian mukaan tässä lämpötilassa kaikki lämpöliikkeet lakkaavat. Tässä lämpötilassa kaikilla johtimilla on nolla vastus sähkövirralle, suprajohtavuusilmiö. Kukaan ei ole vielä saavuttanut sellaista lämpötilaa, se on olemassa vain teoreettisesti.

Lue seuraava artikkeli.

Boris Aladyshkin, i.electricianexp.com

Jatko artikkelisarjaa:

- Lämpötila-anturit. termistorit

- Lämpötila-anturit. lämpöparit

- Muutama muuta lämpötila-anturityyppiä: puolijohde-anturit, mikro-anturien anturit

- Kuinka saan sähköä tavallisella kaasulla?