Senzori de temperatură. Prima parte Un pic de teorie și istorie

Ce este temperatura

Înainte de a începe povestea despre senzorii de temperatură, ar trebui să înțelegeți ce este temperatura din punct de vedere fizic. De ce corpul uman simte o schimbare a temperaturii, de ce spunem că astăzi este cald sau doar călduros, iar a doua zi este rece, sau chiar rece.

Termenul de temperatură provine din cuvântul latin temperature, ceea ce în traducere înseamnă o stare normală sau o deplasare corespunzătoare. Ca o cantitate fizică, temperatura caracterizează energia internă a unei substanțe, gradul de mobilitate al moleculelor, energia cinetică a particulelor în stare de echilibru termodinamic.

Un exemplu este aerul, ale cărui molecule și atomi se mișcă la întâmplare. Când viteza de mișcare a acestor particule crește, ei spun că temperatura aerului este ridicată, aerul este cald sau chiar cald. Într-o zi rece, de exemplu, viteza particulelor de aer este mică, ceea ce simte o răcoare plăcută sau chiar „frigul câinelui”. Trebuie menționat că viteza particulelor de aer nu depinde de viteza vântului! Aceasta este o viteză complet diferită.

Aceasta este ceea ce privește aerul, în el moleculele se pot mișca liber, dar ce se întâmplă cu corpurile lichide și solide? În ele există și mișcarea termică a moleculelor, deși într-o măsură mai mică decât în ​​aer. Dar schimbarea sa este destul de vizibilă, ceea ce determină temperatura lichidelor și a solidelor.

Moleculele continuă să se miște chiar și la temperatura de topire a gheții, precum și la o temperatură negativă. De exemplu, viteza unei molecule de hidrogen la temperatura zero este de 1950 m / s. În fiecare secundă în 16 cm ^ 3 de aer, apar o mie de miliarde de coliziuni de molecule. Odată cu creșterea temperaturii, mobilitatea moleculelor crește, numărul coliziunilor, respectiv, crește.

Cu toate acestea, trebuie menționat că temperatură și căldură esența nu este același lucru. Un exemplu simplu: o sobă obișnuită cu gaz în bucătărie are arzătoare mari și mici în care este ars același gaz. Temperatura de ardere a gazului este aceeași, deci temperatura arzătoarelor în sine este, de asemenea, aceeași. Dar același volum de apă, cum ar fi un ceainic sau o găleată, va fierbe mai repede pe un arzător mare decât pe unul mic. Acest lucru se datorează faptului că un arzător mare produce mai multă căldură, arde mai mult gaz pe unitate de timp sau are mai multă putere.

Cum se determină cantitatea de căldură, în ce unități? În cursul de fizică școlară există multe probleme dedicate încălzirii și fierberii apei, care sunt foarte instructive și interesante, chiar și în procesul de rezolvare.

Per unitate de energie termică preluată calorie. Aceasta este cantitatea de căldură care asigură încălzirea a 1 gram (cm ^ 3) de apă la 1 ° C (1 grad Celsius). Temperatura corpului fizic în grade reflectă nivelul energiei sale termice. Pentru a măsura temperatura folosită termometredes menționat termometru.

Dacă două corpuri fizice au aceeași temperatură, atunci când sunt conectate, transferul de căldură nu are loc. Dacă unul dintre corpuri are o temperatură mai ridicată, atunci când este conectat la un corp rece, temperatura frigului crește și invers. Cel mai simplu mod de a verifica acest lucru atunci când amestecați lichide: în viața de zi cu zi, toată lumea a trebuit, cel puțin în baie, să amestece apa caldă și rece pentru a obține temperatura dorită.

Scări de temperatură

După cum știți, există mai multe cântare de măsurare a temperaturii. Cum se poate explica acest lucru, deoarece temperatura este aceeași, dar pe diferite scale complet diferite?

Astfel de dezacorduri nu sunt unice pentru temperatură.La urma urmei, aceeași greutate pe vremuri a fost măsurată în lire și kilograme, iar acum în grame și kilograme, la fel cu dimensiunile liniare: milimetri, metri, inci, picioare și ghebe și coate foarte vechi.

O scurtă istorie a dezvoltării scărilor de temperatură

Cel mai mult primul termometru a fost inventat de faimosul savant medieval italian Galileo Galilei (1564-1642). Funcționarea dispozitivului s-a bazat pe fenomenul schimbării volumului unui gaz în timpul încălzirii și răcirii. Acest termometru nu avea o scară precisă care să exprime temperatura în formă numerică, astfel încât rezultatul măsurării a fost foarte inexact.

Un fizician german a propus instrumente mai precise pentru măsurarea temperaturii Gabriel Fahrenheit (1686-1736), care în 1709 a dezvoltat termometru cu alcool, iar în 1714 mercur. Scala de temperatură a fost numită pentru inventator scara fahrenheit.

Punctul de referință inferior al acestei scări (0 ° F) a fost punctul de îngheț al soluției saline. Această temperatură în acea perioadă îndepărtată era cea mai scăzută care putea fi reprodusă cu o precizie suficientă. Cel mai înalt punct a fost temperatura corpului uman (96 ° F), „măsurată sub brațul unui englez sănătos”.

În acea perioadă, Fahrenheit locuia în Anglia și a fost acolo unde și-a făcut descoperirile. Prin urmare, în țările de limbă engleză, scara Fahrenheit a fost folosită de mult timp, în timpurile moderne, țările din cultura engleză au trecut și la scara Celsius. Termometrele medicale din aceste țări folosesc încă scara Fahrenheit.

O altă scară de temperatură în 1730 a fost propusă de un om de știință francez Rene Reaumur (1683-1757), care în 1737 a fost recunoscut ca membru de onoare al Academiei de Științe din Sankt Petersburg. Prin urmare, în Rusia pentru măsurarea temperaturii a început să folosească termometre cu Scara Reaumur.

La fel ca și scara celsius, această scară a avut două puncte de referință - temperatura de topire a gheții și punctul de fierbere al apei. Un grad al unei astfel de scări a fost obținut prin împărțirea întregii scări în 80 de părți - grade. Această scară a fost folosită doar câteva decenii, după care a devenit învechită.

În 1742, fizician suedez Anders Celsius (1701-1744) a propus o scară de temperatură zecimală familiară. Utilizează aceleași puncte de referință ca Reaumur, doar scala este împărțită uniform nu în 80, ci în 100 de divizii. Astfel, un grad pe scara Celsius este 1/100 din diferența de temperaturi de fierbere și înghețare a apei.

Cea mai recentă scală de temperatură a fost propusă de englez William Thomson (1824-1907), care pentru merite științifice în 1866 a primit titlul de baron Kelvin. Scara Kelvin Este încă utilizat ca principal standard al termometriei moderne. În această scară, valoarea absolută (−273,15 ° C) este luată ca punct de referință.

Conform teoriei lui Kelvin, la această temperatură, orice mișcare termică încetează. La această temperatură, toți conductorii au rezistență zero la curentul electric, supraconductibilitate. O astfel de temperatură nu a fost încă atinsă de nimeni, există doar teoretic.

Citiți mai departe în articolul următor.

Boris Aladyshkin, i.electricianexp.com

Continuarea seriei de articole:

- Senzori de temperatură. termistori

- Senzori de temperatură. termocuple

- Alte câteva tipuri de senzori de temperatură: senzori semiconductori, senzori pentru microcontrolere

- Cum pot obține energie electrică folosind gaz obișnuit?