Temperaturgivare. Del 1 Lite teori och historia

Vad är temperaturen

Innan du börjar berättelsen om temperatursensorer bör du förstå vad som är temperatur i termer av fysik. Varför känner människokroppen en temperaturförändring, varför säger vi att det idag är varmt eller bara varmt, och nästa dag är det svalt eller till och med kallt.

Termen temperatur kommer från det latinska ordet temperatur, som i översättning betyder normalt skick eller korrekt förskjutning. Som en fysisk mängd kännetecknar temperaturen en ämnes inre energi, graden av rörlighet hos molekyler, partiklarnas kinetiska energi i ett tillstånd av termodynamisk jämvikt.

Ett exempel är luft, vars molekyler och atomer rör sig slumpmässigt. När rörelsen av dessa partiklar ökar säger de att lufttemperaturen är hög, luften är varm eller till och med varm. På en kall dag, till exempel, är luftpartiklarnas hastighet liten, vilket känns som behaglig svalhet eller till och med "hundkall". Det bör noteras att luftpartiklarnas hastighet inte beror på vindhastigheten! Detta är en helt annan hastighet.

Det här är vad som rör luft, i det kan molekyler röra sig fritt, men hur är det med flytande och fasta kroppar? I dem finns även den termiska rörelsen hos molekyler, även i mindre utsträckning än i luft. Men dess förändring är ganska märkbar, vilket bestämmer temperaturen på vätskor och fasta ämnen.

Molekyler fortsätter att röra sig även vid issmältningstemperatur, liksom vid en negativ temperatur. Till exempel är hastigheten för en vätemolekyl vid noll temperatur 1950 m / s. Varje sekund i 16 cm ^ 3 luft inträffar tusen miljarder kollisioner av molekyler. Med ökande temperatur ökar molekylernas rörlighet, antalet kollisioner ökar.

Det bör dock noteras att temperatur och hetta essensen är inte samma sak. Ett enkelt exempel: en vanlig gasspis i köket har stora och små brännare där samma gas bränns. Gasförbränningstemperaturen är densamma, så temperaturen hos själva brännarna är också densamma. Men samma volym vatten, som en vattenkokare eller en hink, kommer att koka snabbare på en stor brännare än på en liten. Detta beror på att en stor brännare producerar mer värme, bränner mer gas per tidsenhet eller har mer kraft.

Hur bestämmer jag mängden värme i vilka enheter? På skolfysikkursen finns det många problem som ägnas åt uppvärmning och kokande vatten, vilket är väldigt lärorikt och intressant, även bara för att lösa.

Per enhet termisk energi accepterad kalori. Detta är mängden värme som ger uppvärmning av 1 gram (cm ^ 3) vatten per 1 ° C (1 grad Celsius). Temperaturen på den fysiska kroppen i grader återspeglar nivån på dess termiska energi. För att mäta den använda temperaturen termometrarofta hänvisat till termometer.

Om två fysiska kroppar har samma temperatur, sker värmeöverföring inte när de är anslutna. Om en av kropparna har en högre temperatur, då den är ansluten till en kall kropp, ökar kyltemperaturen och vice versa. Det enklaste sättet att verifiera detta när vätskor blandas: i vardagen måste alla, åtminstone i badet, blanda varmt och kallt vatten för att uppnå önskad temperatur.

Temperaturskalor

Som ni vet finns det flera våg för temperaturmätning. Hur kan detta förklaras, eftersom temperaturen är densamma, men på olika skalor helt annorlunda?

Sådana meningsskiljaktigheter är inte unika för temperaturen.Trots allt mättes samma vikt i gamla dagar i kilo och kilo, och nu i gram och kilogram, detsamma med linjära dimensioner: millimeter, meter, tum, fötter och väldigt gamla fathoms och armbågar.

En kort historia om utvecklingen av temperaturskalor

Det mest första termometer uppfanns av den berömda italienska medeltida forskaren Galileo Galilei (1564-1642). Enhetens drift var baserad på fenomenet med en förändring i volym av en gas under uppvärmning och kylning. Denna termometer saknade en exakt skala som uttryckte temperaturen i numerisk form, så mätresultatet var mycket felaktigt.

Mer exakta instrument för att mäta temperatur föreslogs av en tysk fysiker Gabriel Fahrenheit (1686-1736), som 1709 utvecklades alkoholtermometeroch 1714 kvicksilver. Temperaturskalan fick namnet på uppfinnaren Fahrenheit skala.

Den nedre referenspunkten för denna skala (0 ° F) var saltlösningens fryspunkt. Det var denna temperatur vid den avlägsna tiden som var den lägsta som kunde reproduceras med tillräcklig noggrannhet. Den högsta punkten var den mänskliga kroppstemperaturen (96 ° F), "uppmätt under armen av en frisk engelskman."

På den tiden bodde Fahrenheit i England, och det var där han gjorde sina upptäckter. Därför har Fahrenheit-skalan i de engelsktalande länderna använts under lång tid, i modern tid har länderna i den engelska kulturen också bytt till Celsius-skalan. Medicinska termometrar i dessa länder använder fortfarande Fahrenheit-skalan.

En annan temperaturskala 1730 föreslogs av en fransk forskare Rene Reaumur (1683-1757), som 1737 erkändes som hedersmedlem vid St. Petersburg Academy of Sciences. Därför i Ryssland för att mäta temperatur började använda termometrar med Reaumur skala.

Samma som Celsius skala, denna skala hade två referenspunkter - smälttemperaturen för is och kokpunkten för vatten. En grad av en sådan skala erhölls genom att dela upp hela skalan i 80 delar - grader. Denna skala användes bara i några decennier, varefter den blev föråldrad.

1742, en svensk fysiker Anders Celsius (1701-1744) föreslog en känd decimaltemperaturskala. Den använder samma referenspunkter som Reaumur, bara skalan är jämnt uppdelad inte i 80 utan i 100 divisioner. En grad på Celsius-skalan är således 1/100 av skillnaden i kokande och frysande temperaturer för vatten.

Engelsmannen föreslog den senaste temperaturskalan William Thomson (1824-1907), som för vetenskapliga meriter 1866 fick titeln Baron Kelvin. Kelvin skala Det används fortfarande som den viktigaste standarden för modern termometri. I denna skala tas absolut noll (−273,15 ° C) som referenspunkt.

Enligt Kelvins teori upphör någon termisk rörelse vid denna temperatur. Vid denna temperatur har alla ledare noll motstånd mot elektrisk ström, supraledning. En sådan temperatur har ännu inte nåtts av någon, den existerar endast teoretiskt.

Läs vidare i nästa artikel.

Boris Aladyshkin, i.electricianexp.com

Fortsättning av serien av artiklar:

- Temperaturgivare. termistorer

- Temperaturgivare. termoelement

- Några fler typer av temperatursensorer: halvledarsensorer, sensorer för mikrokontroller

- Hur kan jag få el med vanlig hushållsgas?