42. Temperatura

W SI jednostką temperatury jest kelwin8. Jeden kelwin (K) jest to 1/273,16 część tempera-

tury Tpt punktu potrójnego wody9.

Temperatura wyrażana w kelwinach nosi nazwę temperatury bezwzględnej.

W Polsce używamy powszechnie skali Celsjusza, w której 100◦C odpowiada temperaturze

wrzenia wody, a 0◦C — temperaturze zamarzania wody (w warunkach normalnych). Zauważmy, że 0◦C odpowiada 273,15K. Przeliczanie temperatur z jednej skali na drugą określają podane

niżej wzory:

t = T − 273,15 (1)

lub

T = t + 273,15, (2)

gdzie t — temperatura w skali Celsjusza, zaś T — temperatura bezwzględna wyrażona w kel-

winach.

W krajach anglosaskich jest używana jeszcze inna skala — Fahrenheita10, na której tem-

peratura topnienia lodu wynosi 32◦F, a temperatura wrzenia wody odpowiada 212◦F. Stąd otrzymujemy, że

t_F = 9/5t + 32°F oraz

∆T = ∆t = 5/9∆ t_F

W charakterze układu C stosujemy termometry, które, jak mówimy, mierzą temperaturę

zwaną często temperaturą empiryczną. Działanie termometrów opiera się na wykorzystaniu

zależności od temperatury:

1. Objętości cieczy — przykładem tego jest termometr rtęciowy. Ma on ograniczony zakres

stosowalności z uwagi na krzepnięcie rtęci (w temperaturze −39◦C). Termometr spirytu-

sowy zawodzi dla temperatur mniejszych od −85◦C.

2. Ciśnienia gazu przy stałej objętości — na tej zasadzie działa termometr gazowy. Wy-

korzystywana jest liniowa zależność pomiędzy ciśnieniem i temperaturą gazu idealnego

(patrz rozdział 2.2), którą obserwuje się w przemianie izochorycznej (wtedy V = const;

rozdział 2.3). Wykres zależności p(T ) jest linią prostą, która przecina oś odciętych, na

której odkładamy temperaturę, w punkcie, któremu w skali bezwzględnej przypisujemy

temperaturę 0K. W skali Celsjusza temperaturze tej przypisuje się wartość −273,15◦C

3. Objętości gazu przy stałym ciśnieniu — jest to wykorzystywane w innego rodzaju termo-

metrach gazowych.

4. Oporu elektrycznego przewodników prądu — zjawisko to wykorzystuje się np. w platyno-

wym termometrze oporowym, za pomocą którego mierzyć można temperatury w zakresie

od 14K do 630K.

5. Barwy określonych obiektów — wykorzystane jest to w pirometrach, za pomocą których

mierzymy temperatury T > 1000K.

6. Elektrycznego napięcia kontaktowego, które powstaje na złączu dwóch metali (patrz roz-

dział 6.4). Jest to wykorzystywane w termoparach.

Pomiar temperatury może być realizowany na wiele sposobów. W zależności od interakcji pomiędzy badanym obiektem pomiarowym a czujnikiem pomiarowym wyróżnić można:

• pomiar dotykowy (pomiar kontaktowy) - czujnik (termometr) styka się z obiektem, którego temperaturę mierzymy

• pomiar bezdotykowy (pomiar bezkontaktowy) - poprzez pomiar parametrów promieniowania elektromagnetycznego emitowanego przez rozgrzane ciało (promieniowanie cieplne) np. długości fali, ilości emitowanej energii przez obiekt.

W zależności od wykorzystanych do pomiaru własności fizycznych czujnika pomiarowego, wyróżnić można pomiar z wykorzystaniem zjawiska:

• odkształcenia bimetalu,

• wytwarzania napięcia elektrycznego na styku dwóch metali (termopara) w różnych temperaturach,

• zmiany rezystancji elementu (termistor),

• zmiany parametrów złącza półprzewodnikowego (termometr diodowy)

• zmiany objętości cieczy, gazu lub długości ciała stałego (termometr, termometr cieczowy),

• zmiana barwy - barwa żaru, barwa nalotowa stali, farba zmieniająca kolor pod wpływem temperatury,

• stożki Segera.

---