Temperatūras sensori. Pirmā daļa Mazliet teorijas un vēstures

Kas ir temperatūra

Pirms sākat stāstu par temperatūras sensoriem, jums vajadzētu saprast, kas ir kas temperatūra fizikā. Kāpēc cilvēka ķermenis izjūt temperatūras izmaiņas, kāpēc mēs sakām, ka šodien tas ir silts vai vienkārši karsts, bet nākamajā dienā tas ir vēss vai pat auksts.

Termins temperatūra nāk no latīņu vārda temperatūra, kas tulkojumā nozīmē normālu stāvokli vai pareizu pārvietojumu. Temperatūra kā fizikāls lielums raksturo vielas iekšējo enerģiju, molekulu kustības pakāpi, daļiņu kinētisko enerģiju termodinamiskā līdzsvara stāvoklī.

Kā piemēru var minēt gaisu, kura molekulas un atomi pārvietojas nejauši. Kad palielinās šo daļiņu kustības ātrums, viņi saka, ka gaisa temperatūra ir augsta, gaiss ir silts vai pat karsts. Piemēram, aukstā dienā gaisa daļiņu ātrums ir mazs, kas jūtams kā patīkams vēsums vai pat “suņa aukstums”. Jāatzīmē, ka gaisa daļiņu ātrums nav atkarīgs no vēja ātruma! Tas ir pavisam cits ātrums.

Tas attiecas uz gaisu, jo tajā molekulas var brīvi pārvietoties, bet kā ir ar šķidriem un cietiem ķermeņiem? Tajās pastāv arī molekulu termiskā kustība, kaut arī mazākā mērā nekā gaisā. Bet tā izmaiņas ir diezgan pamanāmas, kas nosaka šķidrumu un cieto vielu temperatūru.

Molekulas turpina kustēties pat ledus kušanas temperatūrā, kā arī negatīvā temperatūrā. Piemēram, ūdeņraža molekulas ātrums nulles temperatūrā ir 1950 m / s. Katru sekundi 16 cm ^ 3 gaisā notiek tūkstoš miljardu molekulu sadursmes. Palielinoties temperatūrai, palielinās molekulu mobilitāte, attiecīgi palielinās sadursmju skaits.

Tomēr jāatzīmē, ka temperatūra un sirsnīgi būtība nav tas pats. Vienkāršs piemērs: parastā gāzes plītī virtuvē ir lieli un mazi degļi, kuros sadedzina to pašu gāzi. Gāzes sadegšanas temperatūra ir vienāda, tāpēc arī pašu degļu temperatūra ir vienāda. Bet tas pats ūdens daudzums, piemēram, tējkanna vai spainis, uz liela degļa vārīsies ātrāk nekā uz maza. Tas notiek tāpēc, ka liels deglis rada vairāk siltuma, vienā laika laikā sadedzinot vairāk gāzes vai arī tam ir vairāk enerģijas.

Kā noteikt siltuma daudzumu, kādās vienībās? Skolas fizikas kursā ir daudz ūdens sildīšanai un verdošanai veltītu problēmu, kas ir ļoti pamācošas un interesantas pat tikai risināšanas procesā.

Par pieņemto siltumenerģijas vienību kaloriju. Tas ir siltuma daudzums, kas nodrošina 1 grama (cm ^ 3) ūdens uzsildīšanu uz 1 ° C (1 grāda pēc Celsija). Fiziskā ķermeņa temperatūra grādos atspoguļo tās siltumenerģijas līmeni. Izmērīt izmantoto temperatūru termometribieži minēts termometri.

Ja diviem fiziskiem ķermeņiem ir vienāda temperatūra, tad, kad tie ir savienoti, siltuma pārnešana nenotiek. Ja kādam no ķermeņiem ir augstāka temperatūra, tad, kad tas ir savienots ar aukstu ķermeni, aukstuma temperatūra paaugstinās un otrādi. Vienkāršākais veids, kā to pārbaudīt, sajaucot šķidrumus: ikdienas dzīvē ikvienam vismaz vannā bija jāmaisa karsts un auksts ūdens, lai iegūtu nepieciešamo temperatūru.

Temperatūras svari

Kā jūs zināt, ir vairāki temperatūras mērīšanas skalas. Kā to izskaidrot, jo temperatūra ir vienāda, bet dažādos mērogos ir pilnīgi atšķirīga?

Šādas domstarpības nav raksturīgas tikai temperatūrai.Galu galā tas pats svars vecajās dienās tika mērīts mārciņās un mārciņās, un tagad gramos un kilogramos, tas pats ar lineārajiem izmēriem: milimetri, metri, collas, pēdas un ļoti veci priekšmeti un elkoņi.

Īsa temperatūras skalas attīstības vēsture

Visvairāk pirmais termometrs izgudroja slavenais itāļu viduslaiku zinātnieks Galileo Galilei (1564-1642). Ierīces darbība balstījās uz gāzes tilpuma izmaiņām sildīšanas un dzesēšanas laikā. Šim termometram nebija precīzas skalas, kas temperatūru izsaka skaitliskā formā, tāpēc mērījumu rezultāts bija ļoti neprecīzs.

Vācu fiziķis ierosināja precīzākus temperatūras mērīšanas instrumentus Gabriels Fahrenheits (1686-1736), kuru 1709. gadā izstrādāja spirta termometrs, un 1714. gadā dzīvsudrabs. Izgudrotājam tika nosaukta temperatūras skala Fārenheita skala.

Šīs skalas zemākais atskaites punkts (0 ° F) bija fizioloģiskā šķīduma sasalšanas punkts. Šī temperatūra tajā tālajā laikā bija zemākā, ko varēja pietiekami precīzi reproducēt. Augstākais punkts bija cilvēka ķermeņa temperatūra (96 ° F), "mērot veselīga angļa zem rokas".

Tajā laikā Fārenheits dzīvoja Anglijā, un tieši tur viņš veica savus atklājumus. Tāpēc angliski runājošajās valstīs Farenheita skala ir izmantota jau sen, mūsdienās angļu kultūras valstis ir pārgājušas arī pēc Celsija skalas. Medicīniski termometri šajās valstīs joprojām izmanto Fārenheita skalu.

Citu temperatūras skalu 1730. gadā ierosināja franču zinātnieks Renē Reumērs (1683-1757), kuru 1737. gadā atzina par Sanktpēterburgas Zinātņu akadēmijas goda locekli. Tāpēc Krievijā temperatūras mērīšanai sāka izmantot termometrus ar Reaumur skala.

Tāds pats kā pēc Celsija skalas, šai skalai bija divi atskaites punkti - ledus kušanas temperatūra un ūdens viršanas temperatūra. Viena šāda mēroga pakāpe tika iegūta, sadalot visu skalu 80 daļās - grādos. Šis mērogs tika izmantots tikai dažas desmitgades, pēc tam tas novecoja.

1742. gadā zviedru fiziķis Anderss Celsijs (1701-1744) ierosināja pazīstamu decimālo temperatūras skalu. Tas izmanto tos pašus atskaites punktus kā Reaumur, tikai skala tiek vienmērīgi sadalīta nevis 80, bet 100 dalījumos. Tādējādi viens grāds pēc Celsija skalas ir 1/100 no ūdens viršanas un sasalšanas temperatūras starpības.

Jaunāko temperatūras skalu ierosināja anglis Viljams Tomsons (1824-1907), kas par zinātniskiem nopelniem 1866. gadā saņēma barona Kelvina titulu. Kelvina skala To joprojām izmanto kā galveno mūsdienu termometrijas standartu. Šajā skalā par atskaites punktu ņem absolūto nulli (–273,15 ° C).

Saskaņā ar Kelvina teoriju, šajā temperatūrā jebkura siltuma kustība apstājas. Šajā temperatūrā visiem vadītājiem ir nulles pretestība elektriskajai strāvai, supravadītspējas parādība. Šādu temperatūru vēl neviens nav sasniedzis, tā pastāv tikai teorētiski.

Lasiet nākamajā rakstā.

Boriss Aladyshkin, e.imadeself.com

Rakstu sērijas turpinājums:

- Temperatūras sensori. Termistori

- Temperatūras sensori. Termoelementi

- Vēl daži temperatūras sensoru veidi: pusvadītāju sensori, mikrokontrolleru sensori

- Kā es varu iegūt elektrību, izmantojot parasto sadzīves gāzi?