Температурни сензори. Първа част Малко теория и история

Какво е температура

Преди да започнете историята за температурните сензори, трябва да разберете какво е температура по отношение на физиката, Защо човешкото тяло усеща промяна в температурата, защо казваме, че днес е топло или просто горещо, а на следващия ден е хладно или дори студено.

Терминът температура идва от латинската дума температура, което в превод означава нормално състояние или правилно изместване. Като физическо количество температурата характеризира вътрешната енергия на дадено вещество, степента на подвижност на молекулите, кинетичната енергия на частиците в състояние на термодинамично равновесие.

Пример е въздух, чиито молекули и атоми се движат произволно. Когато скоростта на движение на тези частици се увеличава, те казват, че температурата на въздуха е висока, въздухът е топъл или дори горещ. Например в студен ден скоростта на въздушните частици е малка, което се усеща като приятна прохлада или дори „кучешки студ“. Трябва да се отбележи, че скоростта на въздушните частици не зависи от скоростта на вятъра! Това е съвсем различна скорост.

Това се отнася до въздуха, в него молекулите могат да се движат свободно, но какво да кажем за течните и твърди тела? В тях съществува и топлинното движение на молекулите, макар и в по-малка степен, отколкото във въздуха. Но промяната му е доста забележима, което определя температурата на течностите и твърдите вещества.

Молекулите продължават да се движат дори при температура на топене на лед, както и при отрицателна температура. Например скоростта на молекулата на водород при нулева температура е 1950 m / s. Всяка секунда на 16 см ^ 3 въздух се случват хиляда милиарда сблъсъци на молекули. С повишаване на температурата се увеличава подвижността на молекулите, съответно се увеличава и броят на сблъсъците.

Трябва да се отбележи обаче, че температура и топлина същността не е едно и също нещо. Прост пример: обикновена газова печка в кухнята има големи и малки горелки, в които се изгаря същия газ. Температурата на горене на газ е една и съща, така че температурата на самите горелки също е една и съща. Но същият обем вода, като чайник или кофа, ще заври по-бързо на голяма горелка, отколкото на малка. Това е така, защото голяма горелка произвежда повече топлина, изгаря повече газ за единица време или има повече мощност.

Как да определим количеството топлина, в какви единици? В училищния курс по физика има много проблеми, посветени на отоплението и врящата вода, които са много поучителни и интересни, дори само в процеса на решаване.

На единица от приетата топлинна енергия калория, Това е количеството топлина, което осигурява загряване на 1 грам (cm ^ 3) вода на 1 ° C (1 градус по Целзий). Температурата на физическото тяло в градуси отразява нивото на неговата топлинна енергия. За измерване на използваната температура термометричесто се споменава термометър.

Ако две физически тела имат еднаква температура, тогава когато те са свързани, топлопреносът не става. Ако едно от телата има по-висока температура, тогава когато е свързано със студено тяло, температурата на студа се повишава и обратно. Най-лесният начин да се провери това при смесване на течности: в ежедневието всеки трябваше, поне във ваната, да смесва гореща и студена вода, за да получи необходимата температура.

Температурни везни

Както знаете, има няколко скали за измерване на температура, Как може да се обясни това, защото температурата е една и съща, но на различни мащаби напълно различна?

Такива разногласия не са характерни само за температурата.В края на краищата едно и също тегло в старите дни се измерваше в килограми и килограми, а сега в грамове и килограми, същото с линейни размери: милиметри, метри, инчове, стъпала и много стари подложки и лакти.

Кратка история на развитието на температурните скали

Най-много първи термометър е изобретен от известен италиански средновековен учен Галилей Галилей (1564-1642). Работата на устройството се основаваше на феномена на промяна в обема на газ по време на отопление и охлаждане. На този термометър липсваше точна скала, изразяваща температурата в числова форма, така че резултатът от измерването беше много неточен.

По-точни инструменти за измерване на температурата бяха предложени от немски физик Габриел Фаренхайт (1686-1736), която през 1709 г. се развива алкохолен термометър, а през 1714 г. живак. Температурната скала беше посочена за изобретателя Фаренхайт мащаб.

Долната базова точка на тази скала (0 ° F) беше точката на замръзване на физиологичния разтвор. Именно тази температура в онова далечно време беше най-ниската, която можеше да се възпроизведе с достатъчна точност. Най-високата точка беше телесната телесна температура (96 ° F), „измерена под мишницата на здрав англичанин“.

По това време Фаренхейт живее в Англия и именно там той прави своите открития. Следователно в англоезичните страни мащабът на Фаренхайт отдавна се използва, в съвремието страните от английската култура също са преминали към скалата на Целзий. Медицинските термометри в тези страни все още използват скалата на Фаренхайт.

Друга температурна скала през 1730 г. е предложена от френски учен Рене Реумур (1683-1757), който през 1737 г. е признат за почетен член на Петербургската академия на науките. Следователно, в Русия за измерване на температура започнаха да използват термометри с Ремаур скала.

Същото като Целзиева скала, тази скала имаше две референтни точки - температура на топене на лед и точка на кипене на водата. Една степен от такава скала беше получена чрез разделяне на цялата скала на 80 части - градуси. Този мащаб се използва само няколко десетилетия, след което той остаря.

През 1742 г. шведски физик Андерс Целзий (1701-1744) предложи позната десетична температурна скала. Той използва същите референтни точки като Reaumur, само че скалата е разделена равномерно не на 80, а на 100 деления. По този начин една степен по скалата на Целзий е 1/100 от разликата в температурата на кипене и замръзване на водата.

Последната скала на температурата беше предложена от англичанина Уилям Томсън (1824-1907), който за научни заслуги през 1866 г. получава титлата барон Келвин. Келвин Скала Все още се използва като основен стандарт на съвременната термометрия. В тази скала абсолютната нула (−273.15 ° C) се приема за базова точка.

Според теорията на Келвин при тази температура всяко топлинно движение престава. При тази температура всички проводници имат нулево съпротивление срещу електрически ток, свръхпроводимост, Такава температура все още не е достигната от никого, тя съществува само теоретично.

Прочетете в следващата статия.

Борис Аладишкин, e.imadeself.com

Продължение на поредицата от статии:

- Температурни сензори. термистори

- Температурни сензори. термодвойки

- Още няколко типа сензори за температура: полупроводникови сензори, сензори за микроконтролери

- Как мога да получа електричество с обикновен битов газ?