Czujniki temperatury. Część pierwsza Trochę teorii i historii

Co to jest temperatura

Zanim zaczniesz opowiadać o czujnikach temperatury, powinieneś zrozumieć, co to jest temperatura pod względem fizyki. Dlaczego ludzkie ciało odczuwa zmianę temperatury, dlaczego mówimy, że dziś jest ciepło lub po prostu gorąco, a następnego dnia jest zimno, a nawet zimno.

Termin temperatura pochodzi od łacińskiego słowa temperatura, co w tłumaczeniu oznacza normalny stan lub właściwe przemieszczenie. Jako wielkość fizyczna temperatura charakteryzuje energię wewnętrzną substancji, stopień ruchliwości cząsteczek, energię kinetyczną cząstek w stanie równowagi termodynamicznej.

Przykładem jest powietrze, którego cząsteczki i atomy poruszają się losowo. Kiedy prędkość ruchu tych cząstek wzrasta, mówią, że temperatura powietrza jest wysoka, powietrze jest ciepłe, a nawet gorące. Na przykład w zimny dzień prędkość cząstek powietrza jest niewielka, co sprawia wrażenie przyjemnego chłodu, a nawet „zimnego psa”. Należy zauważyć, że prędkość cząstek powietrza nie zależy od prędkości wiatru! To zupełnie inna prędkość.

To dotyczy powietrza, w którym cząsteczki mogą się swobodnie poruszać, ale co z ciałami ciekłymi i stałymi? W nich występuje również ruch termiczny cząsteczek, choć w mniejszym stopniu niż w powietrzu. Ale jego zmiana jest dość zauważalna, która określa temperaturę cieczy i ciał stałych.

Cząsteczki nadal poruszają się nawet w temperaturze topnienia lodu, a także w temperaturze ujemnej. Na przykład prędkość cząsteczki wodoru w zerowej temperaturze wynosi 1950 m / s. Co sekundę w 16 cm ^ 3 powietrza dochodzi do tysiąca miliardów zderzeń cząsteczek. Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się ruchliwość cząsteczek, rośnie odpowiednio liczba kolizji.

Należy jednak zauważyć, że temperatura i ciepło esencja to nie to samo. Prosty przykład: zwykły piec gazowy w kuchni ma duże i małe palniki, w których spalany jest ten sam gaz. Temperatura spalania gazu jest taka sama, więc temperatura samych palników jest również taka sama. Ale ta sama objętość wody, taka jak czajnik lub wiadro, będzie gotować się szybciej na dużym palniku niż na małym. Wynika to z faktu, że duży palnik wytwarza więcej ciepła, spalając więcej gazu na jednostkę czasu lub ma większą moc.

Jak określić ilość ciepła w jakich jednostkach? Na szkolnym kursie fizyki istnieje wiele problemów związanych z ogrzewaniem i gotowaniem wody, które są bardzo pouczające i interesujące, nawet w trakcie rozwiązywania.

Na jednostkę pobranej energii cieplnej kaloria. Jest to ilość ciepła, która zapewnia podgrzanie 1 grama (cm ^ 3) wody na 1 ° C (1 stopień Celsjusza). Temperatura ciała fizycznego w stopniach odzwierciedla poziom jego energii cieplnej. Do pomiaru zastosowanej temperatury termometryczęsto o których mowa termometry.

Jeśli dwa ciała fizyczne mają tę samą temperaturę, wówczas, gdy są połączone, przenoszenie ciepła nie następuje. Jeśli jedno z ciał ma wyższą temperaturę, wówczas, gdy jest połączone z zimnym ciałem, temperatura zimna wzrasta i odwrotnie. Najłatwiejszy sposób na sprawdzenie tego podczas mieszania płynów: w życiu codziennym wszyscy musieli, przynajmniej w wannie, mieszać ciepłą i zimną wodę, aby uzyskać wymaganą temperaturę.

Skale temperatur

Jak wiecie, jest ich kilka skale pomiaru temperatury. Jak można to wyjaśnić, ponieważ temperatura jest taka sama, ale w różnych skalach zupełnie inna?

Takie nieporozumienia nie dotyczą wyłącznie temperatury.W końcu ta sama waga w dawnych czasach była mierzona w funtach i funtach, a teraz w gramach i kilogramach, to samo z liniowymi wymiarami: milimetry, metry, cale, stopy i bardzo stare sądy i łokcie.

Krótka historia rozwoju skal temperatur

Najbardziej pierwszy termometr został wynaleziony przez słynnego włoskiego uczonego średniowiecznego Galileo Galilei (1564–1642). Działanie urządzenia opierało się na zjawisku zmiany objętości gazu podczas ogrzewania i chłodzenia. Termometrowi brakowało dokładnej skali wyrażającej temperaturę w postaci liczbowej, więc wynik pomiaru był bardzo niedokładny.

Bardziej dokładne przyrządy do pomiaru temperatury zostały zaproponowane przez niemieckiego fizyka Gabriel Fahrenheit (1686-1736), który rozwinął się w 1709 r termometr alkoholowy, aw 1714 rtęci. Skala temperatury została nazwana dla wynalazcy skala Fahrenheita.

Dolnym punktem odniesienia tej skali (0 ° F) była temperatura zamarzania roztworu soli fizjologicznej. Właśnie ta temperatura w tym odległym czasie była najniższą, którą można było odtworzyć z wystarczającą dokładnością. Najwyższym punktem była temperatura ciała ludzkiego (96 ° F), „mierzona pod pachą zdrowego Anglika”.

W tym czasie Fahrenheit mieszkał w Anglii i tam dokonał odkryć. Dlatego w krajach anglojęzycznych od dawna stosowana jest skala Fahrenheita, w czasach współczesnych kraje kultury angielskiej również przeszły na skalę Celsjusza. Termometry medyczne w tych krajach nadal używają skali Fahrenheita.

Inny skala temperatur w 1730 r. Został zaproponowany przez francuskiego naukowca Rene Reaumur (1683-1757), który w 1737 roku został uznany za honorowego członka Akademii Nauk w Petersburgu. Dlatego w Rosji do pomiaru temperatury zaczęto stosować termometry z Skala Reaumura.

Taki sam jak skala Celsjusza, ta skala miała dwa punkty odniesienia - temperaturę topnienia lodu i temperaturę wrzenia wody. Jeden stopień takiej skali uzyskano dzieląc całą skalę na 80 części - stopni. Skala ta była używana tylko przez kilka dekad, po czym stała się przestarzała.

W 1742 r. Szwedzki fizyk Anders Celsius (1701-1744) zaproponowali znaną skalę dziesiętną temperatury. Wykorzystuje te same punkty odniesienia co Reaumur, tylko skala jest podzielona równomiernie nie na 80, ale na 100 podziałów. Zatem jeden stopień w skali Celsjusza stanowi 1/100 różnicy temperatur wrzenia i zamarzania wody.

Najnowsza skala temperatur została zaproponowana przez Anglika William Thomson (1824–1907), który za zasługi naukowe otrzymał w 1866 r. Tytuł barona Kelvina. Skala Kelvina Jest nadal używany jako główny standard nowoczesnej termometrii. W tej skali za punkt odniesienia przyjmuje się zero absolutne (−273,15 ° C).

Zgodnie z teorią Kelvina w tej temperaturze wszelki ruch termiczny ustaje. W tej temperaturze wszystkie przewodniki mają zerową oporność na prąd elektryczny, nadprzewodnictwo. Takiej temperatury jeszcze nikt nie osiągnął, istnieje tylko teoretycznie.

Czytaj dalej w następnym artykule.

Boris Aladyshkin, e.imadeself.com

Kontynuacja serii artykułów:

- Czujniki temperatury. Termistory

- Czujniki temperatury. Termopary

- Kilka innych rodzajów czujników temperatury: czujniki półprzewodnikowe, czujniki do mikrokontrolerów

- Jak mogę uzyskać prąd za pomocą zwykłego domowego gazu?