Gaasitermomeeter

Kui kalibreerime erinevat tüüpi termomeetreid, näiteks elavhõbedatermomeetrit ja alkoholitermomeetrit, on mõlema termomeetri skaala sama ainult temperatuuridel 0 ° C (või 32 ° F) ja 100 ° C (või 212 ° F). Kui kasutame õhutemperatuuri mõõtmiseks mõlemat termomeetrit, ei pruugi kummagi termomeetri näidatud numbrid olla samad. Võib juhtuda, et elavhõbedatermomeeter näitab 48 ° C, alkoholitermomeeter aga 46 ° C. Selle põhjuseks on elavhõbeda ja alkoholi paisumiskiiruse erinevus. Samamoodi on ka teist tüüpi termomeetritega, näiteks bimetalltermomeetritega jne. Sel viisil määratud temperatuuriskaala sõltub väga palju kasutatud materjalide omadustest.

Kuna tavapärase termomeetriga mõõdetud temperatuuriskaalal on oma puudused, vajame standardset termomeetrit. Standardne termomeeter võimaldab meil määrata täpsema temperatuuriskaala ilma materjali omadustele toetumata.

Peaaegu ideaalne termomeeter on konstantse ruumalaga gaasitermomeeter . Konstantse ruumalaga gaasitermomeetri tööpõhimõte on järgmine: gaasi ruumala hoitakse konstantsena ehk muutumatuna. Temperatuuri tõustes suureneb ka gaasi rõhk.

Gaasitermomeeter - 1Torude 1 ja 2 sees on elavhõbe. Gaasi mahtu hoitakse konstantsena, tõstes või langetades toru 2 nii, et elavhõbedatase torus 1 oleks alati kontrollmärgi juures. Kui temperatuur tõuseb, suureneb ka gaasi rõhk torus. Seetõttu tuleb toru 2 kõrgemale tõsta, et gaasi maht püsiks konstantsena. Gaasi rõhku saab määrata torus 2 oleva elavhõbedasamba kõrguse (h) lugemise teel. Manuaalse meetodi kasutamisel pidage meeles, et 760 mm kõrgune elavhõbedasammas = 1 atm (1 atmosfäär) rõhk. Keerukamates konstantse mahuga gaasitermomeetrites on rõhuloendur juba olemas. Gaasi sisaldav anum on samuti konstrueeritud nii, et gaasi maht on alati konstantne. Seega mõõdetakse ainult rõhu muutust.

Püsiva ruumalaga gaasitermomeetri kalibreerimiseks saame mõõta gaasirõhku kahel temperatuuril. Näiteks kasutame jäätumispunkti ja aurustumise temperatuuri. Püsiva ruumalaga gaasitermomeetrid kalibreeritakse rõhul 1 atm. Termomeetri kalibreerimise sammud on järgmised.

Esmalt asetatakse gaasiballoon jääd ja vett sisaldavasse anumasse. Gaasi maht hoitakse konstantsena, seega tuleb toru 2 alla lasta nii, et elavhõbeda tase torus 1 jääks võrdluspunkti. Kui gaasi maht ei ole muutunud, registreerige elavhõbedasamba kõrgus (h) torus 2. Kasutage h rõhu arvutamiseks. Kui kasutate keerukat konstantse mahuga gaasitermomeetrit, kastetakse gaasiga täidetud balloon otse jääd ja vett sisaldavasse anumasse. Manomeeter on juba olemas. Registreerige gaasirõhk (oletame, et see on rõhk 1 ehk P 1 ).

Teiseks Gaasiballoon sisestatakse kuumutatavasse vette sisaldavasse anumasse. Gaasi konstantse mahu hoidmiseks tõstetakse toru 2 nii, et elavhõbeda tase torus 1 jääks võrdluspunkti. Kui gaasi maht jääb muutumatuks, registreerige veesamba kõrgus. Kelvini skaalaelavhõbe (h) torus 2. Kasutage gaasirõhu arvutamiseks h (oletame, et see on rõhk 2 ehk P2)

Kolmandaks , koostage graafik, mis näitab rõhu ja temperatuuri vahelist seost. Vaadake allolevat näidet.

P 1 on gaasi rõhk jäätumispunkti temperatuuril (0 ° C) ja P 2 on gaasi rõhk aurustumise punkti temperatuuril (100 ° C). Tõmba joon, mis ühendab P 1 lõikepunkti temperatuuriga 0 ° C ja P 2 lõikepunkti temperatuuriga 100 ° C. Graafiku abil saab temperatuuri, kuigi me teame ainult gaasi rõhku, kergesti teada ja isegi ennustada.

Kelvini skaala

Kui ülaltoodud graafiku kaldjoon lõikub T o C teljega, siis gaasi rõhu 0 korral on gaasi temperatuur -273,15 ° C. Võib-olla arvame, et gaasi temperatuur 0-rõhul varieerub sõltuvalt konstantse ruumalaga gaasitermomeetri torus oleva gaasi tüübist. Katsete põhjal on temperatuur nullilähedasel gaasil alati -273,15 ° C , isegi kui gaasi tüüp on erinev. Seega saame seda temperatuuri kasutada standardse temperatuuriskaalana (tuntud ka kui absoluutne nulltemperatuur). Seda absoluutset nulltemperatuuri tuntakse absoluutse skaala hüüdnime või Kelvini skaalana. Kelvin on endise Briti füüsiku Lord Kelvini (1824–1907) nimi.

Sellel skaalal väljendatakse temperatuuri kelvinites (K), mitte kelvini kraadides (oK). Kraadide vaheline intervall on sama mis Celsiuse skaalal, kuid nullväärtus on nihutatud 0 K-ni. Seega 0 K = -273,15 o°C ja 273,15 K = 0 oC. Celsiuse skaalal oleva temperatuuri saab Kelvini skaalale teisendada, liites sellest 273,15. Samamoodi saab Kelvini skaalal oleva temperatuuri Celsiuse skaalale teisendada, lahutades sellest 273,15.
T(K) = T(oC) + 273,15
T (oC) = T (K) – 273,15

Näidisküsimus 1.40 oC = … K
T(K) = T(C) + 273
T = 20 000 + 10 000
T = 293 K

Näidisküsimus 2. 80 ° F = ….K

Näide temperatuuri teisendamise ülesandest - 3

Viited