温度计测温的基本原理是什么?经验温标的缺点是什么?为什么?
7月5日 17:53 我来系统阐述一下温度的概念。柠檬炖排骨实际上要求是说温度标准到底是如何定出来的,虽然我们有几个固定的温度点,但是温度点之外的如何标定呢?
温标
现代统计力学虽然建立了温度和分子动能之间的函数关系,但由于目前尚难以直接测量物体内部的分子动能,因而只能利用一些物质的某些物性(诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、辐射强度等)随温度变化的规律,通过这些量来对温度进行间接测量。为了保证温度量值的准 确和利于传递,需要建立一个衡量温度的统一标准尺度,即温标。
随着温度测量技术的发展,温标也经历了一个逐渐发展,不断修改和完善的渐进过程。从早期建立的一些经验温标,发展为后来的理想热力学温标和绝对气体温标。到现今使用具有较高精度的国际实用温标,其间经历了几百年时间。
1.经验温标
根据某些物质体积膨胀与温度的关系,用实验方法或经验公式所确定的温标称为经验温标。
(1)华氏温标
1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质,制成玻璃水银温度计,选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度,人体温度为温度计的100度,把水银温度计从0度到l00度按水银的体积膨胀距离分成100份,每一份为1华氏度,记作“1℉”。按照华氏温标,则水的冰点为32℉,沸点为212℉。
(2)摄氏温标
1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下,把水的冰点规定为0度,水的沸点规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分,每一份称为1摄氏度。记作1℃。
摄氏温度和华氏温度的关系
T ℉ = 1.8t℃ + 32
式中 T——华氏温度值;
t
2.热力学温标
1848年由开尔文(Ketvin)提出的以卡诺循环(Carnot cycle)为基础建立的热力学温标,是一种理想而不能真正实现的理论温标,它是国际单位制中七个基本物理单位之一。该温标为了在分度上和摄氏温标相一致,把理想气体压力为零时对应的温度——绝对零度(是在实验中无法达到的理论温度,而低于0 K的温度不可能存在)与水的三相点温度分为273.16份,每份为1 K (Kelvin) 。热力学温度的单位为“K”。
3. 绝对气体温标
从理想气体状态方程入手,来复现热力学温标叫绝对气体温标。由波义耳定律:
PV=RT
式中 P——一定质量的气体的压强;
V——该气体的体积;
R——普适常数;
T——热力学温度。
当气体的体积为恒定(定容)时,其压强就是温度的单值函数。这样就有:
T2/T1=P2/P1
这种比值关系与开尔文(Ketvin)提出、确定的热力学温标的比值关系完全类似。因此若选用同一固定点(水的三相点)来作参考点,则两种温标在数值上将完全相同。
理想气体仅是一种数学模型,实际上并不存在,故只能用真实气体来制作气体温度计。由于在用气体温度计测量温度时,要对其读数进行许多修正(诸如真实气体与理想气体之偏差修正,容器的膨胀系数修正,又需依据许多高精度、高难度的精确测量;因此直接用气体温度计来统一国际温标,不仅技术上难度很大、很复杂,而且操作非常繁杂、困难;因而在各国科技工作者的不懈努力和推动下,导致产生和建立了协议性的国际实用温标。
国际实用温标和国际温标
经国际协议产生的国际实用温标,其指导思想是要它尽可能地接近热力学温标,复现精度要高,且使用于复现温标的标准温度计,制作较容易,性能稳定,使用方便,从而使各国均能以很高的准确度复现该温标,保证国际上温度量值的统一。
第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的国际实用温标。此后在1948、1960、1968年经多次修订,形成了近20多年各国普遍采用的国际实用温标称为(IPTS一68)。
1989年7月第77届国际计量委员会批准建立了新的国际温标,简称ITS一90。为和IPTS一68温标相区别,用表示ITS一90温标。ITS一90基本内容为:
(1) 重申国际实用温标单位仍为K,1 K等于水的三相点时温度值的 1/273.16;
(2) 把水的三相点时温度值定义为0.01℃(摄氏度), 同时相应把绝对零度修订为-273.15℃;这样国际摄氏温度(℃)和国际实用温度(K)在实际应用中,为书写方便,通常直接用分别代表和;
(3) 规定把整个温标分成4个温区,其相应的标准仪器如下;
①0.65—5.0K,用3He和4He蒸汽温度计;
②3.0—24.5561K,用3He和4He定容气体温度计;
③13.803K—961.78℃,用铂电阻温度计;
④961.78℃以上,用光学或光电高温计;
(4) 新确认和规定17个固定点温度值以及借助依据这些固定点和规定的内插公式分度的标准仪器来实现整个热力学温标。
标定
对温度计的标定,有标准值法和标准表法两种方法。标准值法就是用适当的方法建立起一系列国际温标定义的固定温度点(恒温)作标准值,把被标定温度计(或传感器)依次置于这些标准温度值之下,记录下温度计的相应示值(或传感器的输出),并根据国际温标规定的内插公式对温度计(传感器)的分度进行对比记录,从而完成对温度计的标定;被定后的温度计可作为标准温度计来测温度。
更为一般和常用的另一种标定方法是把被标定温度计(传感器)与已被标定好的更高一级精度的温度计(传感器),紧靠在一起,共同置于可调节的恒温槽中,分别把槽温调节到所选择的若干温度点,比较和记录两者的读数,获得一系列对应差值,经多次升温,降温、重复测试,若这些差值稳定,则把记录下的这些差值作为被标定温度计的修正量,就成了对被标定温度计的标定。
世界各国根据国际温标规定建立自己国家的标准,并定期和国际标准相对比,以保证其精度和可靠性。我国的国家温度标准保存在中国计量科学院。各省(直辖市、自治区)市县计量部门的温度标准定期进行下级与上一级标准对比(修正)、标定,据此进行温度标准的传递,从而保证温度标准的准确与统一。
补充一下:17个国际统一固定点温度值:
氦蒸气压点 3-5K
平衡氢三相点13.8033K
平衡氢(或氦)蒸气压点 ~17K
平衡氢(或氦)蒸气压点~20.3K
氖三相点24.5561K
氧三相点54.3584K
汞三相点234.3156K
水三相点273。16K
镓熔点 302.9146K
铟凝固点429.7485k
锡凝固点505.078k
锌凝固点692.677K
铝凝固点 933.473k
银凝固点1234.93k
金凝固点1337.33k
铜凝固点1357。77K
该回答在7月7日 21:58由回答者修改过
温度(temperature)是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。国际单位为热力学温标(K)。目前国际上用得较多的其他温标有华氏温标(°F)、摄氏温标(°C)和国际实用温标。从分子运动论观点看,温度是物体分子运动平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现,含有统计意义。对于个别分子来说,温度是没有意义的
引证解释
1.冷热的程度。 冰心 《姑姑·分》:“你将永远是花房里的一盆小花,风雨不侵的在划一的温度之下,娇嫩的开放着。”《小说选刊》1981年第8期:“小兄弟,不能光讲风度,忘记温度,要穿厚实一些。”
2.指热度。 老舍 《离婚》第二十:“夏天顶好不去拜访亲友,特别是胖人。可是 吴太太 必须出来寻亲问友,好像只为给人家屋里增加些温度。”[1]
2基本含义
编辑
根据某个可观察现象(如水银柱的膨胀),按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。温度是物体内分子间平动动能的一种表现形式。分子运动愈快,物体愈热,即温度愈高;分子运动愈慢,物体愈冷,即温度愈低。从分子运动论观点看,温度是物体分子运动平均平动动能的标志,温度是分子热运动的集体表现,含有统计意义。
对于真空而言,温度就表现为环境温度,是物体在该真空环境下,物体内分子间平均动能的一种表现形式。物体在不同热源辐射下的不同真空里,物体的温度是不同的,这一现象为真空环境温度。比如,物体在离太阳较近的太空中,温度较高;物体在离太阳较远的太空中,反之,温度较低。这是太阳辐射对太空环境温度的影响。
气温
大气层中气体的温度是气温,是气象学常用名词。它直接受日射所影响:日射越多,气温越高。中国以摄氏温标(℃)表示。气象部门所说的地面气温,就是指高地面约1.5m处百叶箱中的温度。
地面气温的测量
气象台站用来测量近地面空气温度的主要仪器是装有水银或酒精的玻璃管温度表。因为温度表本身吸收太阳热量的能力比空气大,在太阳光直接曝晒下指示的读数往往高于它周围空气的实际温度,所以测量近地面空气温度时,通常都把温度表放在离地约1.5m处四面通风的百叶箱里。气象部门所说的地面气温,就是指高地面约1.5m处百叶箱中的温度。
3标度等级
开尔文单位
以绝对零度作为计算起点的温度。即将水三相点的温度准确定义为273.16K后所得到的温度,过去也曾称为绝高温
开尔文温度常用符号K表示,其单位为开尔文,定义为水三相点温度的1/273.16。开尔文温度和人们习惯使用的摄氏温度相差一个常数273.15,即=+273.15(是摄氏温度的符号)。例如,用摄氏温度表示的水三相点温度为0.01℃,而用开尔文温度表示则为 273.16K。开尔文温度与摄氏温度的区别只是计算温度的起点不同,即零点不同,彼此相差一个常数,可以相互换算。这两者之间的区别不能够与热力学温度和国际实用温标温度之间的区别相混淆,后两者间的区别是定义上的差别。热力学温度可以表示成开尔文温度;同样,国际实用温标温度也可以表示成开尔文温度。当然,它们也都可以表示成摄氏温度。所以1℃=274.15K,0℃=273.15K。
华氏温标
华氏度(Fahrenheit) 和摄氏度(Centigrade)都是用来计量温度的单位。包括中国在内的世界上很多国家都使用摄氏度,美国和其他一些英语国家使用华氏度而较少使用摄氏度。
它是以其发明者Gabriel D. Fahrenheit(1681-1736)命名的,其结冰点是32°F,沸点为212°F。 1714年德国人法勒海特(Fahrenheit)以水银为测温介质,制成玻璃水银温度计,选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度,人体温度为温度计的100度,把水银温度计从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100份,每一份为1华氏度,记作“1℉”。
摄氏温标
它的发明者是Anders Celsius(1701-1744),其结冰点是0℃,沸点为100℃。 1740年瑞典人摄氏(Celsius)提出在标准大气压下,把冰水混合物的温度规定为0度,水的沸腾温度规定为100度。根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分,每一份称为1摄氏度。记作1℃。
两者关系
摄氏温度和华氏温度的关系 :T ℉ = 1.8t℃ + 32 (t为摄氏温度数,T为华氏温度数)
摄氏温度和开尔文温度的关系: °K=℃+273.15
为了定量地进行温度的测量,首先必须确定温度的数值表示方法,然后以此为根据对温度计进行刻度。温度的数值表示法叫做温标。所谓数值表示法包括两个方面:一是确定温度数值大小的依据;二是标度方法。具体说来又包含以下三个要素:
第一,选定测温物质及其测温属性,此属性用数值表示即某种物质的测温参量X(如铂的电阻;热电偶的温差电动势等。)
第二,确定测温参量与温度之间的关系(在尚未确立任何温标之前,这种关系只是在一定经验的基础上作出的假定关系)。例如确定为线性关系
t=aX+b (2.1)
(2.1)式中的a、b需要由所取的两个标准温度点的数值确定;又如确定温度与测温参量间为正比关系
T=aX(2.2) (2.2)
式中的a只由一个标准温度点即可确定。
第三,确定标准温度点并规定其数值,此即标度方法。
以上三个要素实际包括了五个方面的内容即:测温质;测温性质(测温参量);温度与测温参量间的关系;标准温度点;标准温度点的数值。任何一种温标,在这五个方面都有确定的内容(除热力学温标不涉及测温质外),改变其中的任何一条就成为另一种温标。但是由于一种温标的名称不可能把建立该种温标的所有因素都表达出来,加上一些书籍在介绍温标的种类时没有严格按照概念划分的原则(如在每次划分时只能根据同一标准),而是把按不同标准划分的不同温标一起并列起来,这就容易使人分不清温标究竟有几种;各种温标的区别以及它们之间的联系是什么。
现将各种温标分类介绍如下:
按标度法
(即三要素的第三条)不同分为:
①华氏温标
由华伦海特(Fahrenheit 1686──1736荷兰)于1714年建立。他最初规定氯化铵与冰的混合物为0°F;人的体温为100°F。后来规定在标准状态下纯水与冰的混合物为32°F;水的沸点为212°F。两个标准点之间均匀划为180等分,每份为1°F。
②列氏温标
由列奥缪尔(Reaumur 1685──1757法国)于1740年建立。他将水的冰点定为0°R;将酒精体积改变千分之一的温度变化为1°R。这样,水的沸点为80°R。
③摄氏温标
由摄尔修斯(Celsius 1710──1744瑞典)于1742年建立。最初,他将水的冰点定为100°C;水的沸点定为0°C,后来他接受了瑞典科学家林列的建议,把两个温度点的数值对调了过来。(1960年国际计量大会对摄氏温标作了新的定义,规定它由热力学温标导出。摄氏温度(符号t)的定义为t/°C=T/K-273.15。)
④开氏温标
由开尔文(Lord Kelvin 1824──1907英国)于1848年建立。1954年国际计量大会规定水的三相点的温度为273.16 K。(这个数值的规定有其历史的原因i)为了使开尔文温标每一度的温度间隔与早已建立并广为使用的摄氏标度法每一度的间隔相等;ii)按理想气体温标,通过实验并外推得出理想气体的热膨胀率为1/273.15。由此确定-273.15°C为绝对温度的零度,而冰点的绝对温度为273.15 K;iii)将标准温度点由水的冰点改为水的三相点(相差0.01°C)时,按理想气体温标确定的水的三相点的温度就确定为273.16 K。)
按测温
(包括测温质,测温参量X及其与温度间的关系)的不同分
①经验温标
利用某一特定测温物质的某特定测温属性随温度的变化关系而确定的温标,习惯上常称为某某温度计。如水银温度计,酒精温度计,铂电阻温度计,定容氢气温度计等。
一般说来,按同一标度法(如开氏)但用不同测温质的同一测温参量(如规定铜──康铜温差电偶其温差电动势与温度T成正比;铜—钢温差电偶其温差电动势与温度T成正比);或同一物质不同测温参量(如水银的体积与温度T成正比;水银的电阻与T成正比);或不同测温质不同测温参量(如铜—康铜开氏标度法;铂电阻开氏标度法)所建立的不同温标制成的不同的温度计,去测量同一待测系统、同一平衡态的温度时,它们的读数并不严格一致。这是因为不同物质的不同属性随温度的变化关系并不相同。因此,我们规定某一测温质的测温属性随温度变化为正比关系而建立起一种经验温标,再用按这种温标做成的温度计去测量其它测量属性随温度的变化关系,它就一般不再是正比关系了。然而我们在建立不同温标时,却又分别规定它们与温度成正比关系。这样制成的各个温度计必然会造成读数上的差别。例如用铜—康铜(开氏标度法)温度计和铂电阻(开氏标度法)温度计,同时去测氮的正常沸点,前者的读数为32 K而后者为54.5 K。这个问题,对度量衡而言是一个严重的问题。为寻求理想的标准温标(不因测温质、测温参量不同而读数出现差异)经历了由经验温标──半理论性温标──理论性温标的漫长过程。
②半理论性温标──理想气体温标
理想气体温标的建立,几乎所有普通物理教材中都有详细介绍,故在此不再赘述。
理想气体温标比起经验温标,其优点在于它与任何气体的任何特定性质无关。不论用何种气体,在外推到压强为零时,由它们所确定的温度值都一样。但是,理想气体温标毕竟还要依赖于气体的共性,对极低温度(氦气在低于1.01×10 Pa的蒸汽压下的沸点1 K以下)和高温(1000°C以上)不适用。并且,理想气体温标在具体操作上也不够便捷。
③理论温标──热力学温标
我们在此也不再重述热力学温标建立的过程。众所周知,在热力学温标中,热量Q起着测温参量的作用,然而比值Q1/Q2(Q1为可逆机从高温热源吸收的热量;Q2为可逆机向低温热源放出的热量)并不依赖于任何物质的特性。因此,热力学温标与测温物质无关。
当然,任何一种温标都必须是某种测量依据与某种标度法的结合。一般地说,任何一种标度法可以用于不同的测温质的某种测温参量。如水银摄氏温度计,酒精摄氏温度计;任何一种测温参量也可以采用不同的标度法。如理想气体开尔文温标,理想气体摄氏温标。但是以热量Q为测温参量的热力学温标,其标度法只取开氏标度法,所依据的是热力学第二定律,这是它与其它温标根本不同之点。
(3)协议性温标
热力学温标是不依赖任何具体测温物质及其测温属性的温标,当然是最理想的温标。但是,我们无法制造出可逆热机,因而无法测出可逆热机从高温热源吸收的热量与向低温热源放出热量之比。但是当理论上证明了,选用开尔文标度法,按热力学温标测定的温度与按理想气体温标测定的温度相同时,就可以用理想气体温标来实现热力学温标。
但是,由于由理想气体温标测温程序繁复,极不方便快捷,并有一定的适用范围。国际计量大会曾多次开会讨论制定国际实用温标,以便能简单、方便、正确地测量温度。1927年拟定了第一个国际实用温标(ITS──27)。以后随着科学技术不断发展经1948、1960、1990年历次国际计量大会的修订,使国际实用温标日臻完善。国际实用温标的基本思想是:将温度范围分成几个区域,每个区域采用操作起来较为简便的温度计。但它们的刻度均以热力学温标逼近,即在不同的温区有不同的标准公式。这样,在温度计上的刻度不一定是均匀的,但测出的温度却尽可能接近热力学温度。协议性温标随科学技术水平的提高不断改进,以便缩小国际实用温标与热力学温标之间的差距。例如更精确地测定标准温度点的温度;修正内插公式;改进基准温度计等。
90国际温标
代号为ITS──90(International Temperature Scale of 1990)。其要点如下:
①以热力学温标为基本温标。
②热力学温度以符号T表示,单位为开尔文,简称为开,符号K。
③1 K的大小定义为水的三相点热力学温度的1/273.16。
④摄氏温度(符号为t)规定由热力学温度导出,其定义为t=T-273.15。摄氏温度的单位称摄氏度,符号为°C,其大小与开尔文相同。
⑤划分四个温度段,指定各温度段的基准温度计:
i)0.65 K—5.0 K。在此温度段,基准温度计为He、He蒸汽压温度计。
ii)3.0 K──24.5561 K(氖的三相点)。在此温度段,基准温度计为He、He定体气体温度计。
iii)13.8033 K(平衡氢的三相点)──1234.93 K(银的凝固点)。在此温度段,基准温度计为铂电阻温度计。
iv)1234.94 K以上,根据普朗克辐射定律定义。
ITS──90定义了十七个标准温度点列于下表
1、原理:
利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩的现象;在定容条件下,气体(或蒸气)的压强因区别温度而变换;热电效应的作用;电阻随温度的变换而变换;热辐射的影响等。
2、经验温标具有局限性和随意性两个缺点,不能适用于任意地区和任何场合。
因为经验温标是借助于某一种物质的物理量与温度变化的关系,用实验方法或经验公式所确定的温标。不适合于任何条件下的温标。
扩展资料
测温技巧
当测量发光物体表面温度时,如铝和不锈钢,表面的反射会影响红外测温仪的读数。在读取温度前,可在金属表面放一胶条,温度平衡后,测量胶条区域温度。
要想红外测温仪可从厨房到冷藏区来回走动仍能提供精确的温度测量,就要在新环境下经过一段时间以达到温度平衡后再测量。
用红外测温仪读取流体食品的内部温度,像汤或酱,必须搅动,然后就可测表面温度。
参考资料来源:百度百科-温度计
参考资料来源:百度百科-温标
采用经验温标除选定为基准点的温度,其他温度的测量值都有微小的差异,因为经验温标依赖于测温物质的性质,因此采用不同测温物质的温度计会有差异
测温原理:热力学第0定律;
缺点是:不同测温物质的测温结果有较大的误差,因为测温结果依赖于测
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汝项复方: 各种温度计的原理如下: 利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩的现象;在定容条件下,气体(或蒸气)的压强因区别温度而变换;热电效应的作用;电阻随温度的变换而变换;热辐射的影响等. 1.气体温度计:多用氢气或氦气作测...
零陵区13086352415: 温度计原理 - ?
汝项复方: 1、气体温度计:多用氢气或氦气作测温物质,因为氢气和氦气的液化温度很低,接近于绝对零度,故它的测温范围很广.这种温度计精确度很高,多用于精密测量. 2、电阻温度计:分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计,都是根据电阻值随温度的变化这一特性制成的.金属温度计主要有用铂、金、铜、镍等纯金属的及铑铁、磷青铜合金的;半导体温度计主要用碳、锗等.电阻温度计使用方便可靠,已广泛应用.它的测量范围为-260℃至600℃左右.
零陵区13086352415: 温度计测量温度是根据什么原理? - ?
汝项复方:[答案] 实验室用温度计: 水银温度计的原理很简单--就是因为水银的热涨冷缩,至于未何不用水呢,因为水在4度时,热胀冷也胀,而且水银的膨胀系数比较大,变化较明显 也有里面装酒精的,就是红红的那种 酒精温度计适合测低温(-78~+110度左右),...
零陵区13086352415: 温度计 物理原理是什么(3条) - ?
汝项复方: 实验室用温度计: 水银温度计的原理很简单--就是因为水银的热涨冷缩,至于未何不用水呢,因为水在4度时,热胀冷也胀,而且水银的膨胀系数比较大,变化较明显 也有里面装酒精的,就是红红的那种 酒精温度计适合测低温(-78~+110度左右...
零陵区13086352415: 温度计测量温度的原理 - ?
汝项复方: 每种温度计的测量温度的原理是不同的,首先要看一下是何种类型的温度计,然后再具体分析.大体原理分类如下:1)热胀冷缩原理,如水银温度计,双金属温度计等 2)物体的电阻随温度变化的原理,如传感器是热电阻,热敏电阻一类的温度计,如测量人体温度的数字温度计,制冷用的温度计等3)利用不同的物体电势随温度变化不同的原理,如传感器是热电偶一类的温度计,象钢水测量温度计等.
零陵区13086352415: 温度计的原理是什么 ?
汝项复方: 温度计的原理: 1.指针式温度计:是形如仪表盘的温度计,也称寒暑表,用来测室温,是用金属的热胀冷缩原理制成的.它是以双金属片做为感温元件,用来控制指针....
零陵区13086352415: 温度计的原理是什么 - ?
汝项复方:[答案] 液体温度计是根据液体随温度的热涨冷缩变化来设计的温度计量工具.(普通、家庭用,大概温度测量范围-20℃至+100℃) 电子温度计则是使用电阻原件随温度变化产生的阻值不同来计算温度的计量工具.(电子设备温度感测、电子体温计.大概测量...
零陵区13086352415: 温度计是由什么原理制成的? - ?
汝项复方:[答案] 1、气体温度计:多用氢气或氦气作测温物质,因为氢气和氦气的液化温度很低,接近于绝对零度,故它的测温范围很广.这种温度计精确度很高,多用于精密测量. 2、电阻温度计:分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计,都是根据电阻值随温度的...