Temperatūros jutikliai. Pirma dalis Šiek tiek teorijos ir istorijos

Kas yra temperatūra

Prieš pradėdami pasakojimą apie temperatūros jutiklius, turėtumėte suprasti, kas yra temperatūra fizikos atžvilgiu. Kodėl žmogaus kūnas jaučia temperatūros pokyčius, kodėl mes sakome, kad šiandien šilta ar tiesiog karšta, o kitą dieną vėsu ar net šalta.

Sąvoka temperatūra yra kilusi iš lotyniško žodžio temperatūra, kuri vertime reiškia normalią būklę arba tinkamą poslinkį. Kaip fizinis dydis, temperatūra apibūdina vidinę medžiagos energiją, molekulių mobilumo laipsnį, dalelių kinetinę energiją termodinaminės pusiausvyros būsenoje.

Pavyzdys yra oras, kurio molekulės ir atomai juda atsitiktine tvarka. Kai padidėja šių dalelių judėjimo greitis, jie sako, kad oro temperatūra yra aukšta, oras yra šiltas ar net karštas. Pvz., Šaltą dieną oro dalelių greitis yra mažas, jaučiant malonų vėsumą ar net „šuns šaltį“. Reikėtų pažymėti, kad oro dalelių greitis nepriklauso nuo vėjo greičio! Tai yra visiškai kitoks greitis.

Būtent tai liečia orą, jame molekulės gali laisvai judėti, o kaip skysti ir kieti kūnai? Juose taip pat egzistuoja šiluminis molekulių judėjimas, nors mažesniu mastu nei ore. Bet jo pokytis yra gana pastebimas, kuris lemia skysčių ir kietų medžiagų temperatūrą.

Molekulės ir toliau juda net esant ledo tirpimo temperatūrai, taip pat esant neigiamai temperatūrai. Pavyzdžiui, vandenilio molekulės greitis esant nulinei temperatūrai yra 1950 m / s. Kas sekundę 16 cm ^ 3 oro įvyksta tūkstantis milijardų molekulių susidūrimų. Kylant temperatūrai, didėja molekulių mobilumas, atitinkamai didėja susidūrimų skaičius.

Tačiau reikėtų pažymėti, kad temperatūra ir šiltai esmė nėra tas pats dalykas. Paprastas pavyzdys: įprasta dujinė viryklė virtuvėje turi didelius ir mažus degiklius, kuriuose sudeginamos tos pačios dujos. Dujų degimo temperatūra yra tokia pati, taigi ir pačių degiklių temperatūra. Bet tas pats vandens tūris, pavyzdžiui, virdulys ar kibiras, užvirti greičiau ant didelio degiklio nei ant mažo. Taip yra todėl, kad didelis degiklis išskiria daugiau šilumos, per vienetą sudegina daugiau dujų arba turi daugiau galios.

Kaip nustatyti šilumos kiekį, kokiais vienetais? Mokyklos fizikos kursuose yra daugybė problemų, susijusių su vandens šildymu ir virinimu, kurios yra labai pamokančios ir įdomios, net ir sprendžiant.

Vienam šiluminės energijos vienetui kalorijų. Tai yra šilumos kiekis, kuris šildo 1 g (cm ^ 3) vandens per 1 ° C (1 laipsnį Celsijaus). Fizinio kūno temperatūra laipsniais atspindi jo šiluminės energijos lygį. Naudojamai temperatūrai išmatuoti termometraidažnai minimi termometrai.

Jei du fiziniai kūnai turi vienodą temperatūrą, tada, kai jie yra sujungti, šilumos perdavimas nevyksta. Jei viename iš kūnų yra aukštesnė temperatūra, tada, kai jis yra prijungtas prie šalto kūno, šalčio temperatūra padidėja ir atvirkščiai. Lengviausias būdas tai patikrinti maišant skysčius: kasdieniniame gyvenime visi turėjo bent vonioje maišyti karštą ir šaltą vandenį, kad gautų reikiamą temperatūrą.

Temperatūros skalės

Kaip žinote, yra keletas temperatūros matavimo skalės. Kaip tai galima paaiškinti, nes temperatūra yra ta pati, bet skirtingose ​​skalėse visiškai skirtinga?

Tokie nesutarimai būdingi ne tik temperatūrai.Galų gale, tas pats svoris senais laikais buvo matuojamas svarais ir svarais, o dabar gramais ir kilogramais, tas pats ir linijiniai matmenys: milimetrai, metrai, coliai, pėdos ir labai seni speniai ir alkūnės.

Trumpa temperatūros skalių raidos istorija

Labiausiai pirmasis termometras buvo išrastas garsaus italų viduramžių mokslininko „Galileo Galilei“ (1564-1642). Prietaiso veikimas buvo pagrįstas dujų tūrio pokyčių kaitinant ir aušinant reiškiniu. Šiam termometrui nebuvo tikslios skalės, išreiškiančios temperatūrą skaitine forma, todėl matavimo rezultatas buvo labai netikslus.

Tikslesnius temperatūros matavimo prietaisus pasiūlė vokiečių fizikas Gabrielius Fahrenheitas (1686–1736), kuris 1709 m alkoholio termometras, o 1714 m. - gyvsidabrio. Išradėjui buvo paskirta temperatūros skalė Farenheito skalė.

Žemiausias šios skalės atskaitos taškas (0 ° F) buvo fiziologinio tirpalo užšalimo temperatūra. Būtent tokia temperatūra tolimu metu buvo žemiausia, kurią buvo galima atkurti pakankamai tiksliai. Aukščiausia vieta buvo žmogaus kūno temperatūra (96 ° F), „matuojama po sveiko anglo rankos“.

Tuo metu Fahrenheitas gyveno Anglijoje, ir būtent ten jis ir atrado savo atradimus. Todėl anglakalbėse šalyse Farenheito skalė buvo naudojama ilgą laiką, šiais laikais anglų kultūros šalys taip pat perėjo prie Celsijaus skalės. Šių šalių medicininiai termometrai vis dar naudoja Farenheito skalę.

Dar 1730 m. Temperatūros skalę pasiūlė prancūzų mokslininkas Rene Reaumur (1683–1757), kuris 1737 m. Buvo pripažintas Sankt Peterburgo mokslų akademijos garbės nariu. Todėl Rusijoje matuoti temperatūrą pradėjo naudoti termometrai su Reaumur skalė.

Tas pats kaip Celsijaus skalė, ši skalė turėjo du atskaitos taškus - ledo lydymosi temperatūrą ir vandens virimo tašką. Vienas tokios skalės laipsnis buvo gautas padalijus visą skalę į 80 dalių - laipsnių. Ši skalė buvo naudojama tik kelis dešimtmečius, po to ji paseno.

1742 m. - švedų fizikas Andersas Celsijus (1701–1744) pasiūlė pažįstamą dešimtainę temperatūros skalę. Jis naudoja tuos pačius atskaitos taškus kaip ir „Reaumur“, tik skalė yra padalijama tolygiai ne į 80, o į 100 padalijimų. Taigi vienas laipsnis pagal Celsijaus skalę yra 1/100 vandens virimo ir užšalimo temperatūrų skirtumo.

Naujausią temperatūros skalę pasiūlė anglas Viljamas Thomsonas (1824–1907), kuris už mokslo nuopelnus 1866 m. Gavo barono Kelvino vardą. Kelvino skalė Jis vis dar naudojamas kaip pagrindinis šiuolaikinės termometrijos standartas. Šioje skalėje absoliutus nulis (–273,15 ° C) laikomas atskaitos tašku.

Remiantis Kelvino teorija, šioje temperatūroje bet koks šiluminis judesys nutrūksta. Esant tokiai temperatūrai, visi laidininkai neturi nulinės varžos elektros srovei, superlaidumo reiškinys. Tokios temperatūros dar niekas nepasiekė, ji egzistuoja tik teoriškai.

Skaitykite kitame straipsnyje.

Borisas Aladyshkinas, bgv.electricianexp.com

Straipsnių serijos tęsinys:

- Temperatūros jutikliai. Termistoriai

- Temperatūros jutikliai. Termoelementai

- Dar keletas temperatūros jutiklių tipų: puslaidininkiniai jutikliai, mikrovaldiklių jutikliai

- Kaip aš galiu gauti elektrą naudojant įprastas buitines dujas?