Метод газового термометра

Выше было показано, что вириальное уравнение состояния достаточно точно описывает свойства гелия в интересующих нас интервалах температуры и плотности. Рассмотрим теперь некоторые вопросы, связанные с практической газовой термометрией. В газовой термометрии наиболее широкое распространение получили два метода термометрия по абсолютным Р1 -изо-термам и несколько менее надежный метод газового термометра постоянного объема. В термометрии по абсолютным РК-изотер-мам в колбу известного объема V при постоянной, но неизвестной температуре Т добавляют определенное количество газа Л/Р и получают ряд значений давления Р. Затем можно построить график зависимости величины РК/Л/Р от Ы1У. Таким образом, [c.86]

Эти два основных метода газовой термометрии в последние годы были значительно усовершенствованы. В зависимости от исследуемой области температур каждый метод можно усовершенствовать по-разному. Например, при использовании метода РУ-изотерм в области температур от 2 до 30 К довольно трудно точно определять количество газа в колбе газового термометра, используя 273,16 К в качестве реперной точки. Поэтому в низкотемпературной области выбирается опорная температура Тг, и количество газа в колбе при близких к ней температурах может быть определено, если известно количество газа при реперной температуре. Для этого случая можно записать [c.88]

В частности, для интервала температур от 10 до 1336 К используется метод газового термометра (т. е. осуществление идеально-газовой шкалы, идентичной термодинамической шкале). Для температур ниже 10 и выше 1336 К (точка плавления золота) используются другие методы, рассмотрение которых не входит в задачи этой книги. [c.75]

Метод газового термометра 75 [c.506]

Схематический обзор методов газовой термометрии 1) [c.95]

Вводная глава книги содержит краткое обсуждение понятия температура , обзор истории термометрии и вскрывает важное различие между первичной и вторичной термометриями. В гл. 2 рассматриваются истоки известных международных соглашений о термометрии, обсуждаются развитие и современное состояние Международной практической температурной шкалы. В гл. 3 рассмотрены главные методы измерения термодинамических температур, к которым относится газовая термометрия, акустическая термометрия и шумовая термометрия. В гл. 4 описаны реперные точки температуры, тройные точки и точки кипения газов, точки затвердевания и сверхпроводящие точки металлов. Здесь же рассмотрены требования к однородности температуры при сравнении термометров. Три последующие главы посвящены основным методам практической термометрии, термометрам сопротивления, термопарам и термометрии по излучению. Во всех главах, в том числе и во вводной, даны не только физические основы методов высшей точности, применяемых в эталонных лабораториях, но и их подробное описание. Приведены также примеры измерений температуры в промышленных условиях. Книга завершается краткой главой о ртутной термометрии. Каждая глава дополнена обширной библиографией. [c.9]

В этой главе, посвященной практическим вопросам измерения температуры, прежде всего рассматриваются три основных метода первичной термометрии. Это — классическая газовая термометрия, акустическая газовая термометрия и шумовая термометрия. Затем выясняется роль магнитной термометрии. Магнитная термометрия в обсуждаемом случае не применяется в качестве первичного метода, однако она тесно связана с первичной термометрией и поэтому ее роль выясняется ниже. То же самое можно сказать о газовых термометрах, основанных на коэффициенте преломления и диэлектрической проницаемости как тот, так и другой могут быть использованы в качестве интерполяционного прибора. Термометрия, основанная на определении характеристик теплового излучения, рассматривается отдельно в гл. 7. В данной главе в основном обсуждаются принципиальные основы каждого из методов, а не результаты измерений, поскольку последние были представлены в гл. 2, где говорилось о температурных шкалах. [c.76]

Прямой метод измерения абсолютной термодинамической температуры дает использование газового термометра. Из уравнения состояния идеального газа (4.16) видно, что его температуру Т можно определить, измеряя его давление Р при этой температуре и плотность р при данных значениях Т и Р. Кроме того, нужно еще знать массу его молекулы т, поскольку плотность числа частиц п = /т = р/т. И если поддерживать объем и число частиц газа неизменными, измерение температуры сведется просто к измерению давления. [c.86]

Так как поведение реальных газов мало отличается от поведения идеального газа в сравнительно широком диапазоне измерения температур, то, зная отклонения от законов идеального газа, можно термодинамическими методами вычислить поправки к показаниям газового термометра и воспроизвести термодинамическую шкалу температур. Однако в связи с техническими трудностями газовые термометры могут быть использованы для воспроизведения термодинамической шкалы температур лишь до температуры, не превышающей 1200°С. [c.22]

В заключение следует отметить, что использование различных термодинамических закономерностей позволило разработать различные методы введения поправок к любым практическим температурным шкалам для приведения этих шкал к термодинамической шкале, т. е. для построения термодинамической шкалы по той или иной практической шкале (например, по шкале газового термометра). [c.77]

В заключение упомянем об одном интересном применении уравнения Клапейрона— Клаузиуса. Как отмечалось в 3-4, чрезвычайно важной задачей является введение поправок к любой эмпирической (практической) температурной шкале для приведения ее к термодинамической шкале температур, т. е. для построения термодинамической шкалы по данной конкретной эмпирической температурной шкале (например, по шкале газового термометра). В гл. 3 было приведено уравнение, дающее величины поправок к международной практической шкале температур для приведения ее к термодинамической шкапе. Но как были определены сами эти поправки Для определения этих поправок, т. е. раз. ницы между температурами по термодинамической (Г) и практической (Т ) шкалами или, иными словами, зависимости T=f (Т ), существуют разные методы. Один из них основан на использовании уравнения Клапейрона—Клаузиуса. [c.144]

На практике применение газовых термометров не представляется возможным при исследованиях обычно применяют различные описанные ниже другие средства измерения температуры термопары, термометры сопротивления. Показания этих приборов должны быть приведены к шкале идеального газа, и это обычно делается посредством нескольких фиксированных точек, температура которых тщательно определяется газовым термометром. Наиболее прямой метод заключается в измерении величин для выбранного свойства (например, электродвижущей силы термопары) в различных фиксированных точках, после чего вычерчивают график, выражающий зависимость этого свойства q от температуры t. Иногда результирующая кривая выражается уравнением [c.91]

Если построить экспериментальную зависимость Vfg/hig от р (рис. 18.6) и измерить заштрихованную площадь, то с помощью равенства (18.36) по известному значению Ti можно вычислить значение Т2. Впрочем, этот метод слишком груб, да и диапазон его возможного применения слишком узок, чтобы пользоваться им в научных целях. Поэтому на практике применяется метод, основанный на газовой термометрии . Этот метод удается использовать в довольно широком интервале температур. Он состоит в регистрации давления и объема соответствующего газа при низких давлениях. Слово термометрия здесь приводится в кавычках по той причине, что газовый термометр, конечно, не позволяет непосредственно измерять термодинамическую температуру. [c.330]

В начале XIX в. в поисках абсолютного метрологического прибора вернулись к идее газового термометра. Открытые к тому времени законы Гей-Люссака и Шарля позволяли предполагать, что в газовых термометрах показание не будет зависеть от вида газового заполнения. Однако при дальнейшем уточнении методов измерения в газах были обнаружены существенные индивидуальные отклонения. Тщательные исследования французского физика Реньо показали, что коэффициенты расширения газов зависят от плотности и степени удаления по температуре от состояния сжижения. Повышение температуры и снижение давления приближают газы к идеальным. Так, при 320 °С и нормальном давлении Реньо не удалось обнаружить разницы в показаниях газовых термометров, заполненных водородом, воздухом и углекислым газом. В подобных условиях сернистый газ отличался от водорода не только значением коэффициента, но и непостоянством этой величины. Реньо установил, что с понижением давления это различие становится менее заметным. Таким образом, деление температурной шкалы не получило желательной обоснованности вплоть до конца XIX в. [c.12]

Во второй половине XIX в. применение вероятностно-статистического подхода позволило на новой основе получить многие теоретические результаты. Из них для термометрии важными оказались обобщение законов излучения, полученное Планком, и фундаментальное уравнение Найквиста, связывающее основные параметры шумовых явлений. Эти результаты, наряду с идеальным газовым термометром, могут служить основой для абсолютной термодинамической шкалы. Последующее развитие вероятностно-статистического метода привело к возникновению понятий о неравновесных и отрицательных абсолютных температурах. [c.14]

В качестве опорных точек для построения практической шкалы были выбраны средние значения температур фазовых переходов, полученные, однако, по недостаточно надежным данным. Эти значения могли существенно отличаться от действительных термодинамических температур. Были выбраны также приборы для интерполирования между опорными точками и разработаны способы реализации таких приборов. Наконец, были согласованы методы и на их основе созданы приборы, позволяющие расширить температурную шкалу за пределы рабочего диапазона газовых термометров. [c.24]

Методы получения высоких и низких температур и соответствующие методы установления температурных шкал в этих областях весьма различны. В области от 1063° С до 10° К основным инструментом, воспроизводящим термодинамическую температуру, служит газовый термометр. Вторичными термометрами, на которые наносится термодинамическая шкала, для этой области температур обычно служат платиновые термометры сопротивления (10° К—630° С) и платино-платинородие-вые термопары (630—1063° С). [c.6]

В области температур, получаемых с помощью жидкого гелия, т. е. от 5 до 1° К, температурная шкала устанавливается по температурной зависимости упругости насыщенных паров гелия. В 1955 г. в этом интервале температур магнитным методом установлена термодинамическая шкала, исправляющая шкалу, установленную ранее с помощью газового термометра. [c.6]

При температурах ниже точки кипения гелия использование газового термометра для получения термодинамической температуры требует введения чрезмерно больших поправок, что приводит к значительному понижению точности. Наиболее надежным для этой области температур следует считать магнитный метод установления температурной шкалы. Термометрическим веществом в этом случае служат слабые парамагнетики, обычно квасцы. Термометрическим параметром является магнитная восприимчивость. Полученная измерением магнитной восприимчивости магнитная температура переводится в термодинамическую введением соответствующих поправок, связанных в основном с отклонением восприимчивости парамагнетиков от закона Кюри — Вейсса. [c.6]

В области умеренно высоких температур выше точки затвердевания золота (— 10 ° К) для установления температурной шкалы возможно применение газового термометра (см. гл. 4). Для измерения более высоких температур, начиная от нескольких тысяч градусов и выше, практически пригодны только оптические методы, опирающиеся на ту или иную теоретическую зависимость между выбранным параметром, непосредственно измеряемым на опыте, и температурой (формула излучения Планка, закон Вина, закон Стефана — Больцмана, эффект Допплера и т. д.). В зависимости от избранного метода при этом измеряют различные температуры— эффективную , цветовую , яркостную и т. д. [c.7]

Во втором варианте идеального газового термометра постоянного давления, который больше подходит для экспериментальных исследований, определенная масса газа п заключена в резервуар постоянного объема Уь, соединенный при помощи капилляра, объем которого пренебрежимо мал, с пипеткой переменного объема V, находящейся при постоянной температуре (например, 0°С). Давление поддерживается во всей системе постоянным и равным Ро. Метод измерения температуры этим термометром тот же, что и для первого варианта газового термометра постоянного давления, за исключением того, что давление при различных температурах резервуара поддерживается равным величине Ро изменением объема v газа, находящегося в пипетке. [c.49]

Платиновый термометр сопротивления служит весьма наглядным примером вторичного термометра. Однако не всегда столь очевидно, следует ли отнести тот или иной термометр к первичному или вторичному. Затруднения возникают, например, в случае, если газовый термометр используется так, что при этом требуется знание вириальных коэффициентов, как, например, в одном из методов газовой термометрии, описанном в гл. 3. Строго говоря, такую газовую термометрию не следует считать первичной, если значения вириальных коэффициентов (зависящих от температуры) получены с помощью экспериментальных измерений, в свою очередь связанных с термомет- [c.34]

Термодинамические температуры всех реперных точек МПТШ-68 были получены только на основе газовой термометрии. Единственное исключение составляло значение точки кипения равновесного водорода е-Нг, выбранное с учетом измерений в НБЭ с акустическим термометром. Последние данные о численных значениях термодинамических температур выше 13,81 К также в основном опираются на измерения с газовым термометром, хотя и существуют довольно точные акустические данные вплоть до 20 К, а также сведения об отношениях температур, найденных оптическим и шумовым методами выше 630 °С, и результаты измерения полного излучения между 327 и 365 К- Различные уточнения были получены методом магнитной термометрии вплоть до 90 К, однако, как будет показано в гл. 3, магнитная термометрия не является первичной и не может существовать независимо. [c.61]

Существует несколько способов измерения количества газа ЫЯ. Один из них заключается во взвешивании опорного объема до и после того, как он был соединен с предварительно откачанной колбой газового термометра разница в весе и будет равна тому количеству газа, которое перешло в колбу. Однако, этот метод не получил распространения при точных газтермометри-ческих исследованиях из-за экспериментальных трудностей, возникающих при взвешивании газов с низкими плотностями. При использовании другого метода необходимо знать вириальные коэффициенты газа при температуре опорного объема. Для гелия при реперной температуре То (273,15 К) достаточно учитывать лишь второй вириальный коэффициент, поскольку суммарный вклад от третьего и других вириальных коэффициентов при давлении 1 атм составляет менее 10 относительных единиц. Вириальное уравнение состояния для гелия при этой температуре может быть записано в виде [c.86]

Второй метод, применяемый в термометрии, — метод так называемого газового термометра постоянного объема, или ГТПО, основан на простом соотношении, которое для неизменного количества газа имеет вид [c.87]

При измерении величин Р и К принципиально необходимо вводить поправку на вредный объем, гидростатическую поправку, возникающую из-за переменной плотности газа по длине трубки для измерения давления и на термомолекулярное давление. Последняя из этих поправок обусловлена потоком частиц газа вдоль трубки, передающей давление, и является функцией давления, разности температур между концами трубки и состояния ее внутренней поверхности. На рис. 3.8 приведены величины всех трех поправок для низкотемпературного газового термометра Берри. Для газового термометра на интервал высоких температур одной из самых существенных является поправка на вредный объем. Это обусловлено тем, что в формулу (3.24) для вычисления поправки на вредный объем входят элементарные объемы участков трубки, которые содержат газ с высокой плотностью. В случае газовой термометрии при высоких температурах это те части трубки, передающей давление, которые находятся при комнатной температуре. Во время эксперимента необходимо самым тщательным образом следить за тем, чтобы температура участков соединительной трубки,которые находятся при комнатной температуре, оставалась постоянной. Кроме того, необходимо контролировать изменения объема при открывании и закрывании вентилей. Измерение температуры и объема соединительной трубки и вентилей с необходимой точностью требует применения довольно сложных экспериментальных методов и является одним из основных источников погрещности газовой термометрии в области высоких температур. В низкотемпературной газовой термометрии газ, имею- [c.93]

Несмотря на все проблемы и трудности, газовая термометрия остаетея основным методом, который позволяет получить точные значения термодинамической температуры по крайней [c.97]

В термометрии по абсолютным изотермам или в методе ГТПО, которые основаны на законе Бойля, необходимо знать в первом случае количество молей газа в газовой колбе, а во втором — значения второго, а возможно, и третьего вириаль-ного коэффициента. Выше отмечалось, что развитие газовой термометрии на основе зависимости температуры от какого-либо интенсивного свойства газа позволяет получить существенные преимущества. Такими свойствами газа могут быть скорость звука, коэффициент преломления и диэлектрическая проницаемость. Метод будет первичным (см. гл. 1), если для измеряемой величины и термодинамической температуры можно написать зависимость, в которую входят только То, R, к п другие постоянные. Эти постоянные не должны зависеть от термодинамической температуры. Из трех методов, которые основаны на измерении перечисленных интенсивных свойств, наиболее развита акустическая термометрия, поэтому рассмотрим ее прежде всего. [c.98]

Недостаток места не позволяет полностью изложить теорию акустического интерферометра. Рассмотрим основные вопросы и главные источники погрешностей. Подробное изложение данной проблемы содержится в серии работ Колклафа [12, 13, 15— 18]. Сложность акустического интерферометра стала очевидной лишь после того, как акустический метод стал развиваться в качестве альтернативы газовой термометрии для снижения уровня систематических погрешностей. Потребовалось несколько десятилетий, чтобы достигнуть полного понимания физической сущности происходящих процессов, несмотря на то что основные принципы были сформулированы еще Рэлеем в 1877 г. в работе Теория звука . [c.102]

Гьюген и Мичел [30] впервые применили в газовой термометрии метод, основанный на соотношении между диэлектрической проницаемостью газа и его плотностью. Как показали результаты этой работы, метод, по всей видимости, может использоваться в качестве интерполяционного или даже первичного. Для идеального газа справедливо уравнение Клаузиуса — Моссотти [c.129]

В технике для измерения температур используют различные свойства тел расширение тел от нагревания в жидкостных термометрах изменение объема при постоянном давлении или изменение давления при постоянном объеме в газовых термометрах изменение электрического сопротивления проводника при нагревании в термометрах сопротивления изменение электродвижущей силы в цени термопары при нагревании или охлаждении ее спая. При измерении высоких температур оптическими пирометрами используются законы излучения твердых тел и методы сравнения раскаленной гшти с исследуемым материалом. [c.15]

В этом случае можно уменьшить используя мелко раздробленные или порошкообразные образцы и помеш ая их вместе с термометром и нагревателем в сосуд, заполненный гелием при низком давлении. Этот же метод следует применять в тех случаях, когда нельзя изготовить сплошной образец или когда он может портиться при понижении давления (как некоторые соли, содержаш ие кристаллизационную воду). Поскольку в этом случае необходимо заключать образец в сосуд, величина Саддцт. существенно возрастает. Другая встречающаяся в этой методике трудность состоит в том, что при нагревании с новерхности образца десорбируется некоторое количество газа, вследствие чего измеренная величина А будет меньше значения, соответствующего количеству подведенного тепла. Известным преимуществом этого метода является возможность использовать основной сосуд калориметра (или небольшой припаянный к нему сосуд) как газовый термометр для калибровки термометра, измеряющего температуру образца в области температур от точки кипения гелия до минимальных температур, достижимых с помощью водорода (4,2 — Ю К). [c.329]

Измерение термодинамической температуры каждым из этих методов связано со многими трудностями. В самом деле, например, газовые термометры, используемые для измерения температуры по идеально-газовой шкале, представляют собой громоздкие, сложные устройства, крайне неудобные для использования в экспериментальной практике, тем более что, как уже отмечалось выше, в показания таких термометров нужно вносить многочисленные поправки на неидеальность газа и др. В связи с этими трудностями VII Международная конференция мер и весов в 1927 г. приняла легко реализуемзгю в практике экспериментальных исследований так называемую Международную практическую шкалу температур. [c.75]

Ниже 1 К газовым термометром пользоваться практически нельзя. Для определения термодинамич. темп-ры в этой области используют методы магнитной термометрии и ядерные методы. В основе ядерных методов измерения Н.т. лежит принцип квантовой статис-тич. физики, согласно н-рому равновесная заселённость дискретных уровней энергии системы зависит от темп-ры. В одном из таких методов измеряются интенсивности линий ядерного магнитного резонанса определяемые разностью заселённостей уровней энергии ядер в маги, поле в др. методе — зависящее оттемп-ры отношение интенсивностей компонентов, на к-рые расщепляется линия резонансного гамма-излучения (см. Мессбаузровская спектроскопия) во внутр. магн. поле ферромагнетика. [c.350]

Измерение высоких температур газовым термометром и внесение поправок по фиксированным точкам на шкале идеального газа становятся очень затруднительными. Выше 1063° Международная температурная шкала определена по формуле излучения Планка (глава 8) постоянная Сг в формуле имеет значение 1,438 см-град. Метод, с помощью которого получена температурная шкала в этой области, будет описан ниже, после рассмотрения законов излучения и их применения в оптической пирометрии. Однако ib большинстве опубликованных рабог дается температура по Международной шкале 1927 г. В ней температуры выше 1063° определены по формуле излучения Вина (удовлетворительное приближение к формуле Пл1анка установлено экспериментально в широком интервале температур) однако в этом случае постоянная Сг имеет значение 1,432 см- град. Значение Сг было выбрано для воспроизведения газовой шкалы с возможно большей точностью последние работы показали значительную ошибку ее определения, и в 1941 г. Бирж [49] установил наиболее вероятное значение 1,43848 см-град. Бирден и Вате [50] указали наиболее вероятное значение 1,43870 см-град. Таким образом, все международные температурные шкалы выше 1063°, применявшиеся до 1949 г., несколько отличаются от истинной газовой температурной шкалы. Фиксированные точки для температур от 1063° и выше приведены в таб1л. 6. [c.94]

Книга адресуется специалистам в области термометрии, теплофизики, физики плазмы и газового разряда, плазмохимии, гетерогенного катализа, а также физикам и инженерам, работающим в области микро-и нанотехнологии, плазменных и пучковых технологий, связанных с различными воздействиями на поверхность твердых тел. Основная цель автора — пор<азать, на какой теоретической и экспериментальной основе развиваются новые методы, каковы предельные возможности, перспективы применения активной термометрии, а также нерешенные проблемы, препятствующие широкому применению ЛТ Овладение методами лазерной термометрии необходимо тем, кто создает и исследует новые материалы и технологические процессы, и при этом испытывает [c.5]

Кроме того, создание газового термометра и работа с ним представляет обширный комплекс разнообразных и тонких исследований, которые под силу только первоклассным исследовательским институтам, и поэтому количество газовых термометров весьма ограничено. Наконец, газовые термометры не обес-г(ечивают достаточно надежного измерения температуры. Погрешность единичного измерения температуры газовым термометром получается слишком большой. Все эти причины привели к возникновению необходимости разработать методы осуществления такой шкалы температур, которая практически совпадала бы с термодинамической, позволяла бы расширить последнюю в оОласть очень высоких температур и отличалась бы удобством и надежностью воспроизведения. Так возникла Международная температурная шкала . [c.32]

Из краткого изложения содержания Положения о международной температурной шкале вытекает, что эта шкала обладает достаточной простотой воспроизведения. Кроме того, рекомендованные Положением методы обладают значительно большей надежностью, чем измерения температур с помощью газового термометра и, следовательно, международная шкала обладает лучшей воспроизводимостью, чем термодинамическая, осуществляемая газовым термометром. — На 8-й Генеральной конференции в 1933 г. и в 1948 г., на 9-й Генеральной конференции в Положение внесены некоторые изменения. Для температуры затвердевания серебра. предложено яначение 960,8° вместо ранее установленного 960°,5. Воспроизведение участка шкалы выше 1063° С предложено осуществлять не по яриближенной формуле Вина, а по уравнению Плап ка, дающему прекрасное согласование с термодика.мической шкалой. [c.34]

Несмотря на большое значение температурных измерений, число имеющихся по этому вопросу литературных источников на русском языке крайне ограниченно. В книге М. М. Попова Термометрия и калориметрия [1] изложены только методы измерения температур в области МШТ. Измерению температур выше МШТ посвящена книга Г. Рибо Оптическая пирометрия [2], изданная в 1934 г. и ставшая почти библиографической редкостью. Некоторые важные зарубежные работы по газовой термометрии освещены в сборнике переводов Методы измерения температур , ч. 1 и 2 [3]. В последнее время появились обзорные работы П. Г. Стрелкова Термометрия низких температур [4] и Г. М. Кондратьева и А. Н. Гордова Достижения советской метрологии в области температурных измерений [5]. Однако для ознакомления с техникой измерений в интервалах температур, не охватываемых МШТ, приходится обращаться к журнальным статьям. Поэтому издание сборника Температура и ее измерение следует считать весьма своевременным. [c.7]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...