Fizyka współczesna: Temat 8: Metody pomiaru temperatury Anna Jonderko Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Kierunek Górnictwo i Geologia Rok I - studia magisterskie Grupa IV , Kraków

Temperatura podstawowa wielkość fizyczna układu SI podstawowe pojęcie termodynamiki jednostką temperatury w układzie SI to Kelvin (K) charakteryzuje zdolność przekazywania energii cieplnej

Definicja kinetyczna temperatury

Zerowa zasada termodynamiki A B C

Historia 1724r. D. G. Fahrenheit – własna skala pomiaru temperatury 1742r. A. Celsjusz – pierwszy termometr rtęciowy i skala pomiaru temperatury 1848r. W.Thomson (późniejszy Lord Kelvin) – założenia termodynamicznej skali temperatury

Skale temperatury Skala Kelvina : bezwzględna skala temperatury jednostka: Kelvin punktem zerowym jest 0 absolutne – temperatura, w której ustaje ruch cieplny w skali brak ujemnych temperatur T k = T c + 273,15 [K]

Skale temperatury Skala Celsjusza dla p = 730 mm Hg = 1013,25 hPa jednostka: stopnie Celsjusza ⁰ C punktem zerowym jest punkt potrójny wody stałe punkty termometryczne: 0 ⁰ C – temperatura topnienia lodu 100 ⁰ C – temperatura wrzenia wody

Skale temperatury Skala Fahrenheita jednostka: stopnie Fahrenheita ⁰ F stałe punkty termometryczne: 0 ⁰ F – temperatura zamarzania mieszaniny wody, lodu i salmiaku 32 ⁰ F – temperatura lodu i wody 96 ⁰ F – temperatura ludzkiego ciała T F = /5∙T C

Metody pomiaru tempratury metoda stykowa (termometry) – kontakt z powierzchnią badanego ciała metoda bezstykowa (pirometry) – bez kontaktu z powierzchnią badanego ciała

Podział metod i przyrządów służących do pomiaru temperatury

Zakresy stosowania przyrządów do pomiaru temperatury

Metody stykowe - nieelektryczne Termometr cieczowy – wykorzystuje zjawisko rozszerzalności cieplnej cieszy. Przyrost objętości cieczy w zbiorniku o objętości V b pod wpływem przyrostu temperatury ∆t: β p – średni pozorny cieplny współczynnik rozszerzalności objętości cieczy. Przyrost objętości cieczy o ∆V powoduje w kapilarze o średnicy d wzrost słupa cieczy o ∆l:

Metody stykowe - nieelektryczne Manometr – mierzona temperatura powoduje zmianę ciśnienia płynu zawartego w praktycznie stałej objętości Wzrost temperatury o ∆t wywołuje przyrost objętości cieczy o: Wzrost odkształcenia rurki manometru powoduje wzrost jej objętości wewnętrznej.

Metody stykowe - elektryczne Termometr rezystancyjny - wykorzystuje zjawisko zmiany rezystancji elementu czynnego wraz ze zmianą temperatury. R 0 – rezystancja czujnika w temp. odniesienia t 0 – temperatura odniesienia α, β, ɣ - współczynniki stałe (przy czym α>β i α> ɣ )

Metody stykowe - elektryczne Termometr termoelektryczny – wykorzystuje zależność siły termoelektrycznej termoelementu od temperatury oraz użytych metali. E AB – kontaktowa różnica potencjałów, ɛ – siła termoelektyczna, L A, L B – prace wyjścia elektronów z metalu A i B, n A, n B – liczba swobodych elektronów w metalu A i B, k – stała Boltzmana, e – ładunek elektornu, C – stała.

Metody bezstykowe Pirometr – wykorzystuje zależność natężenia emitowanego promieniowania podczerwonego od temperatury. parametry charakteryzujące: - współczynnik pochłaniania (absorpcji) A - współczynnik odbicia (refleksji) R - współczynnik przepuszczania (transmisji) P

Elementy układu bezstykowego pomiaru temperatury

Podsumowanie temperaturę można wyznaczyć tylko metodami pośrednimi poprzez pomiar zmian właściwości układu wraz ze zmianą temperatury choć podstawową skalę stanowi skala Kelvina to jest ona wykorzystywana głównie w fizyce, w życiu codziennym najczęściej stosowana jest skala Celsjusza (lub Fahrenheita – USA) istnieją dwie główne metody pomiaru temperatury: stykowa (termometry) i bezstykowa (pirometry) do pomiaru niskich temperatur najczęściej stosowane są termometry cieczowe największe zakresy pomiaru mają pirometry oraz termometry termoelektryczne.

Bibliografia Halliday D., Resnick R., Walker J., 2007: Podstawy fizyki, Tom 2, Rozdział 19, Wydawnictwo Naukowe PWN strukcja%20 Laboratoryjna.pdf 7.

Dziękuję za uwagę.