Hőmérséklet-érzékelők. Első rész Egy kicsit az elmélet és a történelem

Mi a hőmérséklet?

Mielőtt elkezdené a hőmérséklet-érzékelőkről szóló történetet, meg kell értenie, mi az hőmérséklet fizikai szempontból. Miért éri az emberi test a hőmérséklet változását, miért mondjuk azt, hogy ma meleg vagy éppen meleg, másnap pedig hideg vagy akár hideg is.

A hőmérséklet kifejezés a latin szóból származik a hőmérsékletből, amely fordításban normál állapotot vagy megfelelő elmozdulást jelent. A hőmérséklet fizikai mennyiségként jellemzi az anyag belső energiáját, a molekulák mobilitásának fokát, a részecskék kinetikus energiáját termodinamikai egyensúlyi állapotban.

Példa erre a levegő, amelynek molekulái és atomjai véletlenszerűen mozognak. Amikor ezeknek a részecskéknek a mozgási sebessége növekszik, azt mondják, hogy a levegő hőmérséklete magas, a levegő meleg vagy még meleg. Például egy hideg napon a levegőrészecskék sebessége kicsi, ami kellemes hűvösnek vagy akár „kutyahidegnek” tűnik. Meg kell jegyezni, hogy a levegő részecskék sebessége nem függ a szél sebességétől! Ez egy teljesen más sebesség.

Ez vonatkozik a levegőre, benne a molekulák szabadon mozoghatnak, de mi lenne a folyékony és szilárd testekkel? Ezekben a molekulák hőmozgása szintén létezik, bár kisebb mértékben, mint a levegőben. De változása meglehetősen észrevehető, amely meghatározza a folyadékok és a szilárd anyagok hőmérsékletét.

A molekulák még a jég olvadási hőmérsékleten és negatív hőmérsékleten is tovább mozognak. Például egy hidrogénmolekula sebessége nulla hőmérsékleten 1950 m / s. Minden másodpercben a levegő 16 cm3-es sorozatában molekulák ezre milliárd ütközés történik. A hőmérséklet emelkedésével a molekulák mobilitása növekszik, az ütközések száma növekszik.

Meg kell azonban jegyezni, hogy hőmérséklet és hőség a lényeg nem ugyanaz. Egy egyszerű példa: a konyhában lévő szokásos gáztűzhelynek nagy és kicsi égője van, amelyben ugyanazt a gázt égetik. A gáz égési hőmérséklete azonos, tehát maguk az égők hőmérséklete is azonos. Ugyanakkor ugyanolyan mennyiségű víz, mint például vízforraló vagy vödör, gyorsabban felforrósodik egy nagy égőnél, mint egy kicsinél. Ennek oka az, hogy egy nagy égő több hőt termel, egységnyi idő alatt több gázt éget, vagy több energiát szolgáltat.

Hogyan lehet meghatározni a hőmennyiséget, milyen egységekben? Az iskolai fizika tanfolyamán sok olyan probléma merül fel, amely a víz melegítésére és forralására szól, és nagyon tanulságos és érdekes, még a megoldás folyamatában is.

A hőenergia egységenként elfogadva kalória. Ez az a hőmennyiség, amely 1 g (cm3) víz melegítését eredményezi 1 ° C-on (1 Celsius fok). A fizikai test hőmérséklete fokokban tükrözi a hőenergia szintjét. Az alkalmazott hőmérséklet mérése hőmérőkgyakran említik hőmérő.

Ha két fizikai test hőmérséklete azonos, akkor összekapcsolódáskor nem történik hőátadás. Ha az egyik test hőmérséklete magasabb, akkor egy hideg testhez csatlakoztatva a hideg hőmérséklete megemelkedik, és fordítva. Ennek ellenőrzése a legegyszerűbb módszer folyadékok keverésekor: a mindennapi életben mindenkinek legalább a fürdőben forrót és hideg vizet kellett kevernie, hogy elérje a kívánt hőmérsékletet.

Hőmérsékleti mérlegek

Mint tudod, több is létezik hőmérsékleti mérlegek. Hogyan magyarázható meg, mert a hőmérséklet azonos, de különböző skálán teljesen eltérő?

Az ilyen nézeteltérések nem csak a hőmérséklettől függnek.Végül is a régi időkben ugyanazt a súlyt mértük fontban és fontban, most pedig grammban és kilogrammban, egyenes méretekkel: milliméter, méter, hüvelyk, láb és nagyon öreg test és könyök.

A hőmérsékleti skálák alakulásának rövid története

A legtöbb első hőmérő kitalálta a híres olasz középkori tudós Galileo Galilei (1564-1642). Az eszköz működése a gáz térfogatának melegítés és hűtés közbeni változásának jelenségén alapult. Ennek a hőmérőnek nem volt pontos skálája, amely kifejezi a hőmérsékletet numerikus formában, tehát a mérési eredmény nagyon pontatlan volt.

A német fizikus javasolta a hőmérséklet pontosabb mérését Gabriel Fahrenheit (1686-1736), amelyet 1709-ben fejlesztettek ki alkohol hőmérőés 1714-ben higany. A hőmérsékleti skálát a feltalálónak nevezték el Fahrenheit skála.

Ennek a skálanak az alsó referenciapontja (0 ° F) volt a sóoldat fagyáspontja. Ez volt a hőmérséklet abban a távoli időben a legalacsonyabb, amit megfelelő pontossággal lehetett reprodukálni. A legmagasabb pont az emberi test hőmérséklete (96 ° F) volt, "egészséges angol karja alatt mérve".

Abban az időben Fahrenheit Angliában élt, és ott végezte felfedezéseit. Ezért az angol nyelvű országokban a Fahrenheit skálát már régóta használják, a modern időkben az angol kultúra országai szintén átváltottak a Celsius skálára. Ezekben az országokban az orvosi hőmérők továbbra is a Fahrenheit skálát használják.

Egy másik hőmérsékleti skálát 1730-ban javasolt egy francia tudós Rene Reaumur (1683-1757), amelyet 1737-ben elismertek a Szentpétervár Tudományos Akadémia tiszteletbeli tagjának. Ezért Oroszországban a hőmérséklet mérésére hőmérőket kezdett használni Reaumur skála.

Ugyanaz, mint Celsius-skála, ennek a skálanak két referenciapontja volt - a jég olvadási hőmérséklete és a víz forráspontja. Egy ilyen fokozat egyik fokát úgy kaptuk, hogy a teljes skálát 80 részre osztottuk. Ezt a skálát csak néhány évtizedig használták, majd elavulttá vált.

1742-ben egy svéd fizikus Anders Celsius (1701-1744) közismert egy ismert decimális hőmérsékleti skálát. Ugyanazokat a referenciapontokat használja, mint a Reaumur, csak a skála nem egyenletesen van felosztva 80-ra, hanem 100 osztásra. Így a Celsius-skálán egy fok a víz forráspontjának és fagyasztásának hőmérséklete közötti különbség 1/100-ja.

A legfrissebb hőmérsékleti skálát az angol javasolta William Thomson (1824-1907), amelyet tudományos érdemeik alapján 1866-ban Kelvin báró címet kapott. Kelvin skála Még mindig használják a modern hőmérés fő standardjaként. Ebben a skálában az abszolút nullát (–273,15 ° C) vesszük referenciapontnak.

Kelvin elmélete szerint ezen a hőmérsékleten minden hőmozgás megszűnik. Ezen a hőmérsékleten az összes vezető nulla ellenállással rendelkezik az elektromos áram ellen, szupravezetés. Ilyen hőmérsékletet még senki nem ért el, csak elméletileg létezik.

Olvassa el a következő cikkben.

Boris Aladyshkin, bgv.electricianexp.com

A cikksorozat folytatása:

- Hőmérséklet-érzékelők. termisztor

- Hőmérséklet-érzékelők. hőelemek

- Néhány további típusú hőmérséklet-érzékelő: félvezető érzékelők, mikrovezérlők érzékelői

- Hogyan szerezhetek áramot rendes háztartási gáz segítségével?