Wat is temperatuur? Wat is temperatuur? De eenheden van temperatuur zijn graden. Temperatuur van stoom en gas Temperatuur is een fysieke grootheid die de toestand karakteriseert

Plan:

Invoering

• 1 Thermodynamische definitie
  • 1.1 Geschiedenis van de thermodynamische benadering
• 2 Bepaling van temperatuur in de statistische natuurkunde
• 3 Temperatuurmeting
• 4 Temperatuureenheden en schaal
  • 4.1 Kelvin-temperatuurschaal
  • Schaal van 4,2 Celsius
  • 4.3 Fahrenheit
• 5 Energie van thermische beweging op het absolute nulpunt
  • 5.1 Temperatuur en straling
  • 5.2 Reaumur-schaal
• 6 Overgangen van verschillende schalen
• 7 Vergelijking van temperatuurschalen
• 8 Kenmerken van faseovergangen
• 9 Interessante feiten
Opmerkingen
Literatuur

Invoering

Temperatuur(van lat. temperatuur- juiste menging, normale toestand) is een scalaire fysieke grootheid die de gemiddelde kinetische energie karakteriseert van deeltjes van een macroscopisch systeem in een staat van thermodynamisch evenwicht per vrijheidsgraad.

De maatstaf voor de temperatuur is niet de beweging zelf, maar de chaotische aard van deze beweging. De willekeur van de toestand van een lichaam bepaalt de temperatuurtoestand ervan, en dit idee (dat voor het eerst werd ontwikkeld door Boltzmann) dat een bepaalde temperatuurtoestand van een lichaam helemaal niet wordt bepaald door de energie van beweging, maar door de willekeur van deze beweging , is het nieuwe concept in de beschrijving van temperatuurverschijnselen dat we moeten gebruiken. ..

(PL Kapitsa)

In het Internationale Systeem van Eenheden (SI) is de thermodynamische temperatuur een van de zeven basiseenheden en wordt uitgedrukt in Kelvin. De afgeleide SI-grootheden, die een speciale naam hebben, omvatten de temperatuur in Celsius, gemeten in graden Celsius. In de praktijk worden graden Celsius vaak gebruikt vanwege hun historische verband met belangrijke kenmerken van water: het smeltpunt van ijs (0 °C) en het kookpunt (100 °C). Dit is handig omdat de meeste klimaatprocessen, processen bij wilde dieren, enz. met dit bereik verband houden. Een temperatuurverandering van één graad Celsius komt overeen met een temperatuurverandering van één Kelvin. Daarom speelde het kookpunt van water na de introductie van een nieuwe definitie van Kelvin in 1967 niet langer de rol van constant referentiepunt en is het, zoals nauwkeurige metingen aantonen, niet langer gelijk aan 100 °C, maar dichtbij 99,975. °C.

Er zijn ook Fahrenheit-schalen en enkele andere.

1. Thermodynamische definitie

Het bestaan ​​van een evenwichtstoestand wordt de eerste beginpositie van de thermodynamica genoemd. De tweede uitgangspositie van de thermodynamica is de bewering dat de evenwichtstoestand wordt gekenmerkt door een bepaalde grootheid, die, bij thermisch contact van twee evenwichtssystemen, voor hen hetzelfde wordt als resultaat van de uitwisseling van energie. Deze grootheid wordt temperatuur genoemd.

1.1. Geschiedenis van de thermodynamische benadering

Het woord ‘temperatuur’ ontstond in die tijd toen mensen geloofden dat meer verwarmde lichamen een grotere hoeveelheid van een speciale stof – calorieën – bevatten dan minder verwarmde. Daarom werd temperatuur gezien als de sterkte van een mengsel van lichaamsmaterie en calorieën. Om deze reden worden de meeteenheden voor de sterkte van alcoholische dranken en temperatuur hetzelfde genoemd: graden.

In een evenwichtstoestand heeft de temperatuur dezelfde waarde voor alle macroscopische delen van het systeem. Als twee lichamen in een systeem dezelfde temperatuur hebben, is er geen overdracht van kinetische energie van deeltjes (warmte) tussen hen. Als er een temperatuurverschil is, verplaatst warmte zich van een lichaam met een hogere temperatuur naar een lichaam met een lagere temperatuur, omdat de totale entropie toeneemt.

Temperatuur wordt ook geassocieerd met de subjectieve sensaties van ‘warm’ en ‘koud’, gerelateerd aan de vraag of levend weefsel warmte afgeeft of ontvangt.

Sommige kwantummechanische systemen kunnen zich in een toestand bevinden waarin de entropie niet toeneemt, maar afneemt met de toevoeging van energie, wat formeel overeenkomt met een negatieve absolute temperatuur. Dergelijke toestanden bevinden zich echter niet “onder het absolute nulpunt”, maar “boven het oneindige”, aangezien wanneer een dergelijk systeem in contact komt met een lichaam met een positieve temperatuur, er energie wordt overgedragen van het systeem naar het lichaam, en niet andersom (bijvoorbeeld meer details, zie Kwantumthermodynamica).

De eigenschappen van temperatuur worden bestudeerd door de tak van de natuurkunde - thermodynamica. Temperatuur speelt ook een belangrijke rol in veel wetenschapsgebieden, waaronder andere takken van de natuurkunde, maar ook in de scheikunde en biologie.

2. Bepaling van temperatuur in de statistische natuurkunde

In de statistische natuurkunde wordt de temperatuur bepaald door de formule

waar S entropie is, is E de energie van het thermodynamische systeem. De op deze manier geïntroduceerde waarde T is hetzelfde voor verschillende lichamen bij thermodynamisch evenwicht. Wanneer twee lichamen met elkaar in contact komen, zal het lichaam met een grote T-waarde energie overdragen aan de ander.

3. Temperatuurmeting

Om de thermodynamische temperatuur te meten, wordt een bepaalde thermodynamische parameter van de thermometrische stof geselecteerd. Een verandering in deze parameter houdt duidelijk verband met een verandering in temperatuur. Een klassiek voorbeeld van een thermodynamische thermometer is een gasthermometer, waarbij de temperatuur wordt bepaald door de gasdruk te meten in een cilinder met constant volume. Er zijn ook absolute stralings-, geluids- en akoestische thermometers bekend.

Thermodynamische thermometers zijn zeer complexe eenheden die niet voor praktische doeleinden kunnen worden gebruikt. Daarom worden de meeste metingen gedaan met behulp van praktische thermometers, die secundair zijn, omdat ze geen enkele eigenschap van een stof rechtstreeks in verband kunnen brengen met de temperatuur. Om de interpolatiefunctie te verkrijgen, moeten ze worden gekalibreerd op referentiepunten op de internationale temperatuurschaal. De meest nauwkeurige praktische thermometer is de platina-weerstandsthermometer. Temperatuurmeetinstrumenten worden vaak gekalibreerd op relatieve schalen: Celsius of Fahrenheit.

In de praktijk wordt ook de temperatuur gemeten

• vloeistof- en mechanische thermometers,
• thermokoppel,
• weerstandsthermometer,

• gasthermometer,
• pyrometer.

De nieuwste methoden voor het meten van temperatuur zijn ontwikkeld, gebaseerd op het meten van de parameters van laserstraling.

4. Eenheden en schaal van temperatuurmeting

Omdat temperatuur de kinetische energie van moleculen is, is het duidelijk dat het het meest natuurlijk is om deze in energie-eenheden te meten (dat wil zeggen in het SI-systeem in joules). De temperatuurmeting begon echter al lang vóór de ontwikkeling van de moleculaire kinetische theorie, dus praktische schalen meten de temperatuur in conventionele eenheden: graden.

4.1. Kelvin-temperatuurschaal

Het concept van absolute temperatuur werd geïntroduceerd door W. Thomson (Kelvin), en daarom wordt de absolute temperatuurschaal de Kelvin-schaal of thermodynamische temperatuurschaal genoemd. De eenheid van absolute temperatuur is Kelvin (K).

De absolute temperatuurschaal wordt zo genoemd omdat de maatstaf voor de grondtoestand van de ondergrens van de temperatuur het absolute nulpunt is, dat wil zeggen de laagst mogelijke temperatuur waarbij het in principe onmogelijk is thermische energie aan een stof te onttrekken.

Het absolute nulpunt wordt gedefinieerd als 0 K, wat gelijk is aan −273,15 °C (precies).

De Kelvin-temperatuurschaal is een schaal die begint bij het absolute nulpunt.

Van groot belang is de ontwikkeling, gebaseerd op de thermodynamische schaal van Kelvin, van internationale praktische schalen gebaseerd op referentiepunten - faseovergangen van zuivere stoffen bepaald door primaire thermometriemethoden. De eerste internationale temperatuurschaal werd in 1927 aangenomen door ITS-27. Sinds 1927 is de schaal verschillende keren opnieuw gedefinieerd (MTSh-48, MPTS-68, MTSh-90): referentietemperaturen en interpolatiemethoden zijn veranderd, maar het principe blijft hetzelfde: de basis van de schaal is een reeks faseovergangen van pure stoffen met bepaalde waarden van thermodynamische temperaturen en interpolatie-instrumenten die op deze punten zijn gekalibreerd. De ITS-90-schaal is momenteel van kracht. Het hoofddocument (Regelgeving op de schaal) legt de definitie van Kelvin vast, de waarden van faseovergangstemperaturen (referentiepunten) en interpolatiemethoden.

Temperatuurschalen die in het dagelijks leven worden gebruikt - zowel Celsius als Fahrenheit (voornamelijk gebruikt in de VS) - zijn niet absoluut en daarom lastig bij het uitvoeren van experimenten in omstandigheden waarin de temperatuur onder het vriespunt van water daalt. Daarom moet de temperatuur negatief worden uitgedrukt nummer. Voor dergelijke gevallen werden absolute temperatuurschalen geïntroduceerd.

Een daarvan wordt de Rankine-schaal genoemd, en de andere is de absolute thermodynamische schaal (Kelvin-schaal); hun temperaturen worden respectievelijk gemeten in graden Rankine (°Ra) en Kelvin (K). Beide schalen beginnen bij de temperatuur op het absolute nulpunt. Ze verschillen doordat de prijs van één divisie op de Kelvin-schaal gelijk is aan de prijs van een divisie op de Celsius-schaal, en de prijs van één divisie op de Rankine-schaal gelijk is aan de prijs van de divisie van thermometers met de Fahrenheit-schaal. Het vriespunt van water bij standaard atmosferische druk komt overeen met 273,15 K, 0 °C, 32 °F.

De schaal van Kelvin is gekoppeld aan het tripelpunt van water (273,16 K), en de constante van Boltzmann hangt ervan af. Dit veroorzaakt problemen met de nauwkeurigheid van de interpretatie van metingen bij hoge temperaturen. Het BIPM overweegt nu de mogelijkheid om over te stappen op een nieuwe definitie van Kelvin en de constante van Boltzmann vast te leggen, in plaats van te verwijzen naar de tripelpunttemperatuur. .

4.2. Celsius

In de technologie, geneeskunde, meteorologie en in het dagelijks leven wordt de schaal van Celsius gebruikt, waarbij de temperatuur van het tripelpunt van water 0,008 °C is en daarom het vriespunt van water bij een druk van 1 atm 0 ° is. C. Momenteel wordt de Celsius-schaal bepaald via de Kelvin-schaal: de prijs van één deling op de Celsius-schaal is gelijk aan de prijs van een deling op de Kelvin-schaal, t(°C) = T(K) - 273,15. Het kookpunt van water, oorspronkelijk door Celsius gekozen als referentiepunt van 100 °C, heeft dus zijn betekenis verloren, en volgens moderne schattingen ligt het kookpunt van water bij normale atmosferische druk op ongeveer 99,975 °C. erg handig, aangezien water zeer wijdverspreid is op onze planeet en ons leven erop is gebaseerd. Nul Celsius is een speciaal punt voor de meteorologie omdat het verband houdt met het bevriezen van water in de atmosfeer. De schaal werd in 1742 voorgesteld door Anders Celsius.

4.3. Fahrenheit

In Engeland en vooral in de VS wordt de Fahrenheit-schaal gebruikt. Nul graden Celsius is 32 graden Fahrenheit en een graad Fahrenheit is 9/5 graden Celsius.

De huidige definitie van de Fahrenheit-schaal is als volgt: het is een temperatuurschaal waarin 1 graad (1 °F) gelijk is aan 1/180ste van het verschil tussen het kookpunt van water en de smelttemperatuur van ijs bij atmosferische druk, en het smeltpunt van ijs is +32 ° F. De temperatuur op de schaal van Fahrenheit is gerelateerd aan de temperatuur op de schaal van Celsius (t °C) in de verhouding t °C = 5/9 (t °F - 32), t °F = 9/5 t °C + 32. Voorgesteld door G. Fahrenheit in 1724.

5. Energie van thermische beweging op het absolute nulpunt

Wanneer materie afkoelt, nemen veel vormen van thermische energie en de daarmee samenhangende effecten tegelijkertijd in omvang af. Materie beweegt van een minder geordende toestand naar een meer geordende toestand.

... het moderne concept van het absolute nulpunt is niet het concept van absolute rust; integendeel, op het absolute nulpunt kan er beweging zijn - en die bestaat, maar het is een toestand van volledige orde ...

PL Kapitsa (Eigenschappen van vloeibaar helium)

Het gas verandert in een vloeistof en kristalliseert vervolgens in een vaste stof (helium blijft, zelfs op het absolute nulpunt, bij atmosferische druk in vloeibare toestand). De beweging van atomen en moleculen vertraagt, hun kinetische energie neemt af. De weerstand van de meeste metalen neemt af als gevolg van een afname van de elektronenverstrooiing op atomen van het kristalrooster die met een lagere amplitude trillen. Dus zelfs bij het absolute nulpunt bewegen geleidingselektronen tussen atomen met een Fermi-snelheid in de orde van 1 × 10 6 m/s.

De temperatuur waarbij materiedeeltjes een minimale hoeveelheid beweging hebben, die alleen behouden blijft als gevolg van kwantummechanische beweging, is de temperatuur van het absolute nulpunt (T = 0K).

De absolute nultemperatuur kan niet worden bereikt. De laagste temperatuur (450 ± 80) x 10 −12 K van het Bose-Einstein-condensaat van natriumatomen werd in 2003 verkregen door onderzoekers van MIT. In dit geval bevindt de piek van thermische straling zich in het golflengtegebied van de orde van 6400 km, dat wil zeggen ongeveer de straal van de aarde.

5.1. Temperatuur en straling

De energie die een lichaam uitstraalt, is evenredig met de vierde macht van zijn temperatuur. Bij 300 K wordt dus tot 450 watt uitgezonden vanaf een vierkante meter oppervlak. Dit verklaart bijvoorbeeld de afkoeling van het aardoppervlak 's nachts tot onder de omgevingstemperatuur. De stralingsenergie van een absoluut zwart lichaam wordt beschreven door de wet van Stefan-Boltzmann

5.2. Reaumur-schaal

Voorgesteld in 1730 door R.A. Reaumur, die de alcoholthermometer beschreef die hij had uitgevonden.

De eenheid is de graad Reaumur (°R), 1 °R is gelijk aan 1/80 van het temperatuurinterval tussen de referentiepunten - de smelttemperatuur van ijs (0 °R) en het kookpunt van water (80 °R).

1°R = 1,25°C.

Momenteel is de schaal buiten gebruik geraakt; hij heeft het langst overleefd in Frankrijk, het thuisland van de auteur.

6. Overgangen vanuit verschillende schalen

7. Vergelijking van temperatuurschalen

¹ De normale gemiddelde menselijke lichaamstemperatuur is 36,6 °C ±0,7 °C, of ​​98,2 °F ±1,3 °F. De gewoonlijk aangehaalde waarde van 98,6 °F is een exacte conversie naar Fahrenheit van de 19e-eeuwse Duitse waarde van 37 °C. Deze waarde ligt echter niet binnen het bereik van de normale gemiddelde menselijke lichaamstemperatuur, omdat de temperatuur van verschillende delen van het lichaam verschillend is.

Sommige waarden in deze tabel zijn afgerond.

8. Kenmerken van faseovergangen

Om de faseovergangspunten van verschillende stoffen te beschrijven, worden de volgende temperatuurwaarden gebruikt:

• Smelttemperatuur
• Kooktemperatuur
• Gloeitemperatuur
• Sintertemperatuur
• Synthese temperatuur
• Luchttemperatuur
• Bodemtemperatuur
• Homologe temperatuur
• Drievoudig punt
• Debye-temperatuur (karakteristieke temperatuur)
• Curie-temperatuur

9. Interessante feiten

De laagste temperatuur op aarde tot 1910 −68, Verchojansk

• Hoogste temperatuur gecreëerd door de mens, ~10 biljoen. K (vergelijkbaar met de temperatuur van het heelal in de eerste seconden van zijn leven) werd in 2010 bereikt tijdens de botsing van loodionen die versneld werden tot bijna-lichtsnelheden. Het experiment werd uitgevoerd in de Large Hadron Collider
• De hoogst theoretisch mogelijke temperatuur is de Planck-temperatuur. Een hogere temperatuur kan niet bestaan ​​omdat alles in energie verandert (alle subatomaire deeltjes zullen instorten). Deze temperatuur is ongeveer 1,41679(11)×10 32 K (ongeveer 142 non-illion K).
• De laagste door de mens gecreëerde temperatuur werd in 1995 verkregen door Eric Cornell en Carl Wieman uit de VS door rubidiumatomen af ​​te koelen. . Het bevond zich boven het absolute nulpunt met minder dan 1/170 miljardste van een fractie van een K (5,9 x 10 −12 K).
• Het oppervlak van de zon heeft temperaturen van ongeveer 6000 K.
• Zaden van hogere planten blijven levensvatbaar na afkoeling tot −269 ° C.

Opmerkingen

1. GOST 8.417-2002. EENHEDEN VAN HOEVEELHEDEN - nolik.ru/systems/gost.htm
2. Het concept van temperatuur -temperaturen.ru/mtsh/mtsh.php?page=1
3. I.P. Bazarov. Thermodynamica, M., Hogere School, 1976, p. 13-14.
4. Platina - temperaturen.ru/mtsh/mtsh.php?page=81 weerstandsthermometer - het hoofdapparaat MTSH-90.
5. Laserthermometrie -temperaturen.ru/newmet/newmet.php?page=0
6. MTSH-90 referentiepunten -temperaturen.ru/mtsh/mtsh.php?page=3
7. Ontwikkeling van een nieuwe definitie van Kelvin -temperaturen.ru/kelvin/kelvin.php?page=2
8. DA Parshin, GG Zegria Kritisch punt. Eigenschappen van een stof in een kritische toestand. Drievoudig punt. Faseovergangen van de tweede soort. Methoden voor het verkrijgen van lage temperaturen. - edu.ioffe.spb.ru/edu/thermodinamics/lect11h.pdf. Statistische thermodynamica. Lezing 11. Academische Universiteit van Sint-Petersburg.
9. Over verschillende lichaamstemperatuurmetingen - hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml (Engels)
10. BBC News - Large Hadron Collider (LHC) genereert een "mini-Big Bang" - www.bbc.co.uk/news/science-environment-11711228
11. Alles over alles. Temperatuurrecords - tem-6.narod.ru/weather_record.html
12. Wonderen van de wetenschap - www.seti.ee/ff/34gin.swf

Literatuur

• B. I. Spassky Geschiedenis van de natuurkunde Deel I - osnovanija.narod.ru/History/Spas/T1_1.djvu. - Moskou: “Hogere school”, 1977.
• Sivukhin D.V. Thermodynamica en moleculaire fysica. - Moskou: “Wetenschap”, 1990.

De paradox is dat je, om temperatuur te meten in het dagelijks leven, in de industrie en zelfs in de toegepaste wetenschap, niet hoeft te weten wat ‘temperatuur’ is. Het nogal vage idee dat “temperatuur de graad is verwarming lichamen." De meeste praktische instrumenten voor het meten van temperatuur meten feitelijk andere eigenschappen van stoffen die variëren met deze mate van verwarming, zoals druk, volume, elektrische weerstand, enz. Vervolgens worden hun meetwaarden automatisch of handmatig omgezet in temperatuureenheden.

Nieuwsgierige mensen en studenten die willen of worden gedwongen om uit te zoeken wat temperatuur is, vallen meestal in het element van de thermodynamica met zijn nulde, eerste en tweede wet, de Carnot-cyclus en entropie. Toegegeven moet worden dat de definitie van temperatuur als parameter van een ideale omkeerbare warmtemotor, onafhankelijk van de werkende substantie, gewoonlijk geen duidelijkheid toevoegt aan ons begrip van het concept ‘temperatuur’.

Meer ‘tastbaar’ lijkt de benadering die moleculaire kinetische theorie wordt genoemd, waaruit het idee ontstaat dat warmte eenvoudigweg kan worden beschouwd als een van de vormen van energie, namelijk de kinetische energie van atomen en moleculen. Deze waarde, gemiddeld over een groot aantal willekeurig bewegende deeltjes, blijkt een maatstaf te zijn voor wat de lichaamstemperatuur wordt genoemd. Deeltjes van een verwarmd lichaam bewegen sneller dan die van een koud lichaam.

Omdat het concept van temperatuur nauw verwant is aan de gemiddelde kinetische energie van deeltjes, zou het logisch zijn om de joule als meeteenheid te gebruiken. De energie van de thermische beweging van deeltjes is echter erg klein vergeleken met de joule, dus het gebruik van deze hoeveelheid is lastig. Thermische beweging wordt gemeten in andere eenheden, die worden afgeleid van joules met behulp van de conversiefactor "k".

Als de temperatuur T wordt gemeten in Kelvin (K), dan heeft de relatie met de gemiddelde kinetische energie van de translatiebeweging van atomen van een ideaal gas de vorm

E k = (3/2) kT, (1)

Waar k- een conversiefactor die bepaalt welk deel van een joule in een Kelvin zit. Grootte k zogenaamde constante van Boltzmann.

Gezien het feit dat druk ook kan worden uitgedrukt in termen van de gemiddelde energie van moleculaire beweging

p=(2/3)nEk (2)

Waar n = N/V, V- volume ingenomen door gas, N- totaal aantal moleculen in dit volume

De toestandsvergelijking voor een ideaal gas is:

p = n kT

Als het totale aantal moleculen wordt weergegeven als N = µN A, Waar µ - aantal mol gas, N.A- Avagadro-getal, d.w.z. het aantal deeltjes per mol, je kunt eenvoudig de bekende Clapeyron-Mendelejev-vergelijking verkrijgen:

pV = µ RT, waar R - molaire gasconstante R= N EEN.k

of voor één mol pV = N EEN. kT(3)

Temperatuur is dus een parameter die kunstmatig in de toestandsvergelijking wordt geïntroduceerd. Met behulp van de toestandsvergelijking kan de thermodynamische temperatuur T worden bepaald als alle andere parameters en constanten bekend zijn. Uit deze definitie van temperatuur blijkt duidelijk dat de waarden van T afhankelijk zullen zijn van de constante van Boltzmann. Kunnen we een willekeurige waarde voor deze evenredigheidscoëfficiënt kiezen en daarop vertrouwen? Nee. We kunnen dus immers een willekeurige waarde voor het tripelpunt van water verkrijgen, terwijl we de waarde 273,16 K zouden moeten krijgen! De vraag rijst: waarom precies 273,16 K?

De redenen hiervoor zijn puur historisch, niet fysiek. Feit is dat op de eerste temperatuurschalen exacte waarden werden aangenomen voor twee watertoestanden tegelijk: het stolpunt (0 ° C) en het kookpunt (100 ° C). Dit waren willekeurige waarden die voor het gemak waren gekozen. Gezien het feit dat een graad Celsius gelijk is aan een graad Kelvin en door de thermodynamische temperatuur te meten met een gasthermometer die op deze punten is gekalibreerd, hebben we door extrapolatie een waarde voor het absolute nulpunt (0 °K) verkregen - 273,15 °C. Uiteraard kan deze waarde alleen als nauwkeurig worden beschouwd als de metingen met een gasthermometer absoluut nauwkeurig waren. Dit is fout. Door de waarde van 273,16 K voor het tripelpunt van water vast te stellen en het kookpunt van water te meten met een meer geavanceerde gasthermometer, kunt u daarom een ​​iets andere waarde verkrijgen voor koken vanaf 100 ° C. De meest realistische waarde is nu bijvoorbeeld 99,975 °C. En dit komt alleen omdat vroeg werk met een gasthermometer een foutieve waarde voor het absolute nulpunt opleverde. We stellen dus ofwel het absolute nulpunt vast, ofwel een interval van 100 °C tussen het stollings- en kookpunt van water. Als we het interval vastleggen en de metingen herhalen om te extrapoleren naar het absolute nulpunt, krijgen we -273,22 °C.

In 1954 nam de CIPM een resolutie aan over de overgang naar een nieuwe definitie van Kelvin, die niets te maken had met het interval 0 -100 °C. Het kende feitelijk de waarde van 273,16 K (0,01 °C) toe aan het tripelpunt van water en “liet het kookpunt van water vrij zweven” bij ongeveer 100 °C. In plaats van "graad Kelvin" als eenheid van temperatuur, werd eenvoudigweg "kelvin" geïntroduceerd.

Uit formule (3) volgt dat door een vaste waarde van 273,16 K aan T toe te kennen in een zo stabiele en goed reproduceerbare toestand van het systeem als het tripelpunt van water, de waarde van de constante k experimenteel kan worden bepaald. Tot voor kort werden de meest nauwkeurige experimentele waarden van de constante k van Boltzmann verkregen door de extreem ijle gasmethode.

Er zijn andere methoden om de constante van Boltzmann te verkrijgen, gebaseerd op het gebruik van wetten die de parameter bevatten kT.

Dit is de wet van Stefan-Boltzmann, volgens welke de totale energie van thermische straling E(T) een vierde machtsfunctie is van CT.
Vergelijking die het kwadraat van de geluidssnelheid in een ideaal gas relateert aan 0 2 lineaire afhankelijkheid met CT.
Vergelijking voor de gemiddelde vierkante ruisspanning op de elektrische weerstand V 2, ook lineair afhankelijk van CT.

Installaties voor het implementeren van bovenstaande bepalingsmethoden CT worden absolute thermometrie- of primaire thermometrie-instrumenten genoemd.

Er zijn dus veel conventies bij het bepalen van temperatuurwaarden in Kelvin in plaats van in joule. Het belangrijkste is dat de evenredigheidscoëfficiënt zelf k tussen temperatuur- en energie-eenheden is niet constant. Het hangt af van de nauwkeurigheid van de thermodynamische metingen die momenteel haalbaar zijn. Deze aanpak is niet erg handig voor primaire thermometers, vooral niet voor thermometers die werken in een temperatuurbereik ver van het tripelpunt. Hun metingen zullen afhangen van veranderingen in de waarde van de constante van Boltzmann.

Elke verandering in de praktische internationale temperatuurschaal is het resultaat van wetenschappelijk onderzoek door metrologische centra over de hele wereld. De introductie van een nieuwe editie van de temperatuurschaal heeft invloed op de kalibratie van alle temperatuurmeetinstrumenten.

Ieder mens komt dagelijks in aanraking met het begrip temperatuur. De term is stevig in ons dagelijks leven terechtgekomen: we verwarmen voedsel in een magnetron of koken voedsel in de oven, we zijn geïnteresseerd in het weer buiten of zoeken uit of het water in de rivier koud is - dit alles hangt nauw samen met dit concept . Wat is temperatuur, wat betekent deze fysieke parameter, hoe wordt deze gemeten? We zullen deze en andere vragen in het artikel beantwoorden.

Fysieke hoeveelheid

Laten we eens kijken wat de temperatuur is vanuit het gezichtspunt van een geïsoleerd systeem in thermodynamisch evenwicht. De term komt uit het Latijn en betekent ‘goed mengsel’, ‘normale toestand’, ‘proportionaliteit’. Deze grootheid karakteriseert de toestand van thermodynamisch evenwicht van elk macroscopisch systeem. In het geval dat een geïsoleerd systeem uit evenwicht is, vindt er na verloop van tijd een energietransitie plaats van meer verwarmde objecten naar minder verwarmde objecten. Het resultaat is een egalisatie (verandering) van de temperatuur in het hele systeem. Dit is het eerste postulaat (nulwet) van de thermodynamica.

Temperatuur bepaalt de verdeling van de samenstellende deeltjes van het systeem door energieniveaus en snelheden, de mate van ionisatie van stoffen, de eigenschappen van elektromagnetische evenwichtsstraling van lichamen en de totale volumetrische stralingsdichtheid. Omdat voor een systeem dat zich in thermodynamisch evenwicht bevindt, de vermelde parameters gelijk zijn, worden ze gewoonlijk de temperatuur van het systeem genoemd.

Plasma

Naast evenwichtslichamen zijn er systemen waarin de toestand wordt gekenmerkt door verschillende temperatuurwaarden die niet aan elkaar gelijk zijn. Een goed voorbeeld is plasma. Het bestaat uit elektronen (licht geladen deeltjes) en ionen (zwaar geladen deeltjes). Wanneer ze botsen, vindt er een snelle energieoverdracht plaats van elektron naar elektron en van ion naar ion. Maar tussen heterogene elementen is er een langzame overgang. Plasma kan zich in een toestand bevinden waarin elektronen en ionen afzonderlijk bijna in evenwicht zijn. In dit geval is het mogelijk om voor elk type deeltje afzonderlijke temperaturen aan te nemen. Deze parameters zullen echter van elkaar verschillen.

Magneten

In lichamen waarin deeltjes een magnetisch moment hebben, vindt energieoverdracht meestal langzaam plaats: van translationele naar magnetische vrijheidsgraden, die verband houden met de mogelijkheid om de richtingen van het moment te veranderen. Het blijkt dat er toestanden zijn waarin het lichaam wordt gekenmerkt door een temperatuur die niet samenvalt met de kinetische parameter. Het komt overeen met de voorwaartse beweging van elementaire deeltjes. De magnetische temperatuur bepaalt een deel van de interne energie. Het kan zowel positief als negatief zijn. Tijdens het egalisatieproces wordt energie overgedragen van deeltjes met een hogere temperatuur naar deeltjes met een lagere temperatuur als ze zowel positief als negatief zijn. In de tegenovergestelde situatie zal dit proces in de tegenovergestelde richting verlopen: de negatieve temperatuur zal “hoger” zijn dan de positieve.

Waarom is dit nodig?

De paradox is dat de gemiddelde persoon, om het meetproces zowel in het dagelijks leven als in de industrie uit te voeren, niet eens hoeft te weten wat temperatuur is. Het zal voor hem voldoende zijn om te begrijpen dat dit de mate van verwarming van een object of omgeving is, vooral omdat we al sinds onze kindertijd bekend zijn met deze termen. De meeste praktische instrumenten die zijn ontworpen om deze parameter te meten, meten feitelijk andere eigenschappen van stoffen die veranderen afhankelijk van het niveau van verwarming of koeling. Bijvoorbeeld druk, elektrische weerstand, volume, enz. Verder worden dergelijke metingen handmatig of automatisch herberekend naar de vereiste waarde.

Het blijkt dat het voor het bepalen van de temperatuur niet nodig is om natuurkunde te studeren. Het grootste deel van de bevolking van onze planeet leeft volgens dit principe. Als de tv werkt, is het niet nodig om de transiënte processen van halfgeleiderapparaten te begrijpen, om te bestuderen waar de elektriciteit vandaan komt in het stopcontact of hoe het signaal bij de schotelantenne aankomt. Mensen zijn eraan gewend dat er op elk gebied specialisten zijn die het systeem kunnen repareren of debuggen. De gemiddelde mens wil zijn hersenen niet belasten, want het is veel beter om onder het genot van een koud biertje naar een soapserie of voetbal op de “box” te kijken.

En ik wil het weten

Maar er zijn mensen, meestal zijn dit studenten, die, uit nieuwsgierigheid of uit noodzaak, gedwongen worden natuurkunde te studeren en te bepalen wat temperatuur werkelijk is. Als gevolg hiervan bevinden ze zich tijdens hun zoektocht in de jungle van de thermodynamica en bestuderen ze de nulde, eerste en tweede wet ervan. Bovendien zal de onderzoekende geest Carnot-cycli en entropie moeten begrijpen. En aan het einde van zijn reis zal hij waarschijnlijk toegeven dat het definiëren van temperatuur als een parameter van een omkeerbaar thermisch systeem, die niet afhankelijk is van het type werkende substantie, geen duidelijkheid zal toevoegen aan de betekenis van dit concept. En toch zal het zichtbare deel een aantal graden zijn die door het internationale systeem van eenheden (SI) worden geaccepteerd.

Temperatuur als kinetische energie

Een meer ‘tastbare’ benadering wordt de moleculaire kinetische theorie genoemd. Hieruit ontstaat het idee dat warmte als een vorm van energie wordt beschouwd. De kinetische energie van moleculen en atomen, een parameter die wordt gemiddeld over een groot aantal chaotisch bewegende deeltjes, blijkt bijvoorbeeld een maatstaf te zijn voor wat gewoonlijk de temperatuur van een lichaam wordt genoemd. Deeltjes in een verwarmd systeem bewegen dus sneller dan in een koud systeem.

Omdat de term in kwestie nauw verwant is aan de gemiddelde kinetische energie van een groep deeltjes, zou het heel natuurlijk zijn om de joule als eenheid voor temperatuurmeting te gebruiken. Dit gebeurt echter niet, wat wordt verklaard door het feit dat de energie van thermische beweging van elementaire deeltjes erg klein is in verhouding tot de joule. Daarom is het onhandig om te gebruiken. Thermische beweging wordt gemeten in eenheden afgeleid van joule met behulp van een speciale conversiefactor.

Temperatuur eenheden

Tegenwoordig worden drie hoofdeenheden gebruikt om deze parameter weer te geven. In ons land wordt de temperatuur meestal bepaald in graden Celsius. Deze meeteenheid is gebaseerd op het stolpunt van water: de absolute waarde. Het is het startpunt. Dat wil zeggen, de temperatuur van het water waarbij ijs begint te vormen is nul. In dit geval dient water als voorbeeldmaatstaf. Dit verdrag is gemakshalve aangenomen. De tweede absolute waarde is de damptemperatuur, dat wil zeggen het moment waarop water verandert van een vloeibare toestand naar een gasvormige toestand.

De volgende eenheid is graden Kelvin. De oorsprong van dit systeem wordt beschouwd als het absolute nulpunt. Eén graad Kelvin is dus gelijk aan één graad Celsius. Het enige verschil is het startpunt. We ontdekken dat nul Kelvin gelijk is aan min 273,16 graden Celsius. In 1954 besloot de Algemene Conferentie over Maten en Gewichten om de term "kelvin" voor de eenheid van temperatuur te vervangen door "kelvin".

De derde algemeen aanvaarde meeteenheid is graden Fahrenheit. Tot 1960 werden ze op grote schaal gebruikt in alle Engelssprekende landen. Dit apparaat wordt echter nog steeds gebruikt in het dagelijks leven in de Verenigde Staten. Het systeem is fundamenteel anders dan hierboven beschreven. Als uitgangspunt wordt het vriespunt van een mengsel van zout, ammoniak en water in de verhouding 1:1:1 genomen. Dus op de schaal van Fahrenheit is het vriespunt van water plus 32 graden en het kookpunt plus 212 graden. In dit systeem is één graad gelijk aan 1/180 van het verschil tussen deze temperaturen. Het bereik van 0 tot +100 graden Fahrenheit komt dus overeen met het bereik van -18 tot +38 graden Celsius.

Absolute nultemperatuur

Laten we eens kijken wat deze parameter betekent. Het absolute nulpunt is de waarde van de grenstemperatuur waarbij de druk van een ideaal gas nul wordt voor een vast volume. Dit is de laagste waarde in de natuur. Zoals Michailo Lomonosov voorspelde: “Dit is de grootste of laatste graad van kou.” Hieruit volgt de chemische wet van Avogadro: gelijke volumes gassen, onderworpen aan dezelfde temperatuur en druk, bevatten hetzelfde aantal moleculen. Wat volgt hieruit? Er is een minimumtemperatuur van een gas waarbij de druk of het volume nul wordt. Deze absolute waarde komt overeen met nul Kelvin, oftewel 273 graden Celsius.

Enkele interessante feiten over het zonnestelsel

De temperatuur op het oppervlak van de zon bereikt 5700 Kelvin, en in het centrum van de kern - 15 miljoen Kelvin. De planeten van het zonnestelsel verschillen enorm van elkaar wat betreft verwarmingsniveaus. De temperatuur in de kern van onze aarde is dus ongeveer hetzelfde als op het oppervlak van de zon. Jupiter wordt beschouwd als de heetste planeet. De temperatuur in het centrum van de kern is vijf keer hoger dan aan het oppervlak van de zon. Maar de laagste waarde van de parameter werd geregistreerd op het oppervlak van de maan - het was slechts 30 Kelvin. Deze waarde is zelfs lager dan op het oppervlak van Pluto.

Feiten over de aarde

1. De hoogste door de mens geregistreerde temperatuur was 4 miljard graden Celsius. Deze waarde is 250 keer hoger dan de temperatuur van de kern van de zon. Het record werd gevestigd door het Brookhaven Natural Laboratory in New York in een ionenbotser van ongeveer 4 kilometer lang.

2. Ook de temperatuur op onze planeet is niet altijd ideaal en comfortabel. In de stad Verkhnojansk in Jakoetië daalt de temperatuur in de winter bijvoorbeeld tot min 45 graden Celsius. Maar in de Ethiopische stad Dallol is de situatie precies andersom. Daar bedraagt ​​de gemiddelde jaartemperatuur plus 34 graden.

3. De meest extreme omstandigheden waaronder mensen werken worden geregistreerd in goudmijnen in Zuid-Afrika. Mijnwerkers werken op een diepte van drie kilometer bij een temperatuur van plus 65 graden Celsius.

Thermodynamische temperatuur

Thermodynamische temperatuur(Engels) thermodynamische temperatuur, Duits thermodynamische temperatuur), of absolute temperatuur(Engels) absolute temperatuur, Duits absolute temperatuur) is de enige functie van de toestand van een thermodynamisch systeem die de richting van spontane warmte-uitwisseling tussen lichamen (systemen) karakteriseert.

De thermodynamische temperatuur wordt aangegeven met de letter T (\displaystyle T), gemeten in Kelvin (aangegeven met K) en gemeten op de absolute thermodynamische schaal (Kelvin-schaal). De absolute thermodynamische schaal is de fundamentele schaal in de natuurkunde en in de vergelijkingen van de thermodynamica.

De moleculaire kinetische theorie verbindt op haar beurt de absolute temperatuur met de gemiddelde kinetische energie van de translatiebeweging van moleculen van een ideaal gas onder omstandigheden van thermodynamisch evenwicht:

1 2 m v ¯ 2 = 3 2 k T , (\displaystyle (\frac (1)(2))m(\bar (v))^(2)=(\frac (3)(2))kT,)

waar m (\displaystyle m) ─ moleculaire massa, v ¯ (\displaystyle (\bar (v))) ─ wortelgemiddelde kwadratische snelheid van translatiebeweging van moleculen, T (\displaystyle T) ─ absolute temperatuur, k (\displaystyle k ) ─ constante Boltzmann.

Verhaal

Temperatuurmeting heeft een lange en moeilijke weg afgelegd in de ontwikkeling ervan. Omdat temperatuur niet rechtstreeks kan worden gemeten, werden de eigenschappen van thermometrische lichamen, die functioneel afhankelijk waren van de temperatuur, gebruikt om deze te meten. Op basis hiervan werden verschillende temperatuurschalen ontwikkeld, die werden genoemd empirisch, en de temperatuur gemeten met hun hulp wordt empirisch genoemd. Aanzienlijke nadelen van empirische schalen zijn hun gebrek aan continuïteit en de discrepantie tussen temperatuurwaarden voor verschillende thermometrische lichamen: zowel tussen referentiepunten als daarbuiten. Het gebrek aan continuïteit van empirische schalen is te wijten aan de afwezigheid in de natuur van een stof die in staat is zijn eigenschappen over het gehele bereik van mogelijke temperaturen te behouden. In 1848 stelde Thomson (Lord Kelvin) voor om een ​​temperatuurschaal zo te kiezen dat binnen de grenzen de efficiëntie van een ideale warmtemotor hetzelfde zou zijn. Vervolgens stelde hij in 1854 voor om de inverse Carnot-functie te gebruiken om een ​​thermodynamische schaal te construeren die onafhankelijk is van de eigenschappen van thermometrische lichamen. De praktische implementatie van dit idee bleek echter onmogelijk. Aan het begin van de 19e eeuw, op zoek naar een ‘absoluut’ apparaat voor het meten van temperatuur, keerden ze opnieuw terug naar het idee van een ideale gasthermometer, gebaseerd op de wetten van ideale gassen van Gay-Lussac en Charles. De gasthermometer was lange tijd de enige manier om de absolute temperatuur weer te geven. Nieuwe richtingen bij het reproduceren van de absolute temperatuurschaal zijn gebaseerd op het gebruik van de Stefan-Boltzmann-vergelijking bij contactloze thermometrie en de Harry (Harry) Nyquist-vergelijking bij contactthermometrie.

Fysische basis voor het construeren van een thermodynamische temperatuurschaal

1. De thermodynamische temperatuurschaal kan in principe worden geconstrueerd op basis van de stelling van Carnot, die stelt dat de efficiëntie van een ideale warmtemotor niet afhankelijk is van de aard van de werkvloeistof en het ontwerp van de motor, en alleen afhangt van de temperaturen van de verwarming en de koelkast.

η = Q 1 - Q 2 Q 1 = T 1 - T 2 T 1 , (\displaystyle \eta =(\frac (Q_(1)-Q_(2))(Q_(1)))=(\frac ( T_(1)-T_(2))(T_(1))),)

waarbij Q 1 (\displaystyle Q_(1)) de hoeveelheid warmte is die door de werkvloeistof (ideaal gas) van de verwarmer wordt ontvangen, Q 2 (\displaystyle Q_(2)) de hoeveelheid warmte is die door de werkvloeistof wordt afgegeven aan de koelkast, T 1 , T 2 ( \displaystyle T_(1),T_(2)) - temperaturen van respectievelijk de verwarming en de koelkast.

Uit de bovenstaande vergelijking volgt de volgende relatie:

Q 1 Q 2 = T 1 T 2 . (\displaystyle (\frac (Q_(1))(Q_(2)))=(\frac (T_(1))(T_(2))).)

Deze relatie kan worden gebruikt om te construeren absolute thermodynamische temperatuur. Als een van de isotherme processen van de Carnot-cyclus Q 3 (\displaystyle Q_(3)) wordt uitgevoerd bij de temperatuur van het tripelpunt van water (referentiepunt), willekeurig ingesteld ─ T 3 = 273, 16 K, (\ displaystyle T_(3)=273(, )16\,K,) dan wordt elke andere temperatuur bepaald door de formule T = 273, 16 Q Q 3 (\displaystyle T=273(,)16(\frac (Q)( Q_(3)))). De op deze manier vastgestelde temperatuurschaal wordt genoemd thermodynamische Kelvin-schaal. Helaas is de nauwkeurigheid van het meten van de hoeveelheid warmte laag, waardoor de hierboven beschreven methode in de praktijk niet kan worden geïmplementeerd.

2. Er kan een absolute temperatuurschaal worden geconstrueerd als een ideaal gas als thermometrisch lichaam wordt gebruikt. In feite impliceert de Clapeyron-vergelijking de relatie

T = p VR. (\ Displaystyle T = (\ frac (pV) (R)).)

Als je de druk meet van een gas dat qua eigenschappen bijna ideaal is en zich in een afgesloten vat met constant volume bevindt, dan kun je op deze manier een temperatuurschaal opstellen, die wordt genoemd Ideaal gas. Het voordeel van deze schaal is dat de druk van een ideaal gas bij V = c O n s t (\displaystyle V=const) lineair varieert met de temperatuur. Omdat zelfs zeer ijle gassen qua eigenschappen enigszins verschillen van een ideaal gas, gaat de implementatie van de ideale gasschaal met bepaalde problemen gepaard.

3. Verschillende leerboeken over thermodynamica leveren bewijs dat de temperatuur gemeten op de ideale gasschaal samenvalt met de thermodynamische temperatuur. Er moet echter een voorbehoud worden gemaakt: ondanks het feit dat de thermodynamische en ideale gasschalen numeriek absoluut identiek zijn, is er vanuit kwalitatief oogpunt een fundamenteel verschil tussen beide. Alleen de thermodynamische schaal is absoluut onafhankelijk van de eigenschappen van de thermometrische substantie.

4. Zoals reeds aangegeven is de nauwkeurige reproductie van de thermodynamische schaal, evenals de ideale gasschaal, beladen met ernstige problemen. In het eerste geval is het noodzakelijk om zorgvuldig de hoeveelheid warmte te meten die wordt aangevoerd en afgevoerd bij de isotherme processen van een ideale warmtemotor. Dit soort meting is onnauwkeurig. Reproductie van de thermodynamische (ideale gas) temperatuurschaal in het bereik van 10 tot 1337 K is mogelijk met behulp van een gasthermometer. Bij hogere temperaturen is de diffusie van echt gas door de wanden van de tank merkbaar, en bij temperaturen van enkele duizenden graden vallen polyatomaire gassen uiteen in atomen. Bij nog hogere temperaturen ioniseren echte gassen en veranderen ze in plasma, wat niet voldoet aan de Clapeyron-vergelijking. De laagste temperatuur die kan worden gemeten door een gasthermometer gevuld met helium bij lage druk is 1 K. Om temperaturen te meten die verder gaan dan de mogelijkheden van gasthermometers, worden speciale meetmethoden gebruikt. Zie meer details. Thermometrie.

Bepaling van het stolpunt

De belangrijkste verstoringen in het brandstoftoevoersysteem bij lage temperaturen houden verband met het troebelingspunt en het vloeipunt van de brandstof. In tegenstelling tot benzine kunnen dieselbrandstoffen vrij veel koolwaterstoffen met een hoog smeltpunt bevatten, voornamelijk paraffinehoudende (alkaan) en aromatische koolwaterstoffen.

Naarmate de temperatuur daalt, vallen de meest smeltende koolwaterstoffen uit de brandstof in de vorm van kristallen van verschillende vormen, en wordt de brandstof troebel. De hoogste temperatuur waarbij de brandstof zijn transparantie verliest, wordt genoemd wolk punt. Tegelijkertijd verliest de brandstof zijn vloeibaarheid niet. De viscositeitswaarde neemt enigszins toe bij toenemende temperatuur, maar de kristallen, die door het grove filter dringen, vormen op het fijne filter een film die ondoordringbaar is voor brandstof, wat leidt tot een stop in de brandstoftoevoer. Het troebelingspunt moet in de regel 3-5 °C onder de omgevingstemperatuur liggen. Bij verdere afkoeling van de dieselbrandstof smelten individuele kristallen samen tot een frame dat de gehele brandstof doordringt en bindt. De brandstof verliest zijn vloeibaarheid.

Bij verdere afkoeling van de brandstof beginnen kristallen van hoogsmeltende koolwaterstoffen zich te verenigen, waardoor een ruimtelijk rooster ontstaat in de cellen waarvan vloeibare koolwaterstoffen achterblijven. Vervolgens wordt de resulterende structuur zo versterkt dat de brandstof zijn vloeibaarheid verliest - hij stolt. De hoogste temperatuur waarbij de brandstof vloeibaarheid verliest, wordt het vloeipunt genoemd. De temperatuur moet 8-12 °C onder de omgevingstemperatuur liggen. Gietpunt Er wordt rekening gehouden met de temperatuur waarbij dieselbrandstof die in een reageerbuis wordt gegoten, wanneer deze onder bepaalde omstandigheden wordt afgekoeld, de positie van de meniscus niet binnen 1 minuut verandert wanneer de reageerbuis onder een hoek van 45° ten opzichte van de verticaal wordt gekanteld (GOST 20287- 91). Het vloeipunt van dieselbrandstof is een voorwaardelijke waarde en dient slechts als leidraad voor het bepalen van de voorwaarden voor het gebruik van de brandstof.

Apparatuur: apparaat voor het bepalen van het troebelingspunt van brandstof; laboratorium statief; reagentia voor het koelen van mengsels (zoutijs voor temperaturen tot min 20 °C; alcohol en kooldioxide - droogijs - voor temperaturen onder min 20 °C); reageerbuis; brandstofmonster; zwavelzuur.

Rijst. 2.3. Inrichting voor het bepalen van het troebelingspunt en vloeipunt van brandstof: 1 - externe reageerbuis; 2 - interne reageerbuis; 3 - stekker; 4 - thermometer; 5 - roerder

Werkorder:

De essentie van het bepalen van het troebelingspunt van brandstof is om deze diep af te koelen en visueel veranderingen in de toestand ervan waar te nemen. De essentie van het bepalen van het vloeipunt is het diep afkoelen van de brandstof tot het punt van verlies van mobiliteit.

1. Meng de te testen brandstof grondig en giet deze in de binnenste reageerbuis tot aan de markering (40 mm vanaf de onderkant is er een markering). Sluit de reageerbuis af met een kurken stop en een thermometer. Plaats de thermometer zo dat het kwikbolletje zich in de reageerbuis bevindt, op een afstand van 15 mm van de bodem en op gelijke afstand van de wanden.

2. Giet de testbrandstof in een andere reageerbuis, die als transparantenstandaard wordt gebruikt.

3. Vul het apparaatvat met een koelmengsel, waarvan het niveau 30-40 mm boven het brandstofniveau in de reageerbuis moet worden gehouden. De temperatuur van het koelvloeistofmengsel moet tijdens het testen altijd 15 ± 2 °C onder de temperatuur van de geteste brandstof liggen.

4. Zet de binnenband met brandstof en thermometer vast in de buitenband. Om beslaan van de binnenwanden te voorkomen, wordt 0,5-1,0 ml zwavelzuur tussen de reageerbuizen gegoten.

5. Plaats het gemonteerde apparaat in het koelmengsel. Roer de brandstof voortdurend tijdens het afkoelen.

6. 5 °C vóór het verwachte troebelingspunt, verwijder de reageerbuis uit het koelmengsel, veeg snel af met watten gedrenkt in alcohol en vergelijk met de standaard. De duur van de vergelijkingsbepaling bedraagt ​​maximaal 12 s.

7. Als de brandstof niet is veranderd in vergelijking met de transparante standaard, wordt de reageerbuis opnieuw in het vat van het apparaat neergelaten en wordt elke graad verder geobserveerd, waardoor de temperatuur van de brandstof wordt verlaagd. Deze vergelijkende waarnemingen met een transparante standaard worden uitgevoerd totdat de brandstof begint te verschillen van de standaard, d.w.z. wanneer er troebelheid in verschijnt. Wanneer u het troebelingspunt van een onbekend brandstofmonster bepaalt, stelt u eerst de waarden van deze temperaturen vast door de toestand van de brandstof elke 5 °C te observeren.

8. Om het vloeipunt van brandstof te bepalen in overeenstemming met de punten 1 en 2, moet u een apparaat voorbereiden met als test gedehydrateerde (met vers gecalcineerde calciumchloride) brandstof. Plaats het voorbereide apparaat in een vat met koelvloeistof. De temperatuur van het koelvloeistofmengsel moet 5 °C onder het verwachte vloeipunt van de brandstof liggen.

9. Zonder het uit het koelmengsel te halen, kantelt u het apparaat onder een hoek van 45° en houdt u het gedurende één minuut in deze positie, totdat de testbrandstof in de reageerbuis een temperatuur bereikt die overeenkomt met het vloeipunt.

10. Haal de reageerbuis uit het koelmengsel, veeg de wanden af ​​met watten gedrenkt in alcohol en kijk of de brandstofmeniscus is verschoven. Als de meniscus niet is verschoven, blijft de brandstof bevroren en omgekeerd. Als de brandstoftemperatuur niet eens bij benadering bekend is, wordt elke 5 °C daling van de brandstoftemperatuur een meniscusverplaatsingstest uitgevoerd. In dit geval wordt de mengseltemperatuur 4-5° onder de brandstoftemperatuur gehouden. Na de test plaatst u het apparaat en de werkplek terug in hun oorspronkelijke positie. Vergelijk de resulterende temperatuur met GOST-indicatoren.

Bepaling van het cetaangetal van dieselbrandstof door berekeningsmethode

Het vermogen van dieselbrandstof om zichzelf te ontbranden wordt beoordeeld aan de hand van het cetaangetal (CN). De methode voor het beoordelen van de zelfontbranding van brandstoffen voor snelle dieselmotoren is vergelijkbaar met de methode voor het beoordelen van de detonatieweerstand van benzine. Er worden twee koolwaterstoffen gekozen als referentiebrandstoffen voor het bepalen van de zelfontbranding: cetaan C16H34 en alfamethylnaftaleen C10H7CH3. De spontane ontbranding van de eerste koolwaterstof wordt conventioneel genomen als 100, de tweede als 0. Door ze te mengen, kun je een mengsel verkrijgen met een spontane ontbranding van 0 tot 100. Dus cetaangetal wordt een voorwaardelijke indicator genoemd, numeriek gelijk aan het percentage cetaan in het mengsel met alfamethylnaftaleen, wat in termen van spontane ontbranding overeenkomt met het testmonster.

Het cetaangetal van dieselbrandstof wordt bepaald door de flash-coïncidentiemethode (Fig. 2.4).

Voor een probleemloze werking van moderne motoren is brandstof nodig met een cetaangetal van minimaal 45 in de zomer en 50 in de winter. Met een cetaangetal onder de 45 werken dieselmotoren hard, vooral in de winter, en boven de 45 - zacht. Het gebruik van brandstoffen met een cetaangetal boven de 60 is echter niet rendabel, omdat de bedrijfssterkte onbeduidend verandert en het specifieke brandstofverbruik toeneemt. Dit laatste wordt verklaard door het feit dat wanneer de centrale frequentie boven de 55 komt, de ontstekingsvertragingstijd (de tijd vanaf het moment dat de brandstof aan de motorcilinder wordt toegevoerd tot het begin van de verbranding) zo klein is dat de brandstof nabij het mondstuk ontbrandt. , en de lucht die zich verder van de injectieplaats bevindt, neemt vrijwel niet deel aan de procesverbranding. Als gevolg hiervan verbrandt de brandstof niet volledig en neemt het motorrendement af.

Dieselbrandstof zorgt niet altijd voor de noodzakelijke zelfontbranding, dus het is nodig om het cetaangetal te verhogen. Er zijn twee hoofdmethoden: het veranderen van de chemische samenstelling en het introduceren van speciale additieven.

Wat de betrouwbaarheid van een koude motorstart bij verschillende omgevingstemperaturen betreft, hangt deze in grotere mate af van het motorontwerp en de startmodus dan van de CN van de brandstof. Bij temperaturen in de verbrandingskamer onder de 350-400 °C kan het brandbare mengsel niet meer ontbranden. Het minimale starttoerental van de dieselkrukas moet 100-120 min-1 zijn. En hoe hoger de startfrequentie, hoe hoger de temperatuur van de perslucht, en dus de voorwaarden voor het starten van de motor.

Het cetaangetal is afhankelijk van het gehalte en de structuur van de koolwaterstoffen waaruit de dieselbrandstof bestaat. De cetaangetallen van alkanen zijn het hoogst; aromatische koolwaterstoffen hebben de laagste getallen. De koolwaterstoffen in dieselbrandstof zijn als volgt gerangschikt volgens het centrale nummer: 1 - alkanen, 2 - cycloalkanen, 3 - isoalkanen, 4 - aromatische koolwaterstoffen. Een toename van het aantal koolstofatomen in koolwaterstofmoleculen leidt tot een toename van het cetaangetal. Een toename van het gehalte aan n-alkanen leidt dus tot een toename van de CN. N-alkanen hebben echter een hoge kristallisatietemperatuur, wat leidt tot een verslechtering van de eigenschappen van dieselbrandstof bij lage temperaturen.

De introductie van speciale zuurstofhoudende additieven in dieselbrandstof vergemakkelijkt de gemakkelijke afgifte van actieve zuurstof. Dergelijke additieven omvatten organische peroxiden, esters van salpeterzuur, die bij binnenkomst in de verbrandingskamer de vorming van peroxiden versnellen, waarvan de ontleding het proces van zelfontbranding versnelt. De toevoeging van 1% isopropylnitraat verhoogt dus het centrale aantal met 10-12 eenheden en verbetert de starteigenschappen van dieselmotoren in de winter. Er bestaat een empirisch verband tussen het cetaangetal van een brandstof en het octaangetal ervan.

CN = 60 - OC / 2, (2,4)

waarbij CN het cetaangetal is; OC - ​​octaangetal.

Hoe hoger het octaangetal, hoe lager het cetaangetal en omgekeerd. Daarom leidt het toevoegen van benzinefracties aan dieselbrandstof altijd tot een verlaging van het cetaangetal.

Het cetaangetal kan bij benadering worden berekend met behulp van de formule (het resulterende resultaat verschilt 2-3 eenheden van het werkelijke resultaat):

Ts.Ch. = 1,5879 · (ν 20 + 17,8) / ρ 20, (2,5)

waarbij v 20 de brandstofviscositeit in cSt bij 20°C is; ρ 20 - brandstofdichtheid bij 20°C, g/cm3.

Wat is temperatuur?

Antwoorden als “meting van lichaamswarmte” worden niet geaccepteerd))))))

Vitalik Oboechov

Temperatuur (van het Latijnse temperatura - juiste menging, normale toestand) is een fysieke grootheid die bij benadering de gemiddelde kinetische energie karakteriseert van deeltjes van een macroscopisch systeem per vrijheidsgraad, dat zich in een staat van thermodynamisch evenwicht bevindt.
In het SI-systeem wordt de temperatuur gemeten in Kelvin. Maar in de praktijk worden graden Celsius vaak gebruikt vanwege hun verband met belangrijke kenmerken van water: de smelttemperatuur van ijs (0 ° C) en het kookpunt (100 ° C). Dit is handig omdat de meeste klimaatprocessen, processen bij wilde dieren, enz. met dit bereik verband houden.
Er zijn ook Fahrenheit-schalen en enkele andere.
Temperatuur is, vanuit moleculair kinetisch oogpunt, een fysieke grootheid die de intensiteit van de chaotische, thermische beweging van de gehele reeks deeltjes in het systeem karakteriseert en evenredig is aan de gemiddelde kinetische energie van de translatiebeweging van één deeltje.
De relatie tussen kinetische energie, massa en snelheid wordt uitgedrukt door de volgende formule:
Ek = 1/2m v2
Deeltjes met dezelfde massa en dezelfde snelheid hebben dus ook dezelfde temperatuur.
De gemiddelde kinetische energie van een deeltje houdt verband met de thermodynamische temperatuur van de constante van Boltzmann:
Eav = i/2kBT
Waar:
i - aantal vrijheidsgraden
kB = 1,380 6505(24) × 10−23 J/K - Boltzmann-constante
T- temperatuur;
Temperatuur is het omgekeerde van de verandering in entropie (mate van wanorde) van een systeem wanneer een eenheid hoeveelheid warmte aan het systeem wordt toegevoegd: 1/T = ΔS/ΔQ.
[bewerken] Geschiedenis van de thermodynamische benadering
Het woord ‘temperatuur’ ontstond in die tijd toen mensen geloofden dat meer verwarmde lichamen een grotere hoeveelheid van een speciale stof – calorieën – bevatten dan minder verwarmde. Daarom werd temperatuur gezien als de sterkte van een mengsel van lichaamsmaterie en calorieën. Om deze reden worden de meeteenheden voor de sterkte van alcoholische dranken en temperatuur hetzelfde genoemd: graden.
In een evenwichtstoestand heeft de temperatuur dezelfde waarde voor alle macroscopische delen van het systeem. Als twee lichamen in een systeem dezelfde temperatuur hebben, is er geen overdracht van kinetische energie van deeltjes (warmte) tussen hen. Als er een temperatuurverschil is, verplaatst warmte zich van een lichaam met een hogere temperatuur naar een lichaam met een lagere temperatuur, omdat de totale entropie toeneemt.
Temperatuur wordt ook geassocieerd met de subjectieve sensaties van ‘warm’ en ‘koud’, gerelateerd aan de vraag of levend weefsel warmte afgeeft of ontvangt.
Sommige kwantummechanische systemen kunnen zich in een toestand bevinden waarin de entropie niet toeneemt, maar afneemt met de toevoeging van energie, wat formeel overeenkomt met een negatieve absolute temperatuur. Dergelijke toestanden bevinden zich echter niet ‘onder het absolute nulpunt’, maar ‘boven het oneindige’, omdat wanneer een dergelijk systeem in contact komt met een lichaam met een positieve temperatuur, er energie wordt overgedragen van het systeem naar het lichaam, en niet andersom (want meer details, zie Kwantumthermodynamica).
De eigenschappen van temperatuur worden bestudeerd door de tak van de natuurkunde - thermodynamica. Temperatuur speelt ook een belangrijke rol in veel wetenschapsgebieden, waaronder andere takken van de natuurkunde, maar ook in de scheikunde en biologie.

Bever

Als het “op vingers” is, dan is het een maatstaf voor de gemiddelde energie van deeltjes van een stof. Als we het hebben over een gas of vloeistof - kinetische energie, als het over een vaste stof gaat, dan is de energie van trillingen van deeltjes in het rooster.
Belangrijk hierbij is dat dit een maatstaf is voor de gemiddelde energie, d.w.z. als er te weinig deeltjes zijn, dan verliest het begrip temperatuur zijn betekenis. In de ruimte bijvoorbeeld: daar zweven allerlei deeltjes rond, maar het zijn er te weinig om het gemiddelde van de energieën zinvol te maken.

Dmitry D.

Beaver schreef in principe correct: alleen trillingen van deeltjes in een rooster zijn ook kinetische energie. , dus de kortste definitie is:
temperatuur is een maatstaf voor de gemiddelde kinetische energie van de structurele deeltjes van een stof.

Temperatuur is eenvoudig!

Temperatuur

Temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van moleculen.
Temperatuur karakteriseert de mate van verwarming van lichamen.

Temperatuurmeetapparaat - thermometer.
Operatie principe thermometer:
Bij het meten van de temperatuur wordt gebruik gemaakt van de afhankelijkheid van de verandering in een macroscopische parameter (volume, druk, elektrische weerstand, enz.) van een stof van de temperatuur.
Bij vloeistofthermometers is dit een verandering in het vloeistofvolume.
Wanneer twee media met elkaar in contact komen, wordt energie overgedragen van de meer verwarmde omgeving naar de minder verwarmde omgeving.
Tijdens het meetproces bereiken de lichaamstemperatuur en de thermometer een toestand van thermisch evenwicht.

Vloeistofthermometers

In de praktijk worden vaak vloeistofthermometers gebruikt: kwik (in het bereik van -35 o C tot +750 o C) en alcohol (van -80 o C tot +70 o C).
Ze gebruiken de eigenschap van een vloeistof om het volume ervan te veranderen wanneer de temperatuur verandert.
Elke vloeistof heeft echter zijn eigen kenmerken van volumeverandering (expansie) bij verschillende temperaturen.
Als gevolg van het vergelijken van bijvoorbeeld de meetwaarden van kwik- en alcoholthermometers zal er slechts op twee punten een exacte match zijn (bij temperaturen van 0 o C en 100 o C).
Gasthermometers hebben deze nadelen niet.

Gasthermometers

De eerste gasthermometer is gemaakt door de Franse natuurkundige J. Charles.

Voordelen gasthermometer:
- Er wordt gebruik gemaakt van een lineaire afhankelijkheid van de verandering in gasvolume of -druk van de temperatuur, die voor alle gassen geldt
- meetnauwkeurigheid van 0,003 o C tot 0,02 o C
- temperatuurbereik van -271 o C tot +1027 o C.

Thermisch evenwicht

Wanneer twee lichamen met verschillende temperaturen met elkaar in contact komen, wordt interne energie overgedragen van het meer verwarmde lichaam naar het minder verwarmde lichaam, en worden de temperaturen van beide lichamen gelijk gemaakt.
Er ontstaat een toestand van thermisch evenwicht, waarin alle macroparameters (volume, druk, temperatuur) van beide lichamen vervolgens onveranderd blijven onder constante externe omstandigheden.

Thermisch evenwicht is een toestand waarin alle macroscopische parameters voor onbepaalde tijd onveranderd blijven.
De toestand van thermisch evenwicht van een systeem van lichamen wordt gekenmerkt door temperatuur: alle lichamen van het systeem die met elkaar in thermisch evenwicht zijn, hebben dezelfde temperatuur.
Er is vastgesteld dat bij thermisch evenwicht de gemiddelde kinetische energie van de translatiebeweging van de moleculen van alle gassen hetzelfde is, d.w.z.

Voor ijle (ideale) gassen de waarde

en is dus alleen afhankelijk van de temperatuur

waarbij k de constante van Boltzmann is

Deze afhankelijkheid maakt het mogelijk een nieuwe temperatuurschaal te introduceren: een absolute temperatuurschaal die niet afhankelijk is van de stof die wordt gebruikt om de temperatuur te meten.

Absolute temperatuurschaal

Geïntroduceerd door de Engelse natuurkundige W. Kelvin
- geen negatieve temperaturen

SI-eenheid van absolute temperatuur: [T] = 1K (Kelvin)
De nultemperatuur van de absolute schaal is het absolute nulpunt (0K = -273 o C), de laagste temperatuur in de natuur. Momenteel is de laagste temperatuur bereikt: 0,0001K.
De waarde van 1K is gelijk aan 1 o C.

Verband tussen de absolute schaal en de Celsius-schaal

Herinneren! In formules wordt de absolute temperatuur aangegeven met de letter “T”, en de temperatuur op de schaal van Celsius met de letter “t”.

Na het introduceren van de absolute temperatuur krijgen we nieuwe uitdrukkingen voor formules:

Gemiddelde kinetische energie van translatiebeweging van moleculen

Gasdruk - de basisvergelijking van MKT

Gemiddelde vierkante snelheid van moleculen

Temperatuur is een fysieke grootheid die de toestand van thermodynamisch evenwicht van een macroscopisch systeem karakteriseert. De temperatuur is hetzelfde voor alle delen van een geïsoleerd systeem dat zich in thermodynamisch evenwicht bevindt. Als een geïsoleerd thermodynamisch systeem niet in evenwicht is, leidt de overgang van energie (warmteoverdracht) van meer verwarmde delen van het systeem naar minder verwarmde delen van het systeem na verloop van tijd tot temperatuurvereffening door het hele systeem (nulwet van de thermodynamica). Onder evenwichtsomstandigheden is de temperatuur evenredig met de gemiddelde kinetische energie van de deeltjes van het lichaam.

De temperatuur kan niet rechtstreeks worden gemeten. Een temperatuurverandering wordt beoordeeld aan de hand van veranderingen in andere fysische eigenschappen van lichamen (volume, druk, elektrische weerstand, emf, stralingsintensiteit, enz.) die er op unieke wijze mee verband houden (de zogenaamde thermodynamische eigenschappen). Elke methode voor het meten van temperatuur omvat het definiëren van een temperatuurschaal.

Methoden voor het meten van de temperatuur zijn verschillend voor verschillende bereiken van gemeten temperaturen, ze zijn afhankelijk van de meetomstandigheden en de vereiste nauwkeurigheid. Ze kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdgroepen: contact en niet-contact. Contactmethoden worden gekenmerkt door het feit dat het apparaat dat de temperatuur van het medium meet ermee in thermisch evenwicht moet zijn, d.w.z. dezelfde temperatuur hebben als zij. De belangrijkste componenten van alle instrumenten voor het meten van temperatuur zijn het gevoelige element, waar de thermometrische eigenschap wordt gerealiseerd, en het meetapparaat dat bij het element hoort.

Volgens de moleculaire kinetische theorie van een ideaal gas is temperatuur een grootheid die de gemiddelde kinetische energie van de translatiebeweging van moleculen van een ideaal gas karakteriseert. Rekening houdend met de thermodynamische betekenis van temperatuur, kunnen we de meting van de temperatuur van welk lichaam dan ook reduceren tot de meting van de gemiddelde kinetische energie van de moleculen van een ideaal gas.

In de praktijk wordt echter niet de energie van moleculen gemeten aan de hand van hun snelheid, maar aan de gasdruk, die recht evenredig is met de energie.

Volgens de moleculaire kinetische theorie van een ideaal gas, de temperatuur T is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van translatiebeweging van moleculen:

Waar
J/C– Boltzmann-constante;

T– absolute temperatuur in Kelvin.

De basisvergelijking van de moleculaire kinetische theorie van een ideaal gas, waarmee de afhankelijkheid van druk wordt vastgesteld van de kinetische energie van translatiebeweging van gasmoleculen, heeft de vorm:

, (2)

Waar – het aantal moleculen per volume-eenheid, d.w.z. concentratie.

Met behulp van vergelijking (1) en (2) verkrijgen we de afhankelijkheid

(3)

tussen druk en temperatuur, waardoor we kunnen vaststellen dat de druk van een ideaal gas evenredig is met de absolute temperatuur en concentratie van moleculen, waarbij

(4)

Temperatuurmeting is gebaseerd op de volgende twee experimentele feiten:

a) als er twee lichamen zijn, die elk in thermisch evenwicht zijn met hetzelfde derde lichaam, dan hebben alle drie de lichamen dezelfde temperatuur;

b) een temperatuurverandering gaat altijd gepaard met een voortdurende verandering in ten minste één van de parameters, de temperatuur zelf niet meegerekend, die de toestand van het lichaam kenmerkt, bijvoorbeeld: volume, druk, elektrische geleidbaarheid, enz. De eerste van Dankzij deze voorzieningen kunt u de temperaturen van verschillende lichamen vergelijken zonder ze zelf met elkaar in contact te brengen.

Met de tweede positie kunt u een van de parameters als thermometrisch selecteren.

In het algemeen wordt temperatuur gedefinieerd als de afgeleide van de energie als geheel met betrekking tot de entropie ervan. De op deze manier gedefinieerde temperatuur is altijd positief (aangezien kinetische energie altijd positief is), wordt deze temperatuur of temperatuur op de thermodynamische temperatuurschaal genoemd en wordt aangegeven T. De SI-eenheid (International System of Units) van absolute temperatuur is Kelvin ( NAAR). Zie "Inleiding". Temperatuur wordt vaak gemeten op de schaal van Celsius (
), waarmee het geassocieerd is T (NAAR) gelijkwaardigheid

;
(5)

Waar
– thermische coëfficiënt van volumetrische uitzetting van gas.