Snímače teploty. Část první Trocha teorie a historie

Co je teplota

Než začnete příběh o teplotních čidlech, měli byste pochopit, co to je teplota z hlediska fyziky. Proč lidské tělo cítí změnu teploty, proč říkáme, že dnes je teplo nebo jen horké, a další den je chladno nebo dokonce chladno.

Termín teplota pochází z latinského slova teplota, což v překladu znamená normální stav nebo správné přemístění. Jako fyzikální veličina, teplota charakterizuje vnitřní energii látky, stupeň mobility molekul, kinetickou energii částic ve stavu termodynamické rovnováhy.

Příkladem je vzduch, jehož molekuly a atomy se pohybují náhodně. Když se rychlost pohybu těchto částic zvyšuje, říkají, že teplota vzduchu je vysoká, vzduch je teplý nebo dokonce horký. Například v chladném dni je rychlost částic vzduchu nízká, což se cítí jako příjemná chladnost nebo dokonce „psí zima“. Je třeba poznamenat, že rychlost částic vzduchu nezávisí na rychlosti větru! To je úplně jiná rychlost.

To je to, co se týká vzduchu, v něm se molekuly mohou volně pohybovat, ale co kapalná a pevná těla? V nich také existuje tepelný pohyb molekul, i když v menší míře než ve vzduchu. Jeho změna je ale znatelná, což určuje teplotu tekutin a pevných látek.

Molekuly se pohybují i ​​při teplotě tání ledu, stejně jako při záporné teplotě. Například rychlost molekuly vodíku při nulové teplotě je 1950 m / s. Každou sekundu na 16 cm ^ 3 vzduchu dochází ke srážce molekul tisíc miliard. S rostoucí teplotou se zvyšuje mobilita molekul, zvyšuje se počet kolizí.

Je však třeba poznamenat, že teplota a vřele podstata není totéž. Jednoduchý příklad: běžný plynový sporák v kuchyni má velké a malé hořáky, ve kterých se spaluje stejný plyn. Teplota spalování plynu je stejná, takže i teplota samotných hořáků je stejná. Stejný objem vody, jako je konvice nebo kbelík, se však bude vařit rychleji na velkém hořáku než na malém. Je to proto, že velký hořák produkuje více tepla, spaluje více plynu za jednotku času nebo má více energie.

Jak zjistit množství tepla, v jakých jednotkách? Ve školním kurzu fyziky je mnoho problémů věnovaných ohřevu a vroucí vodě, které jsou velmi poučné a zajímavé, a to i v procesu řešení.

Na jednotku odebrané tepelné energie kalorie. Toto množství tepla poskytuje ohřev 1 gramu (cm3) vody na 1 ° C (1 stupeň Celsia). Teplota fyzického těla ve stupních odráží úroveň jeho tepelné energie. K měření použité teploty teploměryčasto zmiňované teploměry.

Pokud mají dvě tělesná těla stejnou teplotu, nedochází při jejich připojení k přenosu tepla. Má-li jedno z těles vyšší teplotu, pak když je připojeno k chladnému tělesu, teplota chladu se zvyšuje a naopak. Nejjednodušší způsob, jak to ověřit při míchání tekutin: v každodenním životě museli všichni, alespoň v lázni, smíchat horkou a studenou vodu, aby dosáhli požadované teploty.

Teplotní stupnice

Jak víte, existuje několik stupnice měření teploty. Jak to lze vysvětlit, protože teplota je stejná, ale na různých stupních úplně jiná?

Takové neshody nejsou jedinečné pro teplotu.Koneckonců byla stejná hmotnost za starých časů měřena v librách a librách a nyní v gramech a kilogramech, to samé s lineárními rozměry: milimetry, metry, palce, stopy a velmi staré sáhy a lokty.

Stručná historie vývoje teplotních stupnic

Nejvíce první teploměr byl vynalezen slavným italským středověkým učencem Galileo Galilei (1564-1642). Provoz zařízení byl založen na fenoménu změn objemu plynu během ohřevu a chlazení. Tento teploměr postrádal přesnou stupnici vyjadřující teplotu v numerické podobě, takže výsledek měření byl velmi nepřesný.

Přesnější přístroje pro měření teploty byly navrženy německým fyzikem Gabriel Fahrenheit (1686-1736), který se v roce 1709 vyvinul alkoholový teploměra v r. 1714 rtuti. Teplotní stupnice byla pojmenována pro vynálezce stupnice Fahrenheita.

Dolní referenční bod této stupnice (0 ° F) byl bod tuhnutí solného roztoku. Právě tato teplota v té vzdálené době byla nejnižší, kterou bylo možné reprodukovat s dostatečnou přesností. Nejvyšším bodem byla teplota lidského těla (96 ° F), „měřeno pod paží zdravého Angličana“.

V té době žil Fahrenheit v Anglii a objevil se zde. Proto v anglicky mluvících zemích byla Fahrenheitova stupnice používána po dlouhou dobu, v moderní době se země anglické kultury také změnily na stupnice Celsia. Lékařské teploměry v těchto zemích stále používají stupnice Fahrenheita.

Další teplotní stupnici v roce 1730 navrhl francouzský vědec Rene Reaumur (1683-1757), který byl v roce 1737 uznán za čestného člena Petrohradské akademie věd. Proto se v Rusku pro měření teploty začaly používat teploměry s Reaumurova stupnice.

Stejné jako celsius měřítko, tato stupnice měla dva referenční body - teplotu tání ledu a bod varu vody. Jeden stupeň takové stupnice byl získán rozdělením celé stupnice na 80 dílů - stupňů. Toto měřítko bylo používáno jen několik desetiletí, poté se stalo zastaralým.

V roce 1742 švédský fyzik Anders Celsius (1701-1744) navrhl známou desítkovou teplotní stupnici. Používá stejné referenční body jako Reaumur, pouze měřítko je rovnoměrně rozděleno na 80, ale na 100 divizí. Jeden stupeň stupnice Celsia je tedy 1/100 rozdílu teplot varu a mrazu vody.

Nejnovější teplotní stupnici navrhl Angličan William Thomson (1824-1907), který za vědecké zásluhy získal v roce 1866 titul barona Kelvina. Kelvinova stupnice Stále se používá jako hlavní standard moderní termometrie. V této stupnici se za referenční bod považuje absolutní nula (-273,15 ° C).

Podle Kelvinovy ​​teorie se při této teplotě zastaví jakýkoli tepelný pohyb. Při této teplotě mají všechny vodiče nulový odpor vůči elektrickému proudu, fenomén supravodivosti. Takovou teplotu ještě nikdo nedosáhl, existuje pouze teoreticky.

Čtěte dále v následujícím článku.

Boris Aladyshkin, bgv.electricianexp.com

Pokračování série článků:

- Snímače teploty. Termistory

- Snímače teploty. Termočlánky

- Několik dalších typů teplotních senzorů: polovodičové senzory, senzory pro mikrokontroléry

- Jak mohu získat elektřinu pomocí běžného plynu pro domácnost?