Αισθητήρες θερμοκρασίας. Μέρος πρώτο Λίγη θεωρία και ιστορία

Τι είναι η θερμοκρασία

Πριν ξεκινήσετε την ιστορία σχετικά με τους αισθητήρες θερμοκρασίας, θα πρέπει να καταλάβετε τι είναι από την άποψη της φυσικής. Γιατί το ανθρώπινο σώμα αισθάνεται μια αλλαγή στη θερμοκρασία, γιατί λέμε ότι σήμερα είναι ζεστό ή ζεστό και την επόμενη μέρα είναι δροσερό ή ακόμα και κρύο.

Ο όρος θερμοκρασία προέρχεται από τη λατινική λέξη λέξη, η οποία σε μετάφραση σημαίνει κανονική κατάσταση ή σωστή μετατόπιση. Ως φυσική ποσότητα, η θερμοκρασία χαρακτηρίζει την εσωτερική ενέργεια μιας ουσίας, τον βαθμό κινητικότητας των μορίων, την κινητική ενέργεια των σωματιδίων σε κατάσταση θερμοδυναμικής ισορροπίας.

Ένα παράδειγμα είναι ο αέρας, του οποίου τα μόρια και τα άτομα κινούνται τυχαία. Όταν η ταχύτητα κίνησης αυτών των σωματιδίων αυξάνεται, λένε ότι η θερμοκρασία του αέρα είναι υψηλή, ο αέρας είναι ζεστός ή ακόμα και ζεστός. Σε μια κρύα μέρα, για παράδειγμα, η ταχύτητα των σωματιδίων του αέρα είναι μικρή, η οποία αισθάνεται σαν ευχάριστη δροσιά ή ακόμα και "κρύο σκυλί". Πρέπει να σημειωθεί ότι η ταχύτητα των σωματιδίων του αέρα δεν εξαρτάται από την ταχύτητα του ανέμου! Αυτή είναι μια εντελώς διαφορετική ταχύτητα.

Αυτό είναι που αφορά τον αέρα, σε αυτό τα μόρια μπορούν να κινούνται ελεύθερα, αλλά τι γίνεται με τα υγρά και στερεά σώματα; Σε αυτά, η θερμική κίνηση των μορίων υπάρχει επίσης, αν και σε μικρότερη έκταση από ό, τι στον αέρα. Αλλά η αλλαγή του είναι αρκετά αισθητή, η οποία καθορίζει τη θερμοκρασία υγρών και στερεών.

Τα μόρια συνεχίζουν να κινούνται ακόμη και σε θερμοκρασία τήξης πάγου, καθώς και σε αρνητική θερμοκρασία. Για παράδειγμα, η ταχύτητα ενός μορίου υδρογόνου σε μηδενική θερμοκρασία είναι 1950 m / s. Κάθε δευτερόλεπτο σε 16 cm ^ 3 αέρα, χιλιάδες δισεκατομμύρια συγκρούσεις μορίων συμβαίνουν. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η κινητικότητα των μορίων αυξάνεται, ο αριθμός των συγκρούσεων, αντίστοιχα, αυξάνεται.

Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι θερμοκρασία και θερμά η ουσία δεν είναι το ίδιο πράγμα. Ένα απλό παράδειγμα: μια συνηθισμένη σόμπα αερίου στην κουζίνα έχει μεγάλους και μικρούς καυστήρες στους οποίους καίγεται το ίδιο αέριο. Η θερμοκρασία καύσης αερίου είναι η ίδια, επομένως η θερμοκρασία των ίδιων των καυστήρων είναι επίσης η ίδια. Αλλά ο ίδιος όγκος νερού, όπως ένας βραστήρας ή κάδος, θα βράσει γρηγορότερα σε ένα μεγάλο καυστήρα απ 'ότι σε ένα μικρό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένας μεγάλος καυστήρας παράγει περισσότερη θερμότητα, καίει περισσότερο αέριο ανά μονάδα χρόνου ή έχει περισσότερη ισχύ.

Πώς να καθορίσετε την ποσότητα θερμότητας, σε ποιες μονάδες; Στο μάθημα της σχολικής φυσικής υπάρχουν πολλά προβλήματα που σχετίζονται με τη θέρμανση και το βραστό νερό, τα οποία είναι πολύ διδακτικά και ενδιαφέροντα, ακόμα και μόνο στη διαδικασία επίλυσης.

Ανά μονάδα θερμικής ενέργειας αποδεκτή θερμίδες. Αυτή είναι η ποσότητα θερμότητας που παρέχει θέρμανση 1 γραμμαρίου (cm ^ 3) νερού ανά 1 ° C (1 βαθμός Κελσίου). Η θερμοκρασία του φυσικού σώματος σε βαθμούς αντανακλά το επίπεδο της θερμικής του ενέργειας. Για να μετρήσετε τη θερμοκρασία που χρησιμοποιείται θερμόμετρασυχνά αναφέρονται θερμόμετρα.

Εάν δύο φυσικά σώματα έχουν την ίδια θερμοκρασία, τότε όταν συνδέονται, η μεταφορά θερμότητας δεν συμβαίνει. Εάν ένα από τα σώματα έχει υψηλότερη θερμοκρασία, τότε όταν συνδέεται με ένα ψυχρό σώμα, αυξάνεται η θερμοκρασία του κρύου και αντιστρόφως. Ο ευκολότερος τρόπος για να το επιβεβαιώσετε κατά την ανάμιξη υγρών: στην καθημερινή ζωή όλοι έπρεπε, τουλάχιστον στο μπάνιο, να αναμιγνύουν ζεστό και κρύο νερό για να αποκτήσουν την απαιτούμενη θερμοκρασία.

Ζυγαριές θερμοκρασίας

Όπως γνωρίζετε, υπάρχουν πολλά κλίμακες μέτρησης θερμοκρασίας. Πώς μπορεί να εξηγηθεί αυτό, επειδή η θερμοκρασία είναι η ίδια, αλλά σε διαφορετικές κλίμακες εντελώς διαφορετικές;

Τέτοιες διαφωνίες δεν είναι μοναδικές στη θερμοκρασία.Μετά από όλα, το ίδιο βάρος στις παλιές μέρες μετρήθηκε σε λίβρες και κιλά, και τώρα σε γραμμάρια και χιλιόγραμμα, το ίδιο με γραμμικές διαστάσεις: χιλιοστά, μέτρα, ίντσες, πόδια και πολύ παλιές πτέρυγες και αγκώνες.

Σύντομο ιστορικό ανάπτυξης ζυγών θερμοκρασίας

Το περισσότερο πρώτο θερμόμετρο επινοήθηκε από διάσημο ιταλικό μεσαιωνικό μελετητή Galileo Galilei (1564-1642). Η λειτουργία της συσκευής βασίστηκε στο φαινόμενο της αλλαγής του όγκου ενός αερίου κατά τη θέρμανση και την ψύξη. Αυτό το θερμόμετρο δεν είχε ακριβή κλίμακα που εκφράζει τη θερμοκρασία σε αριθμητική μορφή, οπότε το αποτέλεσμα μέτρησης ήταν πολύ ανακριβές.

Πιο ακριβή όργανα μέτρησης της θερμοκρασίας προτάθηκαν από γερμανικό φυσικό Γαβριήλ Φαρενέιτ (1686-1736), η οποία το 1709 αναπτύχθηκε αλκοόλ θερμόμετρο, και το 1714 ο υδράργυρος. Η κλίμακα θερμοκρασίας ονομάστηκε για τον εφευρέτη κλίμακα Fahrenheit.

Το κατώτερο σημείο αναφοράς αυτής της κλίμακας (0 ° F) ήταν το σημείο πήξης του αλατούχου διαλύματος. Ήταν αυτή η θερμοκρασία σε εκείνη την μακρινή εποχή που ήταν η χαμηλότερη που θα μπορούσε να αναπαραχθεί με αρκετή ακρίβεια. Το υψηλότερο σημείο ήταν η θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος (96 ° F), "μετρήθηκε κάτω από το χέρι ενός υγιούς Άγγλου."

Εκείνη την εποχή, ο Φαρενάιτ έζησε στην Αγγλία και εκεί έκανε τις ανακαλύψεις του. Ως εκ τούτου, στις αγγλόφωνες χώρες, η κλίμακα του Fahrenheit έχει χρησιμοποιηθεί από καιρό, οι σύγχρονες χώρες της Αγγλίας έχουν επίσης αλλάξει στην κλίμακα Κελσίου. Τα ιατρικά θερμόμετρα στις χώρες αυτές εξακολουθούν να χρησιμοποιούν την κλίμακα Fahrenheit.

Μια άλλη κλίμακα θερμοκρασίας το 1730 προτάθηκε από Γάλλο επιστήμονα Rene Reaumur (1683-1757), η οποία το 1737 αναγνωρίστηκε ως επίτιμο μέλος της Ακαδημίας Επιστημών της Αγίας Πετρούπολης. Ως εκ τούτου, στη Ρωσία για τη μέτρηση της θερμοκρασίας άρχισαν να χρησιμοποιούν θερμόμετρα με Ζυγαριά κλίμακας.

Ίδιος κλίμακα Celsius, αυτή η κλίμακα είχε δύο σημεία αναφοράς - τη θερμοκρασία τήξης του πάγου και το σημείο βρασμού του νερού. Ένας βαθμός τέτοιας κλίμακας αποκτήθηκε διαιρώντας ολόκληρη την κλίμακα σε 80 μέρη - μοίρες. Αυτή η κλίμακα χρησιμοποιήθηκε μόνο για μερικές δεκαετίες, μετά την οποία κατέστη άνευ αντικειμένου.

Το 1742, ένας Σουηδός φυσικός Anders Celsius (1701-1744) πρότεινε μια οικεία κλίμακα δεκαδικών θερμοκρασιών. Χρησιμοποιεί τα ίδια σημεία αναφοράς με το Reaumur, μόνο η κλίμακα διαιρείται ομοιόμορφα όχι σε 80, αλλά σε 100 τμήματα. Έτσι, ένας βαθμός στην κλίμακα Κελσίου είναι 1/100 της διαφοράς στις θερμοκρασίες βρασμού και κατάψυξης του νερού.

Η τελευταία κλίμακα θερμοκρασίας προτάθηκε από τον Άγγλο William Thomson (1824-1907), η οποία για επιστημονικά προσόντα το 1866 έλαβε τον τίτλο του βαρόνο Κέλβιν. Kelvin Κλίμακα Χρησιμοποιείται ακόμα ως βασικό πρότυπο της σύγχρονης θερμομέτρησης. Σε αυτή την κλίμακα, θεωρείται ως σημείο αναφοράς το απόλυτο μηδέν (-273,15 ° C).

Σύμφωνα με τη θεωρία του Kelvin, σε αυτή τη θερμοκρασία, κάθε θερμική κίνηση παύει. Σε αυτή τη θερμοκρασία, όλοι οι αγωγοί έχουν μηδενική αντίσταση στο ηλεκτρικό ρεύμα, υπεραγωγιμότητα. Μια τέτοια θερμοκρασία δεν έχει επιτευχθεί ακόμα από κανέναν, υπάρχει μόνο θεωρητικά.

Διαβάστε παρακάτω στο επόμενο άρθρο.

Boris Aladyshkin, bgv.electricianexp.com

Συνέχιση της σειράς άρθρων:

- Αισθητήρες θερμοκρασίας. Θερμοστάτες

- Αισθητήρες θερμοκρασίας. Θερμοστοιχεία

- Λίγα περισσότερα είδη αισθητήρων θερμοκρασίας: αισθητήρες ημιαγωγών, αισθητήρες για μικροελεγκτές

- Πώς μπορώ να πάρω ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας συνηθισμένο φυσικό αέριο;