Senzori temperature. Prvi dio Malo teorije i povijesti

Što je temperatura

Prije nego što započnete priču o temperaturnim senzorima, trebali biste razumjeti što je temperatura u smislu fizike, Zašto ljudsko tijelo osjeća promjenu temperature, zašto kažemo da je danas toplo ili samo vruće, a sutradan je hladno ili čak hladno.

Izraz temperatura dolazi od latinske riječi temperatura, što u prijevodu znači normalno stanje ili pravilno pomicanje. Kao fizičku količinu, temperatura karakterizira unutarnju energiju neke tvari, stupanj pokretljivosti molekula, kinetičku energiju čestica u stanju termodinamičke ravnoteže.

Primjer je zrak, čije se molekule i atomi nasumično kreću. Kada se brzina kretanja tih čestica poveća, oni kažu da je temperatura zraka visoka, zrak topao ili čak vruć. Na primjer, hladnog dana, brzina zračnih čestica je mala, što osjeća ugodnu hladnoću ili čak "pseću hladnoću". Treba napomenuti da brzina čestica zraka ne ovisi o brzini vjetra! Ovo je potpuno drugačija brzina.

To se tiče zraka, u njemu se molekule mogu slobodno kretati, ali što je s tekućim i čvrstim tijelima? U njima postoji i toplinsko gibanje molekula, iako u manjoj mjeri nego u zraku. Ali njegova promjena je prilično uočljiva, što određuje temperaturu tekućina i krutih tvari.

Molekule se i dalje kreću čak i pri topljenju leda, kao i pri negativnoj temperaturi. Na primjer, brzina molekule vodika pri nultoj temperaturi je 1950 m / s. Svake sekunde u 16 cm ^ 3 zraka dolazi do tisuće milijardi sudara molekula. S porastom temperature, pokretljivost molekula raste, povećava se broj sudara, odnosno.

Međutim, to treba napomenuti temperatura i vrućina suština nije ista stvar. Jednostavan primjer: obična plinska peć u kuhinji ima velike i male plamenike u kojima se gori isti plin. Temperatura izgaranja plina je ista, pa je i temperatura samih plamenika ista. Ali ista količina vode, poput čajnika ili kante, kuhaće se brže na velikom plameniku nego na malom. To je zbog toga što veliki plamenik proizvodi više topline, sagorijevajući više plina po jedinici vremena ili ima više snage.

Kako odrediti količinu topline, u kojim jedinicama? U školskom tečaju fizike postoji mnogo problema posvećenih grijanju i ključanju vode, koji su vrlo poučni i zanimljivi, čak i samo u procesu rješavanja.

Po jedinici prihvaćene toplinske energije kalorija, Ovo je količina topline koja osigurava zagrijavanje 1 gram (cm ^ 3) vode po 1 ° C (1 stupanj Celzijusa). Temperatura fizičkog tijela u stupnjevima odražava razinu njegove toplinske energije. Za mjerenje korištene temperature termometrina koje se često spominje termometar.

Ako dva fizička tijela imaju istu temperaturu, tada kada se spoje, prijenos topline ne dolazi. Ako jedno od tijela ima višu temperaturu, temperatura hladnoće raste i obrnuto kada je spojena na hladno tijelo. Najlakši način za to provjeriti kod miješanja tekućina: u svakodnevnom životu svi su morali, barem u kadi, miješati toplu i hladnu vodu kako bi postigli potrebnu temperaturu.

Temperaturne ljestvice

Kao što znate, postoji nekoliko vage za mjerenje temperature, Kako se to može objasniti, jer je temperatura ista, ali na različitim mjerilima potpuno različita?

Ovakva neslaganja nisu karakteristična samo za temperaturu.Napokon se ista težina mjerila u kilogramima i kilogramima, a sada u gramima i kilogramima, ista s linearnim dimenzijama: milimetrima, metrima, inčima, stopalima i vrlo starim deblima i laktovima.

Kratka povijest razvoja temperaturnih ljestvica

Najviše prvi termometar izumio je poznati talijanski srednjovjekovni učenjak Galileo Galilei (1564-1642). Djelovanje uređaja temeljilo se na fenomenu promjene volumena plina tijekom zagrijavanja i hlađenja. Na ovom termometru nedostajala je točna skala koja je numerički izražavala temperaturu, tako da je rezultat mjerenja bio vrlo netočan.

Tačnije instrumente za mjerenje temperature predložio je njemački fizičar Gabriel Fahrenheit (1686. - 1736.), koja se 1709. razvila alkoholni termometar, a 1714. živa. Izumiteljica je imenovala temperaturnu skalu Fahrenheit skala.

Donja referentna točka ove ljestvice (0 ° F) bila je točka smrzavanja fiziološke otopine. Upravo je ta temperatura u tom dalekom vremenu bila najniža što se moglo reproducirati s dovoljno točnosti. Najviša točka bila je ljudska tjelesna temperatura (96 ° F), "izmjerena ispod ruke zdravog Engleza".

U to je vrijeme Fahrenheit živio u Engleskoj i upravo je tamo napravio svoja otkrića. Stoga se u zemljama engleskog govornog područja Fahrenheitova ljestvica koristi već duže vrijeme, a u moderno doba zemlje engleske kulture prebacile su se i na Celzijevu ljestvicu. Medicinski termometri u tim zemljama još uvijek koriste Fahrenheitovu skalu.

Još jednu temperaturnu skalu 1730. godine predložio je francuski znanstvenik Rene Reaumur (1683.-1757.), Koja je 1737. bila priznata počasnim članom Sankt Peterburške akademije znanosti. Stoga su u Rusiji za mjerenje temperature počeli koristiti termometre sa Reaumurova ljestvica.

Isto kao celzijeva ljestvica, ova je skala imala dvije referentne točke - temperaturu taljenja leda i vrelište vode. Jedan stupanj takve skale dobiven je dijeljenjem čitave skale na 80 dijelova - stupnjeva. Ta se ljestvica koristila samo nekoliko desetljeća, nakon čega je zastarjela.

1742. švedski fizičar Anders Celzijus (1701.-1744.) Predložio je poznatu decimalnu temperaturnu skalu. Koristi iste referentne točke kao Reaumur, samo je mjerilo ravnomjerno podijeljeno ne na 80, već na 100 odjeljenja. Dakle, jedan stupanj Celzijeve ljestvice je 1/100 razlike u temperaturi ključanja i zamrzavanja vode.

Posljednju ljestvicu temperature predložio je Englez William Thomson (1824. - 1907.), koji je za znanstvene zasluge 1866. dobio titulu baruna Kelvina. Kelvin skala Još uvijek se koristi kao glavni standard moderne termometrije. U toj se skali kao referentna točka uzima apsolutna nula (-273,15 ° C).

Prema Kelvinovoj teoriji, na ovoj temperaturi prestaje svako termičko gibanje. Na ovoj temperaturi svi vodiči imaju nulti otpor prema električnoj struji, superprovodljivost, Takvu temperaturu još nitko nije postigao, ona postoji samo teoretski.

Pročitajte u sljedećem članku.

Boris Aladyskin, bgv.electricianexp.com

Nastavak serije članaka:

- Senzori temperature. Termistori

- Senzori temperature. termoparova

- Još nekoliko vrsta temperaturnih senzora: poluvodički senzori, senzori za mikrokontrolere

- Kako mogu dobiti električnu energiju pomoću običnog kućnog plina?