Метод сравнения, то-есть измерения ряда величин расходов, которые воспроизводятся в образцовых установках расходометрии, находящихся в ЛО ВНИИМ (Ломоносовское отд. ВНИИ Метрологии им. Д.И. Менделеева), Наибольшая разность между результатами измерения и известными значениями расхода, является основной погрешностью измерительного канала.
Метод сличения поверяемого измерительного канала и образцового прибора расходометрии при измерении одних и тех же величин расхода. Разность их показаний при измерении расходов определяет погрешность поверяемого канала.
1. Термопары, характеристики пар материалов, пленочные термопары, в том числе, в исполнении микрокремниевой технологии.
2. Термометры сопротивления, материалы, типы исполнения, номиналы, электрические схемы включения.
3. Термисторы, материалы, параметры, номиналы, конструктивные исполнения.
4. Калибровка (аттестация) и поверка температурных СИ.
5. Другие преобразователи температуры:
- Оптоволоконные ПТ,
Пирометры,
Тепловизоры.
1. МПТШ – 90. Шкала Кельвина и шкала Цельсия. Ноль по С соответствует – тройной точке воды 00 С → 273,160 К.
Кроме того, имеются реперные точки температуры:
Галлий с температурой плавления Олово с температурой плавления -
Точки затвердевания индия (156,5985 °С), цинка (419,527 °С), алюминия (660,323 °С), серебра (961,78 °С)
Реперные точки - точки, на которых основывается шкала измерений.
На реперных точках построена Международная практическая температурная шкала. Реперные точки на шкале Цельсия - температура замерзания (0°С) и кипения воды (100°С) на уровне моря.
Тройнаея т чкаое вод -ыестрого определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз - в твердом, жидком и газообразном состояниях. Тройная точка воды - температура 273,16 К и давление 611,657 Па.
Тройная точка воды – самая простая в реализации реперная точка. Для ее хранения и воспроизведения может использоваться термостат или сосуд Дьюара, наполненный смесью дробленого льда и воды. Разработаны также специальные термостаты для хранения сосудов тройных точек воды и поддержания их в рабочем состоянии длительное время.
Особенности реализации с наивысшей точностью: Начинать измерения рекомендуется через сутки после приготовления ледяной
мантии. Необходимо устранить попадание света от внешних источников на сосуд и термометр (во избежании подвода тепла излучением). Для этого рекомендуется закрыть термометр плотной тканью. Глубина погружения зависит от типа термометра. Для эталонных платиновых термометров диаметром 5-7 мм она составляет не менее 15 см.
Как видно из параметров тройной точки воды, при нормальных условиях равновесное сосуществование льда, водяного пара и жидкой воды невозможно. Это обстоятельство вроде бы противоречит обыденным наблюдениям - лёд, вода и пар часто наблюдаются одновременно. Но противоречия нет - наблюдаемые состояния далеки от термодинамически равновесных и реализуются на практике только из-за кинетических ограничений фазовых переходов. Тройная точка воды характеризуется определенным набором параметров давления и температуры, поэтому может иногда использоваться как «реперная» - то есть опорная, например, для калибровки приборов.
термо1 2
α – коэффициент Зеебека или удельная термоэдс.
Материал | (мкВ/ 0 С) | Материал | (мкВ/ 0 С) | ||
мкВ 0 | |||||
Молибден | |||||
Палладий | |||||
Вольфрам | |||||
Cтраница 1
Температура тройной точки воды используется как реперная температура термодинамической шкалы Кельвина.
Температура тройной точки воды по этой шкале принимается равной 0 01 С. Так как численные значения температуры по обеим шкалам (термодинамической и практической) в пределах обычной точности измерения совпадают, то обозначения применяемой шкалы рекомендуется указывать лишь в тех случаях, когда это существенно. В экспериментальных работах все определения температуры производят обычно, пользуясь практической (стоградусной) шкалой.
Температура тройной точки воды по этой шкале принимается равной 0 01 С. Так так численные значения температуры по обеим шкалам (термодинамической и практической), в пределах обычной точности измерения совпадают, то обозначения применяемой шкалы рекомендуется указывать лишь в тех случаях, когда это существенно. В экспериментальных работах все определения температуры производят обычно, пользуясь практической (стоградусной) шкалой.
Температура тройной точки воды по этой шкале принимается равной 4 - 0 01 С. Так как численные значения температуры по обеим шкалам (термодинамической и практической) в пределах обычной точности измерения совпадают, то обозначения применяемой шкалы рекомендуется указывать лишь в тех случаях, когда это существенно. В экспериментальных работах псе определения температуры производят обычно, пользуясь практической (стоградусной) шкалой.
Температура тройной точки воды используется как репер пая температура термодинамической шкалы Кельвина. Допустим, что идеальное рабочее тело, совершая идеальный цикл Карно, получает теплоту (1 при температуре 7 и отдает теплоту 22 при температуре Тг. С / Фз - Для того чтобы построить температурную шкалу, необходимо придать 7 и Г2 определенные (реперные) значения. В качестве таких реперных температур можно взять температуры кипения воды и таяния льда при нормальных условиях, приняв их разность за 100 С.
Температура тройной точки воды по этой шкале принимается равной 0 01 С. Так так численные значения температуры по обеим шкалам (термодинамической и практической) в пределах обычной точности измерения совпадают, го обозначения применяемой шкалы рекомендуется указывать лишь в тех случаях, когда это существенно. В экспериментальных работах все определения температуры производят обычно, пользуясь практической (стоградусной) шкалой.
Температура тройной точки воды по шкале Цельсия равна 0 01 С.
Температура тройной точки воды (точки равновесия трех фаз воды - твердой, жидкой и парообразной) равна 0 01 С, или 273 16 К.
Температуру тройной точки воды удается поддерживать со стандартным отклонением 0 2 мК, чем и определяется стандартное отклонение воспроизведения кельвина, составляющее примерно 10 3 К. Трудности возникают тогда, когда появляется необходимость измерить температуру, отличающуюся от 273 16 К.
Температуру тройной точки воды удается поддерживать со стандартным отклонением 0 2 мК, чем и определяется стандартное отклонение воспроизведения кельвина, составляющее примерно 1 (Г3 К. Трудности возникают тогда, когда появляется необходимость измерить температуру, отличающуюся от 273 16 К.
Температуру тройной точки воды нетрудно вычислить, если предположить, что давление и растворенный в воде воздух влияют на нее независимо друг от друга.
Температуре тройной точки воды 273 16 К соответствует 0 01 G; следовательно, 273 15 К - это температурный промежуток, на который смещено начало отсчета.
Температурой тройной точки воды называют температуру сосуществования жидкой воды, льда и насыщенного водяного пара при отсутствии других газов.
Поскольку температура тройной точки воды, равная 273 16 К, соответствует температуре 0 01 С, смещение начала отсчета составляет 273 15 град.
Значение температуры тройной точки воды выбрано таким, чтобы интервал между точками таяния льда и кипения воды по термодинамической шкале был равен 100 град, как и по Международной практической шкале; иными словами, чтобы единица для измерений температурных промежутков-градус (град ] была для обеих шкал одинакова.
Движение. Теплота Китайгородский Александр Исаакович
Тройная точка
Итак, имеются условия, при которых пар, жидкость и кристалл могут попарно существовать в равновесии.
Могут ли находиться в равновесии все состояния? Такая точка на диаграмме давление – температура существует, ее называют тройной. Где она находится?
Если поместить в закрытый сосуд при нуле градусов воду с плавающим льдом, то в свободное пространство начнут поступать водяные (и «ледяные») пары. При давлении 4,6 мм Нg испарение прекратится, и начнется насыщение. Теперь три фазы – лед, вода и пар – будут в состоянии равновесия. Это и есть тройная точка.
Соотношения между различными состояниями наглядно и отчетливо показывает диаграмма для воды, изображенная на рис. 103.
Такую диаграмму можно построить для любого тела.
Кривые на рисунке нам знакомы – это кривые равновесия между льдом и паром, льдом и водой, водой и паром. По вертикали, как обычно, откладывается давление, по горизонтали – температура.
Три кривые пересекаются в тройной точке и делят диаграмму на три области – жизненные пространства льда, воды и водяного пара.
Диаграмма состояния – это сжатый справочник. Ее цель – дать ответ на вопрос, какое состояние тела устойчиво при таком-то давлении и такой-то температуре.
Если в условия «левой области» поместить воду или пар, то они станут льдом. Если в «нижнюю область» внести жидкость или твердое тело, то получится пар. В «правой области» пар будет конденсироваться, а лед плавиться.
Диаграмма существования фаз позволяет сразу же ответить, что произойдет с веществом при нагревании или при сжатии. Нагревание при неизменном давлении изобразится на диаграмме горизонтальной линией. Вдоль этой линии слева направо движется точка, изображающая состояние тела.
На рисунке изображены две такие линии, одна из них – это нагревание при нормальном давлении. Линия лежит выше тройной точки. Поэтому она пересечет сначала кривую плавления, а затем, за пределами чертежа, и кривую испарения. Лед при нормальном давлении расплавится при температуре 0 °C, а образовавшаяся вода закипит при 100 °C.
Иначе будет обстоять дело для льда, нагреваемого при очень небольшом давлении, скажем, чуть ниже 5 мм Hg.
Процесс нагревания изобразится линией, идущей ниже тройной точки. Кривые плавления и кипения не пересекаются этой линией. При таком незначительном давлении нагревание приведет к непосредственному переходу льда в пар.
На рис. 104 эта же диаграмма показывает, какое интересное явление произойдет при сжатии водяного пара в состоянии, помеченном на рисунке крестиком. Сначала пар превратится в лед, а затем расплавится. Рисунок позволяет тут же сказать, при каком давлении начнется рост кристалла и когда произойдет плавление.
Диаграммы состояния всех веществ похожи одна на другую. Большие, с житейской точки зрения, различия возникают из-за того, что место нахождения тройной точки на диаграмме может быть у разных веществ самым различным.
Ведь мы существуем вблизи «нормальных условий», т.е. прежде всего при давлении, близком к одной атмосфере. Как расположена тройная точка вещества по отношению к линии нормального давления – для нас очень существенно.
Если давление в тройной точке меньше атмосферного, то для нас, живущих в «нормальных» условиях, вещество относится к плавящимся. При повышении температуры оно сначала превращается в жидкость, а потом закипает. В обратном случае – когда давление в тройной точке выше атмосферного – мы при нагревании не увидим жидкости, твердое вещество будет прямо превращаться в пар. Так ведет себя «сухой лед», что очень удобно для продавцов мороженого. Брикеты мороженого можно перекладывать кусками «сухого льда» и не бояться при этом, что мороженое станет мокрым. «Сухой лед» – это твердый углекислый газ CO 2 . Тройная точка этого вещества лежит при 73 атм. Поэтому при нагревании твердого СО 2 точка, изображающая его состояние, движется по горизонтали, пересекающей только лишь кривую испарения твердого тела (так же, как и для обычного льда при давлении около 5 мм Нg).
Из книги Занимательно о космогонии автора Томилин Анатолий НиколаевичТочка опоры «Дайте мне точку опоры, и я переверну мир!» Кто это хвастался? Вы, конечно, знаете - Архимед. Мир он не перевернул, но мысль была правильной. Во всяком революционном перевороте нужна надежная основа, на которую можно с уверенностью опереться. Так и философам
Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр ИсааковичТочка зрения звездного наблюдателя Мы решили изучать движение с точки зрения инерциальных систем. Не придется ли тогда отказаться от услуг земного наблюдателя? Ведь Земля вращается вокруг оси и вокруг Солнца, как доказал Коперник. Сейчас читателю, может быть, трудно
Из книги Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей автора Дмитриев Александр Станиславович90 Точка концентрации напряжений, или Как остановить трещину на стекле Для опыта нам потребуются: две длинные палки. Ну, раз уж начали про стекло, давайте подумаем над занятным вопросом. Часто бывает, что по стеклу начинает бежать трещина. Чаще всего это заметно на лобовых
Из книги Новый ум короля [О компьютерах, мышлении и законах физики] автора Пенроуз Роджер Из книги Фарадей. Электромагнитная индукция [Наука высокого напряжения] автора Кастильо Сержио РарраМЕРТВАЯ ТОЧКА Казалось, что Фарадею предназначено судьбой стать революционером в области электромагнетизма. Ему даже удалось избавиться от ограничений брака и полностью посвятить себя науке, но на пути ученого возникло новое препятствие. Разочарование пришло со
Из книги Интерстеллар: наука за кадром автора Торн Кип СтивенТочка – линия – квадрат – куб – тессеракт Обычный тессеракт – это гиперкуб, куб в четырех измерениях. С помощью рис. 29.1 и 29.2 я по шагам объясню, что это значит. Если мы возьмем точку (рис. 29.1 сверху) и будем двигать ее в одном измерении, мы получим линию (точнее
Если система является однокомпонентной, т. е. состоящей из химически однородного вещества или его соединения, то понятие фазы совпадает с понятием агрегатного состояния. Согласно § 60, одно и то же вещество в зависимости от соотношения между удвоенной средней энергией, приходящейся на одну степень свободы хаотического теплового движения молекул, и наименьшей потенциальной энергией взаимодействия молекул может находиться в одном из трех агрегатных состояний: твердом, жидком или газообразном. Это соотношение, в свою очередь, определяется внешними условиями - температурой и давлением. Следовательно, фазовые превращения также определяются изменениями температуры и давления. Для наглядного изображения фазовых превращений используется диаграмма состояния (рис. 115), на которой в координатах р, Т задается зависимость между температурой фазового перехода и давлением в виде кривых испарения (КИ), плавления (КП) и сублимации (КС), разделяющих поле диаграммы на три области, соответствующие условиям существования твердой (ТТ), жидкой (Ж) и газообразной (Г) фаз. Кривые на диаграмме называются кривыми фазового равновесия, каждая точка на них соответ-
ствует условиям равновесия двух сосуществующих фаз: КП - твердого тела и жидкости, КИ - жидкости и газа, КС - твердого тела и газа.
Точка, в которой пересекаются эти кривые и которая, следовательно, определяет условия (температуру T тр и соответствующее ей равновесное давление р тр) одновременного равновесного сосуществования трех фаз вещества, называется тройной точкой. Каждое вещество имеет только одну тройную точку. Тройная точка воды характеризуется температурой 273,16 К (по шкале Цельсия ей соответствует температура 0,01 °С) и является основной реперной точкой для построения термодинамической температурной шкалы.
Термодинамика дает метод расчета кривой равновесия двух фаз одного и того же вещества. Согласно уравнению Клапейрона - Клаузиуса, производная от равновесного давления по температуре
где L - теплота фазового перехода, (V 2 -V 1) -изменение объема вещества при переходе его из первой фазы во вторую, Т - температура перехода (процесс изотермический).
Уравнение Клапейрона - Клаузиуса позволяет определить наклоны кривых равновесия. Поскольку L и Т положительны, наклон задается знаком V 2 -V 1 . При испарении жидкостей и сублимации твердых тел объем вещества всегда возрастает, поэтому, согласно (76.1), dp /dT >0; следовательно, в этих процессах повышение температуры приводит к увеличению давления, и наоборот. При плавлении большинства веществ объем, как правило, возрастает, т. е. dp /dT >0; следовательно, увеличение давления приводит к повышению температуры плавления (сплошная КП на рис. 115). Для некоторых же веществ (H 2 O, Ge, чугун и др.) объем жидкой фазы меньше объема твердой фазы, т. е. dp /dT <0; следовательно, увеличение давления сопровождается понижением температуры плавления (штриховая линия на рис. 115).
Диаграмма состояния, строящаяся на
основе экспериментальных данных, позволяет судить, в каком состоянии находится данное вещество при определенных р и Т, а также какие фазовые переходы будут происходить при том или ином процессе. Например, при условиях, соответствующих точке 1 (рис. 116), вещество находится в твердом состоянии, точке 2 - в газообразном, а точке 3 - одновременно в жидком и газообразном состояниях. Допустим, что вещество в твердом состоянии, соответствующем точке 4, подвергается изобарному нагреванию, изображенному на диаграмме состояния горизонтальной штриховой прямой 4- 5-6. Из рисунка видно, что при температуре, соответствующей точке 5, вещество плавится, при более высокой температуре, соответствующей точке 6 ,- начинает превращаться в газ. Если же вещество находится в твердом состоянии, соответствующем точке 7, то при изобарном нагревании (штриховая прямая 7-8) кристалл превращается в газ минуя жидкую фазу. Если вещество находится в состоянии, соответствующем точке 9, то при изотермическом сжатии (штриховая прямая 9-10) оно пройдет следующие три состояния: газ - жидкость - кристаллическое состояние.
На диаграмме состояний (см. рис. 115 и 116) видно, что кривая испарения заканчивается в критической точке К. Поэтому возможен непрерывный переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно в обход критической точки, без пересечения кривой испарения (переход 11 -12 на рис. 116), т. е. такой переход, который не сопровождается фазовыми превращениями. Это возможно благодаря тому, что различие между газом и жидкостью является чисто количествен-
ным (оба эти состояния, например, являются изотропными). Переход же кристаллического состояния (характеризуется анизотропией) в жидкое или газообразное может быть только скачкообразным (в результате фазового перехода), поэтому
кривые плавления и сублимации не могут обрываться, как это имеет место для кривой испарения в критической точке. Кривая плавления уходит в бесконечность, а кривая сублимации идет в точку, где р = 0 и Т= 0.
Контрольные вопросы
Чем отличаются реальные газы от идеальных? Каков смысл поправок при выводе уравнения Ван-дер-Ваальса?
Почему перегретая жидкость и пересыщенный пар являются метастабильными состояниями? При адиабатическом расширении газа в вакуум его внутренняя энергия не меняется. Как изменится температура, если газ идеальный? реальный?
Каковы суть и причины эффекта Джоуля - Томсона? Когда его называют положительным? отрицательным?
Почему у всех веществ поверхностное натяжение уменьшается с температурой? Что представляют собой поверхностно-активные вещества? При каком условии жидкость смачивает твердое тело? не смачивает? От чего зависит высота поднятия смачивающей жидкости в капилляре? Чем отличаются монокристаллы от поликристаллов? Как можно классифицировать кристаллы?
Как получить закон Дюлонга и Пти исходя из классической теории теплоемкости? Некоторое количество твердого вещества смешано с тем же веществом в жидком состоянии. Почему при некотором нагреве этой смеси ее температура не поднимается? Чем отличается фазовый переход I рода от фазового перехода II рола?
Задачи
10.1. Углекислый газ массой m=1 кг находится при температуре 290 К в сосуде вместимостью 20 л. Определить давление газа, если: 1) газ реальный; 2) газ идеальный. Объяснить различие в результатах. Поправки а и b принять равными соответственно 0,365 Н м 4 /моль 2 и 4,3 10 -5 м 3 /моль. [ 1) 2,44 МПа; 2) 2,76 МПа ]
10.2. Кислород, содержащий количество вещества v = 2 моль, занимает объем V 1 = 1 л. Определить изменение T температуры кислорода, если он адиабатически расширяется в вакуум до объема V 2 =10 л. Поправку а принять равной 0,136 Н м 4 /моль 2 . [-11,8 К |
10.3. Показать, что эффект Джоуля - Томсона всегда отрицателен, если дросселируется газ, для которого силами притяжения молекул можно пренебречь.
10.4. Считая процесс образования мыльного пузыря изотермическим, определить работу А, которую надо совершить, чтобы увеличить его диаметр от d 1 =2 см до d 2 =6 см. Поверхностное натяжение о мыльного раствора принять равным 40 мН/м.
10.7. Для нагревания металлического шарика массой 25 г от 10 до 30 °С затратили количество теплоты, равное 117 Дж. Определить теплоемкость шарика из закона Дюлонга и Пти и материал шарика. [М107 кг/моль; серебро]
*П. Лаплас (1749 -1827) -вранцузский ученый.
* К. Линде (1842-1934) -немецкий физик и инженер.
Точка соответствует самому низкому давлению, при котором еще возможно превращение вещества из твердого состояния в жидкое и обратно, т. е. равновесное состояние между твердой и жидкой фазами; при меньших давлениях жидкое состояние не существует. На этом же чертеже нанесена кривая зависимости давления насыщенного пара от температуры, о которой упоминалось в § 13 ч. II (см. рис. 11.25) и в § 17 (см. формулу (3.32)). Слева от этой кривой вещество находится при температурах, которые меньше температуры кипения, т. е. в жидком состоянии; точки, расположенные справа от этой кривой, соответствуют более высоким температурам и, следовательно, состояниям ненасыщенного пара. Вдоль самой кривой жидкость и насыщенный пар существуют одновременно, т. е. каждая точка этой кривой соответствует равновесному состоянию между кипящей жидкостью и ее насыщенным паром. Точка этой кривой соответствует самой низкой температуре и дамому низкому давлению, при которых еще может существовать жидкость в равновесии со своим насыщенным паром. Точка называется тройной точкой данного вещества. В этой точке одновременно существуют в равновесии друг с другом все три фазы или агрегатные состояния вещества: твердое, жйдкое и газообразное (насыщенный пар). Для каждого вещества имеются определенные
значения давления и температуры тройной точки. При меньших давлениях могут существовать только твердое и газообразное состояния. Кривая показывает зависимость между давлением и температурой насыщенного пара, находящегося в равновесии с твердой фазой.
Непосредственное испарение твердых тел (называемое «возгонкой», или сублимацией) происходит при температурах, меньших, чем температура тройной точки.
Для многих веществ (металлы и др.) нормальная температура (15° С) значительно ниже температуры их тройных точек. Согласно кривой эти вещества при нормальной температуре имеют очень маленькое давление насыщенных паров. Очевидно, чем больше давление насыщенного пара над поверхностью твердого тела, тем интенсивнее может протекать процесс испарения этих тел. Например, легко испаряется йод, который в своей тройной точке (114° С) имеет давление насыщенных паров, равное 90 мм рт. ст. Высыхание мокрого белья на морозе объясняется тем, что находящаяся в нем вода сначала замерзает, а образующийся лед затем испаряется, так как на морозе температура льда меньше, чем температура тройной точки воды а давление насыщенных водяных паров достигает нескольких миллиметров ртутного столба (при -10° С это давление равно
Заметим, что удельная теплота возгонки, т. е. теплота, необходимая для превращения вещества из твердого состояния непосредственно в газообразное, оказывается равной сумме удельных теплот плавления и парообразования.
Температура тройной точки воды используется как реперная температура термодинамической шкалы Кельвина. Допустим, что идеальное рабочее тело, совершая идеальный цикл Карно, получает теплоту при температуре и отдает теплоту при температуре Измеряя можно, согласно § найти отношение температур Для того чтобы построить температурную шкалу, необходимо придать определенные («реперные») значения. В качестве таких реперных температур можно взять температуры кипения воды и таяния льда при нормальных условиях, приняв их разность за 100° С. Тогда по измеренному отношению и выбранной разности можно определить всю температурную шкалу. Очевидно, реперные точки должны воспроизводиться с очень большой точностью, так как они определяют величину градуса. Поэтому В. Томсон (Кельвин) и независимо от него Д. И. Менделеев предложили создать шкалу с одной реперной температурой, в качестве которой выбрана очень точно воспроизводимая (с ошибкой, не превышающей градуса) тройная точка воды. В Международной системе единиц физических величин дано следующее определение градуса: кельвин - единица температуры по термодинамической температурной шкале, в которой для температуры тройной точки воды установлено значение 273,16° (точно).
