1.2Международная практическая температурная шкала
Итак, термодинамическая или абсолютная температурная шкала строится по единственно реализуемой экспериментально реперной точке, которой приписывается определенной числовое значение - Тр. В качестве этой точки предложена тройная точка воды. Нижней границей температурного интервала будет служить тогда точка абсолютного нуля. Один градус абсолютной или термодинамической температуры устанавливается как 1/(Тр – 0).
Практическое применение термодинамической шкалы с целью градуировки термометров, предполагает наличие устройства, воспроизводящего процессы, к которым с достаточной точностью применимы термодинамические модели. Тогда значение термодинамической температуры для каждой точки процесса может быть расчитано по термодинамическим отношениям. На этом принципе строится применение газовых термометров для воспроизведения термодинамической температурной шкалы.
Хорошую точность обеспечивают способы, использующие изменение давления гелия или водорода в зависимости от температуры при постоянном объеме. Поправки, связанные с отклонением свойств этих реальных газов от идеальных невелики и составляют от 0,001 до 0,5 0С.
Согласно этому способу, газовый термометр приводится в тепловое равновесие с системой, воспроизводящей единственную реперную точку термодинамической шкалы, например тройную точку воды. При этом давление газа газового термометра – Рр, а температуре приписывается значение Тр. Затем газовый термометр приводится в тепловое равновесие с другой системой, например, с системой, воспроизводящей какой-либо фазовый переход. Термодинамической температурой данной системы будет:
,
(4.1)
где Р – давление газа газового термометра, находящегося в равновесии с системой, для которой определяется термодинамическая температура. Выражение (4.1) получено из уравнения состояния идеального газа для изохорического процесса.
Для градуировок многочисленных практических термометров не обязательно наличие самого газового термометра, имеющего сложное устройство, достаточно, что с его помощью получена таблица термодинамических температур для хорошо и легко воспроизводимых явлений, в качестве которых выбраны явления фазовых переходов.
В 1927 году седьмая Генеральная конференция по мерам и весам приняла, а в 1948 году девятая Генеральная конференция утвердила Международную практическую температурную шкалу, основанную на шести постоянных и воспроизводимых температурах фазовых равновесий – реперных точках, числовые значения которых определены с помощью газовых термометров с учетом поправок на отклонение свойств реальных газов от идеальных. Однако числовые значения постоянных точек, полученные в метрологических лабораториях разных стран мира отличались. Поэтому на конференциях было принято и согласовано наиболее вероятное значение каждой из температур.
В последующие годы числовые значения реперных точек уточнялись в целях максимально возможного согласования с термодинамической шкалой. В 1968 году Международным комитетом мер и весов принят последний, ныне действующий вариант Международной практической температурной шкалы (МПТШ-68).
МПТШ-68 устанавливается для температур от 13,81 до 6300 К. Основана на двенадцати реперных точках и на эталонных приборах, градуированных при этих температурах. В интервалах между температурами реперных точек интерполяцию осуществляют по формулам, устанавливающим связь между показателями эталонных приборов и значениями температур. Интерполяционные формулы учитывают нелинейность этой зависимости. Исследование нелинейности производилось с применением газовых термодинамических термометров. Равновесные состояния (реперные точки) и согласованные для них значения температур приведены в табл.4.1.
Для температур от 13,81 до 903,89 К в качестве эталонного прибора применяют платиновый термометр сопротивления. Для температур от 630,74 до 1064,43 0С в качестве эталонного термометра применяют термоэлектрический термометр с электродами из платинородия (10% родия) и платины. Соотношение между термо-э.д.с. и температурой выражается уравнением второй степени. Для температур от 1337,58 К до 6300 К температуру определяют в соответствии с законом излучения Планка.
Таблица 1.1 Международная практическая температурная шкала