5. Теплометрія як наука

З появою тепловимірювальної апаратури обстеження і контроль теплових характеристик технічних і природних об’єктів набули універсального характеру і широких можливостей. Якщо традиційні теплові вимірювання дозволяли вимірювати кількість теплової енергії лише в обмежених об’ємах спеціальних приладів – калориметрів, сучасна теплометрія дозволяє обстежити і контролювати теплові баланси приміщень, будівель, теплових трас і, наприклад, такого унікального об’єкта, як аварійний реактор 4-го блоку ЧАЕС.

Теплометрія – це галузь науки і техніки, яка охоплює створення і використання методів і засобів вимірювання густини теплових потоків і кількості теплової енергії, а також їхнє метрологічне забезпечення і практичне застосування.

6. Мета і завдання вивчення курсу теплометрії

Метою вивчення навчальної дисципліни “Теплометрія” є набуття знань щодо основних понять і закономірностей руху теплової енергії в технічних і природних об’єктах та її перетворення в інші види енергії, методів і засобів вимірювання основних характеристик цих процесів: температури, теплових потоків і кількості теплоти; формування умінь і навичок використовувати теплові вимірювання при аналізі і вирішенні екологічних проблем.

Основні завдання при вивченні курсу “Теплометрія”:

• ознайомлення з історією виникнення теплометрії, її змістом і сучасним станом, набуття знань щодо фізичних засад методів вимірювання температури, теплопровідності матеріалів, теплових потоків і кількості теплоти, існуючих приладів, їхнього метрологічного забезпечення, а також основних сфер застосування теплових вимірювань;

• формування умінь виконувати теплові вимірювання в умовах житлових і виробничих приміщень, комунальних, промислових і природних об’єктів, а також, при необхідності, проводити тестування і градуювання вимірювальних приладів; орієнтуватися в проблемах енергозбереження та інших екологічних проблемах міста, в яких теплові характеристики комунальних і промислових об’єктів є важливими;

• формування навичок обчислення результатів вимірювань, визначення систематичних і випадкових похибок, оцінки достовірності результатів теплових вимірювань.

Запитання для самоконтролю

1. Що таке теплота? Звідки береться теплова енергія?

2. Закон збереження і перетворення енергії. Перший закон термодинаміки.

3. Де існують потреби у вимірюванні температур і кількості теплоти?

4. Які ви знаєте термометри?

5. Якими приладами вимірюється кількість теплоти?

6. У чому полягає складність вимірювання теплових потоків?

7. Чим пояснюється аналогія між тепловими, гідравлічними і електричними процесами?

8. Чому важливо вимірювати теплові потоки?

9. Що ви знаєте про виникнення і розвиток теплометрії?

10. Теплометрія як наука. Які основні поняття і терміни вона використовує?

11. Що є метою вивчення курсу “Теплометрія”?

12. Що є завданням вивчення курсу “Теплометрія”?

Тема 2. Термометрія План.

1. Термометрія. Термометрична властивість. Робоче тіло.

2. Температурні шкали. МТШ-90.

3. Рідинно-скляні термометри.

4. Термопари.

5. Термометри опору.

6. Пірометри.

7. Градуювання термометрів. Єдність температурних вимірювань.

1. Термометрія. Термометрична властивість. Робоче тіло

Термометрія – це розділ фізики, якій вивчає методи й засоби вимірювання температури. У той же час термометрія є розділом метрології, завдання якого полягають у забезпеченні єдності вимірювань температур: визначення температурних шкал, створення еталонів, розробка методик градуювання і повірка приладів вимірювання температури.

Температура відіграє важливу роль у нашому житті: у побуті, медицині, техніці і науці. Одиниця вимірювання температури – кельвін (К) – є однією з семи основних одиниць у Міжнародній системі одиниць вимірювання СІ. 40% усіх вимірювань припадає на температурні, а в енергетиці – до 70%. Потреби у вимірюванні температури виникли досить давно – у ХVI-XVII ст. Було помічено, що деякі властивості газів, рідин, твердих тіл змінюються при нагріванні. Насамперед, це об’єм газів і рідин при постійному тиску, лінійне розширення металів. Першими приладами для вимірювання температури були газові й рідинні термометри. Одним з них був повітряний термоскоп Галілея.

Температура – це інтенсивна фізична величина, вона визначає інтенсивність теплового руху атомів і молекул. Для вимірювання температури не існує прямих методів, таких, які використовуються для вимірювання екстенсивних величин – маси, довжини, часу, кількості речовини. Температуру вимірюють непрямими методами - кожний тип термометрів використовує для вимірювання температури певну властивість речовини, яка залежить від температури і яку можна досить легко вимірювати. Речовини, властивості яких використовують для вимірювання температури, називають робочими тілами. Така властивість (залежність), яка однозначно пов’язана з параметром, що вимірюється, у метрології має назву метричної. У газових термометрах в якості термометричної властивості використовується лінійна залежність об’єму газу V від температури T при постійному тиску P:

PV = RT, (1)

де R = 8,31441 Дж/мольК – молярна газова стала.

У рідинних термометрах (ртутних, спиртових) використовується залежність об’єму рідини від температури. Термоелектричні термометри (термопари) використовують явище генерації термоелектрорушійної сили, величина якої залежить від температури, термометри опору - температурну залежність електричного опору певних провідників чи напівпровідників, пірометри і тепловізори - здатність нагрітих тіл випромінювати певну кількість теплової енергії залежно від температури. Останні два працюють за безконтактним (дистанційним) методом вимірювання температури. Усі інші реалізують контактні методи, для яких характерно те, що робоче тіло термометра або іншого детектора температури під час вимірювання повинно знаходитися у стані теплової рівноваги з тілом або середовищем, температура якого вимірюється.