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温度的定义及相关知识

2022-09-20

  

“温度”在百度百科这样描述:温度(temperature)是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。温度规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。国际单位为热力学温标(K)。目前国际上用得较多的其他温标有华氏温标(°F)、摄氏温标(°C)和国际实用温标。
温度有几种定义,这取决于其所涉及的领域。例如:
◆物理:物理现象 - 动能的一种表现形式,表明分子在物体或物质中的热扰动程度;用于测量这一现象的任意参数。
◆气候:导致不同程度加热的空气能态。
◆生理:人体或动物体温。
因此,温度是一个强度量(用于描述系统的状态的量,其数值并不取决于构成系统的材料的数量),这使得它难以进行衡量,因而鼓励根据可重复的、容易辨识的物理现象使用实用标度以使温度受到监控。
如今,该适用标度是1990年国际温标(ITS-90)。这是从1927年以来至今采用第一个标度进行温度测量的技术改进的结果。该标度是根据固定的温度点(基于纯物质相变)、仪器(温度计)和固定点之间的插值公式或外推公式所获得的。由于固定点温度的精度提高了,因此该标度必然随时间演变,使得标度值更接近热力学温度。
绝对单位和相对单位
可以确定两类温度测量的单位:绝对单位和相对单位。
◆绝对单位
绝对单从绝对零度开始,理论上可能是最低温度。它对应于系统中的分子和原子可能具有的最低热能点。
-开尔文(国际单位制)
由字母K表示,没有任何“°”度符号。它由William Thomson创建。该单位于1954年被纳入国际单位制。热力学温度单位(开尔文)是根据水的三相点273.16K(或0.01℃)定义的。
◆相对单位
相对单位,因为它们与总是产生相同温度的物理和化学过程进行比较。
-摄氏度(国际单位制)
也称摄氏度数,用符号℃表示。该测量单位的定义是,当在一个大气压下进行两次测量时,将值0℃指定为水的凝固点,将值100℃指定为水的沸点。然后将标度分成100个相等的部分,其中每个部分对应于1度。这个标度是由瑞典物理学家和天文学家安德斯·摄尔修斯于1742年提出的。
-华氏度(国际单位制)
该测量单位基于氯化铵溶液的凝固点和蒸发点之间的分度。通过这种方式,丹尼尔·加布里埃尔·华伦海特在1724年的提议确定了氯化铵在水中的凝固温度(0℃)和蒸发温度(100℃)。他使用便携式水银温度计来测量等量的碎冰和氯化铵的混合物。这种浓盐水在当时的实验室里可实现最低温度。然后,他再制作碎冰和纯水的混合物,确定了温度点30oF,后来设定了32oF(冰的熔点),然后将便携式温度计暴露在沸水蒸汽中,得到温度点212oF(水的沸点)。两点之间的差异是180oF,它被分成180个相等的部分,因而产生了华氏度。
ITS-90
根据普朗克单色辐射定律,在0.65K以上和最高可测温度下进行定义。利用该标度(T90)测得的温度最接近热力学温度。这意味着该标度是通用的。
ITS-90涵盖多个温度范围。因此,对于每个温度范围,它定义了固定温度点和用于在这些固定点之间进行测量和插值的特定仪器。固定的温度点对应于纯物质的相变。例如,锌、锡或银的凝固点,镓的熔点或氧、汞或水的三相点。


固定点温度(单位为K)        物质          固定点类型


3-5                                  氦              饱和蒸气压
13.8033                           氢              三相(点)
17                                氢(或氦)     饱和蒸气压(或气体温度计)
20.3                             氢(或氦)     饱和蒸气压(或气体温度计)
24.5561                           氖              三相(点)
54.3584                           氧              三相(点)
83.8058                           氩              三相(点)
234.3156                         汞              三相(点)
273.16                             水              三相(点)
302.9146                         镓              熔(点)
429.7485                         铟              凝固(点)
505.078                           锡              凝固(点)
692.677                           锌              凝固(点)
933.473                           铝              凝固(点)
1234.93                           银              凝固(点)
1337.33                           金              凝固(点)
1357.77                           铜              凝固(点)



特别是,对于最广泛测量的温度,ITS-90定义了:
①在13.803K(-259.346℃)和1234.93K(+961.78℃)之间的14个固定点,而且插值仪器是
②高于1234.93K(961.78℃)的3个固定点,而且温度通过光学高温测定法进行测量(使用普朗克辐射定律,对这三个固定点之一进行外推)。
而今,温度是除时间之外最广泛测量的量值。在工业中,这个量值尤为重要。事实上,它经常影响制成品的质量。此外,人们对温度进行测量和控制(通过控制器、PLC或其他设备),以确保安全的过程,并控制能源支出。
这意味着您必须使用适合于过程的温度传感器,并根据使用条件进行尽可能精确的测量。有这两种类型的温度传感器广泛用于实现这一功能。

 

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