Teplota a její měření

Transkript

1 1 Teplta 1.1 Celsiva teplta 1.2 Fahrenheitva teplta 1.3 Termdynamická teplta Kelvin 2 Tepltní stupnice 2.1 Mezinárdní tepltní stupnice z rku Tepltní rzdíl 4 Teplměr Blmetr Termgraf 5 Tepltní rztažnst Teplta a její měření

2 T0 Teplta a její měření Teplta je stavvá veličina charakterizující termdynamický stav jakékliv makrskpické sustavy. Tepltu lze kvantitativně vyjadřvat různými způsby, které dlišujeme různými názvy. Nejznámější jsu: Celsiva teplta, Fahrenheitva teplta a termdynamická teplta. Pr praktická měření teplty se pužívají tepltní stupnice. Mezinárdně byla přijata Mezinárdní tepltní stupnice z rku 1990, která je zalžena na 14 pevných bdech. Tepltu měříme teplměry. Tyt přístrje jsu zalženy na závislsti některé fyzikální veličiny na tepltě. Nejznámější jsu teplměry zalžené na tepltní rztažnsti. T1 Teplta Teplta je stavvá veličina charakterizující termdynamický stav jakékliv makrskpické sustavy. Z nultéh termdynamickéh principu plyne, že každému rvnvážnému stavu sustavy lze přiřadit určitu hdntu teplty, která je v každém místě dané hmgenní sustavy stejná a že tat hdnta je táž pr všechny sustavy, které jsu navzájem v termdynamické rvnváze s danu sustavu. Nejrůznější stavvé veličiny závisejí na tepltě, tj. mění se při její změně. Prt může být k definici teplty a k jejímu měření pužita, becně vzat, kterákli z těcht závislstí, a t tak, že se předepíše její tvar u zvlené látky za přesně stanvených pdmínek (viz též teplměr, tepltní stupnice). Takvá definice teplty je však zalžena na vlastnstech dané látky, tzv. teplměrné látky, ppř. skupiny látek (ideálních plynů). Navíc je mžná jen pr jistý mezený tepltní interval. Nezávisle na vlastnstech vybraných látek je definvána termdynamická teplta, která je d rku 1960 také jednu ze základních fyzikálních veličin Mezinárdní sustavy jedntek. Pr praktické měření teplty se pužívá Mezinárdní tepltní stupnice z rku T1.1 Celsiva teplta Celsiva teplta, značka t, ppř. υ,je teplta definvaná vztahem t = T T 0, kde T je dpvídající termdynamická teplta a termdynamická teplta T 0 je pdle definice přesně 0,01 K pd termdynamicku tepltu trjnéh bdu vdy, tedy T 0 = 273,15 K. Tét tepltě přísluší hdnta nula Celsivy teplty, tj. hdnta t = 0 C.

3 Jedntka Celsivy teplty se nazývá Celsiův stupeň, značka C, cž je mezinárdně stanvený zvláštní název pr jedntku kelvin při vyjadřvání hdnt Celsivy teplty. Uvedená mezinárdní definice Celsivy teplty je stanvena tak, že se tat teplta v c nejvyšší míře shduje s tepltu stanvenu dřívější Celsivu tepltní stupnicí. Tat empirická tepltní stupnice byla půvdně zalžena na tepltní rztažnsti rtuti a na dvu základních bdech: tepltě tání ledu 0 C a tepltě varu vdy 100 C, bu při tzv. 5 nrmálním tlaku (1, Pa). Pužívala se d 18. stletí. Viz též Mezinárdní tepltní stupnice z rku 1990, tepltní rzdíl, Celsius. T1.2 Fahrenheitva teplta Fahrenheitva teplta je teplta vyjádřená v jedntce Fahrenheitův stupeň, značka číselná hdnta vyjádřená v tét jedntce, t F /F, suvisí s dpvídající číselnu hdntu Celsivy teplty vyjádřenu v jedntce Celsiův stupeň, tf 9 t = F 5 C t /C, vztahem Fahrenheitva teplta se dsud běžně pužívá zejména v USA a ve Velké Británii. F, jejíž 1.3 Termdynamická teplta Termdynamická teplta, značka T, ppř. θ; jedna ze základních veličin Mezinárdní sustavy jedntek, je definvána na základě vztahu Q T = Tz Qz platnéh pr vratný Carntův cyklus. Q je tepl, které přijme během jednh cyklu látka, v níž tent vratný děj prbíhá, d sustavy (tepelné lázně) s knstantní tepltu T a Q z je tepl, které během jednh cyklu tat látka devzdá další sustavě (lázni) s knstantní tepltu T z. Jestliže tepltu T z je zvlená základní termdynamická teplta, je uvedeným vztahem definvána termdynamická teplta T (a t nezávisle na tm, v jaké látce tent cyklus pbíhal) a může být také určena měřením tepel Q a Q z. Základní tepltu je d rku 1954 stanvena mezinárdně termdynamická teplta trjnéh bdu vdy, jíž se připisuje hdnta přesně 273,16 K. Jedntku SI termdynamické teplty je kelvin, značka K. Měření termdynamické teplty prváděné s dstatečnu přesnstí přím na základě její uvedené definice je však velmi btížné, a prt se pr praktická měření pužívá Mezinárdní tepltní stupnice z rku 1990.

4 Kelvin Kelvin, značka K, je jedntku termdynamické teplty a jednu ze základních jedntek SI. Je rven 1/273,16 termdynamické teplty trjnéh bdu vdy. D rku 1967 se tat jedntka nazývala stupeň Kelvinův a značila se K.

5 T2 Tepltní stupnice Tepltní stupnice je pslupnst číselných hdnt teplty přiřazených různým stavům zvlené sustavy, tělesa, ppř. látky. Tepltní stupnice je zpravidla určena na základě závislsti zvlené stavvé veličiny na tepltě (empirická tepltní stupnice). Sučástí každé tepltní stupnice jsu její základní bdy nebli pevné bdy. Každý z nich je určen hdntu teplty přiřazenu zvlenému rvnvážnému stavu mezi fázemi vhdné chemicky čisté látky. Viz též Mezinárdní tepltní stupnice z rku T2.1 Mezinárdní tepltní stupnice z rku 1990 Mezinárdní tepltní stupnice z rku 1990, mezinárdní zkratka ITS 90, je tepltní stupnice přijatá mezinárdně pr praktická měření teplty d 0,65 K až d nejvyšších teplt prakticky měřitelných na základě Planckva zákna vyzařvání. Je zalžena na 14 pevných bdech, jimiž jsu hdnty teplt zvlených rvnvážných stavů stanvené v mezích dsažitelné přesnsti ve shdě s hdntami jejich termdynamické teplty. Těmit stavy jsu: trjné bdy a rvnvážné stavy mezi pevnu a kapalnu fází určitých látek při stanveném tlaku. Ostatní hdnty teplty se určují na základě předepsaných interplačních pstupů pmcí určených měřících přístrjů (teplměrů). Tat stupnice nahrazuje Mezinárdní prakticku stupnici z rku 1968, IPTS - 68 a Przatímní tepltní stupnici 0,5 K až 30 K z rku Veličiny dpvídající termdynamické tepltě T a Celsivě tepltě t definvané v tét stupnici z rku 1990 se značují T a t, kde t90 = T90 273,15 K. T se nazývá mezinárdní Kelvinva teplta a mezinárdní Celsiva teplta. 90 Jedntka teplty T je kelvin, značka K, stejně jak pr tepltu T. Jedntka teplty je 90 t 90 Celsiův stupeň, značka C, stejně jak pr tepltu t. t 90

6 T3 Tepltní rzdíl Tepltní rzdíl je rzdíl dvu hdnt teplty. Rzdíly hdnt termdynamické teplty a dpvídajících hdnt Celsivy teplty jsu si rvny a jedntky, v nichž se vyjadřují, kelvin, značka K a Celsiův stupeň, značka C, jsu ttžné. Dřívější jiné názvy a značky jedntky tepltníh rzdílu, např. degré neb degree (stupeň), deg, degree centigrade (stdílkvý stupeň) se pdle mezinárdně schválených dpručení již nemají pužívat. Viz též tepltní gradient.

7 T4 Teplměr Teplměr je přístrj pr měření teplty. K měření se využívá závislsti některých veličin charakterizujících rvnvážný termdynamický stav různých látek na tepltě. Teplměr, u něhž je určvání teplty zalžen na závislsti bjemu určité látky neb délky jistéh pevnéh tělesa na tepltě, se nazývá dilatační teplměr. Teplměr, u něhž je tut látku kapalina, se nazývá též kapalinvý teplměr; nejběžnější je rtuťvý teplměr, čast se užívá též lihvý teplměr. U plynvých teplměrů, např. u vdíkvých teplměrů, se určuje teplta na základě závislsti bjemu plynu na tepltě při stálém tlaku (stejntlakvý plynvý teplměr) neb závislsti tlaku plynu na tepltě při stálém bjemu (stejnbjemvý plynvý teplměr). Bimetalvý teplměr (dvjkvvý teplměr) je tvřen páskem skládajícím se ze dvu pevně spjených vrstev kvů (dvjkv, bimetal) s různu tepltní rztažnstí. Při změně teplty se prt pásek hýbá a pdle veliksti tét defrmace se určuje teplta. U dprvéh teplměru se využívá závislsti elektrickéh dpru vdiče neb plvdiče na tepltě. Termistrvý teplměr bsahuje plvdičvý element zvaný termistr, jehž elektrický dpr prudce klesá s rstucí tepltu. Termelektrický teplměr je zalžen na využití závislsti termelektrmtrickéh napětí termelektrickéh článku na tepltě. Velku výhdu těcht teplměrů. jsu velmi malé rzměry jejich čidla, takže tepltu lze určvat téměř bdvě. Radiační teplměr (pyrmetr) se pužívá k měření zpravidla vyských teplt, přičemž se využívá záknů platících pr tepelné záření vysílané z pvrchu měřenéh tělesa. Jedná se bezkntaktní měření teplt například ve vyské peci. Blmetr Blmetr je tvřen tenkým drátkem neb páskem (fólií) meandrvitéh tvaru zpravidla z platiny, jehž pvrch je začerněn. Záření dpadající na blmetr způsbuje, že jeh teplta se zvýší a v důsledku th i jeh elektrický dpr. Pužívá se k měření např. veličin charakterizujících tepelné záření. Termgraf Termgraf je přístrj, který graficky zaznamenává časvý průběh teplty měřenéh bjektu. Čast jde bimetalvý teplměr. Termgraf se například pužívá při kntinuálním měření teplty v meterlgické budce.

8 T5 Tepltní rztažnst Tepltní rztažnst je jev prjevující se tím, že při změně teplty látky se mění její bjem (bjemvá tepltní rztažnst) a u pevných těles také jejich délkvé rzměry (délkvá tepltní rztažnst). Objemvu tepltní rztažnst charakterizuje její tepltní sučinitel bjemvé rztažnsti α definvaný vztahem V 1d V α V =, V dt kde dv je změna bjemu V danéh látkvéh mnžství látky při elementární změně dt její termdynamické teplty. Délkvu tepltní rztažnst pevné látky charakterizuje její tepltní sučinitel délkvé rztažnsti α l definvaný vztahem 1d l α l =, l dt kde dl je změna délky l tělesa z tét látky při elementární změně dt termdynamické teplty. Aby bě výše uvedené definice byly jednznačné, je třeba u nich specifikvat (zejména u definice α V pr plyny), pr jaký typ změny jsu stanveny. Zpravidla je t vratná změna při stálém tlaku (viz též izbarický děj). Tepltní sučinitel bjemvé rztažnsti všech ideálních plynů při stálém tlaku je stejný, nezávisí na hdntě stáléh tlaku a při tepltě 0 C 273,15 K se rvná -1 1/(273,15 K) 0, K. Jedntku SI tepltníh sučinitele bjemvé i délkvé rztažnsti je reciprký kelvin, -1 značka K.