11.5.2016

Teplotné stupnice

Teplotné stupnice

 

Teplotné stupnice rozdeľujeme na 2 druhy – 1. Teoretická teplotná stupnica (termodynamická)

  1. Praktická teplotná stupnica (ITS-90)

 

  1. Teoretická teplotná stupnica (termodynamická)

Lord Kelvin definoval termodynamickú stupnicu na základe trojného bodu vody, to znamená na základe rovnovážneho stavu troch skupenstiev vody (ľadu, vody a nasýtenej vodnej pary). Teplota trojného bodu vody má v termodynamickej stupnici hodnotu

T = 273,16 K

Základnou jednotkou termodynamickej teploty je kelvin (K) definovaný ako 273,16-tá časť termodynamickej teploty trojného bodu vody.

Vzhľadom na spôsob definovania teplotných stupníc v minulosti sa ako jednotka teploty používa tiež stupeň Celzia(°C). Celziova teplota (značka t), sa definuje ako rozdiel termodynamickej teploty T a teploty T0 = 273,15 K

t(°C) = T(K) – 273,15

Podľa definície má stupeň Celzia rovnakú veľkosť ako kelvin (1K = 1°C). Hodnoty teplôt sa môžu vyjadriť v Kelvinoch alebo v stupňoch Celzia. Platí, že Dt = DT.

Okrem toho sa v USA používa Fahrenheitova stupnica, v ktorej zodpovedá teplote topenia ľadu 32 °F a varu vody teplota 212 °F. Táto stupnica sa delí medzi uvedenými bodmi na 180 °F. Prevod Fahrenheitovej stupnice na Celziovu a naopak sa realizuje prevodovými vzťahmi

u = (9/5) t + 32       ( °F)

t = (5/9)(u – 32)      ( °C)

kde

u   je Fahrenheitova teplota,

t    je Celziova teplota.

Aj keď je plynová termometria najpresnejšou metódou merania teploty, vyžaduje náročné laboratórne vybavenie a je časovo veľmi náročná. Preto v roku 1927 stanovila Generálna konferencia pre váhy a miery Medzinárodnú praktickú teplotnú stupnicu. Táto stupnica sa postupne doplňovala a upravovala. Jej posledné znenie je z roku 1990 a má označenie ITS-90 (z angl. The International Temperature Scale of 1990).

 

  1. Praktická teplotná stupnica (ITS-90)

Medzinárodná teplotná stupnica ITS-90 (InternationalTemperature Scale-1990) je dokument, ktorý popisuje realizáciu teplotnej stupnice.Etalón teploty tvorí systém použitých prístrojov (meracie prístroje, snímače,mosty, termostaty, špeciálne pece a pod.), DPB (definičné pevné body), a k tomu odpovedajúce interpolačné vzťahy. Nemôžeme tvrdiť, že etalón teploty je konkrétna vec. Pre etalón teploty sú najdôležitejšie DPB a interpolačné prístroje.DPB sú banky rôznych čistých fyzikálnych látok. Týchto DPB je 17 (Tab.1). Tvoria teplotný rozsah od -270,15 °C do 1084,62 °C. Pomocou tohto systému sa dosahuje zádrž alebo inak povedané „plató“. Je to stav fyzikálnej látky vo fázovej premene, môže to byť tlak sýtej pary,trojný bod, tuhnutie alebo tavenie.

 

teplota látka stav Wr (T90)
T90 (K) T90 (°C)
0. 0,65 -272,5 He tlak sýtej pary  
1. 3 až 5 -270,15 až -268,15 He tlak sýtej pary  
2. 13,8033 -259,3467 e-H2 trojný bod 0,001 190 07
3. ≈ 17 ≈ -256,15 e-H2 (He) tlak sýtej pary  
4. ≈20,3 ≈ -252,85 e-H2 (He) tlak sýtej pary  
5. 24,5561 -248,5939 Ne trojný bod 0,008 449 74
6. 54,3584 -218,7916 O2 trojný bod 0,091 718 04
7. 83,8058 -189,3442 Ar trojný bod 0,215 859 75
8. 234,3156 -38,8344 Hg trojný bod 0,844 142 11
9. 273,16 0,01 H2O trojný bod 1,000 000 00
10. 302,9146 29,7646 Ga bod tavenia 1,118 138 89
11. 429,7485 156,5985 In bod tuhnutia 1,609 801 85
12. 505,078 231,928 Sn bod tuhnutia 1,892 797 68
13. 692,677 419,527 Zn bod tuhnutia 2,568 917 30
14. 933,473 660,323 Al bod tuhnutia 3,376 008 60
15. 1234,93 961,78 Ag bod tuhnutia 4,286 420 53
16. 1337,33 1064,18 Au bod tuhnutia  
17. 1357,77 1084,62 Cu bod tuhnutia  

Tab.1   Zoznam definičných pevných bodov v ITS-90[1].

V Tab.1 sú uvedené teploty v °C a K, od najnižšej teploty(He) po najvyššiu (Cu).  Ďalšie stĺpce obsahujú informáciu o tom, akú fyzikálnu látku DPB obsahuje, aký fyzikálny stav sa dosahuje pri zádrži DPB a hodnota referenčného pomerného
odporu Wr (T90).

„Čas si vymysleli lidé, aby věděli, od kdy do kdy a co za to.“ Jan Werich