Измерительные преобразования в тепловых полях

Эти измерительные преобразования основаны на использовании тепловых процессов (нагрева, охлаждения, теплообмена) и зависимости основной характеристики этих процессов — температуры — от свойств среды.

Температура. Температурные шкалы

Каждая частица нашей Вселенной находится в движении. Температура — мера кинетической энергии колеблющихся частиц. Чем интенсивнее движение, тем выше температура частицы. Строго говоря, атомы и молекулы в заданном объеме материала двигаются с разной скоростью и соответственно на микроскопическом уровне находятся при разной температуре. Здесь и далее будем иметь в виду макроскопическую температуру, определяемую средней кинетической энергией большого числа движущихся частиц. Поскольку температура зависит от движения молекул, она тесно связана с давлением — силой, приложенной к молекулам на единице площади.

Когда различные объекты соприкасаются, атомы и молекулы, движущиеся в них, взаимодействуют друг с другом. Более того, каждый колеблющийся атом ведет себя как микроскопический передатчик, посылающий электромагнитное излучение в окружающее пространство. Все эго способствует передаче тепла от теплых объектов к холодным.

Для измерения температуры используются термометры. Этот термин появился в литературе в 1624 году при описании стеклянного термометра, заполненного водой и имеющего шкалу с ценой деления 8°.

Существует несколько температурных шкал. Первая нулевая температура была установлена в 1664 году Робертом Гуком в точке замерзания дистиллированной воды. В 1694 году итальянский ученый Карл Ренальди предложил использовать две точки: точку таяния льда и точку кипения воды, в качестве двух реперных точек на линейной температурной шкале, разбитой на 12 равных частей. В 1701 году английский физик Исаак Ньютон также предложил использовать две фиксированные точки для задания температурной шкалы: температуру таяния льда и температуру здорового человека. Эти же точки использовал в 1706 году для своей шкалы датский изобретатель Даниэль Фаренгейт, приняв первую температуру за 0 °F, а вторую за 96 °F. Однако Фаренгейт не учитывал, что температура крови человека зависит от национальности и других факторов и реально находится в пределах 97… 100°F.

В настоящее время в научных и технических разработках применяют две шкалы: Цельсия и Кельвина. По шкале, предложенной в 1742 году Андреасом Цельсием, нуль — это точка таяния льда, а 100 °C — температура кипения воды при нормальном давлении 760 мм ртутного столба. По шкале Кельвина (термодинамической шкале) нулевой точке соответствует температура, при которой кинетическая энергия всех движущихся частиц равна нулю (абсолютный нуль), а в качестве второй реперной точки берется тройная точка воды (0,01°С), соответствующая давлению 4,58 мм ртутного столба, при котором вода одновременно находится в грех состояниях — в виде пара, жидкости и льда. Существуют простые формулы для перевода значений одной шкалы в другую: