1 K defineres som (1 / 273.15) th af temperaturen på tredobbelt vandpunkt . I det mindste er det sådan, det er defineret i min bog. Men hvilken skala måles vandets tredobbelte punkt i?
Celsius? Fahrenheit?
Kommentarer
- Det betyder ikke noget ‘. At ‘ er punktet i denne definition.
- Du kan bruge en hvilken som helst skala, det vil bare være en dummy-reference. Den skala, som forfatterne sandsynligvis havde til hensigt at være svaret på dette spørgsmål er Kelvin-skalaen . At ovenstående definition læser som tautologisk, er fordi forfatterne formulerede definitionen dårligt. Hvad de sandsynligvis mente at sige var, at temperaturen, hvor vand er ved sit tredobbelte punkt, er (blev) defineret til at være 273,16 K i Kelvin-skalaen. (Og det skal være 273,16 K, ikke 273,15 K).
- Det kan ‘ t være Celsius eller Fahrenheit, fordi ingen af disse starter ved absolut nul.
- @ SimonB: Nå, …, ikke helt (deltatemperaturer er ikke temperaturer). Men hvis du ‘ vil tage dette synspunkt, så skal du promovere Rankine.
- @Zorawar Dette er faktisk et glimrende spørgsmål: Definitionen gør sig ikke, hvordan du opretter et eksperiment til at sammenligne to temperaturer $ T_1 $ og $ T_2 $ for at finde en temperatur $ T_ {middel} = \ frac {T_1 + T_2} {2} $. Eller omvendt, givet to systemer på $ T_1 $ og $ T_2 $, hvad er temperaturen i det kombinerede system? $ \ frac {T_1 + T_2} {2} $? Eller $ \ root {T_1 \ cdotT_2} $? Selvom de to systemer er den samme mængde af det samme stof, behøver ingen af disse to temperaturer at resultere. Jeg husker, at jeg havde det samme spørgsmål, da jeg sad igennem mine termodynamiske foredrag.
Svar
For at besvare dette spørgsmål skal det kan hjælpe med at tage et eksempel fra et mere velkendt område inden for fysik og derefter diskutere temperatur.
I lang tid blev kilogrammet (SI-masseenheden) defineret som massen af et bestemt objekt, der holdes i et hvælving i Paris. Derefter kan gram defineres som en tusindedel af massen af det objekt osv. Hvis du nu spørger, hvilke enheder bruges til at angive massen af det valgte objekt? så betyder det ikke noget, så længe de er proportionale med omfanget af enheder, du vil vedtage. Så hvis nogen fortæller dig massen af det specielle objekt i pund (f.eks. 2,2 pund), ville du stadig vide, at et gram er en tusindedel af det.
Med temperaturen går det ens. Der er en vis tilstand af vand, vanddamp og is i gensidig ligevægt. Denne tilstand har en temperatur uafhængig af andre detaljer såsom volumen, så længe stofferne er rene, og de ikke knuses for små. Så denne tilstand har en bestemt temperatur. Det har en enhedsenhed i ” tredobbeltpunkteenheder ” (en temperaturskala, som jeg lige opfandt). Når vi siger, at Kelvin er en vis brøkdel af denne temperatur, siger vi, at et termometer, hvis indikationer er proportional med den absolutte temperatur, skal kalibreres for at registrere 273,16, når det sættes i ligevægt med vand ved tredobbelt punkt, hvis vi ønsker det termometeret at læse i kelvin. For eksempel, hvis termometret er baseret på en idealvolumen med konstant volumen, skal man gøre konverteringsfaktoren fra tryk i gassen til den angivne temperatur til et tal, der sikrer, at den angivne temperatur er 273,16 ved tredobbelt punkt. Du ved så, at dit gastermometer giver aflæsninger i kelvin, og du har aldrig haft brug for at kende andre enheder. (Bemærk, et sådant termometer er meget nøjagtigt over et bredt temperaturområde, men det kan ikke bruges under temperaturer på nogle få kelvin. For at komme til regionen med lav temperatur skal du have andre typer termometer. I princippet kan de alle kalibreres at være enige om, hvor deres intervaller overlapper hinanden.)
(Tak til Pieter for en detalje, der er signaliseret i kommentarerne og nu er rettet i teksten, men jeg håber, at kommentaren forbliver.)
Kommentarer
- Det burde være 273,16, da det tredobbelte punkt er ved 0,01 C.
- @Pieter Tak! Jeg var heller ikke sikker på detaljer som kemisk sammensætning. Det er nyttigt at have denne præcision.
Svar
Det var den gamle definition.
Siden maj er kelvin defineret ved at fastsætte værdien af Boltzmann-konstanten: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k
Dette er i overensstemmelse med det tredobbelte punkt for en bestemt slags vand ( VSMOW ) ved 273,16 K.
Det er også historisk i overensstemmelse med den stadig ældre definition af størrelsen på celsius som 1/100 af temperaturforskellen mellem frysning og kogning af vand.
En anden skala for absolut temperatur er baseret på størrelsen af en grad på Fahrenheit-skalaen. Dette er Rankine-skalaen, hvor $ 1 $ kelvin = $ 1,8 \ ^ \ circ $ R.
Rediger: så din bog var forkert. Det tredobbelte punkt er på $ 273,16 $ K, som er $ 0,01 \ ^ \ circ {\ rm C} $ ( da tredobbelt punkt er lidt højere end isens smeltepunkt ved atmosfærisk tryk).
Kommentarer
- OK, at ‘ er den gamle definition, men den gamle definition er, hvad OP er interesseret i. Dette svar hjælper ‘ ikke med at afklare OP ‘ s misforståelse om, at enhederne bruges til at måle temperaturen på det tredobbelte punkt.
- OP kan være interesseret i at vide, at hans bog er lidt forældet. Og hvis jeg havde skrevet dette som en kommentar, ville nogen have klaget over, at jeg skulle have skrevet det som et svar. Altid de trættende klager på dette websted.
- Tjek mit svar her: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
- Et godt svar, men det ville være endnu bedre at nævne, hvorfor du har $ 273,16 $ i stedet for OP ‘ s $ 273,15 $ .
- @badjohn Godt forslag. Udført.
Svar
Det er måske ikke indlysende af dagligdags oplevelse med temperatur, men det har et naturligt nul punkt uafhængigt af ethvert valg af skala.
Temperatur er relateret til den indre bevægelse af partikler, der udgør et stof – når al intern bevægelse ophører, er temperaturen nul.
Du kan tænke på det som koncentrationen af farvestof i en vandtank. Der er ingen tvetydighed om, hvad nul betyder: intet farvestof betyder nul koncentration. Følgelig hvad du mener, når du siger ” Koncentrationen af farvestof i denne tank er halvdelen af koncentrationen i den ene ” afhænger ikke af de enheder, du bruger til at specificere koncentrationerne.
Forvirringen kan skyldes, at i modsætning til de fleste størrelser, der har et naturligt nul punkt (masse, kinetisk energi osv.) Kendte temperaturskalaer har en forskydning, så almindeligt forekommende temperaturer kommer ud som små tal.
Så svaret på dit spørgsmål om, hvilken skala der bruges i definitionen er: enhver, der ikke pålægger en sådan forskydning.
Svar
Vandets tredobbelte punkt findes ved nøjagtigt en tryktemperatur punkt.
Måling af temperatur ved hjælp af gaskalaen udføres ved at finde NRT = PV ved to forskellige tryk og reducere dette til 0, forudsat at NRT = PV + kV² + …
Så 1 / 273,16 i tripelpunktet siger så, at 1 kelvin er 1 / 273,16 af den underforståede PV-værdi, når N = 0.
Så det er en naturligt forekommende begivenhed.
I de ældre dage blev graden defineret som 0 = noget koldt punkt, 1 = noget varmt punkt, og skalaen opdelt i et antal grader.
Rømer sæt 0 = salt-isvand fryser, 1 = kogende vand, opdelt i 60 grader,
Fahrenheit byggede et termometer, der gjorde Rømers grader for store, så han kvartede dem og brugte en koldere kold (grundlæggende er refigerationen ved 0 ° F). Rømers multipoint-skala blev korrigeret, så rent vand fryser ved 32 og koger ved 212.
Celcius-skalaen er rent vand fryser ved 0 og koger ved 1, opdelt til 100 grader.
Réaumurs grad er en udvidelse på 1000 enheder alkohol ved frysning, der klatrer 40 indtil den fordamper, men 80 er kogning af vand.
Kommentarer
- For historisk nøjagtighed skal det nævnes, at hr. Celsius aldrig prøvede den skala, han havde fryset ved 100 og kogt ved 0.
- Anton-skalaen var den første absolutte skala. Det involverede to rør med kviksølv, hvoraf det ene blev lukket, og dets tryk indstillet til at læse 73 tommer kviksølv ved vandets kogepunkt. I betragtning af at atmosfærisk tryk var 29 tommer, målt i Paris, skyldes forskellen PV = NRT, hvor LHS får lov til at falde fra 73 tommer til uanset hvilket rumtryk mindre 29 tommer måtte være.
- Af alle af skalaerne tilfredsstiller ingen både brugen af fahrenheit / celcius (hvor normalt koldt til varmt løber fra ca. 0 til 100) og en absolut skala. I stedet synes den bedste løsning at bruge 1,5 gange kelvin (eller gorem), som lader vand fryse ved 410 og koge ved 560 (så intervallet 400-500 løber fra -6,67 C til + 46,67 C), og 970 er temperaturen på det varmeste vand kan være. Gaskala til madlavning kører ved 600 + 20 GM.
- @ wendy.krieger Tak..Jeg lærte mest af dit svar!
- Jeg gjorde ikke ‘ ikke ved R ø mer havde en temperaturskala!Jeg har været flere steder med hans navn i den .
Svar
Jeg læste dette spørgsmål som et spørgsmål om, hvordan vi faktisk bestemmer en komplet skala ud fra kun at have to enkeltpunkter på det. Hvilket er langt fra trivielt.
Historisk byggede folk først termometre, for eksempel ved at lægge en væske i et fast volumen med et tyndt rør fastgjort. Derefter kalibrerede de disse termometre ved at få en aflæsning for kogende vand (100 ° C) og dets frysepunkt (0 ° C). Imellem vedhæftede de simpelthen en lineær skala. Og uanset hvad denne skala sagde, var 50 ° C, blev det kaldt 50 ° C.
Dette fungerede overraskende godt. Hvis du har to glas vand ved forskellige temperaturer, og du blander dem sammen, får du en temperatur, der er meget tæt på gennemsnittet af temperaturen som målt ovenfor. Dette i sig selv er tilfældigt og afhænger af stoffets næsten konstante varmekapacitet. Men hvis du tager et stof, der ændrer varmekapaciteten markant, vil din eksperimentelle gennemsnitstemperatur ikke være det matematiske gennemsnit.
En mere præcis definition af temperaturen er kun beskrevet i statistisk mekanik: Her er temperatur defineret som $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , hvor $ E $ er systemets energi, og $ S (E) $ er systemets entropi. Boltzmann-konstanten $ k_B $ , som er en del af definitionen af entropien, forbinder Joule til Kelvin i denne ligning. Som sådan tjener denne definition til at definere skalaen for Kelvin og følgelig alle de andre temperaturskalaer, vi har i brug.