1 K määritetään (1 / 273.15) th lämpötilasta kolminkertainen vesipiste . Ainakin se on niin määritelty kirjassani. Mutta missä asteikossa mitataan veden kolminkertainen piste?
Celsius? Fahrenheit?
Kommentit
- Sillä ei ole ’ väliä. Se ’ s on määritelmän kohta.
- Voit käyttää mitä tahansa asteikkoa, se on vain näennäisviite. Asteikko, jonka kirjoittajat todennäköisesti aikovat vastata tähän kysymykseen, on Kelvin-asteikko . Se, että yllä oleva määritelmä on tautologinen, johtuu siitä, että kirjoittajat muotoilivat määritelmän huonosti. He luultavasti tarkoittivat sanoa, että lämpötilan, jossa vesi on kolmoispisteessään, määriteltiin (määriteltiin) olevan 273,16 K Kelvin-asteikolla. (Ja sen pitäisi olla 273,16 K, ei 273,15 K).
- Se ei voi olla ’ t Celsius tai Fahrenheit, koska kumpikaan näistä ei ala absoluuttisesta nollasta.
- @SimonB: No, …, ei aivan (delta-lämpötilat eivät ole lämpötiloja). Mutta jos ’ otat tämän näkökulman, sinun on mainostettava Rankinea.
- @Zorawar Itse asiassa tämä on erinomainen kysymys: Määritelmä tekee älä sano, kuinka asetat kokeilun kahden lämpötilan $ T_1 $ ja $ T_2 $ vertaamiseksi lämpötilan $ T_ {mean} = \ frac {T_1 + T_2} {2} $ löytämiseksi. Tai päinvastoin, kun otetaan huomioon kaksi järjestelmää arvoissa $ T_1 $ ja $ T_2 $, mikä on yhdistetyn järjestelmän lämpötila? $ \ frac {T_1 + T_2} {2} $? Tai $ \ root {T_1 \ cdotT_2} $? Vaikka nämä kaksi järjestelmää olisivatkin saman määrän samaa ainetta, kumpikaan näistä kahdesta lämpötilasta ei tarvitse johtaa. Muistan, että minulla oli sama kysymys istuessani termodynaamisia luentojani.
Vastaa
Vastaa tähän kysymykseen voi auttaa ottamaan esimerkin tutummalta fysiikan alueelta ja keskustelemaan sitten lämpötilasta.
Pitkään kilogramma (SI-massayksikkö) määriteltiin tietyn esineessä pidetyn kohteen massana. holvi Pariisissa. Sitten gramma voidaan määritellä tuhannesosaksi kyseisen esineen massasta ja niin edelleen. Jos kysyt nyt, mitä yksiköitä käytetään valitun kohteen massan ilmoittamiseen? silloin sillä ei ole väliä, kunhan ne ovat verrannollisia yksikköjen mittakaavaan, jonka haluat ottaa käyttöön. Joten jos joku kertoisi sinulle erikoiskohteen massan kiloina (esim. 2,2 kiloa), tiedät silti, että yksi gramma on tuhannesosa siitä.
Lämpötilan ollessa samankaltainen. Keskimääräinen tasapaino on tietyssä tilassa vettä, vesihöyryä ja jäätä. Tämän tilan lämpötila on riippumaton muista yksityiskohdista, kuten tilavuudesta, kunhan aineet ovat puhtaita eivätkä ne ole murskattu liian pieniksi. Joten siinä tilassa on tietty lämpötila. Siinä on yksi lämpötilan yksikkö ” kolmipistoyksiköissä ” (juuri keksimäni lämpötila-asteikko). Kun sanomme, että Kelvin on tietty murto tästä lämpötilasta, sanomme, että lämpömittari, jonka indikaatiot ovat verrannollisia absoluuttiseen lämpötilaan, on kalibroitava rekisteröidäkseen 273,16, kun se asetetaan tasapainoon veden kanssa kolmoispisteessä, jos haluamme lämpömittari lukemaan kelvineinä. Esimerkiksi jos lämpömittari perustuu vakiotilavuuteen ihanteelliseen kaasuun, muunnoskerroin kaasun paineesta ilmoitettuun lämpötilaan tulisi olla luku, joka varmistaa, että ilmoitettu lämpötila on 273,16 kolmoispisteessä. Sitten tiedät, että kaasulämpömittari antaa lukemia kelvineinä, eikä sinun koskaan tarvinnut tietää muita yksiköitä. (Huomaa, että tällainen lämpömittari on erittäin tarkka useilla lämpötila-alueilla, mutta sitä ei voida käyttää muutaman kelviinin lämpötilan alapuolella. Matalan lämpötilan alueelle pääsemiseksi tarvitset muun tyyppisiä lämpömittareita. Periaatteessa ne kaikki voidaan kalibroida sopia, missä niiden alueet ovat päällekkäisiä.)
(Kiitos Pieterille yksityiskohdista, jotka on ilmoitettu kommenteissa ja nyt korjattu tekstissä, mutta toivon kommentin pysyvän.)
Kommentit
- Sen pitäisi olla 273,16, koska kolmoispiste on 0,01 C.
- @Pieter Kiitos! En myöskään ollut varma yksityiskohdista, kuten kemiallisesta koostumuksesta. Tämä tarkkuus on hyödyllistä.
Vastaus
Se oli vanha määritelmä.
Toukokuusta lähtien kelvin määritetään vahvistamalla Boltzmann-vakion arvo: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k
Tämä on yhdenmukainen tietynlaisen veden ( VSMOW ) kolmoiskohdan kanssa 273,16 K.
Se on myös historiallisesti yhdenmukainen entistä vanhemman celsiusasteen määritelmän kanssa, joka on 1/100 veden jäätymisen ja kiehumisen välisestä lämpötilaerosta.
Eri absoluuttisen lämpötilan asteikko perustuu asteen kokoon Fahrenheit-asteikolla. Tämä on Rankine-asteikko, jossa $ 1 $ kelvin = $ 1,8 \ ^ \ circ $ R.
Muokkaa: joten kirjasi oli väärä. Kolmoiskohta on $ 273,16 $ K, joka on $ 0,01 \ ^ \ circ {\ rm C} $ ( koska kolminkertainen piste on hieman korkeampi kuin jään sulamispiste ilmakehän paineessa).
Kommentit
- OK, että ’ s vanha määritelmä, mutta OP on kiinnostunut vanhasta määritelmästä. Tämä vastaus ei auta ’ auttaa selventämään OP ’ väärinkäsitys, että yksiköt, joilla mitattiin kolmoispisteen lämpötilaa, ovat tärkeitä.
- OP saattaa olla kiinnostunut tietämään, että hänen kirjansa on hieman vanhentunut. Ja jos olisin kirjoittanut tämän kommenttina, joku olisi valittanut, että minun olisi pitänyt kirjoittaa se vastauksena. Aina nämä väsyttävät valitukset tällä sivustolla.
- Tarkista vastaukseni täältä: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
- Hyvä vastaus, mutta olisi vielä parempi mainita, miksi sinulla on 273,16 dollaria eikä OP ’ 273,15 dollaria .
- @badjohn Hyvä ehdotus. Valmis.
Vastaa
Se ei välttämättä ole ilmeistä jokapäiväisestä lämpötilakokemuksesta, mutta sillä on luonnollinen nolla piste, riippumatta asteikon valinnasta.
Lämpötila liittyy aineen muodostavien hiukkasten sisäiseen liikkeeseen – kun kaikki sisäinen liike loppuu, lämpötila on nolla.
Voit ajatella sitä kuin väriaineen pitoisuus vesisäiliössä. Ei ole epäselvyyttä siitä, mitä nolla tarkoittaa: ei väriainetta tarkoittaa nollapitoisuutta. Vastaavasti mitä tarkoitat sanomalla ” Väriaineen pitoisuus tässä säiliössä on puolet sen pitoisuudesta. ” ei riipu yksiköistä, joita käytät pitoisuuksien määrittämiseen.
Hämmennystä voi syntyä siitä, että toisin kuin useimmissa luonnollisen nollan määrissä piste (massa, kineettinen energia jne.) tuttujen lämpötila-asteikoiden siirtymä on niin, että yleisesti havaitut lämpötilat tulevat pieninä numeroina.
Joten vastaus kysymykseesi siitä, mitä asteikkoa määritelmässä käytetään, on: kuka tahansa, joka ei määrää tällaista muutosta.
Vastaus
Veden kolminkertainen piste esiintyy tarkalleen yhdessä paine-lämpötilassa. piste.
Lämpötilan mittaus kaasuasteikolla tehdään etsimällä NRT = PV kahdesta eri paineesta ja pienentämällä tämä arvoon 0 oletuksella NRT = PV + kV² + …
Joten kolmipisteen 1 / 273,16 sanoo sitten, että 1 kelvin on 1 / 273,16 oletetusta PV-arvosta, kun N = 0.
Joten se on luonnossa esiintyvä tapahtuma.
Vanhempina aikoina aste määriteltiin seuraavasti: 0 = jokin kylmä piste, 1 = jokin kuuma piste ja asteikko jaettuna useisiin asteisiin.
Rømer set 0 = suola-jääveden jäätyminen, 1 = kiehuva vesi, jaettu 60 asteeseen.
Fahrenheit rakensi lämpömittarin, joka teki Rømerin astetta liian suureksi, joten hän neljäsosaa ne ja käytti kylmempää kylmää (jäähdytys on periaatteessa 0 ° F). Rømerin monipisteasteikko korjattiin, joten puhdas vesi jäätyy 32 ° C: ssa ja kiehuu 212 ° C: ssa.
Celcius-asteikko on puhdasta vettä jäätyy 0 ° C: ssa ja kiehuu 1 ° C: ssa jaettuna 100 asteeseen.
Réaumurin aste on 1000 yksikön alkoholin laajeneminen pakkasessa, joka kiipeää 40, kunnes se haihtuu, mutta 80 on kiehuvaa vettä.
Kommentit
- Historiallisen tarkkuuden vuoksi on mainittava, että herra Celsius ei koskaan kokeillut tätä asteikkoa, hänellä oli jäätymisaste 100 ja kiehumispiste 0. li> Antoniskaala oli ensimmäinen absoluuttinen asteikko. Se sisälsi kaksi elohopeaputkea, joista toinen pääty suljettiin, ja sen paine asetettiin lukemaan 73 tuumaa elohopeaa veden kiehumispisteessä. Ottaen huomioon, että ilmanpaine oli 29 tuumaa, Pariisin mittaus, ero johtuu PV = NRT: stä, jossa LHS: n annetaan pudota 73 tuumasta mihin tahansa huoneen paineeseen, joka on vähemmän kuin 29 tuumaa.
- Kaikista asteikoista mikään ei täytä sekä fahrenheit / celcius (missä normaali kylmä-kuuma-ajo noin 0-100) käyttöä, että absoluuttisen asteikon. Sen sijaan paras ratkaisu näyttää olevan käyttää 1,5 kertaa kelviiniä (tai goremia), jonka avulla vesi jäätyy 410 ° C: ssa ja kiehuu 560 ° C: ssa (joten alue 400-500 vaihtelee -6,67 ° C: sta + 46,67 ° C: seen), ja 970 on kuumin veden lämpötila voi olla. Ruoanlaittoon tarkoitettu kaasu-asteikko on 600 + 20 GM.
- @ wendy.krieger Kiitos .. opin eniten vastauksestasi!
- En ’ ei tiedä R ø mer -lämpötila-asteikkoa!Olen ollut useissa paikoissa hänen nimensä kanssa .
vastaus
Luin tämän kysymyksen kysymykseksi siitä, kuinka määritämme koko asteikon siitä, että siinä on vain kaksi yksittäistä pistettä. Mikä ei ole kaukana triviaalista.
Historiallisesti ihmiset rakensivat ensin lämpömittareita esimerkiksi asettamalla nestettä kiinteään tilavuuteen ohuella putkella. Sitten he kalibroivat nuo lämpömittarit saamalla lukeman kiehuvaa vettä (100 ° C) ja sen jäätymispistettä (0 ° C). Väliin he yksinkertaisesti kiinnittivät lineaarisen asteikon. Ja mitä asteikko sanoi 50 ° C: sta, sitä kutsuttiin 50 ° C: ksi.
Tämä toimi yllättävän hyvin. Jos sinulla on kaksi lasillista vettä eri lämpötiloissa ja sekoitat ne yhteen, saat lämpötilan, joka on hyvin lähellä yllä mitattua lämpötilan keskiarvoa. Tämä itsessään on sattumaa ja riippuu aineen melkein jatkuvasta lämpökapasiteetista. Jos kuitenkin otat ainetta, joka muuttaa huomattavasti lämpökapasiteettiaan, kokeellinen keskilämpötila ei ole matemaattinen keskiarvo.
Lämpötilan tarkempi määrittely opetetaan vain tilastomekaniikka: Tässä lämpötila määritellään seuraavasti: $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , missä $ E $ on järjestelmän energia, ja $ S (E) $ on järjestelmän entropia. Boltzmannin vakio $ k_B $ , joka on osa entropian määritelmää, yhdistää Joulen Kelviniin tässä yhtälössä. Sellaisena tämä määritelmä paljastaa Kelvin-asteikon ja sen seurauksena kaikki muut käytössä olevat lämpötila-asteikot.