1 K meghatározása a víz hármaspontja . Legalábbis ez így van meghatározva a könyvemben. De melyik skálán mérik a víz hármas pontját?
Celsius? Fahrenheit?
Megjegyzések
- Nem számít ‘. Ez ‘ s ennek a definíciónak a lényege.
- Bármilyen skálát használhat, csak egy dummy referencia lesz. A szerzők valószínűleg erre a kérdésre válaszként szánták a Kelvin-skálát . Az, hogy a fenti definíció tautológnak tűnik, az az oka, hogy a szerzők rosszul fogalmazták meg a definíciót. Valószínűleg azt akarták mondani, hogy azt a hőmérsékletet, amelyen a víz a hármaspontjában van, a Kelvin-skála szerint 273,16 K-nak határozták meg. (És ennek 273,16 K, és nem 273,15 K értéknek kell lennie.
- ‘ nem lehet Celsius vagy Fahrenheit, mert egyik sem indul el abszolút nullánál.
- @SimonB: Nos, …, nem egészen (a delta hőmérséklet nem hőmérséklet). De ha ‘ ezt a nézetet választja, akkor elő kell mozdítania Rankine-t.
- @Zorawar Valójában ez egy kiváló kérdés: A meghatározás nem ne mondja meg, hogyan állítana be egy kísérletet két hőmérséklet összehasonlítására: $ T_1 $ és $ T_2 $, hogy megkeresse a hőmérsékletet $ T_ {mean} = \ frac {T_1 + T_2} {2} $. Vagy fordítva, ha két rendszert adunk $ T_1 $ és $ T_2 $ értékre, akkor mi a kombinált rendszer hőmérséklete? $ \ frac {T_1 + T_2} {2} $? Vagy $ \ root {T_1 \ cdotT_2} $? Még akkor is, ha a két rendszer azonos mennyiségű ugyanazon anyagból áll, a két hőmérséklet egyikének sem kell eredményt adnia. Emlékszem, hogy ugyanaz a kérdés merült fel bennem, amikor végigültem a termodinamikai előadásaimon.
Válasz
A kérdés megválaszolásához segíthet példát venni a fizika egy ismertebb területéről, majd megbeszélni a hőmérsékletet.
Hosszú ideig a kilogrammot (az SI tömegegységét) úgy definiálták, mint egy bizonyos tárgy tömegét, boltozat Párizsban. Ezután a gramm meghatározható az adott tárgy tömegének ezredrészének stb. Ha most megkérdezi, milyen egységekkel állapítják meg a választott tárgy tömegét? akkor nem számít, amíg azok arányosak az elfogadni kívánt egységek skálájával. Tehát, ha valaki megmondaná neked a különleges tárgy tömegét fontokban (pl. 2,2 font), akkor is tudnád, hogy egy gramm ennek ezredrésze.
A hőmérséklettel hasonlóan megy. A víz, a vízgőz és a jég egy bizonyos állapota kölcsönös egyensúlyban van. Ennek az állapotnak a hőmérséklete független más részletektől, például a térfogattól, mindaddig, amíg az anyagok tiszták és nem vannak apróra aprítva. Tehát ennek az állapotnak van egy bizonyos hőmérséklete. Egy egységnyi hőmérséklete van ” hármaspont egységekben ” (hőmérséklet-skála, amelyet most találtam ki). Amikor azt mondjuk, hogy a Kelvin ennek a hőmérsékletnek a bizonyos hányada, azt mondjuk, hogy egy hőmérőt, amelynek indikációi arányosak az abszolút hőmérséklettel, úgy kell kalibrálni, hogy regisztrálja a 273,16-ot, ha azt a hármas pontban vízzel egyensúlyba hozzák, ha szeretnénk a hőmérő kelvinben olvasható. Például, ha a hőmérő állandó térfogatú ideális gázra épül, akkor a gáz nyomásától a jelzett hőmérsékletig számított konverziós tényezőnek olyan számnak kell lennie, amely biztosítja, hogy a jelzett hőmérséklet 273,16 legyen a hármas ponton. Ezután tudja, hogy a gázhőmérője kelvin értékeket ad, és soha nem kellett ismernie más egységeket. (Ne feledje, hogy egy ilyen hőmérő nagyon pontos a hőmérséklet széles tartományában, de nem használható néhány kelvin hőmérséklet alatt. Az alacsony hőmérsékletű tartomány eléréséhez más típusú hőmérőkre van szükség. Elvileg mindet kalibrálni lehet hogy megegyezzek, ahol a tartományok átfedik egymást.)
(Köszönet Pieternek a részletekért, amelyeket jeleztek a megjegyzésekben, és most kijavították a szövegben, de remélem, hogy a megjegyzés megmarad.)
Megjegyzések
- Ennek 273,16-nak kell lennie, mivel a hármas pont 0,01 C-on van.
- @Pieter Köszönjük! Az olyan részletekben sem voltam biztos, mint a kémiai összetétel. Hasznos ez a pontosság.
Válasz
Ez volt a régi meghatározás.
Május óta a kelvint a Boltzmann-konstans értékének rögzítésével határozzuk meg:
Ez összhangban van egy adott típusú víz hármasával ( VSMOW ) a 273,16 K-nál.
Ez történelmileg is összhangban van a centigrád méretének még régebbi meghatározásával, amely a víz fagyása és forrása közötti hőmérséklet-különbség 1/100-a.
Az abszolút hőmérséklet egy másik skálája a Fahrenheit-skála fokának méretén alapul. Ez a Rankine skála, ahol $ 1 $ kelvin = $ 1,8 \ ^ \ circ $ R.
Szerkesztés: tehát a könyved hibás volt. A hármas pont $ 273,16 $ K-n van, ami 0,01 $ \ ^ \ circ {\ rm C} $ ( mivel a hármaspont valamivel magasabb, mint a jég olvadáspontja légköri nyomáson).
Megjegyzések
- OK, hogy ‘ s a régi definíció, de a régi definíció az, ami az OP-t érdekli. Ez a válasz nem segít ‘ nem segít tisztázni az OP ‘ s tévhit, miszerint a hármaspont hőmérsékletének mérésére használt egységek számítanak.
- OP érdekelheti, hogy könyve kissé elavult. És ha ezt kommentként írtam volna, akkor valaki panaszkodott volna, hogy válaszként kellett volna megírnom. Mindig azok a fárasztó panaszok ezen a webhelyen.
- Ellenőrizze a válaszomat itt: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
- Szép válasz, de még jobb lenne megemlíteni, hogy miért van 273,16 USD, és nem az OP ‘ s 273,15 USD .
- @badjohn Jó javaslat. Kész.
Válasz
Lehet, hogy ez nem nyilvánvaló a mindennapi hőmérsékleti tapasztalatok alapján, de természetes nulla van pont, függetlenül a skála választásától.
A hőmérséklet az anyagot alkotó részecskék belső mozgásával függ össze – amikor az összes belső mozgás megszűnik, a hőmérséklet nulla.
Úgy gondolhat rá, mint a festék koncentrációja egy tartály vízben. Nincs egyértelműség abban, hogy mit jelent a nulla: a festék nem jelenti a nulla koncentrációt. Ennek megfelelően, mire gondol, amikor azt mondja, hogy ” A festék koncentrációja ebben a tartályban fele az adott koncentrációnak A ” nem függ az egységektől, amelyeket a koncentrációk megadásához használ.
A zavart abból adhatja, hogy ellentétben a legtöbb természetes nulla mennyiséggel pont (tömeg, kinetikus energia, stb.) a megszokott hőmérsékleti skálák eltolódnak, így a gyakran előforduló hőmérsékletek kis számokként jelennek meg.
Tehát a kérdésre adott válasz, hogy melyik skálát használja a meghatározás, a következő: aki nem ír elő ilyen elmozdulást.
Válasz
A víz hármas pontja pontosan egy nyomás-hőmérsékleten létezik pont.
A hőmérséklet mérését a gáz-skálán úgy végezzük, hogy NRT = PV-t találunk két különböző nyomáson, és ezt 0-ra csökkentjük, feltételezve, hogy NRT = PV + kV² + …
Tehát a hármaspont 1 / 273,16-os része azt mondja, hogy 1 kelvin az implicit PV-érték 1 / 273,16-a, amikor N = 0.
Tehát ez természetesen előforduló esemény.
A régebbi időkben a fokot 0 = néhány hideg pont, 1 = néhány forró pontot határozták meg, és a skálát több fokozatra osztották.
Rømer készlet 0 = sós-jeges víz fagyasztása, 1 = forrásban lévő víz, 60 fokra osztva.
Fahrenheit épített egy hőmérőt, amely túl nagyra tette Rømer fokozatait, ezért negyedelgette őket, és hidegebb hideget használt (alapvetően a hűtés 0 ° F-on van). Rømer többpontos skáláját korrigálták, így a tiszta víz 32 ° C-on lefagy és 212 ° C-on forr.
A Celsius-skála tiszta víz 0-nál fagy és 1-nél forr, 100 fokra osztva.
Réaumur fokozata 1000 egység alkohol kiterjedése fagyasztás közben, amely 40-ig mászik, amíg el nem párolog, de 80 a víz forrása.
Megjegyzések
- A történelmi pontosság kedvéért meg kell említeni, hogy Celsius úr soha nem próbálta meg ezt a mérleget, 100-nál fagyott és 0-nál forrott.
- Az anton skála volt az első abszolút skála. Két cső higanyt tartalmazott, amelyek közül az egyik zárva volt, és nyomása 73 hüvelyk higanyra volt leolvasva a víz forráspontján. Tekintettel arra, hogy a légköri nyomás 29 hüvelyk volt, párizsi mérés alapján, a különbség a PV = NRT miatt következik be, ahol az LHS-nek 73 hüvelykről szabadon esnie, bármi legyen is a helyiség nyomása, kevesebb, mint 29 hüvelyk. A skálák közül egyik sem elégíti ki a fahrenheit / celcius (ahol a normál hidegtől a melegig 0 és 100 közötti tartományban van) és az abszolút skála használatát. Ehelyett úgy tűnik, hogy a legjobb megoldás az 1,5-szeres kelvin (vagy gorem) használata, amely lehetővé teszi a víz 410-es hőmérsékleten történő megfagyását és 560-as forralását (tehát a 400-500 tartomány -6,67 C-tól + 46,67 C-ig terjed), a 970 a legforróbb víz hőmérséklete lehet. A főzéshez használt gázmérleg 600 + 20 GM sebességgel fut.
- @ wendy.krieger Köszönöm .. A válaszodból tanultam a legtöbbet!
- Nem ‘ t tudom, hogy R ø mer hőmérsékleti skálája volt! több helyen voltam a nevével .
Válasz
Ezt a kérdést úgy olvastam, hogy azt kérdezem, hogy tulajdonképpen hogyan határozhatjuk meg a teljes skálát abból, hogy csak két egyetlen pont van rajta. Ami korántsem triviális.
Történelmileg az emberek először hőmérőket építettek, például úgy, hogy folyadékot rögzített térfogatba tettek, vékony csővel ellátva. Ezután kalibrálták ezeket a hőmérőket a forrásban lévő víz (100 ° C) és fagyáspontjának (0 ° C) leolvasásával. Közöttük egyszerűen egy lineáris skálát csatoltak. És bármit is mondott a skála 50 ° C-nak, ezt 50 ° C-nak hívták.
Ez meglepően jól sikerült. Ha két pohár vize van különböző hőmérsékleten, és összekeveri őket, akkor olyan hőmérsékletet kap, amely nagyon közel van a fent mért hőmérsékleti átlaghoz. Ez önmagában egybeesés, és az anyag szinte állandó hőteljesítményétől függ. Ha azonban olyan anyagot vesz be, amely jelentősen megváltoztatja hőteljesítményét, akkor a kísérleti középhőmérséklet nem lesz a matematikai átlag.
A hőmérséklet pontosabb meghatározását csak statisztikai mechanika: Itt a hőmérséklet meghatározása $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , ahol $ E $ a rendszer energiája, a $ S (E) $ pedig a rendszer entrópiája. A Boltzmann konstans $ k_B $ , amely az entrópia meghatározásának része, összeköti a Joule-t ebben az egyenletben a Kelvinnel. Mint ilyen, ez a meghatározás arra szolgál, hogy meghatározza a Kelvin skáláját, és ennek következtében az összes többi hőmérsékleti skálát, amelyet használunk.