1 K er definert som (1 / 273.15) th av temperaturen til tredobbelt vannpunkt . I det minste er det slik det er definert i boka mi. Men hvilken skala måles trippelpunktet for vann i?
Celsius? Fahrenheit?
Kommentarer
- Det betyr ikke ‘ t saken. At ‘ er poenget med den definisjonen.
- Du kan bruke hvilken som helst skala, det vil bare være en dummy referanse. Skalaen forfatterne antok ment som svar på dette spørsmålet er Kelvin-skalaen . At definisjonen ovenfor leser som tautologisk, er fordi forfatterne formulerte definisjonen dårlig. Det de sannsynligvis mente å si var at temperaturen der vannet er ved det tredoble punktet er (ble) definert til å 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 av disse starter på absolutt null.
- @ SimonB: Vel, …, ikke helt (deltatemperaturer er ikke temperaturer). Men hvis du ‘ kommer til å ta det synspunktet, må du fremme Rankine.
- @Zorawar Dette er faktisk et utmerket spørsmål: Definisjonen gjør ikke si hvordan du vil sette opp et eksperiment for å sammenligne to temperaturer $ T_1 $ og $ T_2 $ for å finne en temperatur $ T_ {mean} = \ frac {T_1 + T_2} {2} $. Eller omvendt, gitt to systemer på $ T_1 $ og $ T_2 $, hva er temperaturen på det kombinerte systemet? $ \ frac {T_1 + T_2} {2} $? Eller $ \ root {T_1 \ cdotT_2} $? Selv om de to systemene er like mye av samme stoff, trenger ingen av disse to temperaturene å oppstå. Jeg husker at jeg hadde det samme spørsmålet da jeg satt gjennom forelesningene mine om termodynamikk.
Svar
For å svare på dette spørsmålet, kan hjelpe til med å ta et eksempel fra et mer kjent område av fysikk, og deretter diskutere temperatur.
I lang tid ble kiloet (SI-masseenheten) definert som massen til et bestemt objekt som ble holdt i et hvelv i Paris. Da kan grammet defineres som en tusendel av massen til objektet, og så videre. Hvis du nå spør, hvilke enheter brukes til å oppgi massen til det valgte objektet? da spiller det ingen rolle så lenge de er proporsjonale med størrelsen på enhetene du vil ta i bruk. Så hvis noen skulle fortelle deg massen av den spesielle gjenstanden i pund (f.eks. 2,2 pund), ville du fortsatt vite at ett gram er en tusendel av det.
Med temperaturen går det på samme måte. Det er en viss tilstand av vann, vanndamp og is i gjensidig likevekt. Denne tilstanden har en temperatur uavhengig av andre detaljer som volum, så lenge stoffene er rene og de ikke er knust for lite. Så den tilstanden har en viss temperatur. Den har en temperaturenhet i » trippelpunkteenheter » (en temperaturskala som jeg nettopp oppfant). Når vi sier at Kelvin er en viss brøkdel av den temperaturen, sier vi at et termometer hvis indikasjoner er proporsjonal med absolutt temperatur, må kalibreres for å registrere 273.16 når det settes i likevekt med vann på trippelpunktet, hvis vi ønsker det termometeret å lese i kelvin. For eksempel, hvis termometeret er basert på en idealvolum med konstant volum, bør man gjøre omregningsfaktoren fra trykket i gassen til den angitte temperaturen til et tall som sikrer at den angitte temperaturen er 273,16 ved trippelpunktet. Du vet da at gasstermometeret ditt avleser i kelvin, og du trengte aldri å kjenne noen andre enheter. (Merk at et slikt termometer er veldig nøyaktig over et bredt temperaturområde, men det kan ikke brukes under noen få kelvin-temperaturer. For å komme til lavtemperaturområdet trenger du andre typer termometer. I prinsippet kan de alle kalibreres. å bli enige om hvor områdene deres overlapper hverandre.)
(Takk til Pieter for en detalj som er signalisert i kommentarene og nå korrigert i teksten, men jeg håper kommentaren vil forbli.)
Kommentarer
- Det burde være 273,16, da trippelpunktet er på 0,01 C.
- @Pieter Takk! Jeg var ikke sikker på detaljer som kjemisk sammensetning heller. Det er nyttig å ha denne presisjonen.
Svar
Det var den gamle definisjonen.
Siden mai er kelvin definert ved å feste verdien til Boltzmann-konstanten: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k
Dette stemmer overens med trippelpunktet til en bestemt type vann ( VSMOW ) ved 273,16 K.
Det er også historisk i samsvar med den fremdeles eldre definisjonen av størrelsen på celsius som 1/100 av temperaturforskjellen mellom frysing og koking av vann.
En annen skala for absolutt temperatur er basert på størrelsen på en grad på Fahrenheit-skalaen. Dette er Rankine-skalaen der $ 1 $ kelvin = $ 1,8 \ ^ \ circ $ R.
Rediger: så boka din var feil. Trippelpunktet er på $ 273,16 $ K som er $ 0,01 \ ^ \ circ {\ rm C} $ ( ettersom trippelpunktet er litt høyere enn smeltepunktet for is ved atmosfærisk trykk).
Kommentarer
- OK, at ‘ er den gamle definisjonen, men den gamle definisjonen er det OP er interessert i. Dette svaret hjelper ikke ‘ t til å avklare OP ‘ s misforståelse om at enhetene som brukes til å måle temperaturen på trippelpunktet.
- OP kan være interessert i å vite at boken hans er litt utdatert. Og hvis jeg hadde skrevet dette som en kommentar, ville noen ha klaget på at jeg burde ha skrevet det som svar. Alltid de slitsomme klagene på dette nettstedet.
- Sjekk svaret mitt her: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
- Et fint svar, men det ville være enda bedre å nevne hvorfor du har $ 273,16 $ i stedet for OP ‘ s $ 273,15 $ .
- @badjohn Godt forslag. Ferdig.
Svar
Det er kanskje ikke opplagt fra hverdagens opplevelse med temperatur, men det har et naturlig null punkt, uavhengig av ethvert skala.
Temperaturen er relatert til den indre bevegelsen til partikler som utgjør et stoff – når all indre bevegelse opphører, er temperaturen null.
Du kan tenke på det som konsentrasjonen av fargestoff i en tank med vann. Det er ingen tvetydighet om hva null betyr: ingen fargestoffer betyr ingen konsentrasjon. Følgelig, hva du mener når du sier » Konsentrasjonen av fargestoff i denne tanken er halvparten av konsentrasjonen i den » avhenger ikke av enhetene du bruker til å spesifisere konsentrasjonene.
Forvirringen kan oppstå av det faktum at, i motsetning til de fleste mengder som har et naturlig null (masse, kinetisk energi, etc.) kjente temperaturskalaer har en forskyvning slik at ofte forekommende temperaturer kommer ut som små tall.
Så svaret på spørsmålet ditt om hvilken skala som brukes i definisjonen er: noen som ikke pålegger et slikt skifte.
Svar
Vannets trippelpunkt eksisterer ved nøyaktig én trykk-temperatur punkt.
Måling av temperatur ved hjelp av gassskalaen gjøres ved å finne NRT = PV ved to forskjellige trykk, og redusere dette til 0, under antagelse NRT = PV + kV² + …
Så 1 / 273,16 av trippelpunktet sier da at 1 kelvin er 1 / 273,16 av den underforståtte PV-verdien når N = 0.
Så det er en naturlig forekommende hendelse.
I eldre dager ble graden definert som 0 = noe kaldt punkt, 1 = noe varmt punkt, og skalaen delt inn i et antall grader.
Rømer sett 0 = salt-is vann frysing, 1 = kokende vann, delt inn i 60 grader,
Fahrenheit bygde et termometer som gjorde Rømer grader for store, så han kvartaler dem, og brukte en kaldere kald (i utgangspunktet er refigerasjonen ved 0 ° F). Rømers flerpunktsskala ble korrigert, så rent vann fryser ved 32 og koker ved 212.
Celcius-skalaen er rent vann fryser ved 0 og koker ved 1, delt til 100 grader.
Réaumurs grad er en utvidelse på 1000 enheter alkohol ved frysing, som klatrer 40 til den fordamper, men 80 er koking av vann.
Kommentarer
- For historisk nøyaktighet skal det nevnes at Celsius aldri prøvde den skalaen, han hadde frysing på 100 og kokende ved 0.
- Anton-skalaen var den første absolutte skalaen. Det involverte to rør kvikksølv, hvorav det ene ble avsluttet, og trykket satt til å lese 73 tommer kvikksølv ved vannets kokepunkt. Gitt at atmosfæretrykket var 29 tommer, måler Paris, er forskjellen på grunn av PV = NRT, hvor LHS får falle fra 73 tommer til hva romtrykket mindre enn 29 tommer måtte være.
- Av alle av skalaene tilfredsstiller ingen både bruk av fahrenheit / celcius (hvor normal kulde til varm kjører fra rundt 0 til 100), og en absolutt skala. I stedet ser det ut til at den beste løsningen er å bruke 1,5 ganger kelvin (eller gorem), som lar vann fryse ved 410 og koke ved 560 (så området 400-500 går fra -6,67 C til + 46,67 C), og 970 er temperaturen på det varmeste vannet kan være. Gassskala for matlaging kjører på 600 + 20 GM.
- @ wendy.krieger Takk..Jeg lærte mest av svaret ditt!
- Jeg gjorde ikke ‘ vet ikke R ø mer hadde en temperaturskala!Jeg har vært flere steder med navnet hans i den .
Svar
Jeg leste dette spørsmålet som et spørsmål om hvordan vi faktisk bestemmer en komplett skala fra å ha bare to enkeltpunkter på den. Noe som ikke er trivielt.
Historisk sett bygde folk først termometre, for eksempel ved å legge væske i et fast volum med et tynt rør festet. Så kalibrerte de termometerene ved å få en avlesning for kokende vann (100 ° C) og dets frysepunkt (0 ° C). Innimellom festet de ganske enkelt en lineær skala. Og uansett hva skalaen sa, var 50 ° C, det ble kalt 50 ° C.
Dette fungerte overraskende bra. Hvis du har to glass vann ved forskjellige temperaturer, og du blander dem sammen, får du en temperatur som er veldig nær gjennomsnittet av temperaturen som målt ovenfor. Dette i seg selv er tilfeldig, og avhenger av stoffets nesten konstant varmekapasitet. Men hvis du tar et stoff som endrer varmekapasiteten betydelig, vil din eksperimentelle gjennomsnittstemperatur ikke være det matematiske gjennomsnittet.
En mer presis definisjon av temperaturen læres bare i statistisk mekanikk: Her er temperatur definert som $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , der $ E $ er energien i systemet, og $ S (E) $ er systemets entropi. Boltzmann-konstanten $ k_B $ , som er en del av definisjonen av entropien, forbinder Joule til Kelvin i denne ligningen. Som sådan tjener denne definisjonen til å definere skalaen til Kelvin, og følgelig alle de andre temperaturskalaene vi har i bruk.