1 K definieras som (1 / 273.15) th av temperaturen för trippel vattenpunkt . Åtminstone så definieras det i min bok. Men vilken skala mäts den tredubbla punkten för vatten i?
Celsius? Fahrenheit?
Kommentarer
- Det betyder inte ’. Att ’ är punkten för den definitionen.
- Du kan använda vilken skala som helst, det blir bara en dummyreferens. Skalan som författarna förmodligen tänkt som svar på denna fråga är Kelvin-skalan . Att ovanstående definition läser som tautolog beror på att författarna formulerade definitionen dåligt. Vad de förmodligen menade att säga var att temperaturen vid vilken vattnet befinner sig vid sin tredubbla punkt är (definierades) till 273,16 K i Kelvin-skalan. (Och det borde vara 273,16 K, inte 273,15 K).
- Det kan ’ t vara Celsius eller Fahrenheit, för ingen av dessa börjar på absolut noll.
- @SimonB: Tja, …, inte riktigt (deltatemperaturer är inte temperaturer). Men om du ’ kommer att ta den synvinkeln, måste du främja Rankine.
- @Zorawar Egentligen är detta en utmärkt fråga: Definitionen gör säg inte hur du skulle skapa ett experiment för att jämföra två temperaturer $ T_1 $ och $ T_2 $ för att hitta en temperatur $ T_ {medel} = \ frac {T_1 + T_2} {2} $. Eller tvärtom, med två system på $ T_1 $ och $ T_2 $, vad är temperaturen på det kombinerade systemet? $ \ frac {T_1 + T_2} {2} $? Eller $ \ root {T_1 \ cdotT_2} $? Även om de två systemen är samma mängd av samma ämne behöver ingen av dessa två temperaturer resultera. Jag minns att jag hade samma fråga när jag satt igenom mina termodynamiska föreläsningar.
Svar
För att svara på den här frågan, kan hjälpa till att ta ett exempel från ett mer välbekant fysikområde och sedan diskutera temperaturen.
Under lång tid definierades kilo (SI-massenheten) som massan av ett visst objekt som hålls i ett valv i Paris. Då kan grammet definieras som en tusendel av objektets massa och så vidare. Om du frågar, vilka enheter används för att ange massan av det valda objektet? då spelar det ingen roll så länge de är proportionella mot storleken på enheterna du vill anta. Så om någon skulle berätta massan av det speciella föremålet i pund (t.ex. 2,2 pund) skulle du fortfarande veta att ett gram är en tusendel av det.
Med temperaturen går det på samma sätt. Det finns ett visst tillstånd av vatten, vattenånga och is i ömsesidig jämvikt. Det tillståndet har en temperatur oberoende av andra detaljer som volym, så länge ämnena är rena och de inte krossas för små. Så det tillståndet har en viss temperatur. Den har en temperaturenhet i ” trepunktsenheter ” (en temperaturskala som jag just uppfann). När vi säger att Kelvin är en viss bråkdel av den temperaturen säger vi att en termometer vars indikationer är proportionell mot absolut temperatur måste kalibreras för att registrera 273,16 när den sätts i jämvikt med vatten vid trippelpunkten, om vi önskar termometern att läsa i kelvin. Till exempel, om termometern är baserad på en idealvolym med konstant volym, bör man göra omvandlingsfaktorn från trycket i gasen till den angivna temperaturen till ett tal som säkerställer att den angivna temperaturen är 273,16 vid trippelpunkten. Du vet då att din gastermometer ger avläsningar i kelvin, och du behövde aldrig känna till några andra enheter. (Observera att en sådan termometer är mycket exakt över ett stort temperaturintervall, men den kan inte användas under temperaturer på några kelvin. För att komma till lågtemperaturområdet behöver du andra typer av termometer. I princip kan de alla kalibreras att komma överens var deras intervall överlappar varandra.)
(Tack till Pieter för en detalj som signaleras i kommentarerna och nu korrigeras i texten, men jag hoppas att kommentaren kommer att förbli.)
Kommentarer
- Det borde vara 273,16, eftersom trippelpunkten är vid 0,01 C.
- @Pieter Tack! Jag var inte säker på detaljer som kemisk sammansättning heller. Det är användbart att ha denna precision.
Svar
Det var den gamla definitionen.
Sedan maj definieras kelvin genom att fastställa värdet på Boltzmann-konstanten: https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k
Detta överensstämmer med trippelpunkten för en viss typ av vatten ( VSMOW ) vid 273,16 K.
Det är också historiskt överensstämmer med den ännu äldre definitionen av storleken på celsius som 1/100 av skillnaden i temperatur mellan frysning och kokning av vatten.
En annan skala för absolut temperatur baseras på storleken på en grad på Fahrenheit-skalan. Detta är Rankine-skalan där $ 1 $ kelvin = $ 1,8 \ ^ \ circ $ R.
Redigera: så din bok var fel. Trippelpunkten är vid $ 273,16 $ K vilket är $ 0,01 \ ^ \ circ {\ rm C} $ ( eftersom trippelpunkten är något högre än isens smältpunkt vid atmosfärstryck).
Kommentarer
- OK, att ’ är den gamla definitionen, men den gamla definitionen är vad OP är intresserad av. Detta svar hjälper inte ’ för att klargöra OP ’ missuppfattning om att enheterna använde för att mäta temperaturen på den tredubbla punkten.
- OP kan vara intresserad av att veta att hans bok är lite föråldrad. Och om jag hade skrivit detta som en kommentar skulle någon ha klagat på att jag borde ha skrivit det som ett svar. Alltid de tröttsamma klagomålen på den här webbplatsen.
- Kontrollera mitt svar här: hsm.stackexchange.com/questions/6794/…
- Ett trevligt svar men det vore ännu bättre att nämna varför du har $ 273,16 $ snarare än OP ’ s $ 273,15 $ .
- @badjohn Bra förslag. Klar.
Svar
Det kanske inte är uppenbart av den dagliga upplevelsen med temperatur, men den har en naturlig nolla punkt, oberoende av val av skala.
Temperaturen är relaterad till den inre rörelsen hos partiklar som utgör ett ämne – när all inre rörelse upphör är temperaturen noll.
Du kan tänka på det som koncentrationen av färgämne i en vattenbehållare. Det är ingen tvetydighet om vad noll betyder: inget färgämne betyder nollkoncentration. Följaktligen, vad du menar när du säger ” Färgkoncentrationen i denna tank är halva koncentrationen i den ” beror inte på de enheter du använder för att specificera koncentrationerna.
Förvirringen kan uppstå av det faktum att, till skillnad från de flesta kvantiteter som har en naturlig noll punkt (massa, kinetisk energi, etc.) välkända temperaturskalor har en förskjutning så att vanligt förekommande temperaturer kommer ut som små tal.
Så svaret på din fråga om vilken skala som används i definitionen är: någon som inte påtvingar en sådan förskjutning.
Svar
Den tredubbla punkten för vatten finns vid exakt en trycktemperatur punkt.
Mätningen av temperaturen med gasskalan görs genom att hitta NRT = PV vid två olika tryck och reducera detta till 0, under antagande NRT = PV + kV² + …
Så 1 / 273,16 av trippelpunkten säger då att 1 kelvin är 1 / 273,16 av det underförstådda PV-värdet när N = 0.
Så det är en naturligt förekommande händelse.
På äldre dagar definierades graden som 0 = någon kall punkt, 1 = någon het punkt och skalan uppdelad i ett antal grader.
Rømer set 0 = salt-isvatten frysning, 1 = kokande vatten, uppdelat i 60 grader,
Fahrenheit byggde en termometer som gjorde Rømers grader för stora, så han kvartade dem och använde en kallare förkylning (i princip är refigerationen vid 0 ° F). Rømers multipunktskala korrigerades, så rent vatten fryser vid 32 och kokar vid 212.
Celcius-skalan är rent vatten fryser vid 0 och kokar vid 1, uppdelat till 100 grader.
Réaumurs grad är en expansion av 1000 enheter alkohol vid frysning, som klättrar 40 tills den förångas, men 80 är vattenkokningen.
Kommentarer
- För historisk noggrannhet bör nämnas att Herr Celsius aldrig försökte den skalan, han hade fryst vid 100 och kokade vid 0.
- Antonskalan var den första absoluta skalan. Det involverade två rör kvicksilver, varav det ena stängdes, och dess tryck inställd på att läsa 73 tum kvicksilver vid kokpunkten för vatten. Med tanke på att atmosfärstrycket var 29 tum, mäter Paris, beror skillnaden på PV = NRT, där LHS tillåts falla från 73 tum till vad rumstrycket mindre än 29 tum kan vara.
- Av alla av skalorna, ingen uppfyller både användningen av fahrenheit / celcius (där normal kall till varm körning från cirka 0 till 100), och en absolut skala. Istället verkar den bästa lösningen vara att använda 1,5 gånger kelvin (eller gorem), som låter vatten frysa vid 410 och koka vid 560 (så intervallet 400-500 går från -6,67 C till + 46,67 C), och 970 är temperaturen på det hetaste vattnet kan vara. Gaskala för matlagning går på 600 + 20 GM.
- @ wendy.krieger Tack..Jag lärde mig mest av ditt svar!
- Jag gjorde inte ’ vet inte R ø mer hade en temperaturskala!Jag har varit på flera platser med hans namn i den .
Svar
Jag läste denna fråga för att fråga om hur vi faktiskt bestämmer en fullständig skala från att bara ha två enstaka punkter på den. Vilket är långt ifrån trivialt.
Historiskt sett byggde människor först termometrar, till exempel genom att sätta en vätska i en fast volym med ett tunt rör fäst. Sedan kalibrerade de termometrarna genom att få en avläsning av kokande vatten (100 ° C) och dess fryspunkt (0 ° C). Däremellan fäste de helt enkelt en linjär skala. Och oavsett vilken skala som sägs var 50 ° C, det kallades 50 ° C.
Detta fungerade förvånansvärt bra. Om du har två glas vatten vid olika temperaturer och blandar dem tillsammans får du en temperatur som ligger mycket nära medelvärdet av temperaturen som uppmätt ovan. Detta i sig är en tillfällighet och beror på ämnets nästan konstanta värmekapacitet. Om du tar ett ämne som ändrar värmekapaciteten avsevärt kommer din experimentella medeltemperatur inte att vara det matematiska medelvärdet.
En mer exakt definition av temperaturen lärs bara ut i statistisk mekanik: Här definieras temperaturen som $$ T = \ frac {dE} {dS (E)} $$ , där $ E $ är systemets energi och $ S (E) $ är systemets entropi. Boltzmann-konstanten $ k_B $ , som är en del av definitionen av entropin, ansluter Joule till Kelvin i denna ekvation. Som sådan tjänar denna definition till att definiera Kelvin-skalan och följaktligen alla andra temperaturskalor som vi använder.