Anotasi: Konsep penskalaan. Jenis timbangan yang ada dan area penerapannya. Alasan munculnya timbangan.

SHKA"LA, s, Dan. [Latin. scala - tangga].- 1 . Penggaris dengan pembagian pada berbagai alat ukur. W.termometer. 2 . Serangkaian besaran, bilangan dalam urutan menaik atau menurun (khusus). Sh.suhu pasien. penyakit. gaji.

Jenis timbangan:

Skala pengukuran biasanya diklasifikasikan menurut jenis data yang diukur, yang menentukan transformasi matematis yang dapat diterima untuk skala tertentu, serta jenis hubungan yang ditampilkan oleh skala yang sesuai. Klasifikasi skala modern diusulkan pada tahun 1946 oleh Stanley Smith Stevens.

Skala nama (nominal, klasifikasi)

Digunakan untuk mengukur nilai atribut kualitas. Nilai dari fitur tersebut adalah nama kelas ekuivalen yang dimiliki objek tersebut. Contoh makna ciri kualitatif adalah nama negara bagian, warna, merek mobil, dan lain-lain. Karakteristik tersebut memenuhi aksioma identitas:

Jika terdapat sejumlah besar kelas, skala penamaan hierarkis digunakan. Contoh skala yang paling terkenal adalah skala yang digunakan untuk mengklasifikasikan hewan dan tumbuhan.

Dengan nilai yang diukur dalam skala nama, Anda hanya dapat melakukan satu operasi - memeriksa kebetulan atau tidaknya. Berdasarkan hasil pemeriksaan tersebut, dimungkinkan untuk menghitung tambahan frekuensi pengisian (probabilitas) untuk berbagai kelas, yang dapat digunakan untuk menerapkan berbagai metode analisis statistik - uji kesesuaian Chi-kuadrat, uji Cramer untuk menguji hipotesis tentang hubungan karakteristik kualitatif, dll.

Skala ordinal (atau skala peringkat)

Dibangun di atas identitas dan memesan. Subjek dalam skala ini diberi peringkat. Namun tidak semua objek dapat disubordinasikan pada relasi keteraturan. Misalnya, tidak mungkin untuk mengatakan mana yang lebih besar, lingkaran atau segitiga, tetapi kita dapat mengidentifikasi sifat umum pada benda-benda tersebut - luas, dan dengan demikian menjadi lebih mudah untuk membangun hubungan ordinal. Untuk skala ini, transformasi monotonik dapat diterima. Skala seperti itu kasar karena tidak memperhitungkan perbedaan antar subjek skala. Contoh skala tersebut: nilai prestasi akademik (kurang memuaskan, memuaskan, baik, sangat baik), skala Mohs.

Skala interval

Di sini ada perbandingan dengan standar. Konstruksi skala seperti itu memungkinkan kita untuk menghubungkan sebagian besar properti sistem numerik yang ada dengan angka yang diperoleh berdasarkan penilaian subjektif. Misalnya, membuat skala interval untuk reaksi. Untuk skala ini, transformasi linier dapat diterima. Hal ini memungkinkan Anda untuk mengurangi hasil tes ke skala umum dan dengan demikian membandingkan indikator. Contoh: Skala Celcius.

Skala hubungan

Dalam skala rasio, berlaku hubungan “berkali-kali lipat”. Ini adalah satu-satunya dari empat skala yang memiliki nol mutlak. Titik nol mencirikan tidak adanya yang diukur kualitas. Ini skala memungkinkan transformasi kesamaan (perkalian dengan konstanta). Menentukan titik nol adalah tugas yang sulit untuk penelitian, karena memberlakukan pembatasan penggunaan skala ini. Dengan menggunakan timbangan tersebut, massa, panjang, kekuatan, dan nilai (harga) dapat diukur. Contoh: Skala Kelvin (suhu diukur dari nol mutlak, dengan satuan pengukuran dipilih berdasarkan kesepakatan para ahli - Kelvin).

Skala perbedaan

Titik awalnya sewenang-wenang, satuan pengukurannya ditentukan. Transformasi yang dapat diterima adalah pergeseran. Contoh: mengukur waktu.

Skala absolut

Ini berisi fitur tambahan - kehadiran unit pengukuran yang alami dan tidak ambigu. Skala ini mempunyai satu titik nol. Contoh: jumlah penonton.

Dari skala yang dipertimbangkan, dua skala pertama adalah non-metrik, dan sisanya adalah metrik.

Persoalan jenis skala berkaitan langsung dengan masalah kecukupan metode pengolahan hasil pengukuran secara matematis. Secara umum, statistik yang memadai adalah statistik yang invarian terhadap transformasi skala pengukuran yang digunakan.

Gunakan dalam psikometri. Dengan menggunakan skala yang berbeda, pengukuran psikologis yang berbeda dapat dilakukan. Metode pengukuran psikologis pertama dikembangkan dalam psikofisika. Tugas utama psikofisikawan adalah bagaimana menentukan hubungan antara parameter fisik stimulasi dan penilaian sensasi subjektif yang sesuai. Mengetahui hubungan ini, seseorang dapat memahami sensasi apa yang sesuai dengan tanda tertentu. Fungsi psikofisik menetapkan hubungan antara nilai numerik skala pengukuran fisik suatu stimulus dan nilai numerik respons psikologis atau subjektif terhadap stimulus tersebut.

Celsius

1701 di Swedia. Bidang minatnya: astronomi, fisika umum, geofisika. Ia mengajar astronomi di Universitas Uppsala dan mendirikan observatorium astronomi di sana.

Celsius adalah orang pertama yang mengukur kecerahan bintang dan menetapkan hubungan antara cahaya utara dan fluktuasi medan magnet bumi.

Ia ikut serta dalam ekspedisi Lapland tahun 1736-1737 untuk mengukur meridian. Sekembalinya dari daerah kutub, Celsius mulai aktif bekerja pada organisasi dan pembangunan observatorium astronomi di Uppsala dan pada tahun 1740 menjadi direkturnya. Anders Celcius meninggal pada tanggal 25 Maret 1744. Mineral celsian, sejenis barium feldspar, dinamai menurut namanya.

Dalam bidang teknologi, kedokteran, meteorologi dan dalam kehidupan sehari-hari digunakan skala Celsius yang suhu titik tripel airnya adalah 0,01, sehingga titik beku air pada tekanan 1 atm adalah 0. Saat ini, skala Celcius ditentukan melalui skala Kelvin: satu derajat Celcius sama dengan satu kelvin, . Dengan demikian, titik didih air, yang awalnya dipilih oleh Celsius sebagai titik referensi 100, telah kehilangan signifikansinya, dan perkiraan modern menempatkan titik didih air pada tekanan atmosfer normal sekitar 99,975. Skala Celcius praktis sangat berguna karena air sangat umum di planet kita dan kehidupan kita didasarkan pada air. Nol Celcius merupakan titik khusus meteorologi karena dikaitkan dengan pembekuan air di atmosfer. Skala ini diusulkan oleh Anders Celsius pada tahun 1742.

Fahrenheit

Gabriel Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) - Fisikawan Jerman. Lahir pada tanggal 24 Mei 1686 di Danzig (sekarang Gdansk, Polandia), ia belajar fisika di Jerman, Belanda dan Inggris dalam pembuatan instrumen meteorologi presisi Pada tahun 1709 ia membuat termometer alkohol, pada tahun 1714 - termometer air raksa, menggunakan metode baru untuk memurnikan air raksa, Fahrenheit membuat skala dengan tiga titik acuan: sesuai dengan suhu campuran air - es - amonia, - dengan suhu tubuh orang sehat, dan sebagai titik acuan diambil titik leleh es. Titik didih air murni pada skala Fahrenheit adalah Skala ini digunakan di banyak negara berbahasa Inggris, meskipun secara bertahap digantikan oleh skala Celsius. Selain pembuatan termometer, Fahrenheit juga mempelajari ketergantungan perubahan titik didih cairan pada tekanan atmosfer dan kandungan garam di dalamnya , menemukan fenomena pendinginan air yang berlebihan, dan menyusun tabel gravitasi spesifik suatu benda. Fahrenheit meninggal di Den Haag pada 16 September 1736.

Di Inggris dan khususnya di Amerika, skala Fahrenheit digunakan. Nol derajat Celsius sama dengan 32 derajat Fahrenheit, dan satu derajat Fahrenheit sama dengan 5/9 derajat Celsius.

Definisi berikut saat ini diterima skala Fahrenheit: Ini adalah skala suhu, 1 derajat (1) sama dengan 1/180 selisih antara titik didih air dan titik leleh es pada tekanan atmosfer, dan titik leleh es bersuhu F . Suhu Fahrenheit berhubungan dengan suhu Celsius () dengan perbandingan. Diusulkan oleh G. Fahrenheit pada tahun 1724.

Skala Reaumur

Rene Reaumur. Rene Antoin de Reaumur lahir pada tanggal 28

Februari 1683 di La Rochelle, naturalis Perancis, anggota kehormatan asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan St. Petersburg (1737). Bekerja pada regenerasi, fisiologi, biologi koloni serangga. Dia mengusulkan skala suhu yang dinamai menurut namanya. Dia memperbaiki beberapa metode pembuatan baja, dia adalah salah satu orang pertama yang melakukan upaya untuk membuktikan secara ilmiah beberapa proses pengecoran, dan menulis karya “Seni Mengubah Besi menjadi Baja.” Dia sampai pada kesimpulan yang berharga: besi, baja, besi cor berbeda dalam jumlah pengotor. Dengan menambahkan pengotor ini ke besi, dengan karburasi atau paduan dengan besi tuang, Reaumur memperoleh baja. Pada tahun 1814, K. Careten membuktikan bahwa pengotor tersebut adalah karbon.

Reaumur memberikan metode pembuatan kaca buram.

Saat ini, ingatan mengasosiasikan namanya hanya dengan penemuan yang lama

skala suhu yang digunakan. Faktanya, René Antoine Ferchant de Reaumur, yang hidup pada tahun 1683-1757, terutama di Paris, adalah salah satu ilmuwan tersebut. keserbagunaan yang di zaman kita - masa spesialisasi yang sempit - sulit dibayangkan. Reaumur sekaligus seorang teknisi, fisikawan, dan ilmuwan alam. Dia mendapatkan ketenaran besar di luar Perancis sebagai ahli entomologi. Pada tahun-tahun terakhir hidupnya, Reaumur sampai pada gagasan bahwa pencarian kekuatan transformatif misterius harus dilakukan di tempat-tempat di mana manifestasinya paling jelas - selama transformasi makanan dalam tubuh, yaitu. setelah asimilasinya. Dia meninggal pada 17 Oktober 1757 di kastil Bermovdiere dekat Saint-Julien-du-Terroux (Mayenne).

Diusulkan pada tahun 1730 oleh R. A. Reaumur, yang mendeskripsikan termometer alkohol yang ia temukan.

Satuannya adalah derajat Reaumur (), sama dengan 1/80 interval suhu antara titik acuan - suhu pencairan es () dan air mendidih ()

Saat ini, skala tersebut sudah tidak digunakan lagi; skala ini bertahan paling lama di Prancis, tanah air penulis.

Perbandingan skala suhu

Keterangan	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Newton	Reaumur
Nol mutlak	0	-273.15	-459.67	-90.14	-218.52
Suhu leleh campuran Fahrenheit (garam dan es dalam jumlah yang sama)	255.37	-17.78	0	-5.87	-14.22
Titik beku air (kondisi normal)	273.15	0	32	0	0
Suhu rata-rata tubuh manusia	310.0	36.8	98.2	12.21	29.6
Titik didih air (kondisi normal)	373.15	100	212	33	80
Suhu permukaan matahari	5800	5526	9980	1823	4421

Skala suhu, sistem nilai numerik suhu yang sebanding. Suhu bukanlah besaran yang dapat diukur secara langsung; nilainya ditentukan oleh perubahan suhu zat termometrik apa pun yang sesuai untuk mengukur sifat fisik. Setelah memilih zat dan sifat termometrik, perlu untuk menetapkan titik referensi awal dan ukuran satuan suhu - derajat. Dengan demikian, skala suhu empiris (selanjutnya disebut T.s.) ditentukan. Di T.sh. Biasanya, dua suhu utama dicatat, sesuai dengan titik kesetimbangan fase sistem satu komponen (yang disebut titik referensi atau konstanta), jarak antara yang disebut interval suhu utama skala. Titik acuan berikut digunakan: titik tripel air, titik didih air, hidrogen dan oksigen, titik pemadatan perak, emas, dll. Besaran interval satuan (satuan suhu) ditetapkan sebagai pecahan tertentu dari interval utama. Untuk awal penghitungan T. sh. ambil salah satu titik referensi. Ini adalah bagaimana Anda dapat menentukan T. sh. untuk setiap sifat termometri. Jika kita berasumsi bahwa hubungan antara dan suhu adalah linier, maka suhu , di mana , dan adalah nilai numerik dari properti pada suhu , pada titik awal dan akhir interval utama, - ukuran derajat, - jumlah pembagian interval utama.

Dalam skala Celcius, misalnya, suhu pemadatan air (pencairan es) diambil sebagai titik awal; interval utama antara titik pemadatan dan titik didih air dibagi menjadi 100 bagian yang sama ().

T.sh. dengan demikian merupakan sistem nilai suhu berturut-turut yang berhubungan secara linier dengan nilai besaran fisis yang diukur (besaran ini harus tidak ambigu dan fungsi monoton suhu). Secara umum, T.sh. mungkin berbeda dalam sifat termometri (ini dapat berupa pemuaian termal benda, perubahan hambatan listrik konduktor dengan suhu, dll.), dalam sifat termometrik (gas, cairan, padat), dan juga bergantung pada titik acuan. Dalam kasus paling sederhana, T. sh. berbeda dalam nilai numerik yang diadopsi untuk titik acuan yang sama. Jadi, dalam skala Celcius (), Reaumur () dan Fahrenheit (), nilai suhu yang berbeda ditetapkan untuk titik leleh es dan titik didih air pada tekanan normal. Hubungan untuk mengubah suhu dari satu skala ke skala lainnya:

Perhitungan ulang langsung untuk T. sh., berbeda dalam suhu dasar, tanpa data eksperimen tambahan tidak mungkin dilakukan. T. sh., yang berbeda sifat termometri atau zatnya, berbeda nyata. Pengukuran suhu empiris dalam jumlah tak terbatas yang tidak bertepatan satu sama lain dimungkinkan, karena semua sifat termometri berhubungan dengan suhu secara nonlinier dan derajat nonliniernya berbeda untuk sifat yang berbeda, dan suhu sebenarnya yang diukur menggunakan metode pengukuran suhu empiris disebut konvensional (“merkuri”, suhu “platina”, dll.), satuannya adalah derajat konvensional. Di antara empiris T. sh. Tempat khusus ditempati oleh skala gas, di mana gas berfungsi sebagai zat termometrik (termometer "nitrogen", "hidrogen", "helium"). T.sh ini. kurang bergantung pada gas yang digunakan dan dapat (dengan melakukan koreksi) dibawa ke gas teoritis T. sh. Avogadro, berlaku untuk gas ideal. Empiris mutlak T. sh. Mereka menyebut skala, nol mutlak yang sesuai dengan suhu di mana nilai numerik dari suatu sifat fisik (misalnya, dalam teori gas Avogadro, suhu nol mutlak sesuai dengan tekanan nol gas ideal). suhu (menurut T. sh. empiris) dan (menurut T. sh. empiris absolut) dihubungkan oleh hubungan , dimana adalah nol mutlak dari T. sh empiris. (pengenalan nol mutlak merupakan ekstrapolasi dan tidak menyiratkan penerapannya).

Kelemahan mendasar dari empiris T. sh. - ketergantungannya pada zat termometri - tidak ada dalam teori termodinamika, berdasarkan hukum kedua termodinamika. Saat menentukan termodinamika absolut T. sh. (skala Kelvin) berasal dari siklus Carnot. Jika dalam siklus Carnot suatu benda yang menyelesaikan siklusnya menyerap panas pada suhu dan melepaskan panas pada suhu , maka perbandingannya adalah tidak bergantung pada sifat fluida kerja dan memungkinkan seseorang untuk menentukan suhu absolut menggunakan nilai yang tersedia untuk pengukuran. Awalnya, interval utama skala ini ditentukan oleh titik pencairan es dan air mendidih pada tekanan atmosfer, satuan suhu absolut berhubungan dengan bagian dari interval utama, dan titik pencairan es diambil sebagai titik awal. Pada tahun 1954, Konferensi Umum X tentang Berat dan Ukuran menetapkan termodinamika T. sh. dengan satu titik acuan - titik tripel air, yang suhunya dianggap 273,16 K (tepatnya), yang sesuai dengan . suhu dalam termodinamika absolut T. sh. diukur dalam kelvin (K). Skala suhu termodinamika, yang suhunya diambil sebagai titik leleh es, disebut celcius. Hubungan antara suhu yang dinyatakan dalam Celcius dan skala T termodinamika absolut:

jadi besarnya satuan pada skala tersebut adalah sama. Di AS dan beberapa negara lain yang biasa mengukur suhu pada skala Fahrenheit, T. sh absolut. peringkat. Hubungan antara kelvin dan derajat Rankine: , pada skala Rankine, titik leleh es sama dengan , titik didih air .

Setiap empiris T. sh. direduksi menjadi termodinamika T. sh. pengenalan koreksi dengan mempertimbangkan sifat hubungan antara sifat termometri dan suhu termodinamika. Termodinamika T.sh. dilakukan tidak secara langsung (dengan melakukan siklus Carnot dengan zat termometri), tetapi dengan bantuan proses lain yang berhubungan dengan suhu termodinamika. Dalam rentang suhu yang luas (kira-kira dari titik didih helium hingga titik pemadatan emas), termodinamika T. sh. bertepatan dengan T.sh. Avogadro, jadi suhu termodinamika ditentukan oleh suhu gas, yang diukur dengan termometer gas. Pada suhu yang lebih rendah, termodinamika T. sh. dilakukan sesuai dengan ketergantungan suhu dari kerentanan magnetik bahan paramagnetik, pada nilai yang lebih tinggi skalanya didefinisikan ulang beberapa kali (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): suhu referensi dan metode interpolasi berubah, tetapi prinsipnya tetap sama - dasar skala adalah sekumpulan zat transisi fase murni dengan nilai suhu termodinamika tertentu dan instrumen interpolasi yang dikalibrasi pada titik-titik ini. Skala ITS-90 saat ini berlaku. Dokumen utama (Peraturan skala) menetapkan definisi Kelvin, nilai suhu transisi fase (titik referensi) dan metode interpolasi.

Skala suhu yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari - baik Celcius maupun Fahrenheit (terutama digunakan di AS) - tidak mutlak dan oleh karena itu merepotkan saat melakukan eksperimen dalam kondisi di mana suhu turun di bawah titik beku air, oleh karena itu suhu harus dinyatakan negatif. nomor. Untuk kasus seperti itu, skala suhu absolut diperkenalkan.

Salah satunya disebut skala Rankine, dan yang lainnya adalah skala termodinamika absolut (skala Kelvin); suhunya masing-masing diukur dalam derajat Rankine () dan kelvin (K). Kedua skala dimulai pada suhu nol mutlak. Perbedaannya adalah satu Kelvin sama dengan satu derajat Celcius, dan satu derajat Rankine sama dengan satu derajat Fahrenheit. Titik beku air pada tekanan atmosfer standar sama dengan , , .

Skala Kelvin terikat pada titik tripel air (273,16 K), dan konstanta Boltzmann bergantung padanya. Hal ini menimbulkan masalah dengan keakuratan interpretasi pengukuran suhu tinggi. BIPM kini mempertimbangkan kemungkinan untuk beralih ke definisi baru Kelvin dan menetapkan konstanta Boltzmann, alih-alih mengacu pada suhu titik tripel.

Ringkasan singkat: siswa menjadi paham tentang klasifikasi tangga nada dan ruang lingkupnya.

Perlengkapan latihan

Pertanyaan:

1. Kapan dan oleh siapa klasifikasi skala modern diusulkan?
2. Definisikan kata SKALA.
3. Sebutkan semua jenis timbangan yang anda ketahui dan jelaskan perbedaannya?
4. Mengapa skala digunakan dalam psikometri?
5. Skala manakah yang paling banyak digunakan di Inggris dan Amerika?
6. Manakah dari skala di atas yang muncul pertama kali?
7. Negara manakah yang paling lama menggunakan skala Reaumur?
8. Bagaimana suhu diukur pada skala suhu termodinamika absolut?
9. Berikan contoh skala suhu absolut.
10. Apa hubungan kelvin dengan derajat Rankine?

Latihan

1. Gambarlah diagram yang mencerminkan klasifikasi skala modern. Bisakah Anda membuat skala berdasarkan hierarki?
2. Menentukan nilai suhu dalam skala suhu yang berbeda (Fahrenheit, Kelvin)

Skala suhu yang paling terkenal saat ini adalah skala Fahrenheit, Celsius dan Kelvin.

skala suhu Fahrenheit paling populer di AS. Suhu diukur dalam derajat, misalnya 48.2°F (empat puluh delapan koma dua derajat Fahrenheit), simbol F menunjukkan skala Fahrenheit yang digunakan.

Orang-orang Eropa sudah terbiasa melakukannya skala suhu Celsius yang juga mengukur suhu dalam derajat, misalnya 48,2°C (empat puluh delapan koma dua derajat Celcius), simbol C menunjukkan skala Celcius yang digunakan.

Para ilmuwan lebih terbiasa mengoperasikannya Skala suhu Kelvin. Sampai tahun 1968, kelvin secara resmi disebut derajat Kelvin, kemudian diputuskan untuk menamai nilai suhu yang diukur pada skala Kelvin hanya dalam satuan kelvin (tanpa derajat), misalnya 48,2 K (empat puluh delapan dua kelvin).

Daniel Gabriel Fahrenheit menemukan skalanya pada abad ke-18 saat membuat termometer di Amsterdam. Fahrenheit mengambil suhu larutan garam beku, yang pada saat itu digunakan untuk memperoleh suhu rendah dalam kondisi laboratorium, sebagai titik suhu nol. Fisikawan Jerman menetapkan nilai 32°F untuk titik leleh es dan titik beku air (masing-masing dengan kenaikan dan penurunan suhu). Berdasarkan skala yang dihasilkan, titik didih air adalah 212°F.

Pada abad ke-18 yang sama, seorang ilmuwan Swedia Anders Celsius menemukan skala suhunya sendiri, yang didasarkan pada titik beku (0°C) dan titik didih (100°C) air murni pada tekanan atmosfer normal.

Skala Kelvin ditemukan pada abad ke-19 oleh seorang ilmuwan Inggris William Thomson, yang kemudian menerima gelar kehormatan Baron Kelvin. Thomson mendasarkan skala suhunya pada konsep nol mutlak. Belakangan, skala Kelvin menjadi skala utama dalam fisika, dan sekarang sistem Fahrenheit dan Celcius ditentukan melalui skala tersebut.

Intinya, suhu suatu benda mencirikan ukuran pergerakan molekulnya - semakin cepat molekul bergerak, semakin tinggi suhu benda tersebut, dan sebaliknya. Semakin rendah suhunya, semakin lambat pergerakan molekulnya. Pada nol mutlak (0 K), molekul berhenti (yang tidak mungkin terjadi di alam). Oleh karena itu, tidak mungkin mencapai suhu nol mutlak atau bahkan lebih rendah.

Harus dikatakan bahwa skala skala Kelvin dan Celsius adalah sama (satu derajat Celsius sama dengan satu kelvin), dan 0 K = -273,15°C.

Jadi, menghubungkan skala suhu Kelvin dan Celcius sangatlah sederhana:

K = C+273,15 C = K-273,15

Mari kita coba menghubungkan skala Celsius dan Fahrenheit.

Seperti yang Anda ketahui, air membeku pada suhu 32°F dan 0°C: 32°F=0°C. Air mendidih pada 212°F dan 100°C: 212°F=100°C.

Jadi, untuk 180 derajat Fahrenheit ada 100 derajat Celsius (rasio 9/5): 212°F-32°F=100°C-0°C.

Perlu juga dicatat bahwa titik nol pada skala Celcius sama dengan titik 32 derajat pada skala Fahrenheit.

Dengan mempertimbangkan korespondensi antara kedua skala di atas, kami memperoleh rumus untuk mengubah suhu dari satu skala ke skala lainnya:

C = (5/9) (F-32) F = (9/5) C+32

Jika Anda menyelesaikan sistem persamaan ini, Anda dapat mengetahuinya -40°C = -40°F- ini adalah satu-satunya suhu di mana nilai kedua skala bertepatan.

Dengan cara yang sama, kami menghubungkan skala Kelvin dan Fahrenheit:

F = (9/5)·(K-273.15)+32 = (9/5)K-459.67 K = (5/9)·(F+459.67)

Skala suhu

Skala suhu adalah hubungan numerik fungsional tertentu antara suhu dan nilai sifat termometri yang diukur. Dalam hal ini, tampaknya mungkin untuk membuat skala suhu berdasarkan pilihan properti termometrik apa pun. Pada saat yang sama, tidak ada satu pun sifat termometri yang berubah secara linier

perubahan suhu dan tidak bergantung pada faktor lain pada rentang pengukuran suhu yang luas. Skala pertama muncul pada abad ke-18. Untuk membangunnya, dua titik referensi dipilih t 1 Dan t 2, mewakili suhu kesetimbangan fase zat murni. Perbedaan suhu t 1 –t 2 disebut kisaran suhu utama.

Fahrenheit (1715), Reaumur (1776) dan Celsius (1742) ketika menyusun skala didasarkan pada asumsi hubungan linier antara suhu T dan sifat termometri, yang digunakan sebagai pemuaian volume cairan V(rumus 14.27) /8/

t=a+bV,(14.27)

Di mana A Dan B- koefisien konstan.

Substitusikan ke persamaan (14.27) V = V 1 pada t=t 1 Dan V = V 2 pada t=t 2, setelah transformasi kita memperoleh persamaan (14.28) skala suhu /8/

Dalam skala Fahrenheit, Reaumur dan Celsius, titik leleh es t 1 berhubungan dengan +32, 0 dan 0 °, dan titik didih air t 2 - 212, 80 dan 100°. Interval utama t 2 –t 1 dalam skala ini dibagi berdasarkan tidak= 180, 80 dan 100 bagian yang sama, dan 1/N bagian dari setiap interval disebut derajat Fahrenheit - T° F, gelar Reaumur – T° R dan derajat Celcius - t °С. Jadi, untuk skala yang dibuat menurut prinsip ini, derajat bukanlah satuan pengukuran, tetapi mewakili satuan interval - skala skala.

Untuk mengkonversi suhu dari satu skala tertentu ke skala lainnya, gunakan relasi (14.29)

T°С= 1,25° R=-(5/9)( - 32), (14.29)

Belakangan diketahui bahwa pembacaan termometer dengan zat termometri yang berbeda (misalnya air raksa, alkohol, dll.), dengan menggunakan sifat termometri yang sama dan skala derajat yang seragam, hanya bertepatan pada titik acuan, dan pada titik lain pembacaannya berbeda. Yang terakhir ini terutama terlihat ketika mengukur suhu yang nilainya jauh dari interval utama.

Keadaan ini dijelaskan oleh fakta bahwa hubungan antara suhu dan sifat termometri sebenarnya nonlinier dan nonlinier ini berbeda untuk zat termometri yang berbeda. Secara khusus, dalam kasus yang dipertimbangkan, ketidaklinieran antara suhu dan perubahan volume cairan dijelaskan oleh fakta bahwa koefisien suhu ekspansi volumetrik cairan itu sendiri bervariasi dengan suhu dan perubahan ini berbeda untuk tetesan cairan yang berbeda.

Berdasarkan prinsip konstruksi yang dijelaskan, sejumlah skala suhu dapat diperoleh, berbeda secara signifikan satu sama lain. Skala yang demikian disebut konvensional, dan skala dari skala tersebut disebut derajat konvensional. Masalah pembuatan skala suhu yang tidak bergantung pada sifat termometri zat diselesaikan pada tahun 1848 oleh Kelvin, dan skala yang ia usulkan disebut termodinamika. Berbeda dengan skala suhu konvensional, skala suhu termodinamika bersifat mutlak.

Skala suhu termodinamika berdasarkan penggunaan hukum kedua termodinamika. Sesuai dengan hukum ini, efisiensi mesin kalor yang beroperasi pada siklus Carnot reversibel hanya ditentukan oleh suhu pemanas T N dan kulkas T X dan tidak bergantung pada sifat-sifat zat yang bekerja, sehingga efisiensi dihitung dengan menggunakan rumus (14.30) /8/

(14.30)

Di mana QN Dan Q X- masing-masing, jumlah panas yang diterima oleh zat kerja dari pemanas dan diberikan ke lemari es.

Kelvin mengusulkan untuk menggunakan persamaan (14.31) /8/ untuk menentukan suhu

T N /T X = Q N /Q X , (14.31)

Oleh karena itu, dengan menggunakan satu benda sebagai pemanas dan benda lainnya sebagai lemari es dan menjalankan siklus Carnot di antara keduanya, perbandingan suhu benda dapat ditentukan dengan mengukur perbandingan kalor yang diambil dari satu benda dan diberikan ke benda lainnya. Skala suhu yang dihasilkan tidak bergantung pada sifat-sifat zat kerja (termometri) dan disebut skala suhu absolut. Agar suhu absolut (dan bukan hanya rasio) memiliki nilai tertentu, diusulkan untuk mengambil perbedaan suhu termodinamika antara titik didih air. T HF dan es yang mencair TTL sama dengan 100°. Penerapan nilai selisih tersebut bertujuan untuk menjaga kesinambungan ekspresi numerik skala suhu termodinamika dari skala suhu celcius Celcius. Jadi, menyatakan jumlah panas yang diterima dari pemanas (air mendidih) dan diberikan ke lemari es (es yang mencair), masing-masing, dengan Q HF Dan Q TL dan menerima TKV – TTL ==100, menggunakan (14.31), kita memperoleh persamaan (14.32) dan (14.33)

(14.32)

(14.33)

Untuk suhu berapa pun T pemanas pada nilai suhu konstan TTL lemari es dan jumlah panas Q TL, diberikan oleh substansi kerja mesin Carnot, kita akan mendapatkan persamaan (14.34) /8/

(14.34)

Ekspresi (14.34) adalah persamaannya skala suhu termodinamika celcius dan menunjukkan bahwa nilai suhu T pada skala ini berhubungan linier dengan jumlah panas Q, diperoleh zat kerja mesin kalor ketika melakukan siklus Carnot, dan akibatnya, tidak bergantung pada sifat-sifat zat termometri. Satu derajat suhu termodinamika diambil sebagai selisih antara suhu tubuh dan suhu leleh es dimana usaha yang dilakukan pada siklus Carnot reversibel sama dengan 1/100 usaha yang dilakukan pada siklus Carnot antara titik didih air dan suhu leleh es (asalkan pada kedua siklus jumlah panas yang dilepaskan ke lemari es sama). Dari ekspresi (14.30) dapat disimpulkan bahwa pada nilai maksimumnya harus sama dengan nol T X. Suhu terendah ini disebut nol mutlak oleh Kelvin. Suhu pada skala termodinamika dilambangkan dengan T K. Jika dalam ungkapan yang menggambarkan hukum gas Gay-Lussac: (dimana Ro- tekanan di t=0 °С; adalah koefisien temperatur tekanan), substitusikan nilai temperatur sama dengan - , kemudian tekanan gas Pt akan menjadi sama dengan nol. Adalah wajar untuk berasumsi bahwa suhu di mana tekanan gas minimum maksimum dipastikan adalah suhu minimum yang mungkin, dan dianggap nol pada skala Kelvin absolut. Oleh karena itu, suhu absolutnya adalah .

Diketahui dari hukum Boyle-Mariotte bahwa untuk gas koefisien temperatur tekanan a sama dengan koefisien temperatur muai volumetrik. Secara eksperimental ditemukan bahwa untuk semua gas pada tekanan cenderung nol, pada kisaran suhu 0-100 °C, koefisien suhu muai volumetrik = 1/273,15.

Jadi, nilai suhu absolut nol sama dengan °C. Suhu pencairan es pada skala absolut adalah Itu==273,15 K. Setiap suhu pada skala Kelvin absolut dapat didefinisikan sebagai (Di mana T suhu dalam °C). Perlu diperhatikan bahwa satu derajat Kelvin (1 K) sama dengan satu derajat Celcius (1 °C), karena kedua skala didasarkan pada titik acuan yang sama. Skala suhu termodinamika, yang didasarkan pada dua titik acuan (suhu leleh es dan titik didih air), kurang akurat dalam pengukurannya. Praktis sulit untuk mereproduksi suhu titik-titik ini, karena suhu tersebut bergantung pada perubahan tekanan, serta pada kotoran kecil di dalam air. Kelvin dan, secara independen, D.I. Mendeleev mengungkapkan pertimbangannya tentang kelayakan membangun skala suhu termodinamika berdasarkan satu titik acuan. Komite Penasihat Termometri dari Komite Berat dan Ukuran Internasional pada tahun 1954 mengadopsi rekomendasi untuk beralih ke definisi skala termodinamika menggunakan satu titik referensi - titik tripel air (titik kesetimbangan air dalam bentuk padat, cair dan gas). fase), yang mudah direproduksi dalam bejana khusus dengan kesalahan tidak lebih dari 0,0001 K. Suhu titik ini diambil menjadi 273,16 K, mis. lebih tinggi dari suhu titik leleh es sebesar 0,01 K. Angka ini dipilih agar nilai suhu pada skala baru praktis tidak berbeda dengan skala Celcius lama dengan dua titik acuan. Titik acuan kedua adalah nol mutlak, yang tidak diwujudkan secara eksperimental, tetapi memiliki posisi yang tetap. Pada tahun 1967, Konferensi Umum Berat dan Ukuran XIII memperjelas definisi satuan suhu termodinamika sebagai berikut: "Kelvin-1/273.16 bagian dari suhu termodinamika titik tripel air." Suhu termodinamika juga dapat dinyatakan dalam derajat Celcius: T= T- 273,15 K. Penggunaan hukum kedua termodinamika, yang diusulkan oleh Kelvin untuk tujuan menetapkan konsep suhu dan membangun skala suhu termodinamika absolut, tidak bergantung pada sifat-sifat zat termometri, merupakan hal yang sangat penting secara teoritis dan mendasar. Namun penerapan skala ini dengan menggunakan mesin kalor yang beroperasi pada siklus Carnot reversibel sebagai termometer praktis tidak mungkin dilakukan.

Suhu termodinamika setara dengan suhu gas-termal yang digunakan dalam persamaan yang menjelaskan hukum gas ideal. Skala suhu gas-termal dibuat berdasarkan termometer gas, di mana gas dengan sifat mendekati gas ideal digunakan sebagai zat termometri. Dengan demikian, termometer gas merupakan cara praktis untuk mereproduksi skala suhu termodinamika. Termometer gas tersedia dalam tiga jenis: volume konstan, tekanan konstan, dan suhu konstan. Biasanya digunakan termometer gas dengan volume konstan (Gambar 14.127), dimana perubahan suhu gas sebanding dengan perubahan tekanan. Termometer gas terdiri dari sebuah silinder 1 dan tabung penghubung 2, diisi melalui katup 3 hidrogen, helium atau nitrogen (untuk suhu tinggi). Tabung penghubung 2 terhubung ke handset 4 pengukur tekanan dua pipa, yang memiliki tabung 5 dapat dipindahkan ke atas atau ke bawah berkat selang penghubung yang fleksibel 6. Ketika suhu berubah, volume sistem yang berisi gas berubah, dan untuk membawanya ke nilai aslinya, tabung 5 gerakkan secara vertikal hingga kadar air raksa di dalam tabung tercapai 4 tidak berimpit dengan sumbunya XX. Dalam hal ini, kolom air raksa di dalam tabung 5, diukur dari tingkat XX, akan sesuai dengan tekanan gas R dalam sebuah silinder.

Gambar 14.127 – Diagram termometer gas

Suhu yang biasanya diukur T ditentukan relatif terhadap beberapa titik acuan, misalnya relatif terhadap suhu titik tripel air T0, di mana tekanan gas di dalam silinder akan berada Ro. Suhu yang diinginkan dihitung menggunakan rumus (14.35)

(14.35)

Termometer gas digunakan dalam kisaran tersebut ~ 2- 1300 K. Kesalahan termometer gas berada pada kisaran 3-10-3 - 2-10-2 K tergantung suhu yang diukur. Mencapai akurasi pengukuran yang tinggi adalah tugas kompleks yang memerlukan mempertimbangkan banyak faktor: penyimpangan sifat gas nyata dari gas ideal, adanya pengotor dalam gas, penyerapan dan desorpsi gas oleh dinding silinder. , difusi gas melalui dinding, perubahan volume silinder dari suhu, distribusi suhu sepanjang tabung penghubung.

Karena tingginya kompleksitas pekerjaan dengan termometer gas, upaya dilakukan untuk menemukan metode yang lebih sederhana untuk mereproduksi skala suhu termodinamika.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan di berbagai negara pada Konferensi Umum Berat dan Ukuran VII pada tahun 1927, diputuskan untuk mengganti skala termodinamika skala suhu "praktis". dan meneleponnya skala suhu internasional. Skala ini konsisten dengan skala termodinamika celcius sedekat yang dimungkinkan oleh tingkat pengetahuan pada saat itu.

Untuk menyusun skala suhu internasional, enam titik referensi yang dapat direproduksi dipilih, yang nilai suhunya pada skala termodinamika diukur dengan cermat di berbagai negara menggunakan termometer gas dan hasil yang paling dapat diandalkan diterima. Dengan menggunakan titik referensi, instrumen referensi dikalibrasi untuk mereproduksi skala suhu internasional. Dalam interval antar titik acuan, nilai suhu dihitung menggunakan rumus interpolasi yang diusulkan, yang menetapkan hubungan antara pembacaan instrumen referensi dan suhu pada skala internasional. Pada tahun 1948, 1960 dan 1968 Ketentuan skala suhu internasional telah diklarifikasi dan ditambah, karena berdasarkan perbaikan metode pengukuran, ditemukan perbedaan antara skala ini dan skala termodinamika, terutama di daerah bersuhu tinggi, dan juga karena kebutuhan. untuk memperluas skala suhu ke suhu yang lebih rendah. Saat ini, skala yang lebih baik yang diadopsi pada Konferensi Berat dan Ukuran XIII, yang disebut “skala suhu praktis internasional 1968” (MPTP-68), sedang berlaku. Istilah “praktis” menunjukkan bahwa skala suhu ini secara umum tidak sama dengan skala termodinamika. Suhu MPTSH-68 dilengkapi dengan indeks ( T 68 atau jilid 68).

MPTS-68 didasarkan pada 11 titik referensi utama yang ditunjukkan pada Tabel 9. Selain titik referensi utama, terdapat 27 titik referensi sekunder, yang mencakup kisaran suhu dari 13,956 hingga 3660 K (dari -259,194 hingga 3387 °C). Suhu numerik yang diberikan pada Tabel 14.4 sesuai dengan skala termodinamika dan ditentukan dengan menggunakan termometer gas.

Konverter termal resistansi platinum digunakan sebagai termometer referensi dalam kisaran suhu dari 13,81 hingga 903,89 K (630,74 °C - titik pemadatan antimon - titik referensi sekunder). Interval ini dibagi menjadi lima subinterval, yang masing-masing subinterpolasinya didefinisikan rumus interpolasinya dalam bentuk polinomial hingga derajat keempat. Dalam kisaran suhu dari 903,89 hingga 1337,58 K, digunakan termometer termoelektrik referensi platinum-platinum-rhodium. Rumus interpolasi yang menghubungkan gaya gerak termoelektromotif dengan suhu di sini merupakan polinomial derajat kedua.

Untuk suhu di atas 1337,58 K (1064,43°C), MPTS-68 direproduksi menggunakan termometer kuasi-monokromatik menggunakan hukum radiasi Planck.

Tabel 14.4 - Titik acuan utama MPTSH-68

Pengukuran besaran energi panas

Salah satu besaran energi panas yang terpenting adalah suhu. Suhu adalah besaran fisika yang mencirikan derajat pemanasan suatu benda atau potensi energi panasnya. Hampir semua proses teknologi dan berbagai sifat suatu zat bergantung pada suhu.

Berbeda dengan besaran fisika seperti massa, panjang, dan lain-lain, suhu bukanlah besaran ekstensif (parametrik), melainkan besaran intensif (aktif). Jika suatu benda homogen terbagi dua, maka massanya juga terbagi dua. Suhu, sebagai besaran intensif, tidak memiliki sifat aditif, yaitu. Untuk sistem yang berada dalam kesetimbangan termal, setiap bagian sistem mempunyai suhu yang sama. Oleh karena itu, tidak mungkin membuat standar suhu, seperti halnya standar kuantitas yang banyak dibuat.

Suhu hanya dapat diukur secara tidak langsung, berdasarkan ketergantungan suhu pada sifat fisik benda yang dapat diukur secara langsung. Sifat-sifat benda ini disebut termometri. Ini termasuk panjang, kepadatan, volume, daya termoelektrik, hambatan listrik, dll. Zat yang mempunyai sifat termometri disebut termometri. Alat untuk mengukur suhu disebut termometer. Untuk membuat termometer, Anda harus memiliki skala suhu.

Skala suhu adalah hubungan numerik fungsional tertentu antara suhu dan nilai sifat termometri yang diukur. Dalam hal ini, tampaknya mungkin untuk membuat skala suhu berdasarkan pilihan properti termometrik apa pun. Pada saat yang sama, tidak ada sifat termometri umum yang berhubungan linier dengan perubahan suhu dan tidak bergantung pada faktor lain pada rentang pengukuran suhu yang luas.

Skala suhu pertama kali muncul pada abad ke-18. Untuk membangunnya, dua titik referensi t 1 dan t 2 dipilih, yang mewakili suhu kesetimbangan fase zat murni. Perbedaan suhu t 2 - t 1 disebut kisaran suhu utama. Fisikawan Jerman Gabriel Daniel Fahrenheit (1715), fisikawan Swedia Anders Celsius (1742) dan fisikawan Prancis René Antoine Reaumur (1776) ketika menyusun skala didasarkan pada asumsi hubungan linier antara suhu T dan sifat termometri, yang digunakan sebagai pemuaian volume cairan V, yaitu

t = a + bV, (1)

Di mana A Dan B– koefisien konstan.

Substitusikan V = V 1 pada t = t 1 dan V = V 2 pada t = t 2 ke dalam persamaan ini, setelah transformasi diperoleh persamaan skala suhu:

Dalam skala Fahrenheit, Reaumur dan Celsius, titik leleh es t 1 berhubungan dengan +32 0, 0 0 dan 0 0, dan titik didih air t 2 - 212 0, 80 0 dan 100 0. Interval utama t 2 - t 1 dalam skala ini dibagi masing-masing menjadi N = 180, 80 dan 100 bagian yang sama, dan bagian 1/N dari setiap interval disebut derajat Fahrenheit - t 0 F, derajat Reaumur t 0 R dan derajat Celcius t 0 C Jadi, untuk skala yang dibuat menurut prinsip ini, derajat bukanlah satuan pengukuran, tetapi mewakili satuan interval - skala skala.

Untuk mengubah suhu dari satu skala ke skala lainnya, gunakan rasio berikut:

(3)

Belakangan diketahui bahwa pembacaan termometer dengan zat termometri yang berbeda (merkuri, alkohol, dll), dengan menggunakan sifat termometri yang sama dan skala derajat yang seragam, hanya bertepatan pada titik acuan, dan pada titik lain pembacaannya berbeda. Yang terakhir ini terutama terlihat ketika mengukur suhu yang nilainya jauh dari interval utama.

Keadaan ini dijelaskan oleh fakta bahwa hubungan antara suhu dan sifat termometri sebenarnya nonlinier dan nonlinier ini berbeda untuk zat termometri yang berbeda. Secara khusus, ketidaklinieran antara suhu dan perubahan volume cairan dijelaskan oleh fakta bahwa koefisien suhu muai volumetrik cairan itu sendiri bervariasi terhadap suhu dan perubahan ini berbeda untuk tetesan cairan yang berbeda.

Berdasarkan prinsip yang dijelaskan, Anda dapat membuat sejumlah skala yang berbeda secara signifikan satu sama lain. Skala yang demikian disebut konvensional, dan skala dari skala tersebut disebut derajat konvensional.

Masalah pembuatan skala suhu yang tidak bergantung pada sifat termometri zat diselesaikan pada tahun 1848 oleh Kelvin, dan skala yang ia usulkan disebut termodinamika. Berbeda dengan skala suhu konvensional, skala suhu termodinamika adalah mutlak.

Skala suhu termodinamika berdasarkan penggunaan hukum kedua termodinamika. Sesuai dengan hukum ini, efisiensi h dari mesin kalor yang beroperasi menurut siklus Carnot terbalik hanya ditentukan oleh suhu pemanas T n dan lemari es T x dan tidak bergantung pada sifat-sifat zat kerja:

(4)

dimana Q n dan Q x masing-masing adalah jumlah kalor yang diterima zat kerja dari pemanas dan dilepaskan ke lemari es.

Kelvin mengusulkan penggunaan persamaan untuk menentukan suhu

Oleh karena itu, dengan menggunakan satu benda sebagai pemanas dan benda lainnya sebagai lemari es dan menjalankan siklus Carnot di antara keduanya, perbandingan suhu benda dapat ditentukan dengan mengukur perbandingan kalor yang diambil dari satu benda dan diberikan ke benda lainnya. Skala suhu yang dihasilkan tidak bergantung pada sifat-sifat zat yang bekerja dan disebut skala suhu absolut. Agar suhu mutlak mempunyai nilai tertentu, diusulkan untuk mengambil selisih suhu termodinamika antara titik didih air T kv dan titik leleh es T tl sama dengan 100 0. Penerapan perbedaan tersebut bertujuan untuk menjaga kesinambungan nilai numerik skala suhu termodinamika dari skala suhu celcius Celcius. T.O., menyatakan jumlah kalor yang diterima dari pemanas (air mendidih) dan diberikan ke lemari es (es yang mencair), masing-masing melalui Q kv dan Q tl, dan dengan mengambil T kv - T tl = 100, kita peroleh:

Dan (6)

Untuk setiap suhu T pemanas, dengan nilai konstan T tl lemari es dan jumlah kalor Q t yang diberikan oleh zat kerja mesin Carnot, kita akan mendapatkan:

(7)

Persamaan (6) adalah persamaan skala suhu termodinamika celcius dan menunjukkan bahwa nilai suhu T pada skala ini berhubungan linier dengan jumlah kalor Q yang diterima oleh zat kerja suatu mesin kalor ketika melakukan siklus Carnot, dan akibatnya, tidak bergantung pada sifat-sifat termodinamika. zat. Satu derajat suhu termodinamika diambil sebagai selisih antara suhu tubuh dan suhu leleh es dimana kerja yang dilakukan pada siklus Carnot terbalik sama dengan 1/100 kerja yang dilakukan pada siklus Carnot antara titik didih es. air dan suhu leleh es (asalkan pada kedua siklus jumlah panas yang dilepaskan ke lemari es sama).

Dari definisi efisiensi maka pada nilai maksimum h=1 T x harus sama dengan nol. Suhu terendah ini disebut nol mutlak oleh Kelvin. Suhu pada skala termodinamika disebut “K”.

Skala suhu termodinamika, yang didasarkan pada dua titik acuan, memiliki akurasi pengukuran yang kurang memadai. Praktis sulit untuk mereproduksi suhu titik-titik ini, karena mereka bergantung pada tekanan, serta kandungan garam di dalam air. Oleh karena itu, Kelvin dan Mendeleev mengutarakan gagasan tentang kelayakan membangun skala suhu termodinamika berdasarkan satu titik acuan.

Komite Penasihat Termometri dari Komite Berat dan Ukuran Internasional pada tahun 1954 mengadopsi rekomendasi untuk beralih ke definisi skala termodinamika menggunakan satu titik referensi - titik tripel air (titik kesetimbangan air dalam zat padat, cair dan fase gas), yang mudah direproduksi dalam bejana khusus dengan kesalahan tidak lebih dari 0,0001 K. Suhu titik ini diambil menjadi 273,16 K, mis. lebih tinggi dari suhu leleh es sebesar 0,01 K. Angka ini dipilih agar nilai suhu pada skala baru praktis tidak berbeda dengan skala Celsius lama dengan dua titik acuan. Titik acuan kedua adalah nol mutlak, yang secara praktis tidak terwujud, tetapi memiliki posisi yang tetap.

Pada tahun 1967, Majelis Umum Berat dan Ukuran XIII memperjelas definisi satuan suhu termodinamika sebagai berikut: “ Kelvin– 1/273.16 bagian suhu termodinamika titik tripel air.” Suhu termodinamika juga dapat dinyatakan dalam derajat Celcius:

T = T– 273,15K (8)

Suhu disebut juga besaran fisis yang mencirikan derajat pemanasan suatu benda, namun hal ini tidak cukup untuk memahami arti dan pentingnya konsep suhu. Dalam frasa ini hanya ada penggantian satu istilah dengan istilah lain dan tidak ada istilah yang lebih dapat dipahami. Biasanya konsep fisika diasosiasikan dengan beberapa hukum dasar dan memperoleh makna hanya dalam kaitannya dengan hukum-hukum tersebut. Konsep suhu dikaitkan dengan konsep kesetimbangan termal dan, oleh karena itu, dengan hukum ireversibilitas makroskopik.

Perubahan suhu

Dalam keadaan kesetimbangan termodinamika, semua benda yang membentuk sistem mempunyai suhu yang sama. Suhu hanya dapat diukur secara tidak langsung, berdasarkan ketergantungan suhu pada sifat fisik benda yang dapat diukur secara langsung. Zat (benda) yang digunakan untuk ini disebut termometri.

Biarkan dua benda yang terisolasi secara termal dibawa ke dalam kontak termal. Aliran energi akan mengalir deras dari satu benda ke benda lain, dan akan terjadi proses perpindahan panas. Dalam hal ini, diyakini bahwa benda yang mengeluarkan panas memiliki suhu yang lebih tinggi daripada benda yang menerima aliran panas. Secara alami, setelah beberapa waktu aliran energi berhenti dan terjadi kesetimbangan termal. Diasumsikan bahwa suhu tubuh seimbang dan menetap di suatu tempat dalam interval antara nilai suhu awal. Jadi, ternyata suhu merupakan penanda kesetimbangan termal. Ternyata berapapun nilai t yang memenuhi syarat:

1. $t_1>t_2$, jika aliran panas berpindah dari benda pertama ke benda kedua;
2. $t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, dapat diambil sebagai suhu ketika kesetimbangan termal tercapai.

Diasumsikan bahwa kesetimbangan termal suatu benda mematuhi hukum transitivitas: jika dua benda berada dalam kesetimbangan dengan benda ketiga, maka keduanya berada dalam kesetimbangan termal satu sama lain.

Ciri terpenting dari definisi suhu di atas adalah ambiguitasnya. Kita dapat memilih besaran yang memenuhi persyaratan dengan cara berbeda (yang akan tercermin dalam cara kita mengukur suhu) dan berakhir dengan skala suhu yang berbeda. Skala suhu adalah cara membagi interval suhu menjadi beberapa bagian.

Mari kita beri contoh. Seperti yang anda ketahui, alat untuk mengukur suhu adalah termometer. Mari kita pertimbangkan dua jenis termometer dari perangkat yang berbeda. Pertama, peran suhu tubuh dimainkan oleh panjang kolom air raksa di kapiler termometer, jika termometer berada dalam kesetimbangan termal dengan benda yang suhunya kita ukur. Panjang kolom air raksa memenuhi kondisi 1 dan 2, yang diberikan di atas dan berlaku untuk suhu.

Ada cara lain untuk mengukur suhu: menggunakan termokopel. Termokopel adalah rangkaian listrik dengan galvanometer dan dua sambungan logam yang berbeda (Gbr. 1). Satu persimpangan ditempatkan pada media yang suhunya tetap, misalnya es yang mencair, yang lain pada media yang suhunya harus ditentukan. Dalam hal ini, indikator suhu dianggap sebagai ggl termokopel. Kedua metode pengukuran suhu ini tidak akan memberikan hasil yang sama. Dan untuk berpindah dari satu suhu ke suhu lainnya, perlu dibuat kurva kalibrasi yang menetapkan ketergantungan ggl termokopel pada panjang kolom air raksa. Kemudian skala seragam termometer air raksa diubah menjadi skala termokopel yang tidak rata (atau sebaliknya). Skala seragam termometer air raksa dan termokopel membentuk dua skala suhu yang sangat berbeda, di mana benda dalam keadaan yang sama akan memiliki suhu yang berbeda. Anda dapat mengambil termometer dengan desain yang sama, tetapi dengan “badan termal” yang berbeda (misalnya, air raksa dan alkohol). Skala suhu mereka juga tidak cocok. Grafik panjang kolom air raksa versus panjang kolom alkohol tidak akan linier.

Oleh karena itu, konsep suhu, yang didasarkan pada hukum kesetimbangan termal, tidaklah unik. Suhu ini disebut empiris, tergantung pada metode pengukuran suhu. Nol skala suhu empiris selalu diatur secara sewenang-wenang. Menurut definisi suhu empiris, hanya perbedaan suhu, yaitu perubahannya, yang mempunyai arti fisis. Setiap skala suhu empiris direduksi menjadi skala suhu termodinamika dengan melakukan koreksi yang memperhitungkan sifat hubungan antara sifat termometri dan suhu termodinamika.

Skala suhu

Untuk membuat skala suhu, nilai suhu numerik ditetapkan ke dua titik referensi tetap. Kemudian bagilah perbedaan suhu antara titik acuan menjadi beberapa bagian yang dipilih secara acak, sehingga diperoleh satuan pengukuran suhu. Sebagai nilai awal yang digunakan ketika membuat skala suhu untuk menentukan titik asal dan satuannya - derajat, digunakan suhu transisi zat kimia murni dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya, misalnya, suhu leleh es $t_0 $ dan titik didih air $t_k$ pada tekanan atmosfer normal ($\kira-kira 10^5Pa).$ Besaran $t_0\ dan\ t_k$ memiliki arti yang berbeda:

• pada skala Celcius (skala celcius): titik didih air $t_k=100^0C$, titik leleh es $t_0=0^0C$. Skala Celcius adalah skala yang suhu titik tripel airnya adalah 0,010C pada tekanan 0,06 atm. (Titik tripel air adalah suhu dan tekanan tertentu di mana air, uap, dan esnya dapat berada dalam kesetimbangan secara bersamaan.);
• pada skala Fahrenheit, titik didih air $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- titik leleh es;

Hubungan antara suhu yang dinyatakan dalam derajat Celcius dan Fahrenheit adalah:

\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ atau\ t^0F=1,8t^0C+32\ \kiri(1\kanan);\ ]

Nol pada skala ini ditentukan oleh titik beku campuran air, garam, dan amonia dengan perbandingan 1:1:1.

• pada skala Kelvin: suhu diukur dari nol mutlak (t=-273,50C) dan disebut termodinamika atau suhu absolut. T=0K adalah keadaan yang menunjukkan tidak adanya fluktuasi termal. Titik didih air pada skala ini adalah $t_k=373K$, titik leleh es adalah $t_0=273K$. Hubungan antara suhu Kelvin dan suhu Celcius:
\
• menurut skala Reaumur, titik didih air adalah $t_k=80^0R$, titik leleh es adalah $t_0=0^0R.$ Skala ini praktis tidak digunakan lagi. Hubungan antara suhu yang dinyatakan dalam derajat Celsius dan derajat Réaumur:
\

Termometer Reaumur menggunakan alkohol.

• menurut skala Rankine, titik didih air adalah $t_k=671.67^(0\ )Ra$, titik leleh es adalah $t_0=(491.67)^0Ra.$ Skala dimulai dari nol mutlak. Jumlah derajat antara titik beku dan titik didih air pada skala Fahrenheit dan Rankine adalah sama dan sama dengan 180.

Hubungan antara kelvin dan derajat Rankine: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, derajat Fahrenheit diubah ke derajat Rankine menggunakan rumus:

\[^0Ra=^0F+459.67\kiri(4\kanan);\]

Dalam teknologi dan kehidupan sehari-hari, suhu digunakan dalam skala Celcius. Satuan skala ini disebut derajat Celcius ($^0C).\ $ Dalam fisika, mereka menggunakan suhu termodinamika, yang tidak hanya lebih nyaman, tetapi juga memiliki arti fisika yang dalam, karena ditentukan oleh energi kinetik rata-rata dari molekul tersebut. Satuan suhu termodinamika, derajat kelvin (sampai tahun 1968), atau sekarang disingkat kelvin (K), merupakan salah satu satuan dasar dalam SI. Suhu T=0K disebut suhu nol mutlak. Termometri modern didasarkan pada skala gas ideal, di mana tekanan digunakan sebagai besaran termometri. Skala termometer gas bersifat mutlak (T=0, p=0). Saat memecahkan masalah, Anda paling sering harus menggunakan skala suhu ini.