Температура температурные шкалы. Введение.Температурные шкалы. Энергия теплового движения при абсолютном нуле

Для многих жителей постсоветского пространства угроза цунами кажется некой абстрактной и уж очень экзотической опасностью. Однако капризы природы в последние годы таковы, что трудно чувствовать себя защищенным от той или иной угрозы на 100%. Ведь даже в небольшом озере при определенном стечении обстоятельств может возникнуть крупная волна. Не говоря уже о городах, расположенных на берегу моря или океана. Таким образом, знания о том, как выжить во время цунами, могут пригодиться в самый неожиданный момент, практически в любой части земного шара.

Почему возникает цунами?

Причина возникновения цунами - подводные землетрясения. Мощные толчки создают направленное движение огромных масс воды, которые накатывают на берег волнами высотой свыше 10 метров, приводят к жертвам и разрушениям. Неудивительно, что наибольший риск возникновения стихии существует в прибрежных районах с повышенной сейсмической активностью. Так, всем известен пример цунами в Японии 2011 года, которое привело к невероятному количеству человеческих жертв и спровоцировало аварию на АЭС "Фукусима-1". Довольно часто возникает угроза цунами на Филлипинах, в Индонезии, в других островных государствах Тихого океана. В любом случае, последствия цунами могут быть очень серьезны и пренебрегать этой опасностью не стоит.

Как заранее распознать цунами?

Естественно, первый повод задуматься об угрозе цунами – это объявление повышенной сейсмической активности в прибрежной местности. В случае, если сейсмологам удалось заранее спрогнозировать толчки, жителям населенных пунктов на побережье следует обеспечить собственную безопасность на случай цунами. Такие предупреждения актуальны даже в том случае, если сила землетрясения в самом городе невелика, ведь его эпицентр может находиться именно в море со всеми вытекающими последствиями. Итак, как можно узнать об угрозе заранее?

В моменты повышенной угрозы цунами следует внимательно следить за сообщениями властей по радио и телевидению. В большинстве случаев, об опасности становится известно за несколько часов, что дает жителям возможность отреагировать.
Как рассказывают очевидцы цунами, особенно чувствительны к приближению гигантской волны животные. Задолго до наступления часа Х они проявляют беспокойство. Многие дикие животные и птицы стремятся покинуть район опасности заранее.

О приближении цунами в ближайшие 15-20 минут также можно судить по береговой линии. В этот момент вода быстро отступает, стихает шум прибоя, нарушается обычный режим приливов и отливов. В ряде случаев наблюдается также дрейф необычных объектов: фрагментов льда или, например, берегового мусора, поднятого со дна движение воды.

Движение волны всегда сопровождается громоподобными звуками, постепенному ковроподобному затоплению местности.

Как снизить опасность цунами в случае его появления?

В районах, где вероятность цунами достаточно велика, никогда не лишним будет продумать свои действия заранее. Эти моменты следует обсудить с семьей, договориться о месте встрече в случае, если побережье под угрозой, а мобильная связь окажется недоступной. Кроме того, важно в спокойной обстановке спланировать маршрут отступления с учетом рельефа местности, избегая узких мест, заливов, рек, мест потенциального скопления транспорта и толп людей. Все самое ценное, что будет необходимо при эвакуации, должно находиться под рукой и быть готово в любой момент. Прежде всего, всегда в специально отведенном месте должны находиться документы, минимум одежды и двухсуточный запас продуктов, которые не портятся.

Для жителей прибрежных районов важно принимать активное участие в общественных мероприятиях, от которых зависит защита от цунами данной местности, - строительстве дамб, лесозащитных полос, волноломов.

Как выжить при цунами?

В случае, если угроза цунами вполне реальна, следует срочно покинуть прибрежный район, передвигаясь перпендикулярно береговой линии. Относительную безопасность обеспечивает возвышенность 30-40 метров над уровнем моря и/или удаление от берега в 2-3 километра. Такое убежище обеспечивает существенное снижение риска, даже если местности угрожают большие цунами. Однако история знает примеры волн, которые преодолевали указанные расстояния и высоты. Так что, в общем случае, самым правильным стоит считать принцип «чем дальше и выше, тем лучше».

При отступлении из зоны повышенной опасности следует избегать двигаться вдоль русла реки или ручья. Эти территории подвергаются затоплению в первую очередь.

Цунами в озерах или водохранилищах менее опасны, но даже в этом случае следует проявлять осторожность. Безопасным возвышением считается 5 метров над уровнем воды. Для этой цели хорошо подойдут высокие здания.

Напротив, с осторожностью стоит относиться к спасению в зданиях, если населенному пункту угрожает большое цунами из океана. Многие постройки просто не выдержат давление вала воды и рухнут. Впрочем, если ситуация не оставляет выбора, то высокие капитальные постройки – единственный шанс выжить. В них стоит подняться на самые высокие этажи, закрыть окна и двери. Как подсказывают правила поведения при землетрясениях, самые безопасные зоны в здании – это участки около колонн, несущих стен, в углах.

Спасение от цунами – это, как правило, необходимость избежать ударов второй и нескольких последующих волн. Первая волна после землетрясения обычно не слишком опасна, но усыпляет бдительность местных жителей.

В случае, если волна все же настигла человека, очень важно удержаться за дерево, столб, здание, и избегать столкновения с крупными обломками. Как только появится возможность, нужно избавиться от промокшей одежды и обуви, а после найти убежище на случай повторных волн.

Увидеть стихию в действии и, как следствие, более трезво оценить возможную опасность поможет цунами фото - специальная подборка снимков из разных частей земного шара.

После цунами

Одна из основных опасностей цунами – это повторные волны, каждая из которых может быть сильнее предыдущей. Опыт цунами 2011 и всех предыдущих лет показывает, что возвращаться обратно стоит только после официальной отмены тревоги либо спустя 2-3 часа после прекращения сильного волнения на море. В противном случае, существует серьезный риск попасть под удар стихии, ведь пауза между крупными водяными валами может достигать часа.

Вернувшись домой после цунами, следует внимательно обследовать здание на предмет устойчивости, утечек газа, повреждений электропроводки. Возможно, более удачной идеей будет дождаться профессиональных спасателей. Отдельную опасность представляет наводнение, которое, чаще всего, является прямым следствием цунами.

В случае, если это необходимо, стоит включиться в спасательную операцию и оказать помощь тем, кто в этом нуждается.

Для многих опасность цунами это некая - экзотическая опасность. Однако изменения природы в последние годы таковы, что можно ждать сюрпризов. Даже в небольшом озере при определенном стечении обстоятельств может возникнуть большая волна. Конечно гораздо более вероятнее появление больших волн - цунами в море и океане. Очень малая доля населения России живет около моря, абсолютному большинству цунами не грозит. Но если вы отправились в отпуск к открытому морю или океану...

Где чаще всего бывают цунами

Наибольшее количество землетрясений происходит на тихоокеанских побережьях. Соответственно и цунами чаще всего случаются в Тихом океане. В нашей стране атакам цунами подвергаются дальневосточные берега: Камчатка, Курильские и Командорские острова и частично Сахалин. Также цунами случаются и в Индийском океане. Наибольший риск возникновения стихии существует в прибрежных районах с повышенной сейсмической активностью. В 2011 году в Японии случилось очень сильное цунами, погибло большое количество людей, огромная территория была размыта и именно цунами спровоцировало аварию на атомной электростанции "Фукусима-1"

Довольно часто возникает угроза цунами на Филлипинах, в Индонезии, в других островных государствах Тихого океана.

Отправляясь в отпуск, в такие края, совсем не лишним будут теоретические знания от том как себя вести и что делать во время, до и после цунами.

Причины возникновения цунами

Причиной возникновения цунами является подводное землетрясение . Мощные толчки создают направленное движение огромных масс воды, которые накатывают на берег волны высотой свыше 10 метров. Тысячи тонн воды с огромной скоростью обрушиваются на побережье. Такую нагрузку не выдержит ни одно жилое здание. Дома оказавшиеся на пути волны смывает полностью. Выжить в эпицентре шансов нет. Чем дальше волна уходит на землю, тем её сила уменьшается, но опасность ни чуть не меньше, так как волна превращается в смесь из строительных материалов, камней, обломков арматур, автомобилей, деревьев, которые давят и разрушают всё живое на своём пути. Но и на этом опасность не заканчивается. Когда волна пройдёт, эти тысячи тонн воды с огромным количеством плавающих обломков, начнут возвращаться в океан. Затягивая за собой всё что можно. Людей, оказавшихся в таком потоке может вынести в открытый океан.

Оповещение о цунами, как узнать о цунами

Первый повод задуматься об угрозе цунами - это объявление повышенной сейсмической активности в прибрежной местности В случае, если сейсмологам удалось заранее спрогнозировать толчки, жителям населенных пунктов на побережье следует обеспечить собственную безопасность на случай цунами. Такие предупреждения актуальны даже в том случае, если сила землетрясения в самом городе невелика, ведь цунами возникает, тогда, когда эпицентр землетрясения находится под водой.

Как жителям и туристам узнать о надвигающемся цунами?
Заранее смотреть сводки и предупреждения о сейсмической активности в регионе!

На сегодняшний день, во всех населенных пунктах, где есть вероятность появления цунами, работают специальные службы оповещения населения об опасности. Но есть подвох. Землетрясения случаются очень часто, но до цунами доходят единицы. Поэтому не всегда удаётся вовремя определить. какой силой будет землетрясение и приведет ли оно к появлению цунами. И еще один момент, если эпицентр возникновения цунами за сотни километров от побережья, то после оповещения, у жителей будет время среагировать и эвакуироваться из опасного района. А вот если эпицентр рядом с побережьем, то даже если оповещение будет, времени на эвакуацию может уже не хватить. Именно так произошло в Японии на острове Окушири, во время землетрясения у Хоккайдо в 1993 году. Тогда от цунами погибло 230 человек.

В моменты повышенной угрозы цунами следует внимательно следить за сообщениями властей по радио, телевидению через интернет и смс информирование. В большинстве случаев, об опасности становится известно за несколько часов, что дает жителям возможность отреагировать. Чувствительны к приближению гигантской волны животные. Задолго до наступления цунами они проявляют беспокойство Многие дикие животные и птицы стремятся покинуть район опасности заранее.
О приближении цунами в ближайшие 15-20 минут можно судить по такому признаку, как быстрое отступление воды по береговой линии, резкое затухание шума прибоя. В ряде случаев наблюдается также дрейф необычных объектов: фрагментов льда или, берегового мусора, поднятого со дна течением воды. Непосредственное приближение волны сопровождается громоподобными звуками, гулом.

Что делать при цунами

Как обезопасить себя и перестраховаться на случай цунами?

В местах, где есть высокая вероятность цунами, не лишним будет продумать свои действия заранее. Эти моменты следует обсудить с семьей, договориться о месте встрече в случае, если побережье под угрозой, а мобильная связь окажется
недоступной. Кроме того, важно в спокойной обстановке спланировать маршрут отступления с учетом рельефа местности, избегая узких мест, заливов, рек, мест потенциального скопления транспорта и толп людей. Все самое ценное, что будет необходимо при эвакуации, должно находиться под рукой и быть готово в любой момент. Прежде всего, всегда в специально отведенном месте должны находиться документы, минимум одежды и двухсуточный запас продуктов, которые не портятся. Также нужен запас воды, аптечка, возможно какие-то сигнальные средства (ракетница, сигнал охотника), нож, веревка (паракорд), фонарик, спички в герметичной упаковке. Всё это можно сложить в небольшой рюкзак на случай быстрой эвакуации.

Для жителей прибрежных районов важно принимать активное участие в общественных мероприятиях, от которых зависит защита от цунами данной местности, - строительстве дамб, лесозащитных полос, волноломов.

Как выжить при цунами

В случае, объявления тревоги о приближении цунами, следует срочно покинуть прибрежный район, передвигаясь перпендикулярно береговой
линии. Относительную безопасность обеспечивает возвышенность 30-40 метров над уровнем моря или удаление от берега на 2-3 километра. Такой отход обеспечивает существенное снижение риска, даже если местности угрожают большие цунами. Но чтобы обезопасить себя на 100% лучше отойти еще дальше или выше.

Отступая из зоны опасности нужно избегать русла рек, ручьёв, оврагов. Эти места подвергнуться затоплению в первую очередь.

Цунами в озерах или водохранилищах менее опасны, но даже в этом случае следует проявлять осторожность. Безопасным возвышением считается 5 метров над уровнем воды. Для этой цели вполне подойдут высокие здания.

При большом цунами на море или океане, Многие постройки просто не выдержат давление вала воды и рухнут. Впрочем, если ситуация не оставляет выбора, то высокие капитальные постройки - единственный шанс выжить. В них стоит подняться на самые высокие этажи, закрыть окна и двери. Как
подсказывают правила поведения при землетрясениях, самые безопасные зоны в здании - это участки около колонн, несущих стен, в углах.

Цунами как правило это серия из нескольких волн и в большинстве случаев первая волна не самая сильная. Это нужно помнить и не терять бдительность.

Если волна настигла человека, очень важно удержаться за дерево, столб, здание, и избегать столкновения с крупными обломками. Как только появится возможность, нужно найти убежище на случай повторных волн.

Фото: выброшенный на берег корабль во время цунами

Как вести себя после цунами

Основная опасность цунами - это повторные волны, каждая из которых может быть сильнее предыдущей. Возвращаться обратно стоит только после официальной отмены тревоги либо не ранее 2 часов после прекращения сильного волнения на море. Перерыв между крупными волнами может достигать 40-60 минут.

Вернувшись домой после цунами, как и после других природных катаклизмов следует внимательно обследовать здание на предмет устойчивости, утечек газа, повреждений электропроводки. Отдельную опасность может представлять наводнение после цунами.

Наиболее подвержены цунами прибрежные области, находящиеся в непосредственной близости к стыкам литосферных плит. Прежде всего, это побережье Японии, Перу, Сахалина, Индии, Австралии и Мадагаскара. В большинстве своем цунами – последствие подводных землетрясений различной амплитуды. Сила их измеряется в баллах. Чем сильнее , тем мощнее и разрушительнее цунами. Поэтому первые предвестники цунами – подземные толчки. Они могут быть слабыми, которые фиксируют только сейсмографы, или сильными, ощущаемыми людьми. Задача сейсмологов – предупредить население о любых толчках и их возможных последствиях. После предупреждения вы должны немедленно эвакуироваться из прибрежных районов. Времени у вас будет немного: от нескольких часов до нескольких десятков минут.

Цунами движется с колоссальной скоростью, сметая все на своем пути, погребая огромные участки суши. Эта волна способна изменять очертания островов и континентов. Всю свою землетрясение передает воде. Под действием этой энергии смещаются огромные массы воды и формируется волна, которая не представляет опасности для тех, кто находится в открытом море, далеко от берега. И лишь приближаясь к берегу, цунами набирает силу, концентрируется и всей мощью выплескивается на сушу. Но перед этим происходит сильный отлив. Море может отходить на десятки и даже сотни метров. Это второй, особенно явный признак надвигающегося цунами. Причем чем больше отходит вода, тем выше будет волна-цунами. Если вы видите такой эффект, ни в коем случае не занимайтесь собиранием или рыбы, фото или видеосъемкой, бросьте все и бегите как можно быстрее и как можно дальше от берега на .

За несколько минут до того, как волна обрушится на берег, нарастает гул, поднимается ветер, можно увидеть волну. В этом случае передвижение может не ускорить, а затруднить эвакуацию. В пробках на дороге вы потеряете массу драгоценного времени. Поэтому спасаться вам придется пешком, взяв с собой только самое необходимое: средство связи и документы, а также будет нелишним, если у вас под рукой окажется спасательный . Если вы не успеваете отойти на безопасное расстояние и подняться на возвышенность, поднимайтесь на крышу прочных, высоких зданий или забирайтесь на самые высокие и мощные . Не стоит расслабляться после первой волны, за ней может последовать несколько еще более сильных. Не менее большую опасность представляет «уходящее» цунами. Выплеснувшись на берег, вода возвращается в море унося за собой чудовищную смесь грязи, камней, разрушенных строений, и деревьев. Поэтому покидать свое убежище можно только тогда, произведено соответствующее оповещение.

Естественным сигналом предупреждения о возможности цунами является землетрясение. Перед началом цунами, как правило, вода отступает далеко от берега, обнажая морское дно на сотни метров и даже несколько километров. Этот отлив может длиться от нескольких минут до получаса.

Движение волн может сопровождаться громоподобными звуками, которые слышны до подхода волн цунами. Иногда перед волной цунами происходит подтопление побережья водяным «ковром». Возможно появление трещин в ледяном покрове у берегов. Признаком приближающегося стихийного бедствия может быть изменение обычного поведения животных, которые заранее чувствуют опасности и стремятся переместиться на возвышенные места.

Предупредительные мероприятия

Следите за сообщениями по прогнозу цунами, помня об их предвестниках. Запомните и разъясните членам своей семьи сигналы оповещения об опасности цунами, установленные для Вашего региона. Заранее продумайте план действий во время цунами. Добейтесь, чтобы все члены Вашей семьи, сослуживцы и знакомые знали, что нужно делать во время цунами. Оцените, не находится ли Ваше жилище или место работы в районе возможного действия цунами. Помните, что наиболее опасные места – устья рек, сужающиеся бухты, проливы. Знайте границы наиболее опасных зон и кратчайшие пути выхода в безопасные места. Составьте перечень документов, имущества и медикаментов, вывозимых при эвакуации. Имущество и медикаменты целесообразно уложить в специальный чемодан или рюкзак. Продумайте заранее порядок эвакуации. Решите, где члены Вашей семьи встретятся, если поступит сигнал об опасности цунами. В ходе повседневной деятельности дома и на работе не загромождайте коридоры и выходы громоздкими вещами, шкафами, велосипедами, колясками. Следите, чтобы все проходы были свободны для быстрой эвакуации. Изучите правила поведения в случае опасности возникновения цунами.

Продумайте последовательность Ваших действий, если Вы окажетесь во время цунами в помещении, на открытой местности, в воде. Заранее приготовьте место в Вашей квартире, в которое на случай быстрой эвакуации положите необходимые документы, одежду, личные вещи, двухсуточный запас непортящихся продуктов питания.

Поддерживайте общественные программы подготовки к цунами, активно участвуйте в посадке лесозащитных полос на побережье.

Поддерживайте усилия местных властей по укреплению бухт волноломами и береговыми дамбами.

Что делать во время цунами

Когда поступит сигнал об опасности цунами, реагируйте немедленно. Каждую минуту используйте для обеспечения личной безопасности и защиты окружающих людей. Вы можете располагать временем от нескольких минут до получаса и более, поэтому, если будете действовать спокойно и продуманно, сможете увеличить Ваши шансы уберечься от воздействия цунами.

Если находитесь в помещении, немедленно покиньте его, предварительно выключив свет и газ, и переместитесь в безопасное место. Кратчайшим путем переберитесь на возвышенное место высотой 30-40 м над уровнем моря или быстро переместитесь на 2-3 км от берега. Если Вы едете на автомобиле, следуйте в безопасном направлении, забрав по пути следования бегущих людей. При невозможности укрыться в безопасном месте, когда времени на перемещении не осталось, поднимитесь как можно выше на верхние этажи здания, закройте окна и двери. Если есть возможность, переберитесь в наиболее надежное здание.

Если Вы будете укрываться в помещении, помните, что наиболее безопасными зонами считаются места у капитальных внутренних стен, у колонн, в углах, образованных капитальными стенами. Уберите от себя рядом стоящие предметы, которые могут упасть, особенно стеклянные. Если Вы все-таки оказались вне помещения, постарайтесь забраться на дерево или укрыться в месте, которое менее подвержено удару. В крайнем случае, необходимо зацепиться за ствол дерева или прочную преграду.

Оказавшись в воде, освободитесь от обуви и намокшей одежды, попробуйте зацепиться за плавающие на воде предметы. Будьте внимательны, так как волна может нести с собой крупные предметы и их обломки. После прихода первой волны подготовьтесь к встрече со второй и последующими волнами, а если есть возможность, покиньте опасный район. При необходимости окажите первую медицинскую помощь пострадавшим.

Температурные шкалы

Температурной шкалой называют конкретную функциональную числовую связь температуры со значениями измеряемого термометрического свойства. В связи с этим представляется возможным построение температурной шкалы на основе выбора любого термометрического свойства. В то же время нет ни одного термометрического свойства, которое линейно изменяется с

изменением температуры и не зависит от других факторов в широком интервале измерения температур. Первые шкалы появились в XVIII в. Для построения их выбирались две опорные, или реперные точки t 1 и t 2 , представляющие собой температуры фазового равновесия чистых веществ. Разность температур t 1 –t 2 называют основным температурным интервалом.

Фаренгейт (1715 г.), Реомюр (1776 г.) и Цельсий (1742 г.) при построении шкал основывались на допущении линейной связи между температурой t и термометрическим свойством, в качестве которого использовалось расширение объема жидкости V (формула 14.27) /8/

t=a+bV, (14.27)

где а и b - постоянные коэффициенты.

Подставив в уравнение (14.27) V=V 1 при t=t 1 и V=V 2 при t=t 2 , после преобразований получим уравнение (14.28) температурной шкалы /8/

В шкалах Фаренгейта, Реомюра и Цельсия точке плавления льда t 1 соответствовали +32, 0 и 0 °, а точке кипения воды t 2 - 212, 80 и 100 °. Основной интервал t 2 –t 1 в этих шкалах делится соответственно на N = 180, 80 и 100 равных частей, и 1/N часть каждого из интервалов называют градусом Фаренгейта - t °F , градусом Реомюра – t °R и градусом Цельсия-t °С. Таким образом, для шкал, построенных по указанному принципу, градус не является единицей измерения, а представляет собой единичный промежуток - масштаб шкалы.

Для пересчета температуры из одной указанной шкалы в другую используют соотношение (14.29)

t °С= 1,25 °R =-(5/9)( - 32), (14.29)

Позднее было выяснено, что показания термометров, имеющих разные термометрические вещества (например, ртуть, спирт и др.), использующих одно и то же термометрическое свойство и равномерную градусную шкалу, совпадают лишь в реперных точках, а в других точках показания расходятся. Последнее особенно заметно при измерении температур, значения которых расположены далеко от основного интервала.

Указанное обстоятельство объясняется тем, что связь между температурой и термометрическим свойством на самом деле нелинейна и эта нелинейность различна для различных термометрических веществ. В частности, в рассматриваемом случае нелинейность между температурой и изменением объема жидкости объясняется тем, что температурный коэффициент объемного расширения жидкости сам изменяется от температуры и это изменение различно для различных капельных жидкостей.

На основе описанного принципа построения может быть получено любое количество температурных шкал, значительно различающихся между собой. Такие шкалы называют условными, а масштабы этих шкал - условными градусами. Проблема создания температурной шкалы, не зависящей от термометрических свойств веществ, была решена в 1848 г. Кельвином, а предложенная им шкала была названа термодинамической. В отличие от условных температурных шкал термодинамическая температурная шкала является абсолютной.

Термодинамическая шкала температур основана на использовании второго закона термодинамики. В соответствии с этим законом коэффициент полезного действия тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно, определяется только температурами нагревателя Т Н и холодильника Т X и не зависит от свойств рабочего вещества, таким образом коэффициент полезного действия вычисляют по формуле (14.30) /8/

(14.30)

где Q Н и Q X - соответственно количество теплоты, полученное рабочим веществом от нагревателя и отданное холодильнику.

Кельвином было предложено для определения температуры использовать равенство (14.31) /8/

T Н /Т X = Q Н /Q X , (14.31)

Следовательно, используя один объект в качестве нагревателя, а другой - в качестве холодильника и проводя между ними цикл Карно, можно определить отношение температур объектов путем измерения отношения теплоты, взятой от одного объекта и отданной другому. Полученная шкала температур не зависит от свойств рабочего (термометрического) вещества и называется абсолютной шкалой температур. Чтобы абсолютная температура (а не только отношение) имела определенное значение, было предложено принять разность термодинамических температур между точками кипения воды Т КВ и таяния льда Т ТЛ , равной 100 °. Принятие такого значения разности преследовало цель сохранения преемственности числового выражения термодинамической температурной шкалы от стоградусной температурной шкалы Цельсия. Таким образом, обозначая количество теплоты, полученной от нагревателя (кипящая вода) и отдаваемой холодильнику (тающий лед), соответственно через Q КВ и Q ТЛ и приняв Т КВ – Т ТЛ ==100, используя (14.31), получим равенство (14.32) и (14.33)

(14.32)

(14.33)

Для любой температуры Т нагревателя при неизменном значении температуры Т ТЛ холодильника и количества теплоты Q ТЛ , отдаваемой ему рабочим веществом машины Карно, будем иметь равенство (14.34) /8/

(14.34)

Выражение (14.34) является уравнением стоградусной термодинамической шкалы температур и показывает, что значение температуры Т по данной шкале линейно связано с количеством теплоты Q , полученной рабочим веществом тепловой машины при совершении ею цикла Карно, и, как следствие, не зависит от свойств термометрического вещества. За один градус термодинамической температуры принимают такую разность между температурой тела и температурой таяния льда, при которой производимая по обратимому циклу Карно работа равна 1/100 части работы, совершаемой в цикле Карно между температурой кипения воды и таяния льда (при условии, что в обоих циклах количество теплоты, отдаваемой холодильнику, одинаково). Из выражения (14.30) следует, что при максимальном значении должна быть равна нулю Т X . Эта наименьшая температура была названа Кельвином абсолютным нулем. Температуру по термодинамической шкале обозначают Т К. Если в выражение, описывающее газовый закон Гей-Люссака: (где Ро - давление при t=0 °С ; -температурный коэффициент давления), подставить значение темпе­ратуры, равное - , то давление газа P t станет равным нулю. Естественно предположить, что температура , при которой обеспечивается предельное минимальное давление газа, сама является минимально возможной, и по абсолютной шкале Кельвина принята за нуль. Следовательно, абсолютная температура .

Из закона Бойля-Мариотта известно, что для газов температурный коэффициент давления а равен температурному коэффициенту объемного расширения . Экспериментально было найдено, что для всех газов при давлениях, стремящихся к нулю, в интервале температур 0-100 °С температурный коэффициент объемного расширения = 1/273,15.

Таким образом, нулевое значение абсолютной температуры соответствует °С. Температура таяния льда по абсолютной шкале составит Tо ==273,15 К. Любая температура в абсолютной шкале Кельвина может быть определена как (где t температура в °С). Необходимо отметить, что один градус Кельвина (1 К) соответствует одному градусу Цельсия (1 °С), так как обе шкалы базируются на одинаковых реперных точках. Термодинамическая шкала температур, основанная на двух реперных точках (температура таяния льда и кипения воды), обладала недостаточной точностью измерения. Практически трудно воспроизвести температуры указанных точек, так как они зависят от изменения давления, а также от незначительных примесей в воде. Кельвин и независимо от него Д. И. Менделеев высказали соображения о целесообразности построения термодинамической шкалы температур по одной реперной точке. Консультативный комитет по термометрии Международного комитета мер и весов в 1954 г. принял рекомендацию о переходе к определению термодинамической шкалы с использованием одной реперной точки - wтройной точки воды (точки равновесия воды в твердой, жидкой и газообразной фазах), которая легко воспроизводится в специальных сосудах с погрешностью не более 0,0001 К. Температура этой точки принята равной 273,16 К, т.е. выше температуры точки таяния льда на 0,01 К. Такое число выбрано для того, чтобы значения температур по новой шкале практически не отличались от старой шкалы Цельсия с двумя реперными точками. Второй реперной точкой является абсолютный нуль, который экспериментально не реализуется, но имеет строго фиксированное положение. В 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам уточнила определение единицы термодинамической температуры в следующей редакции: «Кельвин-1/273,16 часть термодинамической температуры тройной точки воды». Термодинамическая температура может быть также выражена в градусах Цельсия: t = Т- 273,15 К. Использование второго закона термодинамики, предложенное Кельвином с целью установления понятия температуры и построения абсолютной термодинамической температурной шкалы, не зависящей от свойств термометрического вещества, имеет огромное теоретическое и принципиальное значение. Однако реализация указанной шкалы с использованием в качестве термометра тепловой машины, работающей по обратимому циклу Карно, практически неосуществима.

Термодинамическая температура эквивалентна газотермической, используемой в уравнениях, описывающих законы идеальных газов. Газотермическую температурную шкалу строят на основе газового термометра, в котором в качестве термометрического вещества используется газ, приближающийся по свойствам к идеальному газу. Таким образом, газовый термометр является реальным средством для воспроизведения термодинамической температурной шкалы. Газовые термометры бывают трех типов: постоянного объема, постоянного давления и постоянной температуры. Обычно применяют газовый термометр постоянного объема (рисунок 14.127), в котором изменение температуры газа пропорционально изменению давления. Газовый термометр состоит из баллона 1 и соединительной трубки 2, заполненных через вентиль 3 водородом, гелием или азотом (для высоких температур). Соединительная трубка 2 подсоединена к трубке 4 двухтрубного манометра, у которого трубку 5 можно перемещать вверх или вниз благодаря гибкому соединительному шлангу 6. При изменении температуры объем системы, заполненной газом, изменяется, и для приведения его к первоначальному значению трубку 5 вертикально перемещают до тех пор, пока уровень ртути в трубке 4 не совпадет с осью Х-Х. При этом столб ртути в трубке 5, отсчитанный от уровня Х-Х, будет соответствовать давлению газа Р в баллоне.

Рисунок 14.127 – Схема газового термометра

Обычно измеряемую температуру Т определяют относительно некоторой точки отсчета, например по отношению к температуре тройной точки воды T 0 , при которой давление газа в баллоне будет Ро . Искомая температура вычисляется по формуле (14.35)

(14.35)

Газовые термометры используют в интервале ~ 2- 1300 К. Погрешность газовых термометров находится в пределах 3-10- 3 - 2-10- 2 К в зависимости от измеряемой температуры. Достижение такой высокой точности измерения -сложная задача, требующая учета многочисленных факторов: отклонения свойств реального газа от идеального, наличие примесей в газе, сорбцию и десорбцию газа стенками баллона, диффузию газа через стенки, изменение объема баллона от температуры, распределение температуры вдоль соединительной трубки.

В силу большой трудоемкости работы с газовыми термометрами предпринимались попытки изыскать более простые методы воспроизведения термодинамической температурной шкалы.

На основе проведенных в различных странах исследований на VII Генеральной конференции по мерам и весам в 1927 г. было принято термодинамическую шкалу заменить «практической» температурной шкалой и назвать ее международной температурной шкалой. Эта шкала была согласована со стоградусной термодинамической шкалой настолько тесно, насколько позволял уровень знаний того времени.

Для построения международной температурной шкалы было выбрано шесть воспроизводимых реперных точек, значения температуры которых по термодинамической шкале были тщательно измерены в различных странах с помощью газовых термометров и приняты наиболее достоверные результаты. С помощью реперных точек градуируются эталонные приборы для воспроизведения международной температурной шкалы. В интервалах между реперными точками значения температур рассчитывают по предлагаемым интерполяционным формулам, устанавливающим связь между показаниями эталонных приборов и температурой по международной шкале. В 1948, 1960 и 1968 гг. в положения о международной температурной шкале был внесен ряд уточнений и дополнений, так как на основе усовершенствованных методов измерений были обнаружены отличия этой шкалы от термодинамической, особенно в области высоких температур, а также в связи с необходимостью продлить температурную шкалу до более низких температур. В настоящее время действует принятая на XIII конференции по мерам и весам усовершенствованная шкала под названием «международная практическая температурная шкала 1968» (МПТП-68). Определение «практическая» указывает, что эта температурная шкала в общем не совпадает с термодинамической. Температуры МПТШ-68 снабжаются индексом (T 68 или t 68 ).

МПТШ-68 базируется на 11 основных реперных точках, приведенных в таблице 9. Наряду с основными имеется 27 вторичных реперных точек, охватывающих диапазон температур от 13,956 до 3660 К (от - 259,194 до 3387 °С). Числовые значения температур, приведенные в таблице 14.4, соответствуют термодинамической шкале и определены с помощью газовых термометров.

В качестве эталонного термометра в интервале температур от 13,81 до 903,89 К (630,74 °С - точка затвердевания сурьмы-вторичная реперная точка) принимается платиновый термопреобразователь сопротивления. Этот интервал разбит на пять подынтервалов, для каждого из которых определены интерполяционные формулы в виде полиномов до четвертой степени. В интервале температур от 903,89 до 1337,58 К используется эталонный платина-платинородиевый термоэлектрический термометр. Интерполяционной формулой, связывающей термоэлектродвижущую силу с температурой, здесь является полином второй степени.

Для температур выше 1337,58 К (1064,43°С) МПТШ-68 воспроизводится с помощью квазимонохроматического термометра с использованием закона излучения Планка.

Таблица 14.4 - Основные реперные точки МПТШ-68