温度的测量及控制

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1、温度的测量及控制（一）温标温度是表征体系中物质内部大量分子、原子平均动能的一个宏观物理量。物体内部分子、原子平均动能的增加或减少，表现为物体温度的升高或降低。物质的物理化学特性，都与温度有密切的关系，温度是确定物体状态的一个基本参量，因此，温度的准确测量和控制在科学实验中十分重要。温度是一种特殊的物理量，两个物体的温度只能相等或不等。为了表示温度的的高低，相应的需要建立温标。那么，温标就是测量温度时必须遵循的规定，国际上先后制定了几种温标。1．摄氏温标是以大气压下水的冰点（0℃）和沸点（100℃）为两

2、个定点，定点间分为100等份，每一份为1℃。用外推法或内插法求得其它温度t。2．1848年开尔文（Kelvin）提出热力学温标，通常也叫做绝对温标，以开（K）表示，它是建立在卡诺循环基础上的。设理想的热机在和（＞）二温度之间工作，工作物质在吸热，在温度放热，经一可逆循环对外做功热机效率卡诺循环中和仅与热量和有关，与工作物质无关，在任何工作范围内均具有线性关系，是理想的科学的温标。若规定一个固定温度，则另一个温度可由式求得。理想气体在定容下的压力（或定压下的体积）与热力学温度呈严格的线性函数关系。因此，

3、国际上选定气体温度计，用它来实现热力学温标。氦、氢、氮等气体在温度较高、压强不太大的条件下，其行为接近理想气体。所以，这种气体温度计的读数可以校正成为热力学温标。热力学温标，规定“热力学温度单位开尔文（K）是水三相点热力学温度的1/273.15”。热力学温标与摄氏温度分度值相同，只是差一个常数T＝273.15+t由于气体温度计的装置复杂，使用不方便，为了统一国际间的温度量值，1927年拟定了“国际温标”，建立了若干可靠而又能高度重现的固定点。随着科学技术的发展，又经多次修订，现在采用的是1990国际温

4、标（ITS－90），其定义的温度固定点、标准温度计和计算的内插公式请参阅中国计量出版社出版的《1990年国际温标宣贯手册》和《1990国际温标补充资料》。（二）水银温度计水银温度计是实验室常用的温度计。它的优点是：水银容易提纯、导热率大、比热小、膨胀系数较均匀、不易附着在玻璃壁上、不透明、便于读数等。水银温度计适用范围为238.15K～633.15K（水银的熔点为234.45K，沸点为629.85K），如果用石英玻璃作管壁，充入氮气或氩气，最高使用温度可达到1073.15K。如果水银中掺入8.5％的铊

5、（Tl）则可以测量到213.2K的低温。1．水银温度计的读数误差来源（1）水银膨胀不均匀。此项较小，一般情况下可忽略不计。（2）玻璃球体积的改变。一支精细的温度计，每隔一段时间要作定点校正，以作为温度计本身的误差。（3）压力效应。通常温度计读数指外界压力为105Pa而言的，故当压力改变时，应对压力产生的影响进行校正。对于直径为5～7mm的水银球，压力系数的数量级约为0.l℃/105Pa。（4）露丝误差。水银温度计有“全浸”与“非全浸”两种。“全浸”指测量温度时，只有温度计全部水银柱浸在介质内时，所示温

6、度才正确。“非全浸”指温度计的水银球及部分毛细管浸在加热介质中。如果一支温度计原来全浸没标定刻度而在使用时未完全浸没的话，则由于器外温度与被测体温度的不同，必然会引起误差。（5）其它误差。如延迟误差，由于温度计水银球与被测介质达到热平衡时需要一定的时间，因此在快速测量时，时间太短容易引起误差。此外还有辐射误差，以及刻度不均匀、水银附着及毛细现象等引起的误差。2．水银温度计校正（1）读数校正其一，以纯物质的熔点或沸点作为标准进行校正。其二，以标准水银温度计为标准，与待校正的温度计同时测定某一体系的温度，

7、将对应值一一记录，作出校正曲线。使用时利用校正曲线对温度计进行校正。标准水银温度计由多支测量范围不同的温度计组成，每支都经过计量部门的鉴定，读数准确。（2）露茎校正“非全浸”的温度计常在背后附有浸入量的校正刻度。一般常用的多是“全浸”温度计，但在使用时往往不可能做到“全浸”状态，因此必须按下列公式进行校正：式中：是温度的正确值；是温度计的读数值；是辅助温度计读数（放置在露出器外水银柱一半位置处），是露出待测体系外部的水银柱长度，称为露茎高度（以度数表示），是水银对于玻璃的膨胀系数，使用摄氏度时，k＝0

8、.00016。3．使用水银温度计的注意事项（1）温度计应尽可能垂直放置，以免温度计内部水银压力不同而引起误差。（2）防止骤冷骤热，以免引起破裂和变形。（3）不能以温度计代替搅拌棒。（4）根据测量需要，选择不同量程、不同精度的温度计。（5）根据测量精度需要对温度计进行各种校正。（6）温度计插入待测体系后，待体系温度与温度计之间的热传导达到平衡后进行读数。（三）贝克曼（Beckmann）温度计贝克曼温度计是一种能够精确测量温差的温度计，见图１。有些实验，如燃