温 度 的 测 量 与 控 制

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1、物理化学实验讲座第五部分温度的测量与控制一、引言二、温标三、测温仪器四、温度的控制温度的测量与控制一、引言伽利略在1600年前后制成第一支温度计。由于维.汤姆森在1849年比较完整的建立了热力学。人们认识到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。温度是确定物质状态的一个基本参量，它是宏观的统计概念，反映了大量分子无规则运动的激烈程度。温度的测量与控制二、温标表示温度高低的“尺”----温标。摄氏温标：以水的冰点（0℃）和沸点（100℃）为两个定点,定点间分100等份,每一等份为1

2、℃。华氏温标：以水的冰点为32℉，沸点为212℉，为两个定点,定点间分180等份,每一等份为1℉。由此可见，温标的确定。要用某一物质的某种特性作为温标的基准点（或称参考点）。热力学温标：1848年由Kelvin提出，它是建立在卡诺循环基础上，与测温物质特性无关。温度的测量与控制设理想热机在T1和T2(T1>T2)二温度间工作，工作物质在温度T1吸热Q1，在温度T2放热Q2，经过一个可逆循环，对外作功W=

3、Q1

4、-

5、Q2

6、热机效率η为：η=1-

7、Q2

8、/

9、Q1

10、=1-T2/T1在卡诺循环中，温度T1和T2

11、仅与热量Q1和Q2有关，与工作物质的性质无关。若规定一个固定的温度T1，则另一个温度T2可由下式求得：T2=T1×

12、Q2

13、/

14、Q1

15、开尔文建议用此原理来定义温标，就称为热力学温标。温度的测量与控制对应与热力学温标的温度是热力学温度，亦称开尔文温度(K)，通常叫绝对温度。热力学温标是理想温标，国际实用温标是以热力学温标为基础，用气体温度计来实现的。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，温标多次被修订，1975年第十五届国际计量大会通过了“1968年国际实用温标

16、的修订”，这是对IPTS-68的补充，并非取代。1975年规定的固定点和参考点见复旦大学编《物理化学实验》下册。温度的测量与控制三、测温仪器测量温度的方法按使用仪器不同而不同，一般可分为下列5种，前4种必须使温度计接触被测体系，称为接触式温度计，光学测温仪不须接触被测体系，称为非接触式温度计。1.玻璃液体温度计测温2.热电法测温3.电阻法测温4.气体温度计测温5.光学测温仪测温1.玻璃液体温度计1.玻璃液体温度计测温根据液体的体积与温度的函数关系来进行温度测量。①水银温度计a.水银温度计的校正：△t=k

17、×h×(t观-t环)k为水银对玻璃的相对膨胀系数k=0.00016h为露于被测体系之外水银柱的长度，以温度差值表示。t真实=t观+△tb.延迟作用：若温度计的起始温度为t0，浸在温度为tm的物质中，温度计的读数t与浸入时间x的关系是：t=tm+(t0-tm)e-kx式中k为一常数。1.玻璃液体温度计例如测体温时，设室温20℃，则t0=20℃，人体温度为37℃，即tm=37℃，假设k=1/100秒，代入上式得：t=tm+(t0-tm)e-kx=37-17e-x/100代入不同时间x，计算出温度t如下表：x

18、(分)1357911131520t(℃)27.6734.1936.1536.7536.9236.9836.9936.99836.9999若用贝克曼温度计在搅拌水中测温，假设k=1/9秒，设浸入时间为1分钟，温度变化为1度，则读数的延迟误差为：△t=t-tm=1×e-kx=e-60/9=0.0013可以忽略。故温度计在被测物质中浸入1至6分钟后读数，延迟误差是不大的。温度的测量与控制1.玻璃液体温度计c.使用注意事项：ⅰ校正ⅱ正确读数ⅲ防止水银在毛细管上附着ⅳ温度计应垂直放置ⅴ防止骤冷骤热万一温度计损坏，

19、水银洒出，应严格按照“汞的安全使用规程”处理。1.玻璃液体温度计②贝克曼温度计a.特点:精密测量温度差值。刻度值0.01℃，水银量可调节b.构造:c.温度量程的调节:I.连接水银球与储汞槽。II.在比所测温度高3度水浴中恒温放几分钟。III.断开水银柱。IV.检查所调温度是否合适。d.使用注意事项:I.上端垫高放置。II.轻敲、水平读数。III.不能随意放置。IV.调整温度不同所引起的校正。温度的测量与控制1.玻璃液体温度计调整温度051015202530读数1相当于℃0.99360.99530.996

20、90.99851.00001.00151.0029调整温度35404550556065读数1相当于℃1.00431.00561.00691.00811.00931.01041.0115调整温度707580859095100读数1相当于℃1.01251.01351.01441.01531.01611.01691.0176露径校正：△t=k(t1-t2)(t’+t1+t2–t)水银的线膨胀系数k=0.00016t’为调整温度。t1、t2为起始、