Единицы физических величин и их размерности - Сена Л.А.
Скачать (прямая ссылка):
Af0R = t°.R - t0°R, At0F = t°F - t0°F.
Приняв /о °С = 0, а следовательно,
t0° = 273DK *), 4>°R ='0°R,VF = 32°F,
получим
(<-273)°К i°C ./0R (/-32)°F /K im
5 — -—" 9 * (OAV)
Последнее выражение позволяет весьма просто переводить температуру из одной шкалы .в .другую.
§ 5.3. Опорные температурные точки
Термодинамическая шкала температур определяет температуры как измеряемую физическую величину и устанавливает -ее единицу измерения. Эта единица принимается в !качестве основной и определяется следующим образом: «градус Кельвина — единица измерения температуры по термодинамической шкале, в которой для температуры тройной точки воды установлено значение 273,160K (точно)». Последнее слово «точно» обозначает, что эта точка фиксируется как неизменная.
На практике непосредственные измерения в термодинамической шкале оказываются слишком сложными, вследствие чего желательно иметь возможность сравнивать различные приборы, служащие для измерения тем" ператур в относительно узких температурных интерва* лах, сохраняя при этом достаточно высокую точность. Для этой цели можно было бы применить газовый термометр, предпочтительно водородный или гелиевый, поскольку эти газы по сравнению с другими в наибольшей степени подчиняются законам идеальных газов. Однако пользование газовым термометром представляет большие практические неудобства, поэтому было выбрано
*} Здесь 0° С приближенно приравнивается 273° К.
136
тепловые единицы
[гл 5
несколько постоянных опорных точек, воспроизведение которых в лабораторных условиях не составляет большого труда. Одна из этих точек задается самим определением термодинамической шкалы — это тройная точка воды, которой приписана неизменная температура 273,16° К. Остальные точки установлены на основе возможно более тщательных измерений. Все эти точки представляют собой температуры фазовых переходов при нормальном давлении 1 атм. Точки эти следующие:
Точка кипении кислорода.....— 182,97° С
Точка кипения воды........ 100° С
Точка затвердевания цннка .... 419,5050G
Точка кипения серы........ 444,6° С
Точка затвердевания серебра . . . 960,8° С Точка затвердевания золота .... 1063° С
§ 5.4. Прочие тепловые единицы
Количество тепла. Говоря о единицах измерения количества тепла, необходимо прежде всего отметить, что количество тепла по существу является мерой тепловой работы, а не энергии, как это часто считают. Действительно, если мы будем изотермически расширять газ, близкий по своим свойствам к идеальному, то при этом нам придется сообщить ему некоторое количество тепла, которое отнюдь не пойдет на увеличение его «тепловой» энергии, а целиком будет израсходовано на совершение внешней работы. Мы поставили слово «тепловой» в кавычки, так как на самом деле никакой специфической тепловой энергии как особого вида энергии не существует.
Иногда, по нашему мнению неудачно, термин «тепловая энергия» применяют по отношению к кинетической энергии молекул вещества. Однако подведенное тепло может переходить в той или иной степени во внутреннюю энергию системы даже при постоянной температуре, если при этом происходят какие-либо изменения во внутренней структуре системы, например имеет место фазовый переход. Наиболее известным примером может служить плавление тел, требующее при постоянной тем-
s 5.4]
прочие тепловые единицы
137
пературе подвода тепла, которое некогда называли «скрытой теплотой».
Первое начало термодинамики позволяет установить меру количества тепла согласно известному соотношению
AQ = AU + АЛ, (5.11)
где AQ — количество тепла, подведенного к системе, AU — изменение внутренней энергии системы, AA — совершенная системой внешняя работа; AU может включать в себя различные виды энергии — и увеличение кинетической энергии различного характера движения молекул (поступательного, вращательного, колебательного), и изменение энергии связи между отдельными молекулами. Сюда же может входить и энергия диссоциации, ионизации и т. д. Уравнение (5.11) показывает, что количество тепла может измеряться в тех же единицах, в которых измеряется любая энергия и любой вид работы, в частности механической. Поэтому размерность количества тепла
[Q] = L2MT~2 (5.12)
та же, что и размерность работы, и такими же, как и для измерения работы, должны быть и единицы измерения количества тепла. Соответственно в системе СИ количество тепла измеряется единицей работы и энергии — джоулем.
Однако весьма распространенными являются специальные единицы количества тепла, упомянутые выше (§ 4.4) — калория и килокалория. Эти единицы были установлены в связи с калориметрическими измерениями количества тепла по процессу теплообмена. Поскольку основным веществом, применявшимся при сравнении количества тепла, была вода, то соответственно была и установлена единица как количество тепла, необходимого для нагревания одного грамма воды на 1°С, и более крупные единицы — килокалория, равная 1000 калорий, и термин, равная 106 калорий. Однако точные измерения показали, что эти количества тепла не являются постоянными и зависят от того, в каком температурном интервале происходит нагревание. Поэтому была введена средняя калория, которая определяется как одна сотая
