Измерение температуры

[SomePupil]

В школьных учебниках часто пишут, что измерение температуры производят, основываясь на пропорциональной зависимости между температурой и наблюдаемой величиной (например, объемом ртути). При этом заранее выбирают две определенные точки (например, тройную точку воды и её же температуру кипения) и задают им соответствующие значения температуры.
Вопрос таков: как люди выяснили, что указанная завиисмость действительно пропорциональна?
Благодаря эксперименту? Но ведь для этого надо знать точные значения температуры во время опыта. А эти значения можно получить только указанным способом. Этот круг замкнут, господа.

[AnatolyBa]

Вопрос действительно не такой простой как кажется. Есть хорошая книжка - библиотечка квант, Смородинский. Температура.
(Школьный учебник это все-таки не основание для далеко идущих выводов)

[arseniiv]

SomePupil в сообщении #1061285 писал(а):

Но ведь для этого надо знать точные значения температуры во время опыта.

Мало того: ещё надо выяснить, что вода кипит при одной и той же температуре, если уж этим пользоваться.

[DimaM]

Даже еще интереснее: значения температуры, полученные с использованием разных шкал, могут не совпадать.
Так, до 1948 года температура плавления алюминия была не определена.

[Munin]

Есть один термометр, для которого линейная пропорциональность следует из теоретических соображений: газовый термометр. По нему, ещё в 19 веке, всё и откалибровали.

[SomePupil]

Вот, про газовый термометр можно поподробнее? Как Клапейрон и Менделеев достигли своих результатов?

Спасибо за совет про Смородинского. Уже начал читать

[Viktor92]

Munin в сообщении #1061334 писал(а):

Есть один термометр, для которого линейная пропорциональность следует из теоретических соображений: газовый термометр. По нему, ещё в 19 веке, всё и откалибровали.

Интересно, на заводах-изготовителях термометров, до сих пор проверяют калибровку по газовому, или возможно уже есть точно прокалиброванные термометры например на терморезисторах. Если посмотреть на обычные бытовые термометры ртутный/спиртовой, то у них шкала просто линейная и капилляр, тоже везде имеет одинаковое сечение, а значит нелинейность объёмного расширения в пределах $-50C +50C$ не существенна для точности измерений требуемой в бытовых целях.

SomePupil в сообщении #1061361 писал(а):

Вот, про газовый термометр можно поподробнее? Как Клапейрон и Менделеев достигли своих результатов?

Если я не ошибаюсь Менделеев как раз первый получил уравнение состояния идеального газа, а из него следует закон Шарля: при одинаковом объёме для данного количества идеального газа, давление пропорционально абсолютной температуре, а многие разряжённые газы близки по свойствам к идеальному, так и сделали газовый термометр.

[Munin]

А я сам не знаю подробнее. Но по имеющемуся ключевому слову уже погуглить легко.

Кроме того, не путайте, один вопрос - это как Клапейрон и Менделеев достигли своих результатов, исторически. И другой вопрос - как одни факты опираются на другие в сегодняшней науке. Это другая, независимая башня знаний. Исторически она возникала по частям, не всегда была обоснованной и устойчивой. И с другой стороны, много старых вещей сегодня отброшены как излишние, они играли роль только строительных лесов для этой башни.

-- 11.10.2015 14:50:04 --

Viktor92 в сообщении #1061365 писал(а):

Интересно, на заводах-изготовителях термометров, до сих пор проверяют калибровку по газовому, или возможно уже есть точно прокалиброванные термометры например на терморезисторах.

Это вопросы метрологии: первичный эталон, вторичные эталоны и так далее. На заводах-изготовителях, для практических целей, наверняка используют что-то наиболее удобное с высокой точностью. Например, полупроводниковые приборы - на них практически вся сегодняшняя измериловка. Но сами эти приборы изготавливаются и поверяются уже в других местах (более централизованно) и по более сурьёзным приборам.

Конкретно про термометры не знаю, но существуют возможности измерять температуру весьма точно. Например, по цвету и интенсивности теплового излучения.

[Sicker]

Munin в сообщении #1061334 писал(а):

Есть один термометр, для которого линейная пропорциональность следует из теоретических соображений: газовый термометр.

...а эти соображения следуют из экспериментальной линейной пропорциональности объема газа и температуры в газовом термометре, ага

[Munin]

Viktor92 в сообщении #1061365 писал(а):

Если посмотреть на обычные бытовые термометры ртутный/спиртовой, то у них шкала просто линейная и капилляр, тоже везде имеет одинаковое сечение, а значит нелинейность объёмного расширения в пределах $-50C +50C$ не существенна для точности измерений требуемой в бытовых целях.

У ртутного обычно диапазон поменьше, несколько градусов, до десятка. А у спиртового - может быть, там не чистый спирт, а какая-нибудь смесь, приготовленная с компенсацией нелинейности в каком-то первом приближении.

[Alex-Yu]

Sicker в сообщении #1061368 писал(а):

...а эти соображения следуют из экспериментальной линейной пропорциональности объема газа и температуры в газовом термометре, ага

А вот и нет! Эти соображения следуют из того, что газ состоит из атомов и из механики этих атомов. Что подтверждается большим КОМПЛЕКСОМ экспериментов.


А вообще, как было верно отмеченно, вопрос не простой. Но сегодня уже АБСОЛЮТНО ясный. Но, конечно, не в рамках наивных представлений из школьного учебника. Такие вопросы не решаются в два-три логических хода. В два-три хода действительно получается порочный замкнутый круг. Но из этого круга можно выбраться, хотя для этого нужно основательно поучится.

P.S. А вообще-то температура это $\left(\frac{\partial S}{\partial E}\right)^{-1}$, термометр тут просто ни при чем. См. ЛЛ5.

[Munin]

На каком-то раннем этапе, действительно, одни экспериментальные шкалы могли быть оправданы другими экспериментальными шкалами, и не было отдельных доказательств, что все они равномерны. Я напомню, что основные температурные шкалы возникли на протяжении 18 века (первым был Ньютон в 1701 году), а единые газовые законы и молекулярно-кинетическая теория возникли во второй половине 19 века.

Возможно, равномерность первых шкал оправдывалась энергетически: одному и тому же веществу передавались равные порции тепла, при этом теплоёмкость полагалась постоянной на исследуемом диапазоне. На том же предположении можно обосновать "деление температурного диапазона пополам" или в заданных долях: приводить две системы с исходными температурами в тепловое равновесие, и смотреть, какую температуру они принимают. Впрочем, этот способ, если не смешивать газы или жидкости, сложнее, потому что требует качественной теплоизоляции.

[Sicker]

Munin в сообщении #1061409 писал(а):

равные порции тепла,

А как можно отсчитывать равные порции тепла не через температуру?

-- 11.10.2015, 17:35 --

Alex-Yu в сообщении #1061394 писал(а):

Но сегодня уже АБСОЛЮТНО ясный.

я говорил про состояние до создания МКТ

[DimaM]

Munin в сообщении #1061334 писал(а):

Есть один термометр, для которого линейная пропорциональность следует из теоретических соображений: газовый термометр. По нему, ещё в 19 веке, всё и откалибровали.

Так это теоретически. А практически газы не совсем идеальные, и вообще, газовый термометр - штука довольно-таки сложная и, например, для высоких и для низких температур непригодная.
Поэтому есть несколько шкал с разными способами измерения, сшиваемых в опорных точках (тройная точка воды, точка плавления золота и т.п.).

[Korvin]

Скорей всего из-за того, что газы не вполне идеальные, остановились на определённом - водороде, и в 1887 г узаконили водородную температурную шкалу.