ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ. Π. Τζαμαλής ΕΔΙΠ

Transcript

1 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΓΙΑ ΤΟ ΜΑΘΗΜΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ Π. Τζαμαλής ΕΔΙΠ

2 ΛΙΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑ Ενότητες: Θερμική Φυσική /Θερμοδυναμική /Ατομική Φυσική /Πυρηνική Φυσική. Οι υπόλοιπες ενότητες έγιναν (Ρευστά/Οπτική) με τον κ. Μπεθάνη. Χρονική διάρκεια: Μέχρι το τέλος του εξαμήνου.

3 ΛΙΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑ Ποσοστό θεμάτων από τις ενότητες αυτές: 3 ή 4 θέματα στα 7 ή 8. Μαζί σας στην εξέταση, μπορείτε να έχετε μόνο ένα φύλλο Α4, στο οποίο μπορείτε να έχετε σημειώσει ότι θέλετε.

4 ΛΙΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑ Μια καλή πρακτική είναι να το συμπληρώσετε προσωπικά, στη διάρκεια της μελέτης σας, και να μην το αντιγράψετε από κάποιον συνάδελφο.

5 ΛΙΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑ Θα διαπιστώσετε πως ακόμα και η διαδικασία να αποφασίσετε τι θα γράψετε (και πως) στο προσωπικό σας "σημειωματάριο" για την εξέταση, θα σας βοηθήσει πολύ.

6 ΛΙΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑ Δομή των παρουσιάσεων: Τετάρτη 11:30-13:15 (2 ώρες) θεωρία. Πέμπτη 13:30-14:15 (1 ώρα) ασκήσεις.

7 ΛΙΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑ Επικοινωνία δια ζώσης: Κτίριο Χασιώτη (1 ος Όροφος) /Εργαστήριο Φυσικής/Γραφείο 8. Επικοινωνία με ηλεκτρονικό τρόπο: ή μέσα από το eclass του ΓΠΑ.

8 ΛΙΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑ Προτεινόμενα βιβλία.

9 ΛΙΓΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΑ ΜΑΘΗΜΑ Προτεινόμενα βιβλία: J. Newman Φυσική για τις Επιστήμες Ζωής Εκδόσεις Δίαυλος. H.D. Young-R. A. Freedman Πανεπιστημιακή Φυσική Τόμος Γ Εκδόσεις Παπαζήση. D. Halliday-R. Resnick-J. Walker Φυσική Εκδόσεις Gutenberg.

10 ΘΕΡΜΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ Θερμοκρασία/Θερμική διαστολή /Θερμοχωρητικότητα/ Θερμιδομετρία/Μετάδοση θερμότητας /Εξισώσεις κατάστασης

11 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ

12 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Εισάγεται στη φυσική, όπως και η δύναμη, μέσω των ανθρώπινων αισθήσεων.

13 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Πιο συγκεκριμένα, ενώ η δύναμη συνδέεται με την αίσθηση του τραβώ και σπρώχνω, η θερμοκρασία συνδέεται με την αίσθηση περί ζεστού (και κρύου).

14 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Οι αισθήσεις μας πολλές φορές μας μεταφέρουν αντιφατικά μηνύματα όπως φαίνεται στο πείραμα, όπου αφού τοποθετήσουμε τα δύο χέρια μας για λίγα λεπτά σε μια λεκάνη με ζεστό και κρύο νερό στη συνέχεια τα τοποθετούμε ταυτόχρονα σε μια λεκάνη με χλιαρό νερό.

15 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Στην περίπτωση αυτή αισθανόμαστε το χέρι που ήταν στο ζεστό νερό να κρυώνει, ενώ το χέρι που ήταν στο κρύο νερό να ζεσταίνεται. Το σκίτσο είναι μαθητή από το site

16 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Χρειαζόμαστε λοιπόν ένα πιο «αντικειμενικό» τρόπο μέτρησης της θερμοκρασίας ο οποίος δεν θα βασίζεται απευθείας στις αισθήσεις μας.

17 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούμε τα θερμόμετρα. Σε ότι αφορά τον ορισμό της θερμοκρασίας υπάρχουν δυσκολίες καθώς θεωρείται πρωταρχική έννοια για τη θερμοδυναμική.

18 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Όλα τα θερμόμετρα βασίζουν τη λειτουργία τους στο γεγονός ότι πολλές από τις ιδιότητες των σωμάτων αλλάζουν με τη θερμοκρασία.

19 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Τέτοιες ιδιότητες είναι για παράδειγμα οι διαστάσεις ή γενικότερα ο όγκος των στερεών υγρών και αερίων, η πίεση ενός αερίου σε δοχείο σταθερού όγκου, η ΗΕΔ ενός θερμοζεύγους, η αντίσταση ενός σύρματος, ο δείκτης διάθλασης ή το χρώμα ενός υλικού, κ.ο.κ.

20 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Κάθε σώμα που επιλέγεται για να χρησιμοποιηθεί ως θερμόμετρο ονομάζεται ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΗ ΟΥΣΙΑ ενώ η ποσοτική ιδιότητα που μετράμε και εξαρτάται από τη θερμοκρασία ονομάζεται ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΟΣΟΤΗΤΑ.

21 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Η επιλογή τόσο της ουσίας που θα χρησιμοποιηθεί όσο και της ποσότητας που θα παρατηρούμε είναι ΑΥΘΑΙΡΕΤΗ. Χρόνια εμπειρίας μας έχουν δείξει ότι ορισμένα σώματα και ορισμένες ιδιότητες έχουν συγκεκριμένα πλεονεκτήματα.

22 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Επίσης χρειαζόμαστε μια σχέση που να συνδέει τη θερμομετρική ποσότητα με τη θερμοκρασία. Και η σχέση αυτή είναι ΑΥΘΑΙΡΕΤΗ, αν και πολλές φορές επιλέγεται να είναι γραμμική.

23 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Τέλος απαιτείται ο ορισμός της μονάδας της θερμοκρασίας (αυτού που συνήθως ονομάζουμε βαθμός).

24 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Και αυτή η επιλογή είναι ΑΥΘΑΙΡΕΤΗ και γίνεται με την επιλογή (συνήθως) δύο σημείων (ΣΗΜΕΙΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ), και την απόδοση αυθαίρετων τιμών θερμοκρασίας σε αυτά τα δύο σημεία.

25 Η ΕΝΝΟΙΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ Στις περισσότερες των περιπτώσεων αυτά τα δύο σημεία έχει επικρατήσει να είναι το σημείο πήξης και βρασμού του νερού σε συγκεκριμένες συνθήκες πίεσης.

26 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: ΤΟ ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΗ ΟΥΣΙΑ: Υδράργυρος. ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΟΣΟΤΗΤΑ: Μήκος της στήλης του υδραργύρου.

27 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: ΤΟ ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΣΗΜΕΙΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ: Σημείο που λιώνει ο πάγος (αποδίδεται η τιμή θερμοκρασίας t ice = 0) και σημείο που βράζει το νερό (αποδίδεται η τιμή θερμοκρασίας t steam = 100) σε ατμοσφαιρική πίεση.

28 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: ΤΟ ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΣΧΕΣΗ: Γραμμική. Αν X ice X steam και X είναι οι τιμές της θερμομετρικής ποσότητας στο σημείο πήξης του νερού (ice point) στο σημείο βρασμού του νερού (steam point) και σε εκείνη την κατάσταση που θέλουμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία, τότε η ζητούμενη θερμοκρασία (t) θα δίνεται από τη σχέση:

29 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1: ΤΟ ΥΔΡΑΡΓΥΡΙΚΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ t = 100 X X ice X steam X ice t = 100 l l ice l steam l ice

30 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΗ ΟΥΣΙΑ: Ιδανικό αέριο ορισμένης μάζας σε δοχείο σταθερού όγκου. ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΟΣΟΤΗΤΑ: Πίεση του αερίου (p).

31 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ ΣΗΜΕΙΑ ΑΝΑΦΟΡΑΣ: Σημείο που λιώνει ο πάγος (αποδίδεται η τιμή θερμοκρασίας T ice ) και σημείο που βράζει το νερό (αποδίδεται η τιμή θερμοκρασίας T steam ) σε ατμοσφαιρική πίεση.

32 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Αν μετρήσουμε τις πιέσεις του αερίου στα δύο σημεία αναφοράς (p ice και p steam ) διαπιστώνουμε ότι αν και η καθεμία τους εξαρτάται από την ποσότητα του αερίου ο λόγος τους είναι ανεξάρτητος από την ποσότητα του ιδανικού αερίου και ίσος με περίπου 1,366.

33 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ ΣΧΕΣΗ ΑΝΑΛΟΓΙΑΣ: Αν p ice p steam και p είναι οι τιμές της πίεσης στο σημείο πήξης του νερού (ice point), στο σημείο βρασμού του νερού (steam point) και σε εκείνη την κατάσταση που θέλουμε να μετρήσουμε τη θερμοκρασία, τότε η ζητούμενη θερμοκρασία δίνεται από τη σχέση: T = a p

34 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Είναι λοιπόν p steam p ice = 1,366 p=t a T steam T ice = 1,366 και επιλέγω να θέσω: T steam T ice = 100 οπότε εύκολα προκύπτει ότι: T steam = 373,16 T ice = 273,16

35 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Εύκολα προκύπτει ότι ο συντελεστής αναλογίας στη σχέση πίεσης και θερμοκρασίας είναι: a = T steam p steam = T ice p ice a = 373,16 p steam = 273,16 p ice

36 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Άρα αν χρησιμοποιήσω την μια από τις δύο εκφράσεις για τη σταθερά αναλογίας έχω: T = 273,16 p ice p

37 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Από τη σχέση που συνδέει τη θερμοκρασία με την πίεση παρατηρούμε ότι όταν μηδενίζεται το ένα μηδενίζεται και το άλλο. Μια τέτοια θερμοκρασιακή κλίμακα ονομάζεται ΑΠΟΛΥΤΗ.

38 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Το θερμόμετρο αερίου σταθερού όγκου ορίζει την απόλυτη κλίμακα Kelvin.

39 ΠΑΡAΔΕΙΓΜΑ 2: ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Δυστυχώς όμως ΔΕΝ υπάρχει ιδανικό αέριο. Τι γίνεται αν χρησιμοποιήσουμε ένα πραγματικό αέριο;

40 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Έστω p ice και p steam οι πιέσεις στο σημείο πήξης (ice point) και το σημείο βρασμού (steam point) του νερού. Οι τιμές τους ΑΛΛΑ ΚΑΙ Ο ΛΟΓΟΣ ΤΟΥΣ εξαρτάται από την ποσότητα και το είδος του αερίου. Μπορούμε να παρακάμψουμε αυτή τη δυσκολία με σειρά πειραμάτων.

41 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Ξεκινάμε με μια τέτοια ποσότητα αερίου ώστε να επιτύχουμε μια οποιαδήποτε πίεση (έστω p ice =1000 mm Hg) στο πρώτο από τα σημεία αναφοράς. Στη συνέχεια ανεβάζουμε τη θερμοκρασία στο σημείο βρασμού του νερού και μετράμε την πίεση p steam.

42 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Επαναλαμβάνουμε τη διαδικασία για ολοένα και μικρότερες ποσότητες αερίου οπότε καταγράφω χαμηλότερες τιμές πιέσεων. Υπολογίζω τους λόγους p steam /p ice για κάθε περίπτωση και σχεδιάζω τη γραφική παράσταση για τη μεταβολή του λόγου σαν συνάρτηση του p ice.

43 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Αλλάζω αέριο και επαναλαμβάνω την όλη διαδικασία με διαφορετικές ποσότητες που ολοένα μειώνονται από το νέο αέριο.

44 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Η γραφική παράσταση φαίνεται στο ακόλουθο σχήμα από όπου προκύπτει ότι πλησιάζοντας την τιμή p ice =0 η γραφική παράσταση είναι ευθεία γραμμή.

45 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Επίσης, αν και ο λόγος p steam /p ice μεταβάλλεται με την ποσότητα και το είδος του αερίου, καθώς προεκτείνω προς την τιμή p ice =0 διαπιστώνω ότι ο λόγος τείνει στην ίδια σταθερή τιμή με το ιδανικό αέριο δηλ. lim p ice 0 p steam p ice = 1,366

46 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με προηγούμένως, δηλ. ορίζοντας ότι p steam lim και επιλέγοντας p i 0 p ice T steam T ice = 100 εύκολα προκύπτει = T steam T ice ότι είναι T steam = 373,16 και T ice = 273,16.

47 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Για να χρησιμοποιήσουμε όμως το συγκεκριμένο θερμόμετρο για να μετρήσουμε κάποια άλλη θερμοκρασία (T) θα πρέπει να μετρήσουμε την πίεση του αερίου (p) (υπό σταθερό όγκο) στη συγκεκριμένη θερμοκρασία για μια σειρά διαφορετικών πιέσεων p i που αντιστοιχούν σε διαφορετικές αρχικές ποσότητες αερίου.

48 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Θα πρέπει στη συνέχεια να εκτιμήσουμε την ποσότητα lim από μια γραφική p ice 0 p ice παράσταση όπως η προηγούμενη. p

49 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Υπολογίζουμε τη θερμοκρασία που αντιστοιχεί στη μετρούμενη πίεση από την εξίσωση: lim p ice 0 p = T p ice T ice T = T ice lim p ice 0 p p ice T = 273,16 K lim p ice 0 p p ice

50 ΤΟ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟ ΑΕΡΙΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ* Παρατηρήστε ότι η εξίσωση που καταλήξαμε μοιάζει με αυτή του θερμομέτρου του ιδανικού αερίου σταθερού όγκου, με τη διαφορά ότι εκεί ο λόγος p p ice προέκυπτε από μια μέτρηση, ενώ στο πραγματικό αέριο p έχουμε το lim που προκύπτει p ice 0 p ice από σειρά μετρήσεων.

51 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ & ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Με τον τρόπο αυτό ορίζεται μια απόλυτη κλίμακα θερμοκρασιών που στη συνέχεια αποδεικνύεται ότι ταυτίζεται με την κλίμακα Kelvin που ορίζεται στη βάση του 2 ου Θερμοδυναμικού νόμου.

52 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ & ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Η κλίμακα αυτή ΔΕΝ έχει ανάγκη για να οριστεί την ύπαρξη ιδανικού αερίου καθώς βασίζεται σε μετρήσεις σε πραγματικά αέρια που όμως προεκτείνονται προς μια ορισμένη τιμή.

53 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ & ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΟΓΚΟΥ Στην περίπτωση που υπήρχε ιδανικό αέριο δεν θα απαιτούνταν η διαδικασία των πολλαπλών μετρήσεων, καθώς μια μόνο μέτρηση για οποιαδήποτε τιμή της p ice θα ήταν αρκετή.

54 Η ΔΙΕΘΝΗΣ (ΠΡΑΚΤΙΚΗ) ΚΛΙΜΑΚΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ (ITS-90) Το βασικό μειονέκτημα του θερμομέτρου αερίου σταθερού όγκου είναι ότι για να γίνει μια μέτρηση θερμοκρασίας απαιτείται σειρά μετρήσεων για τη χάραξη του διαγράμματος p p ice = f(p ice ) και τον προσδιορισμό του lim p ice 0 p p ice.

55 Η ΔΙΕΘΝΗΣ (ΠΡΑΚΤΙΚΗ) ΚΛΙΜΑΚΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ (ITS-90) Αυτή η δυσκολία στη χρήση του, μας οδήγησε στην ονομαζόμενη ΔΙΕΘΝΗ ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ. Εισήχθη το 1927 και έκτοτε αναθεωρήθηκε αρκετές φορές.

56 Η ΔΙΕΘΝΗΣ ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ Σε αυτή ορίζονται: μια σειρά από συγκεκριμένα σημεία αναφοράς

57 Η ΔΙΕΘΝΗΣ ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ Σε αυτή ορίζονται: οι τρόποι μέτρησης θερμοκρασίας (θερμομετρική ουσία & θερμομετρική ποσότητα) σε συγκεκριμένα διαστήματα θερμοκρασίας.

58 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Ι Το διμεταλλικό έλασμα κάμπτεται όταν αυξάνεται η θερμοκρασία του εξαιτίας των διαφορετικών θερμικών διαστολών των δύο μετάλλων. Το έλασμα χρησιμοποιείται και ως θερμοστάτης που κλείνει ή ανοίγει ηλεκτρικά κυκλώματα.

59 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Ι Αρχή Λειτουργίας Πρακτική υλοποίηση Τελική μορφή

60 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΙΙ Τα Θερμόμετρα ακτινοβολίας ή πυρόμετρα (οπτικά, υπέρυθρων, ολικής ακτινοβολίας κ.ο.κ) βασίζονται στην μέτρηση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας για να κάνουν εκτίμηση της θερμοκρασίας συνήθως ενός πολύ θερμού σώματος.

61 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΙΙ Έχουν το πλεονέκτημα να μετρούν από απόσταση και συνήθως χρησιμοποιούνται για μετρήσεις πολύ υψηλών θερμοκρασιών σε σώματα που δεν έχουμε πρόσβαση.

62 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΙΙΙ Τα θερμόμετρα (ιδανικού) αερίου σταθερού όγκου βασίζονται στη μέτρηση της πίεσης ενός αερίου σε δοχείο σταθερού όγκου.

63 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΙV Τα θερμόμετρα πλατίνας βασίζονται στην μεταβολή της αντίστασης με τη θερμοκρασία. Μπορεί να χρησιμοποιηθούν και άλλα μέταλλα, αλλά η πλατίνα (λευκόχρυσος Pt) δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα.

64 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΙV Είναι το προτεινόμενο θερμόμετρο για τη μέτρηση θερμοκρασιών μεταξύ δύο σημείων αναφοράς της Διεθνούς Πρακτικής Κλίμακας Θερμοκρασιών (από 13,8033 K μέχρι 1234,93 K).

65 ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ V Το θερμοζεύγος βασίζονται στην εμφάνιση διαφοράς δυναμικού σε ένα σημείο επαφής δύο διαφορετικών μετάλλων.

66 ΗΕΔ ΤΡΟΠΟΙ ΜΕΤΡΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ V Σημείο Θερμομέτρησης Μεταλλικό Σύρμα Α Μεταλλικό Σύρμα Β Χάλκινο καλώδιο Θερμοκρασία πήξης του νερού Χάλκινο καλώδιο

67 ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΕΣ ΤΙΜΕΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΩΝ

68 ΟΡΙΣΜΕΝΕΣ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΙΚΕΣ ΚΛΙΜΑΚΕΣ Οι πιο συνηθισμένες φαίνονται στο ακόλουθο σχήμα. 1,8 Σημείο βρασμού του νερού 671,67 Σημείο τήξης του νερού 491,67

69 ΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Η θερμοκρασία του αέρα μεταβάλλεται χρονικά περίπου αρμονικά με πλάτος Α 0.

70 ΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Σχηματικά. 2 Α 0

71 ΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Κάτω από το έδαφος είναι αναμενόμενο η θερμοκρασία να μειώνεται. Σε μια πρώτη προσέγγιση μπορούμε να δεχθούμε ότι και κάτω από το έδαφος έχω αρμονική μεταβολή με το χρόνο αλλά με μικρότερη διακύμανση (πλάτος).

72 ΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Το πλάτος μάλιστα μειώνεται εκθετικά με το βάθος d δηλαδή: A d = A 0 e d/d όπου A 0 πλάτος της χρονικής μεταβολής της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του εδάφους, A d το πλάτος στο αντίστοιχο βάθος και D ένα χαρακτηριστικό για το έδαφος βάθος απόσβεσης

73 ΕΝΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ Σχηματικά. 2 Α 12 2 Α 0