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实验化学导论第6章 热力学测量技术与方法
(4)国际实用温标 其主要内容是:用理想气体温度计确定一系列 易于重现的高纯度物质相平衡温度作为指定的温度 固定点,并给予最佳的热力学温度值。在不同温度 范围内规定统一使用不同的基准温6.1.2
温度计
利用测温物质具有某些与温度密切相关且又能 严格重现的物理性质,例如体积、长度、压力、电 阻、温差电势、频率以及辐射波等特性可以设计并 制成各类测温仪器——温度计。温度计的种类很多 ,通常可分为接触式和非接触式两类。按用途则分 为温度测量和温差测量两类。按精度等级则划分为 基准、一等标准、二等标准、工业用等。
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2 现有的 “温标”有摄氏温标、华氏温标、热 力学温标和国际实用温标等。 (1 t ℃。 (2 德国物理学家华伦海特建立的华氏温标单位符 号是 (3 开尔文(Lord Kelvin)用可逆热机效率作为测 温参数而建立了热力学温标,它与测温物质的性质 无关此温标下的温度即热力学温度T,单位为开尔 4
2 贝克曼(Beckmann)温度计是精密测量温度差 值的温度计,又称差式温度计。这种温度计适用于 量热学、凝固点的下降、沸点的上升以及需要测量 微小温度差值的场合,而不能用来测量温度的绝对 值。贝克曼温度计的示值刻度范围一般是0~5 ℃, 最小分度值可达到0.002 ℃。测量起始温度可以调 节,可在-20~125 ℃范围内使用。当最小刻度为 0.01 ℃时,用放大镜可以读准到0.001 ℃,测量精 度较高; 当最小刻度为0.002 ℃,可以估计读准到 0.000 4 ℃ 1 ℃。为了使用于不同 用途,其刻度方式有两种: 一种是0 ℃刻在下端, 11 另一种是0 ℃刻在上端。
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(2)确定基准点 测温物质的某种物理特性 只能显示温度变化的相对值,必须确定其相当的温 度值,才能实际使用。通常是以某些高纯物质的相 变温度(如凝固点、沸点等)作为温标的基准点。 (3)划分温度值 确定基准点之间的分隔, 划分温度数值,即将基准点之间划分为若干度,然 后用内插或外推方法确定两个温度固定点之间的温
(1 首先根据实验的要求确定选用哪一类型的贝克 曼温度计。使用时需经过以下步骤: ①测定贝克曼温度计的R值 ②水银球A中水银量的调节:在使用贝克曼温度 计时首先应当将它插入一杯与待测体系温度相同的 水中达到热平衡以后,如果毛细管内水银面在所要 求的合适刻度附近,说明水银球A中的水银量合适 ,不必进行调节。否则,就应当调节水银球中的水 银量 t′=t+R+(5-x)
(2 水银温度计的误差主要来自于玻璃毛细管的内 径不均匀,温度计的水银球受热后体积发生改变, 使用中水银温度计有部分处于被测体系之外等3个 方面的原因。因此在使用温度计时通常要对后两种 因素引起的误差进行读数校正。
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图6.1 温度计的露茎校正示意图
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图6.2
贝克曼温度计
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A—水银球;B—毛细管;C—温度标尺;D—水银贮管
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(3) 热电偶的热电势与温度的关系的分度表,是在 0℃ 好能保持这种条件,即使用时一般是将热电偶的一 个接点放在待测物体中(热端),而将另一端放在贮 有冰水的保温瓶中(冷端),或用补偿导线把冷端延 引出来,放在冰水浴中(图6.6),这样可以保持 冷端的温度恒定。如果没有冰水,则应使冷端处于 较恒定的室温,在确定温度时,将测得的热电势加 上0 ℃到室温的热电势(室温高于0 ℃时),然后 再查分度表。
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1 水银温度计是以摄氏温标为基础,它的结构简 单、价格低廉,具有较高的精确度,直接读数使用 方便是实验室最常用的温度计。水银具有热导率大 、热容小、热膨胀系数比较均匀、不容易附着在玻 璃壁上等特点。水银温度计的缺点是容易损坏,且 水银毒性较大。 (1 一般用途的水银温度计:量程有0~50 ℃、 0~100 ℃、50~100 ℃、0~150 ℃等,分度值为 1~0.1 ℃ 量热专用的水银温度计:量程有9~15 ℃、 12~18 ℃、15~21 ℃、18~24 ℃、20~30 ℃等, 7 分度值为0.01 ℃。
第6章热 力学测量技术与方法
6.1 温度测量方法 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。系统的很多性质都 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,因此准确测量和控制温度,在化学 实验中十分重要。
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6.1.1
温
标
1 为了表示温度的数值,需要建立温标,即温度 间隔的划分与刻度的表示,这样才会有温度计的读 数。确立一种温标,需要以下3个方面的内容: (1)选择测温物质 测温物质的某种物理性 质(如体积、电阻、温差电势以及辐射电磁波的波
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(2 ①贝克曼温度计由薄玻璃组成,易被损坏,一 般只能放置3处: 安装在使用仪器上;放在温度计盒 内; ②调节时,应当注意防止骤冷或骤热,还应避 ③已经调节好的温度计,注意不要使毛细管中 水银再与D ④使用夹子固定温度计时,必须垫有橡胶垫, 不能用铁夹直接夹温度计。
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3 电阻温度计是利用物质的电阻随温度变化的特 性制成的测温仪器。 (1 铂容易提纯,化学稳定性高,电阻温度系数稳 定且重现性很好。所以,铂电阻与专用精密电桥或 电位差计组成的铂电阻温度计,有极高的精确度, 13.81 ~903.89 K (-259.34 630.74 ℃)温度范围的标准温度计。 (2 热敏电阻的阻值会随着温度的变化而发生显著 的变化,它是一个对温度变化极其敏感的元件。
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图6.5 热电偶示意图
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(1) 根据材质不同,热电偶可分为廉价金属、贵金 属、难熔金属和非金属4种。热电偶的材质组成、 使用温度及热电势系数见表6.3。虽然现在市场上 有许多种规格的热电偶可供选用,但有时由于特殊 要求常常需要在实验室自制热电偶。 (2) 热电偶常用温度的定点如冰点、凝固点、沸点 等进行标定。测定若干点后,作出热电偶的温差电 势对温度的关系曲线,即为所使用的热电偶的工作 曲线实际测温时,在测得热电偶的温差电势后,就 可以应用热电偶工作曲线,通过内插法求出被测物 18 体的温度。
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图6.3 珠形热敏电阻器 示意图
1—热敏元件;2—外壳;3—引 线
图6.4 热敏电阻测 温原理图
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4 两种不同金属导体构成一个闭合线路,如果连 接点温度不同,回路中将会产生一个与温差有关的 电势,称为温差电势。如在回路中串接一个毫伏表 ,则可粗略显示该温差电势的量值。这样一对导线 的组合称为热电偶温度计,简称热电偶(图6.5) 。