甘肅省白銀市會寧縣新添回民中學八年級物理上冊 第二章《物質(zhì)三態(tài) 溫度的測量》課件 蘇科版

第二章 溫度的測量2.1 ITS90 ITS90英文為International Temperature Scale of 1990，即1990年國際溫標 溫度測量分為： 氣溫 水溫 土壤溫度2.1 ITS90（續(xù)） 為了定量地表示溫度，必須選定一個衡量溫度的標尺。 理論上，熱力學定義的熱力學溫標是指理想氣體在容積固定的條件下，容積內(nèi)的氣體壓力每改變1/273，相當于溫度變化絕對溫度1K。實驗設(shè)備為氣體溫度表。 實用上，國際計量委員會引入了在各個測溫范圍內(nèi)使用的標準測溫元件系列：鉑絲電阻溫度表、輻射溫度表和鉑銠標準溫度表，利用它們進行溫標確定的方法稱作實用溫標實用溫標。2.1 ITS90（續(xù)） 實用溫標1927年建立以來，前后進行了四次修訂。 實用溫標首先規(guī)定了一系列的參考點溫度。 如表2.1 ITS90部分溫度參考點。（標準大氣壓力為1013.25hPa）2.1 ITS90（續(xù)） 大氣測溫范圍：-80+60。為了測溫儀器校準上的方便，另設(shè)置了一些二類參考點。精度低于一類參考點。 參考點之間的各個溫度點的測溫基準為一支基準鉑電阻溫度表。 由無應(yīng)力的鉑絲制成，并滿足一定條件。表2.1 解釋 溫標轉(zhuǎn)換： 攝氏溫度=熱力學溫度 273.15 水的三相點的溫度為 0.01 T90 ：熱力學溫度。單位為K。 dT/dp：溫度隨氣壓的變化。單位：10-8K/Pa W (T90) ：比電阻，等于R(T90)/R(273.16K)，即該溫度下的電阻值與水三相點溫度下的鉑電阻值之比。2.1 ITS90（續(xù)）ITS90測溫標準系列由三個關(guān)節(jié)組成：1.定出一系列的測溫參考點2.制作出國際標準鉑電阻溫度表3.各國計量部門制作出各自的鉑電阻溫度表，在參考點上確定出偏差函數(shù)。 每次測溫先測出 W(T90) 值換算成 Wr(T90)，再根據(jù)公式計算出溫度測定值。2.2 測溫元件2.2.1 液體玻璃溫度計 構(gòu)造： 玻璃球中充滿水銀或酒精等液體，與之相連的是中空的玻璃毛細管。 毛細管另一端封閉，背后襯有白瓷刻度板，外有保護套管。 原理： 溫度變化時，引起測溫液體體積膨脹或收縮，使進入毛細管的液柱高度隨之變化。常用的幾種玻璃溫度表1.水銀溫度表凝固點： -38.862，沸點：356.9優(yōu)點：5點缺點：1.溫度在 -38.862 以下不能使用2.膨脹系數(shù)小測低溫可采用含鉈 4% 汞和金，可在 -62以上的溫度下使用常用的幾種玻璃溫度表（續(xù)）2.有機液體玻璃溫度表常用：酒精、二甲苯酒精的凝固點-177.5，沸點：+78.5優(yōu)點：可用于低溫；膨脹系數(shù)大缺點：1.濕潤玻璃，易斷柱2.導(dǎo)熱系數(shù)小，球內(nèi)溫度分布不均勻3.飽和蒸汽壓高，溫度降低時會有液體小滴凝結(jié)在毛細管上部中空部分。常用的幾種玻璃溫度表（續(xù)）3.最高、最低溫度表最高溫度表最低溫度表常用的幾種玻璃溫度表（續(xù)）最高溫度表：是專門用來測定一定時間間隔的最高溫度它的構(gòu)造是在球部底處置一根玻璃針，直伸到毛細管口，使毛細管口變狹。溫度上升時，水銀膨脹，壓力增大，迫使水銀擠過狹管上升。溫度下降時，因無足夠壓力使水銀擠過狹管回到球部，水銀柱就在狹管處斷裂，于是狹管以上這段水銀柱的頂端，就保持在過去一段時間內(nèi)溫度表曾感受到的最高溫度示度上，因而可測得最高溫度。常用的幾種玻璃溫度表（續(xù)） 最低溫度表： 專門用來測定一定時間間隔的最低溫度 它用酒精作測溫液，在毛細管內(nèi)放一枚游標 溫度上升時，酒精膨脹可越過游標上升，而游標本身由于頂端對管壁有足夠的摩擦力，能維持在原處不動。 溫度下降時，酒精柱收縮到與游標頂端相接觸時，由于酒精液面的表面張力比游標對管壁的摩擦力要大，使游標不致突破酒精柱頂而借液面的表面張力帶動游標下滑。 也就是說，游標只能降低，不能升高。所以，游標離球部較遠一端的示度，就是一定時間間隔內(nèi)曾經(jīng)出現(xiàn)過的最低溫度。常用的幾種玻璃溫度表（續(xù)）4.液體玻璃溫度表的儀器誤差基點的永恒位移球部變形引起的誤差刻度誤差2.2.2 熱電偶溫度表 原理： 兩種不同的金屬或合金焊接在一起，構(gòu)成一個閉合回路，回路中將會產(chǎn)生電動勢，兩焊點的溫度差異越大，電動勢越高。 如令焊點1維持在已知溫度下，焊點2的溫度可借助于回路的電動勢來確定。 氣象上使用的熱電偶材料幾乎都是銅，或錳銅康銅。有三條優(yōu)點。2.2.2 熱電偶溫度表（續(xù)） 通常在氣象學專門研究工作中，當需要溫度表有非常小的時間常數(shù)并能遠距離讀數(shù)和記錄時，熱電偶用得最多。 缺點是，如果要求溫度絕對值，就需要在熱電偶冷結(jié)點有一個常溫容器和供測量電動勢裝置用的附屬儀表。 熱電偶最合適于測量溫度差。熱電偶最合適于測量溫度差。2.2.3 金屬電阻溫度表 溫度變化小時，純金屬電阻的增加正比于溫度變化，關(guān)系為： Rt = R0 ( 1 + t + t2) R0 為 0 時電阻 、 為電阻的一次和二次項溫度系數(shù)2.2.3 金屬電阻溫度表（續(xù)）溫度表的金屬材料選擇主要考慮四點：1.溫度一次項系數(shù)大2.電阻與溫度關(guān)系的二次項系數(shù)遠小于一次項系數(shù)，即 3.電阻率大，易于繞制高阻值的元件4.性能穩(wěn)定氣象上常用的金屬材料：鉑。常用鉑做成標準溫度表。2.2.4 熱敏電阻溫度表 材料：某些金屬氧化物的混合物，如：氧化鎂、氧化銅、氧化鈷和氧化鐵的混合物，在800900的高溫下燒結(jié)而成。 熱敏電阻值 RT 與絕對溫度 T 的關(guān)系如下： RT = A e b/T A，b 為元件系數(shù) A 的大小反應(yīng)了元件的電阻的大小 b 的大小反應(yīng)了 RT 對溫度的靈敏度2.3 測溫元件的熱滯效應(yīng)熱滯效應(yīng)：當測溫元件從一個環(huán)境迅速轉(zhuǎn)移到另一個溫度不同的環(huán)境時，溫度表的示度不能立即指示新的環(huán)境溫度，而是逐漸趨近于新的環(huán)境溫度。造成測溫儀器滯后的原因：1.元件與周圍環(huán)境的熱交換需要一個過程2.指示系數(shù)有延遲特征（例如測量儀表的阻尼）2.3.1 表示熱滯的參數(shù)熱滯系數(shù) 元件的熱容量越大，散熱面積越小，熱滯系數(shù)則越大。 熱交換系數(shù)的大小取決于環(huán)境介質(zhì)的性質(zhì)以及它的通風量。2.3.2 環(huán)境溫度恒定時的滯差 計算分析表明： 一個熱滯系數(shù)為 300秒 的測溫元件，在初始溫差為 10 的條件下，欲使滯差達到 0.1 ，則需要1380秒，即23分鐘。2.3.3 環(huán)境溫度呈現(xiàn)性變化時的滯差 環(huán)境溫度變化時，由于測溫元件的熱滯，示度將會始終落后于實際溫度的變化。 環(huán)境溫度升高時，示度偏低； 環(huán)境溫度降低時，示度偏高。 如：實際氣溫每小時升溫 3 ，熱滯系數(shù)小于300秒的元件，滯差達 0.25 ；當熱滯系數(shù)小于60秒時，滯差可達 0.05 。2.3.4 環(huán)境溫度呈周期性變化時的滯差 如果1.5米高處百葉箱的氣溫日變化看作日振幅 5 的周期性變化，要保證紀錄下來的日振幅誤差小于 0.05 ，則測溫元件的熱滯系數(shù)應(yīng)小于2000秒。 如同時要求最高（最低）溫度出現(xiàn)的時刻相應(yīng)落后所引起的誤差不超過5分鐘，則測溫元件的熱滯系數(shù)應(yīng)小于300秒。 進行氣象觀測時應(yīng)規(guī)定元件的熱滯系數(shù)。 WMO對地面觀測中測溫元件要求為：當通風速度為 5 m/s 時，熱滯系數(shù)在 3060s 之間。2.3.5 熱滯系數(shù)和風速的關(guān)系 成反比： 風速越大，熱滯系數(shù)越小。2.4 氣溫測量中的防輻射設(shè)備各種形式的輻射將使測溫元件的示度與實際氣溫存在差異。防止輻射誤差的途徑：1.屏蔽2.增加元件的反射率3.通風4.采用極細的金屬絲元件2.4.1 百葉箱2.4.1 百葉箱（續(xù)） 百葉箱壁用雙層百葉木片做成，一面向內(nèi)傾斜45度，一面向外傾斜45度，空氣可自由流通。 百葉片寬26毫米，厚6毫米。百葉箱門朝北，安置在固定的架子上，架底高出地面1.25米。箱門前面安置一個小矮梯。 整個箱子涂上白漆，使它具有良好反射率。2.4.1 百葉箱（續(xù)） 百葉箱有兩種規(guī)格。 較大的：高 612mm、寬 460mm、深 460mm安放：溫度、濕度自記儀器 較小的：高 537mm、寬 460mm、深 290mm安放：干濕溫度表、最高溫度表、最低溫度表、毛發(fā)濕度表2.4.2 阿斯曼通風干濕表 阿斯曼通風干濕球溫度表是德國人R阿斯曼1887年所創(chuàng)，兩支棒狀溫度表放置在防輻射性能極好的通風管道內(nèi)，機械或電動通風速度為2.5米/秒 。 儀器測量精度高，使用方便，常用作野外測量氣溫和濕度。 2.4.3 防輻射罩 防輻射罩是一種利用自然通風、結(jié)構(gòu)簡單的防輻射設(shè)施，適用于野外考察。 結(jié)構(gòu)： 罩的上板為傘形金屬薄板，下為金屬平板，外部涂鉻，使其具有良好的反射率，內(nèi)面圖黑，以便吸收照射到內(nèi)層的輻射，不致放射到元件上。 在金屬板之間有兩塊透明的有機玻璃板，測溫元件安置在它們之間的夾層中。2.4.3 防輻射罩（續(xù)） 缺點： 當太陽高度角較低（日出和日落）時，太陽輻射能直接照射到測溫元件上。 一些測溫精度要求較高的觀測中，常把通風管和傘形罩結(jié)合起來使用。補充：金屬溫度計 是能夠自動記錄氣溫連續(xù)變化的儀器。 感應(yīng)元件是雙金屬片，由膨脹系數(shù)相差較大的兩片金屬焊接成，將其一端固定，另一端隨溫度變化而發(fā)生位移，位移量與氣溫接近線性關(guān)系。 自記系統(tǒng)由自記鐘，自記筆組成，自記筆與放大杠桿相連并受感應(yīng)元件操縱。補充：溫度的觀測 觀測的程序： 小百葉箱：干濕球、毛發(fā)表、最高、最低溫度表讀數(shù)并調(diào)整 大百葉箱：溫度計、濕度計讀數(shù)并做時間記號補充：溫度的觀測（續(xù)） 調(diào)整最高溫度表： 調(diào)整：取下，手握溫度表上部，球部朝下，手向外伸出30度角，前后甩動，直到它的示度接近干球示度為止。 放置：先放球部，后放頭部。 注意：避免陽光照射，手不要接觸水銀球，甩動時勿使球部向上，以免水銀柱撞壞窄道。補充：溫度的觀測（續(xù)） 調(diào)整最低溫度表： 調(diào)整：將表身傾斜，球部向上，使指標借助本身的重力作用，落到酒精柱頂端即可。 放置：先放頭部，后放球部，以免指標下滑。