categorieën: Interessante feiten, Domotica
Aantal keer bekeken: 24844
Reacties op het artikel: 1
Temperatuur sensoren. Deel een Een beetje theorie en geschiedenis
Wat is temperatuur
Voordat je begint met het verhaal over temperatuursensoren, moet je begrijpen wat het is temperatuur in termen van fysica. Waarom voelt het menselijk lichaam een verandering in temperatuur, waarom zeggen we dat het vandaag warm of gewoon heet is, en de volgende dag is het koel, of zelfs koud.
De term temperatuur komt van het Latijnse woord temperatuur, wat in vertaling normale toestand of juiste verplaatsing betekent. Als fysische grootheid karakteriseert temperatuur de interne energie van een stof, de mate van mobiliteit van moleculen, de kinetische energie van deeltjes in een staat van thermodynamisch evenwicht.
Een voorbeeld is lucht, waarvan de moleculen en atomen willekeurig bewegen. Wanneer de bewegingssnelheid van deze deeltjes toeneemt, zeggen ze dat de luchttemperatuur hoog is, de lucht warm of zelfs heet. Op een koude dag bijvoorbeeld is de snelheid van luchtdeeltjes klein, wat aanvoelt als aangename koelte of zelfs "hondenkoud". Opgemerkt moet worden dat de snelheid van luchtdeeltjes niet afhankelijk is van de windsnelheid! Dit is een compleet andere snelheid.
Dit is wat lucht betreft, moleculen kunnen zich vrij bewegen, maar hoe zit het met vloeibare en vaste lichamen? Daarin bestaat ook de thermische beweging van moleculen, zij het in mindere mate dan in lucht. Maar de verandering is vrij merkbaar, wat de temperatuur van vloeistoffen en vaste stoffen bepaalt.
Moleculen blijven bewegen, zelfs bij een smelttemperatuur van ijs, evenals bij een negatieve temperatuur. De snelheid van een waterstofmolecuul bij nultemperatuur is bijvoorbeeld 1950 m / s. Elke seconde in 16 cm ^ 3 lucht treden duizend miljard botsingen van moleculen op. Met toenemende temperatuur neemt de mobiliteit van moleculen toe en neemt het aantal botsingen toe.
Er moet echter worden opgemerkt dat temperatuur en hitte de essentie is niet hetzelfde. Een eenvoudig voorbeeld: een gewoon gasfornuis in de keuken heeft grote en kleine branders waarin hetzelfde gas wordt verbrand. De temperatuur van de gasverbranding is hetzelfde, dus de temperatuur van de branders zelf is ook hetzelfde. Maar hetzelfde volume water, zoals een ketel of emmer, kookt sneller op een grote brander dan op een kleine. Dit komt omdat een grote brander meer warmte produceert, meer gas per tijdseenheid verbrandt of meer vermogen heeft.
Hoe de hoeveelheid warmte bepalen, in welke eenheden? In de natuurkundecursus op school zijn er veel problemen met betrekking tot verwarming en kokend water, die zeer leerzaam en interessant zijn, zelfs tijdens het oplossen.
Per geaccepteerde eenheid thermische energie calorie. Dit is de hoeveelheid warmte die zorgt voor verwarming van 1 gram (cm ^ 3) water per 1 ° C (1 graad Celsius). De temperatuur van het fysieke lichaam in graden weerspiegelt het niveau van zijn thermische energie. Om de gebruikte temperatuur te meten thermometersvaak genoemd thermometer.
Als twee fysieke lichamen dezelfde temperatuur hebben, vindt er geen warmteoverdracht plaats wanneer ze worden aangesloten. Als een van de lichamen een hogere temperatuur heeft, neemt de temperatuur van de kou toe wanneer deze wordt aangesloten op een koud lichaam en vice versa. De eenvoudigste manier om dit te verifiëren bij het mengen van vloeistoffen: in het dagelijks leven moest iedereen, tenminste in bad, warm en koud water mengen om de vereiste temperatuur te verkrijgen.
Temperatuurschalen
Zoals u weet, zijn er verschillende temperatuur meetschalen. Hoe kan dit worden verklaard, omdat de temperatuur hetzelfde is, maar op verschillende schalen volledig verschillend?
Dergelijke meningsverschillen zijn niet uniek voor de temperatuur.Tenslotte werd hetzelfde gewicht in vroeger tijden gemeten in ponden en ponden, en nu in grammen en kilo's, hetzelfde met lineaire afmetingen: millimeters, meters, inches, voeten en zeer oude vadems en ellebogen.
Een korte geschiedenis van de ontwikkeling van temperatuurschalen
Het meest eerste thermometer werd uitgevonden door de beroemde Italiaanse middeleeuwse geleerde Galileo Galilei (1564-1642). De werking van het apparaat was gebaseerd op het fenomeen van een verandering in het volume van een gas tijdens verwarming en koeling. Deze thermometer ontbrak een nauwkeurige schaal die de temperatuur in numerieke vorm uitdrukte, dus het meetresultaat was zeer onnauwkeurig.
Nauwkeuriger instrumenten voor het meten van de temperatuur werden door een Duitse natuurkundige voorgesteld Gabriel Fahrenheit (1686-1736), die zich in 1709 ontwikkelde alcohol thermometeren in 1714 kwik. De temperatuurschaal werd genoemd naar de uitvinder fahrenheit schaal.
Het onderste referentiepunt van deze schaal (0 ° F) was het vriespunt van de zoutoplossing. Het was deze temperatuur op dat moment dat de laagste was die met voldoende nauwkeurigheid kon worden gereproduceerd. Het hoogste punt was de lichaamstemperatuur van het menselijk lichaam ("gemeten onder de arm van een gezonde Engelsman").
In die tijd woonde Fahrenheit in Engeland, en het was daar dat hij zijn ontdekkingen deed. Daarom is in de Engelstalige landen de Fahrenheit-schaal al lang gebruikt, in de moderne tijd zijn de landen van de Engelse cultuur ook overgeschakeld naar de Celsius-schaal. Medische thermometers in deze landen gebruiken nog steeds de Fahrenheit-schaal.
Een andere temperatuurschaal in 1730 werd voorgesteld door een Franse wetenschapper Rene Reaumur (1683-1757), dat in 1737 werd erkend als erelid van de St. Petersburg Academy of Sciences. Daarom begon in Rusland voor het meten van temperatuur thermometers te gebruiken met Reaumur schaal.
Hetzelfde als celsius schaal, deze schaal had twee referentiepunten - de smelttemperatuur van ijs en het kookpunt van water. Eén graad van een dergelijke schaal werd verkregen door de gehele schaal in 80 delen te verdelen - graden. Deze schaal werd slechts enkele decennia gebruikt, waarna deze verouderd werd.
In 1742, een Zweedse natuurkundige Anders Celsius (1701-1744) stelde een bekende decimale temperatuurschaal voor. Het gebruikt dezelfde referentiepunten als Reaumur, alleen de schaal is gelijk verdeeld niet in 80, maar in 100 divisies. Aldus is één graad op de schaal van Celsius 1/100 van het verschil in kook- en vriestemperaturen van water.
De nieuwste temperatuurschaal werd voorgesteld door de Engelsman William Thomson (1824-1907), die om wetenschappelijke verdiensten in 1866 de titel van Baron Kelvin kreeg. Kelvin-schaal Het wordt nog steeds gebruikt als de belangrijkste standaard voor moderne thermometrie. In deze schaal wordt absoluut nul (−273.15 ° C) genomen als referentiepunt.
Volgens de theorie van Kelvin stopt bij deze temperatuur elke thermische beweging. Bij deze temperatuur hebben alle geleiders nul weerstand tegen elektrische stroom, supergeleiding. Zo'n temperatuur is nog door niemand bereikt, het bestaat alleen theoretisch.
Lees verder in het volgende artikel.
Boris Aladyshkin, electro-nl.tomathouse.com
Voortzetting van de reeks artikelen:
- Temperatuur sensoren. thermistors
- Temperatuur sensoren. thermokoppels
- Nog een paar typen temperatuursensoren: halfgeleidersensoren, sensoren voor microcontrollers
- Hoe kan ik elektriciteit krijgen met gewoon huishoudelijk gas?
Zie ook op electro-nl.tomathouse.com
: