Водородный термометр

Водородный термометр — разновидность газового термометра, в которой в качестве наполнителя используется водород (газ, близкий к идеальному газу).

Изобретение править

Считается, что изобретателем водородного термометра в России является Дмитрий Иванович Менделеев: в 1890-е годы по его инициативе были приобретены ртутные термометры Тонелло и Бодена, а также водородный термометр французской фирмы Голац (1894). В том же 1894 году в Главной палате мер и весов было основано термометрическое отделение, а в 1898 году были завершены установка и изучение водородного термометра на базе французского. Разработанный водородный термометр дал возможностью проводить измерение температуры на международном уровне. Стоградусная шкала водородного термометра с двумя реперными точками 0 и 100 °С при нормальном атмосферном давлении была утверждена в 1887 году Международным комитетом мер и весов, а в 1889 году одобрена на Первой Генеральной конференции.

Устройство править

По сравнению с другими термометрами любой газовый термометр является громоздким и неудобным для использования. Он включает в себя термометрический объём (баллон) с водородом, устройством для заполнения и стабилизации объёма, а также ртутный манометр для измерения термометрического давления. Водородный манометр заполняется таким количеством газа, чтобы его давление при нулевой температуре составляло 1000 мм рт. ст. При измерениях температуры термометрический объём приводится в идеальный контакт с исследуемым телом и ждут установления равновесного состояния, когда давление водорода изменяется до определённого уровня.

Вычисление температуры править

Формула, основанная на законе Гей-Люссака, позволяет вычислить по разности изменения давления газа при нулевой температуре и в момент измерения. Эта формула имеет вид $P(t)=P(0)\ast <!--\; \ast \; -->(1+\mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}t)$$P(t)=P(0)*(1+\alpha t)$ , где $P(0)$$P(0)$  — давление 1000 мм рт. ст. при нулевой температуре. В формуле присутствует коэффициент температурного изменения давления в изохорическом процессе $\mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}=\frac{1}{273,16}$$\alpha ={1 \over 273,16}$ , если температура измеряется в градусах Цельсия. Отсюда температура в градусах, в которых водородный термометр изначально градуирован по реперным точкам плавления льда и кипения воды, определяется по формуле $t=\frac{1}{\mathrm{\alpha <!--\; \alpha \; -->}}\left[\frac{P(t)}{P(0)}-<!--\; -\; -->1\right]$$t={1 \over \alpha }\left[{\frac {P(t)}{P(0)}}-1\right]$ .

Также возможно вычисление температуры на базе начальной температуры водорода $T_0$$T_{0}$ , начального атмосферного давления водорода $p_0$$p_{0}$  и его конечного давления $p$$p$ . Формула в таком случае имеет вид $T=\frac{T_0\ast <!--\; \ast \; -->p}{p_0}$$T={T_{0}*p \over p_{0}}$ . Конечное давление водорода определяется как $p=p_0+h$$p=p_{0}+h$  — путём прибавления к начальному давлению $p_0$$p_{0}$  разности уровня ртути в коленах манометра $h$$h$ .

Применение править

Газовый водородный термометр считался наиболее точным для воспроизведения термодинамических температур (с погрешностью до тысячных долей градуса Цельсия). Водородный термометр используется редко для точных научных измерений температур (например, реперных точек), а чаще для градуировки образцовых вторичных термометров (ртутных). Ртутные термометры^[en] во многом переняли шкалообразующие свойства водородного термометра, хотя их точность не превышает 0,1 градуса, а у водородных термометров она намного выше.

Литература править

• Вольфкович С. И. Дмитрий Иванович Менделеев: жизнь и труды. — М.: Изд-во Академии наук СССР, 1957. — 254 с.
• Грабовский Р. И. Курс физики: учебное пособие. — 3-е изд., переработанное. — М.: Высшая школа, 1970. — 616 с.
• Дивин А. Г., Пономарёв С. В. Методы и средства измерений, испытаний и контроля. В трёх частях. — Тамбов: ФГБОУ ВПО ТГТУ, 2013. — Т. Часть 3. Средства измерения температуры, оптических и радиационных величин. — 116 с. — 100 экз. — ISBN 978-5-8265-1215-9.
• Дикерсон Р., Грей Г., Хейт Дж. Основные законы химии: в 2-х томах / пер. с англ.. — М.: Мир, 1982. — Т. 1. — 652 с.