Măsurarea temperaturii

1.1 Temperatura - marime fizica.

1.1.1 Definirea notiunii de temperatura

Temperatura este unul din cei mai importanti parametrii prin care se caracterizeaza procesele tehnologice in ramurile industriale precum si in cercetarea stiintifica. Din acest motiv, modul de desfasurare a numeroase procese tehnologice si calitatea produselor finite sunt conditionate de modul cum se asigura masurarea temperaturii. Cu cat metodele si mijloacele de masurare a temperaturii sunt mai sigure, cu atat este mai asigurat succesul procesului de productie.

Temperatura face parte din categoria acelor marimi fizice care nu pot fi masurate in mod direct. De aceea, pentru masurarea temperaturii este necesara convertirea acesteia intr-o marime fizica direct masurabila. in acest scop se folosesc proprietatile termometrice ale corpurilor, adica dependenta de temperatura a unei caracteristici fizice a corpului aleasa in mod corespunzator De cele mai multe ori, temperatura se converteste intr-o marime electrica, mai ales in cazul masurarii temperaturii prin metode fara contact.

Primele definitii ale temperaturii s-au bazat pe expansiunea termica a lichidelor (alcool mercur). Romer (1708) a introdus o scara de temperatura cu doua puncte fixe, si anume, temperatura de topire a ghetii si temperatura sangelui uman. Fahrenheit (1726) a folosit un principiu asemanator, divizand intervalul de temperatura dintre aceste doua puncte fixe in 64 de grade si a atribuit valoarea 32 pentru punctul de topire al ghetii si valoarea 96 pentru temperatura sangelui uman, temperatura de fierbere a "apei curate" fiind de 212 grade. Punctul zero al acestei scari corespundea aproximativ celei mai joase temperaturi cunoscute la acea data. in anul 1742, astronomul suedez Celsius a facut un pas substantial prin introducerea scarii centigrade, scara in care intervalul de temperatura intre punctul de topire al ghetii si punctul de fierbere al apei a fost impartit in 100 de grade, punctul de topire al ghetii fiind notat cu 100, iar cel de fierbere al apei, cu zero. Mai tarziu, Stromer a inversat valorile celor doua puncte.

Experientele lui Charles (1787), Dalton (1801), Gay - Lussac (1816) si Regnault asupra expansiunii termice a gazelor a condus la concluzii importante si anume ca gazele au acelasi coeficient de dilatare termica sub volum constant sau coeficient de presiune. Avantajul definirii scarii de temperatura folosind expansiunea termica a gazelor a fost anticipat, de asemenea de catre Dulong si Petit, intr-o cercetare efectuata in jurul anului 1817 si care a condus la urmatoarele definitii:

a) temperatura "t" este proportional cu cresterea presiunii (la volum constant), conform relatiei:

- t

Presiunea P0 are valoare fixa la punctul de topire al ghetii. Pentru determinarea constantei de proportionalitate - s-a ales punctul de fierbere al apei la t = 100 grade, conducand la valoarea - - 0,003661 grad -1.

b) temperatura "T" este proportionala cu presiunea (la volum constant), conform relatiei:

- T

In aceasta definitie, T s-a numit temperatura absoluta. In raport cu temperatura t in grade Celsius T = - -1 + t. T0 = - -1 = 273,15 grade reprezinta temperatura absoluta a punctului de topire al ghetii.

O importanta aprofundare a notiunii de temperatura s-a obtinut termodinamicii ca urmare a lucrarilor lui Clausius si Clapeyron, iar mai tarziu, ale lui Kelvin.

Proportionalitatea dintre temperatura termodinamica si temperatura absoluta a termometrului cu gaz a facut posibil ca aceste doua temperaturi sa coincida, prin definirea diferentei temperaturii termodinamice intre punctul de topire al ghetii si de fierbere al apei ca fiind exact 100 grade. Cu toate ca aceasta alegere a fost fericita, in sensul ca nu au existat diferente intre scara de temperatura termodinamica si scara termometrului cu gaz, sistemul bazat pe doua puncte s-a dovedit departe de a fi satisfacator.

in anul 1954, la a X-a Conferinta Generala de Masuri si Greutati s-a redefinit temperatura termodinamica folosind numai un punct fix si anume temperatura termodinamica a punctului triplu al apei, care a fost stabilit exact la valoarea 273,16 Kelvin (cu simbolul K). Punctul de topire al ghetii a fost acceptat ca avand o valoare situata aproximativ la 0,00993 K mai jos decat punctul triplu al apei.

1.1.2 Scari de temperatura

"Gradul" nu poate fi considerat ca o unitate de masura a temperaturii, ci el caracterizeaza un raport fata de o scara de temperatura. De aceea, procesul de masurare a temperaturii consta in determinarea pozitiei pe scara de temperatura, luata ca referinta, a nivelului temperaturii masurate.

Sub termenul de "scara de temperatura" se intelege totalitatea continua de numere legate de valorile unei proprietati fizice masurate cu precizie, care reprezinta o functie de temperatura univoca si monotona.

Pana in anul 1927, pentru constructia unei scari de temperatura se alegeau doua puncte fixe care reprezentau temperaturi usor reproductibile (puncte de fierbere sau de solidificare ale unor substante pure). Acestor puncte li se atribuiau valori arbitrare t1 si t2, iar intervalul

1.Alimpie Ignea, Masurarea electrica a marimilor neelectrice, Editura deVest,

Timisoara, 1996

2.Rita G. Lerner / George L.Trigg, Encyclopedia of physics, Second Edition,

VCH Publishers (UK) Ltd, 1991

3.Ion Asavinei / Cornelia Niculescu, Masurarea temperaturilor inalte, Editura

Tehnica, 1989

4.Jerry C. Whitaker, The Electronics Handbook, CRC Press, Inc, 1996

5.*** Dictionar de fizica, Editura Enciclopedica Romana, Bucuresti, 1972

6.*** Dictionar politehnic, Editura Tehnica, Bucuresti, 1967

7.Mc Graw / Hill, Encyclopedia of Sience & Technology, 1987

8.T.J.Quinn, Temperature, Bibl., 1989

9.Stephen A. Payne, L. L. Chase, Herbert W. Newkirk, Larry K. Smith,

and William F. Krupke, New Journal of Quantum Electronics, vol.24, no.II,November 1988

10.H. W. H. Lee, Stephen A. Payne, and L.L. Chase, Physical Review B.,

vol. 39, no. 13, November 1988