6. Термометрия и калориметрия.

Точное измерение температуры является неотъемлемой частью биологических исследований и медицинской диагностики. Температурный интервал окружающей среды, в которой могут находиться биологические системы, сохраняя свою жизнеспособность, вполне определенный. Диапазон температур самих живых организмов в состоянии их активной деятельности является совсем незначительным.

Методы получения и измерения температур в широком диапазоне весьма разнообразны. Раздел прикладной физики, изучающий методы измерения температур тел и связанные с этим вопросы, называется термометрией.

Температура не может быть измерена непосредственно. Для ее определения необходимо установить температурную шкалу, т.е. выбрать определенное термометрическое вещество и его свойство, зависящее от температуры, условится о начальной точке отсчета и единице измерения температуры. Для температурной шкалы обычно выбирают две основные температуры (реперные точки), соответствующие фазовым переходам, например, плавлению льда и кипению воды при определенных внешних условиях. Участок шкалы между этими точками называют основным интервалом, за единицу температуры берут его определенную долю. Например, 1˚С составляет 0,01 основного интервала.

Можно построить большое количество шкал, различающихся по термодинамическому свойству или веществу, так как ни одно из свойств не зависит от температуры строго линейно и определяется природой вещества. Независимая от свойств и вещества шкала построена на основе второго начала термодинамики и названа термодинамической шкалой температур. За ее реперную точку принята температура тройной точки воды 273,16 К. Тройная точка воды – это температура, при которой тающий лед, вода и насыщенный пар, давление которого при этом составляет 0,006 атм, находятся в равновесии. Единицей термодинамической шкалы является Кельвин (К) - термодинамической температуры тройной точки воды, т.е. Кельвин равен температурного интервала между 0К и тройной точкой воды.

Любая эмпирическая шкала приводится к термодинамической посредством введения поправок, учитывающих зависимость термометрического свойства данного вещества от температуры. Разнообразие методов измерения температуры связано с большим количеством термодинамических веществ и свойств, используемых при этом.

Для измерения температуры служат термометры, основанные на различных явлениях, например, теплового расширения тел, изменения их электрического сопротивления, термоэлектрических явлениях и т.д. Необходимое условие измерения температуры – тепловое равновесие чувствительного элемента термометра и тела, температуру которого определяют. В зависимости от измеряемых интервалов температур наиболее распространенными термометрами являются жидкостные, газовые, термометры сопротивления, термопары как термометры и как пирометры (регистрируют интенсивность излучения тела, температуру которого измеряют).

В медицинской практике используют ртутные термометры, указывающие максимальную температуру и называемые максимальными.

Для измерения количества теплоты, выделяемого или поглощаемого телом в различных биологических, физических, химических процессах, применяется целый ряд методов, совокупность которых называется калориметрией. Методами калориметрии измеряют теплоемкость тел, теплоту фазовых переходов, растворения, смачивания, адсорбции, теплоту, сопровождающую химические реакции, энергию излучения, радиоактивного распада. Эти измерения проводятся с помощью калориметров, которые разделяются на два основных типа: приборы, в которых количество теплоты определяется по изменению их температуры и приборы, у которых T = const, а количество теплоты определяется по количеству вещества перешедшего в другое фазовое состояние.

Для калориметров первого типа, которых большинство, количество теплоты, полученное системой калориметр – исследуемое тело, определяется по формуле: Q = cΔT, где c – удельная теплоемкость калориметрической системы; ΔT – изменение ее температуры. Для определения ΔT, измеренного на опыте, должна быть внесена поправка, учитывающая теплообмен с окружающей средой. В этом отношении все калориметры можно разделить на калориметры с изотермической и адиабатической оболочками, содержащие регуляторы температуры. Калориметры могут быть использованы и в качестве термостатов.