2.4. Температура

Температура – один из основных параметров вещества, и является мерой средней кинетической энергии молекул, т.е. мерой скорости их теплового движения. Чем выше эта скорость, тем выше температура тела. К сожалению, нет таких приборов, с помощью которых можно было бы непосредственно измерять среднюю кинетическую энергию молекул, поэтому температуру определяют косвенно.

Создателем первого термометра был немецкий ученый Г. Фаренгейт (1686 – 1736 гг.), который за начало шкалы своего термометра принял температуру таяния смеси, состоящей из нашатыря и тающего льда, взятых в одинаковых массах. Верхняя точка этой шкалы соответствовала температуре кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Расстояние между этими температурами он разделил на 180 частей и таким образом получил размер одного градуса, обозначаемого символом ^oF.

В 1723 г. французский физик Р. Реомюр предложил шкалу, основанную на двух реперных точках: таяния льда и кипения воды. Расстояние между этими точками он разделил на 80 равных частей. Температуру в градусах Реомюра обозначают символом ^oR. Несколько позже (в 1742 г.) шведский астроном А. Цельсий (1701 – 1744 гг.) предложил температурную шкалу с теми же реперными точками, что и Реомюр, но расстояние между ними он разделил на 100 частей. Температуру в градусах Цельсия обозначают символом ^oС.

В настоящее время принято в качестве основной – термодинамическая шкала. Она построена на единственной реперной точке – температуре тройной точки воды, т.е. когда находятся в равновесии три фазы: лед, жидкость и пар. Нижней границей шкалы является температура абсолютного нуля (практически недостижимая), когда прекращается тепловое движение молекул.

Единица температуры по термодинамической шкале получила название кельвин (К) по имени английского ученого Кельвина. Отметим, что 1 К равен 1 ^oС. Соотношение между температурами, определенными по шкале Кельвина и Цельсия следующее:

Т = t + 273,15,

где Т – температура, К; t – температура, ^oС.

Тройной точке присвоена температура 273,15 К. Единица температуры Кельвин равна 1/273,15 температуры тройной точки воды. Она находится на 0,01 ^oС выше точки плавления льда.

2.5. Примеры решения задач

Пример 2.1

В пусковом баллоне дизеля вместимостью 0,3 м³ содержится воздух, плотность которого 2,86 кг/м³. Определить массу воздуха в баллоне.

Решение

Массу воздуха в баллоне Определим по формуле:

= 2,86 кг/м³·0,3 м³ = 0,86 кг.

Пример 2.2

Диаметр днища коллектора водотрубного котла = 1,2 м, давление пара в котле = 2,5 МПа. Найти силу, действующую на днище коллектора изнутри.

Решение

Площадь днища коллектора равна:

= 0,785 = 0,785·1,2² = 1,13 м².

Сила, действующая на днище коллектора котла изнутри, равна:

= 2,5·10⁶ ·1,13 = 2,83·10⁶ Н = 2,83 МН.

Пример 2.3

Найти связь между единицами давления.

Решение

1 ат (техн.) = 1 кг/см² = 10000 кг/м² = 735,6 мм рт. ст = 10 м вод. ст =

= 0,981 бар = 98067 Па;

1 атм (физ.) = 1,032 кг/см² = 760 мм рт. ст = 10332 мм вод. ст = 1,01 бар =

= 101325 Па.

Пример 2.4

Определить абсолютное давление пара в котле, если манометр показывает = 1,35 бар, а атмосферное давление по ртутному барометру составляет = 680 мм рт. ст. при ^oС.

Решение

Абсолютное давление определим по формуле:

.

Показание барометра получено при температуре ртути 25 ^oС. Это показание нужно привести к 0 ^oС:

= 680 мм рт. ст. – (4,31 мм · 680 мм рт. ст.) / 1000 мм = 677,07 мм рт. ст.

Абсолютное давление пара в котле равно:

1,35·10⁵ + 677,07 · 133 = 2,25 10⁵ Па = 0,225 МПа.