Cím:	A nemzetközi gyakorlati hőskála
Szerző(k):	Sindelar, Vaclav
Füzet:	1962/április, 177 - 179. oldal	PDF  |  MathML
Témakör(ök):	Szakmai cikkek

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. A nemzetközi gyakorlati hőskála   A tudomány fejlődése szükségessé tette egy olyan általánosan elfogadott hőmérséklet‐skála bevezetését, amelynek alapján a hőmérséklet megbízhatóan mérhető. A mai nemzetközi hőmérsékleti skála az 1949-ben ellenőrzött megállapításokon alapszik, amelyeket 1960-ban egészítettek ki. Meghatározásának alapelveit röviden ismertetjük. Tudjuk, hogy közönséges hőmérőink skálája két alapponton, az olvadó jég és a forrásban levő víz hőmérsékletén alapszik. A Celsius‐skála szerint ezt a hőmérsékleti közt osztják 100 részre. Elvben két alappont elég volna arra, hogy felfelé és lefelé is folytathassuk a skálát, de a nagyobb pontosság érdekében további hőmérsékleti alappontok kitűzése vált szükségessé. Az alappontok bizonyos egyensúlyok hőmérsékletei, amelyek az előírt körülmények mellett mindig előállíthatók. Ezek az egyensúlyi állapotok halmazállapot‐változásokkal kapcsolatosak. Amíg egy halmazállapot‐változás közben mindkét halmazállapotú anyag, vagy ahogy mondani szokták, mindkét fázis megvan egymás mellett egyensúlyban, addig a hőmérséklet változatlan marad. Így van ez a hőmérő szokásos alappontjainál is, ahol jég és folyékony víz, illetve folyékony víz és gőz vannak jelen egymás mellett. Az ilyen kétfázisú egyensúlyhoz hozzátartozik, hogy a nyomást meghatározott értéken kell tartani, a Celsius‐hőmérő 0 és 100-as alappontjai esetében 1 atmoszférán. Hiszen közismert, hogy a jég olvadáspontját a nyomás növelése leszállítja. Használják hőmérsékleti alappontul az úgynevezett hármaspontot is. Ebben az esetben az illető anyag mindhárom halmazállapota van jelen egymás mellett egyensúlyban. Vizsgáljuk meg ezt a ${\text{H}}_2\text{O}$ példáján. Amikor a hőmérő alappontját közönséges módon határozzuk meg, akkor a jég és a víz 1 atmoszféra nyomás mellett vannak együtt, hiszen az edény nyitva van, és benne a nyomás egyezik a külső légnyomással. Most végezzük el úgy a kísérletet, hogy légüres tartályba dobunk bele szilárd jeget és folyékony vizet. Mindegyik anyag párologni fog, mert a jégnek is megvan minden hőfokon a meghatározott telített gőznyomása (tenziója), akárcsak a víznek. A kezdetben légüres tartályunkban azon a hőmérsékleten áll be az egyensúly, amelyen a jég és a folyékony víz telített gőznyomása egyenlő. Magasabb hőfokon másodpercenként több anyag párolog el a jégből, mint a vízből, tehát idővel az anyag egész mennyisége vízzé lesz, viszont alacsonyabb hőmérsékleten a víz párolog nagyobb mértékben, tehát a gőzből jég kristályosodna ki. A Celsius‐skálánk szerinti $+0\mathrm{,}01$ fokon a jég és a víz gőznyomása egyezik ($4\mathrm{,}6$ higanymilliméter), ezért ezen a hőfokon együtt lesz a jég, a víz és a vízgőz, $4\mathrm{,}6$ higanymilliméter nyomás mellett. Ilyen hármaspont egyéb anyagoknál szintén ismeretes.     1. ábra   A ${\text{H}}_2\text{O}$ hármasponti hőmérsékletét a következő módon határozhatjuk meg. Egy üveglombikot, amelyben a tengellyel párhuzamosan beforrasztott nyitott üvegcső van, igen tiszta, többször desztillált vízzel töltenek meg. (1. ábra) A vízből többszöri szivattyúzással eltávolították az oldott levegőt. A tele lombikból kevés vizet kiszivattyúznak, hogy felette légüres tér keletkezzék, majd az oldalcsövet leforrasztják. A víz feletti térbe vízgőz párolog bele, amíg a hőmérsékletnek megfelelő nyomást eléri. Most a nyitott csőbe például szilárd széndioxidot adagolnak hűtés céljából, majd a keletkezett jégréteget egy kissé megolvasztják. Így a csövet egy réteg víz, azután egy réteg jég, majd ismét víz veszi körül, a felette levő térben pedig vízgőz van. Kialakult a hármaspontnak megfelelő állapot, és a három halmazállapot találkozási helyén mérhető a hozzátartozó hőmérséklet. Ez a módszer megbízhatóbb és pontosabb, mint a jég olvadáspontjának szokásos módszere. A nagyobb mérési pontosság érdekében ezeket a lombikokat olvadó jégben tárolják, és onnan csak közvetlenül a mérés előtt veszik ki. Ilyen módon a berendezések több hónapig teszik lehetővé a mérés igen pontos elvégzését.   A nemzetközi hőmérsékleti skála alappontjai a következők:     Ezt a skálát néhány megjegyzéssel egészítjük ki. Látható, hogy meglehetősen széles határok közötti értékeket tartalmaz, ami a gyakorlat számára kielégítő. Az oxigén forráspontjánál alacsonyabb hőmérsékletekre nem vonatkozik a skála. A víz hármaspontját azért választották $+0\mathrm{,}01{\text{C}}^{\circ }$-nak, hogy a szokásos régi skálához csatlakozzanak. Az oxigén forráspontját az úgynevezett sztatikai módszerrel valósítják meg. Egy fémcsőbe részben folyékony oxigént töltenek, és a berendezést alacsony hőmérsékletet fenntartó edénybe, kriosztátba helyezik. (2. ábra) A kriosztátban a fémcsövet olyan folyékony oxigén veszi körül, amely érintkezik a szabad levegővel. A fémcső oldalcsövét nyomásmérővel kötik össze, és mérik azt, hogy az oxigén mekkora nyomás mellett forr. Így az 1 atmoszférától eltérő nyomás következtében beálló hőmérsékleteltérést korrekcióba lehet venni.     2. ábra       3. ábra   A víz és a kén forráspontjának megállapítására az úgynevezett dinamikus módszert használják. A kérdéses hőmérsékletre kalibrálandó hőmérőt telített vízgőzbe, illetve kéngőzbe helyezik. (3. ábra) A gőztér le van zárva, belőle egy héliummal telt cső vezet a nyomást állandóan tartó berendezéshez, a manosztáthoz. Amennyiben a nyomás eltér az 1 atmoszférától, a korrekciós számítást el kell végezni. A nemzetközi hőmérsékleti skála legutolsó változata szerint ajánlatosabb a kén forráspontja helyett a cink olvadáspontját használni alappontul. Ennek értéke $419\mathrm{,}{505}^{\circ }\text{C}$. Igen tiszta cinket kell felhasználni. A cink megolvasztása grafittégelyben történik, ennek közepén van a hőmérő tartálya. (4. ábra) Az olvasztott fém lehűtésénél akkor érjük el az egyensúlyi állapotot, amikor a hőmérőket tartalmazó tartály körül egy vékony réteg szilárd cink képződik. A cink olvadáspontja csak nagyon kis mértékben függ a nyomástól. Az arany és ezüst olvadáspontját ugyancsak tiszta grafitból készült tégelyben állapítják meg. Rendszerint zárt berendezést használnak, hogy a fémek, különösen az ezüst ne oxidálódjék. A hőmérőt, rendszerint termoelemet megfelelő tűzálló anyagból készült tartályban merítik be az olvadt fémbe. Az arany olvadáspontja a legmagasabb alappont, ennél magasabb hőmérsékletek esetében extrapolálásra van szükség.     4. ábra   Mérések alkalmával az alappontok között interpolálni kell. A használt hőmérők igen sok esetben elektromos hőmérők. Az elektromos hőmérők egyik faja az ellenállásnak a hőmérséklettől való függésén alapszik. Az elektromos hőmérők másik fajtája termoelemet tartalmaz, ezekben két különböző fém forrasztási helyén a hőmérséklettől függő feszültségkülönbség keletkezik. A hősugárzás törvényein alapulnak a sugárzási hőmérők (pirométerek). A hőmérsékleti területet négy részre osztják a felhasznált hőmérők szerint: a) $-182\mathrm{,}97{}^{\circ }\text{C}$-tól $0{}^{\circ }\text{C}$-ig platinaszálas ellenálláshőmérővel mérnek, b) $0{}^{\circ }\text{C}$-tól $630\mathrm{,}5{}^{\circ }\text{C}$-ig ugyancsak platina ellenálláshőmérővel dolgoznak, c) $630\mathrm{,}5{}^{\circ }\text{C}$-tól $1063{}^{\circ }\text{C}$-ig platina‐platinaródium termoelemet használnak. Ennek egyik féme tiszta platina, a másik $10\%$ ródiumot tartalmazó platinaötvözet. Az egyik forrasztási helyet $0{\text{C}}^{\circ }$-on kell tartani, a másikat a mérendő hőmérsékleten, d) $1063{}^{\circ }\text{C}$ feletti hőmérsékleteken sugárzási hőmérőket alkalmaznak. Az interpoláció könnyítésére másodlagos alappontok is használatosak. Ahol ezek nem hármaspontok, ott 1 atm nyomás használandó. Néhány másodlagos alappont:     Amint látható, a hőmérséklet pontos meghatározása, különösen alacsony és magas hőmérsékletek mérésekor igen körültekintő munkát tesz szükségessé.   Dr. V$á$clav $\breve{S}$indela$\breve{r}$ (Prága) Rozhledy‐ben közölt cikke alapján