Кіріспе

Практикалық температура шкаласы

1990 жылғы Халықаралық температура шкаласы (ITS 90) – Кельвин және Цельсий температура шкалаларында өлшеулер жүргізу үшін Халықаралық салмақтар және өлшемдер комитеті (CIPM) белгілеген жабдықтарды калибрлеу стандарты. Ол термодинамикалық температураның жуықтамасы болып табылады және халықаралық деңгейде температура өлшемдерінің салыстырылуы мен үйлесімділігін қамтамасыз етеді. ITS 90, 0,65-тен 1357,77-ге дейін (272,50-ден 1084,62-ге дейін) аралығындағы он төрт калибрлеу нүктесін анықтайды және кейбір жағдайларда бір-бірімен тоғысатын бірнеше температуралық диапазонға бөлінеді. ITS 90 – 1927 жылдан бері CIPM қабылдаған Халықаралық температура шкалаларының ең соңғысы. 1989 жылы салмақтар және өлшемдер жөніндегі Бас конференцияда қабылданған ол, 1968 жылғы Халықаралық практикалық температура шкаласын (1975 жылғы түзетілген басылымы) және 1976 жылғы «0,5 К-ден 30 К-қа дейінгі уақытша температура шкаласын» алмастырады. CCT сондай-ақ ITS 90-ды іске асыруға көмектесу үшін бірнеше онлайн нұсқаулықтарды жариялады. ITS 90 бойынша ең төменгі температура 0,65 К құрайды. 2000 жылы температура шкаласы қосымша шкаланы қабылдау арқылы 0,9 мК-қа дейін кеңейтілді, ол 2000 жылғы Уақытша төмен температура шкаласы (PLTS 2000) деп аталады. 2019 жылы кельвин қайта анықталды. Дегенмен, бұл өзгеріс ITS 90-ның белгісіздігімен салыстырғанда өте шағын болды, сондықтан ITS 90 маңызды өзгерістерсіз ұсынылатын практикалық температура шкаласы болып қала береді. Қайта анықталу, негізгі термометриялық әдістерді жетілдірумен бірге, болашақта ITS 90 және PLTS 2000-ға тәуелділікті кезең-кезеңмен тоқтатуға мүмкіндік береді деп күтілуде.

Егжей-тегжейлер

ITS 90 термодинамикалық (абсолюттік) температура шкаласын (абсолюттік нөлге сілтеме жасау) оның барлық диапазонында мүмкіндігінше дәл көрсетуге арналған. Термометрдің толық диапазонын қамту үшін әртүрлі конструкциялар қажет. Оларға гелий буының қысым термометрлері, гелий газ термометрлері, стандартты платиналық кедергі термометрлері (SPRT ретінде белгілі) және монохроматикалық сәулелену термометрлері жатады. Келвин және Цельсий температура шкалалары (2019 жылға дейін) судың үштік нүктесін (273,16 немесе 0,01) пайдалана отырып анықталғанмен, судың үштік нүктесінен өте алшақ температураларда осы анықтаманы қолдану тиімсіз. Сондықтан ITS 90 көптеген анықталған нүктелерді пайдаланады, олардың барлығы он төрт таза химиялық элементтің және бір қосылыстың (судың) әртүрлі термодинамикалық тепе-теңдік күйлеріне негізделген. Анықталған нүктелердің көпшілігі фазалық өтуге негізделген, атап айтқанда, таза химиялық элементтің балқу/қату нүктесі. Дегенмен, ең төмен криогендік нүктелер тек гелий мен оның изотоптарының бу қысымы мен температурасының арақатынасына негізделген, ал қалған төмен температуралық нүктелер (бөлме температурасынан төмен) үштік нүктелерге негізделген. Басқа анықталатын нүктелердің мысалдары: тепе-теңдіктегі сутегінің үштік нүктесі (13,8033 немесе 259,3467) және алюминийдің қату нүктесі (933,473 немесе 660,323). ITS 90 стандарттарының анықтамалық тұрақты нүктелері белгілі бір изотоптық құрамы бар таза химиялық үлгілерге қатысты. Осыған байланысты ITS 90 қоспалар мен изотоптық құрамға байланысты температураның өзгеруін түзету үшін бірнеше теңдеулерді қамтиды. ITS 90 бойынша калибрленген термометрлер оның анықталған нүктелері арасында интерполяция жасау үшін күрделі математикалық формулаларды қолданады. ITS 90 лабораториядан лабораторияға қайталануды қамтамасыз ету үшін айнымалыларды қатаң бақылауды талап етеді. Мысалы, атмосфералық қысымның әртүрлі балқу нүктелеріне тигізетін әсері өтесіледі (әдетте, әртүрлі биіктіктер мен барометриялық қысымдарда жарты милликельвиннен аспайтын әсер). Стандарт сондай-ақ температуралық зондтың үлгіге қаншалықты терең енгізілгеніне байланысты қысымның әсерін өтеуге мүмкіндік береді. ITS 90 сонымен қатар «қату» және «балқу» нүктелері арасында да айырма жасайды. Айырмашылық өлшеу кезінде үлгіге жылу кірсе (балқу) немесе одан шықса (қату) байланысты. Тек галлий оның балқу нүктесінде өлшенеді; ITS 90 бойынша белгіленген тұрақты нүктелері бар барлық басқа металдар олардың қату нүктелерінде өлшенеді. ITS 90-ның практикалық салдары – үштік нүктелер мен оның он үш химиялық элементінің қату/балқу нүктелері ITS 90-ға сәйкес калибрленген барлық температуралық өлшеулер үшін дәл белгілі, себебі бұл он үш мән анықтама бойынша бекітілген.

Стандартты интерполяциялық термометрлер және олардың диапазондары

Төменгі (K) Жоғары (K) Түрлілігі Термометрді калибрлеу және интерполяция стратегиясы 0,65 3,2 1 Гелий-3 бу қысымы термометрі Бу қысымы-температура байланысы белгілі бір функциямен бекітілген. 1,25 2,1768 1 Гелий-4 бу қысымы термометрі Бу қысымы-температура байланысы белгілі бір функциямен бекітілген. 13,8033 1234,93 11 Платиналық кедергі термометрі Кедергі әртүрлі бекітілген нүктелерде калибрленген және белгілі бір тәсілмен интерполяцияланған. Он бір түрлі калибрлеу процедурасы белгіленген.

Анықтамалық нүктелер

Төмендегі кесте ITS 90-ның анықтамалық тұрақты нүктелерін тізімдейді. Зат және оның күйі ITS 90 бойынша температура K °C °R °F K Сутегінің үштік нүктесі Неонның үштік нүктесі Оттегінің үштік нүктесі Аргонның үштік нүктесі Сынаптың үштік нүктесі Судың үштік нүктесі 273.1600 Галлийдің балқу нүктесі Индийдің қату нүктесі Қалайының қату нүктесі Мырыштың қату нүктесі Алюминийдің қату нүктесі Күмістің қату нүктесі Алтынның қату нүктесі Мыстың қату нүктесі