Абсолютная термодинамическая шкала температур

На теореме Карно основана абсолютная термодинамическая шкала температур, шкала, совершенно не зависящая от индивидуальных особенностей термометрического вещества и устройства термометра. Понятие абсолютной температуры ввел в 1848 г. У. Томсон (Кельвин).

Доказательство теоремы подробно изложено в курсах общей физики [2]. Следствие из теоремы, используемое для построения абсолютной термодинамической шкалы температур, выражается равенством

,                                         (1.21)

где Q(t) функция эмпирической температуры t.

Функция Q(t) называется абсолютной термодинамической температурой. Выражение (1.21) позволяет определить отношение абсолютных температур, но не сами температуры. В 1954 г. на десятой генеральной конференции по мерам и весам температуре тройной точки воды было присвоено значение Q_тр = 273,16 К (кельвина) точно. Таким образом, температура тела

,                                         (1.22)

может быть определена измерением количеств тепла Q и Q_тр в цикле Карно, в котором источники теплоты имеют температуры исследуемого тела и тройной точки воды.

Реализовать абсолютную термодинамическую шкалу температур с необходимой для практической деятельности точностью (DQ < 0,001 К) на основе определения (1.22) невозможно.

В диапазоне температур 3 ‑ 1235 К термодинамическая шкала установлена по газовому термометру, а при Q > 1235 К по закону теплового излучения тел.

На рис. 1.1 представлена упрощенная конструкция газового термометра постоянного объема. Температура по газовому термометру

                                            (1.23)

определяется через давления газа в измерительном объеме p и p₀, соответственно при измеряемой температуре и температуре тройной точки воды. Эта температура зависит от природы и количества газа, заполняющего термометр. С уменьшением количества газа в измерительном объеме (m_г ® 0, n = m_г/M_г ® 0, p₀ ® 0) результат измерений уже не зависит от природы газа (рис. 1.2) и есть температура T, измеренная по идеальному газовому термометру:

.                                       (1.24)