b. Quan sát và đo bằng phương tiện quang học
3.1.1 Thang đo nhiệt độ
Để đo nhiệt độ trước hết phải thiết lập thang nhiệt độ. Thang nhiệt độ tuyệt đối được thiết lập dựa vào tính chất của khí lý tưởng.
Theo định lý Carnot: hiệu suất η của một động cơ nhiệt thuận nghịch hoạt động giữa hainguồn có nhiệt độ θ1 và θ2 trong một thang đo bất kỳ chỉ phụ thuộc vào θ1 và
θ2: 1 2 ( ) ( ) F F (3.1)
Dạng của hàm F phụ thuộc vào thang đonhiệt độ. Ngược lại việc chọn dạng hàm F sẽ quyết định thang đo nhiệt độ. Đặt F(θ) = T, khi đó hiệu suất nhiệt của động cơ nhiệt thuận nghịch được viết như sau:
1 2
1 T
T
(3.2)
Trong đó T1 và T2là nhiệt độ động học tuyệt đối của hai nguồn.
Đối vối chất khí lý tưởng, nội năng U chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất khí và phương trình đặc trưng liên hệ giữa áp suất p, thể tích v và nhiệt độ có dạng:
p.v = G(θ) (3.3)
Có thể chứng minh được rằng:
G(θ) = RT (3.4)
Trong đó R là hằng số khí lý tưởng, T là nhiệt độ động học tuyệt đối.
Để có thể gán một giá trị số cho T, cần phải xác định đơn vị cho nhiệt độ. Muốn vậy chỉ cần gán giá trị cho nhiệt độ tương ứng với một hiện tượng nào đó với điều kiện
52
hiện tượng này hoàn toàn xác định và có tính lặp lại.
a, Thang Kelvin (Thomson Kelvin - 1852): Thang nhiệt độ động học tuyệt đối, đơn vị nhiệt độ làK. Trong thang đo này người ta gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng ba trạng thái nước - nước đá - hơi một giá trị số bằng 273,15 K.
b, Thang Celsius (Andreas Celsius - 1742): Thang nhiệt độ bách phân, đơn vị nhiệt độ là oC và một độ Celsius bằng một độ Kelvin.
Nhiệt độ Celsius xác định qua nhiệt độ Kelvin theo biểu thức:
T(oC) = T(K) – 273,15 (3.5)
c, Thang Fahrenheit (Fahrenheit - 1706): Đơn vị nhiệt độ là oF. Trong thang đo này, nhiệt độ của điểm nước đá tan là 32oF và điểm nước sôi là 212oF.
Quan hệ giữa nhiệt độ Fahrenheit và nhiệt Celssius:
5 ( ) ( ) 32 9 o o T C T F (3.6) 9 ( ) ( ) 32 5 o o T F T C (3.7)
Bảng 3.1. Cho các giá trị tương ứng của một số nhiệt độ quan trọng theo các thang đo khác nhau.
Nhiệt độ Kelvin (K) Celsius (oC) Fahrenheit (oF)
Điểm 0 tuyệt đối 0 -273,15 -459,67
Hỗn hợp nước - nước đá 273,15 0 32
Cân bằng nước - nước đá - hơi 273,16 0,01 32,018
Nước sôi 373,15 100 212