empiiriset asteikot perustuvat sellaisten fysikaalisten parametrien mittaamiseen, jotka ilmaisevat jonkin formaalin, tavallisimmin yksinkertaisen lineaarisen funktionaalisen suhteen kautta mitattavaa ominaisuutta. Lämpötilan mittaamista varten termodynaamisten systeemien termodynaamisten koordinaattiavaruuksien termodynaamisen tasapainon formaali määritelmä, joka on ilmaistu termodynamiikan nollalailla, tarjoaa puitteet lämpötilan mittaamiseen.

kaikki lämpötila-asteikot, mukaan lukien kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä käytetty moderni termodynaaminen lämpötila-asteikko, kalibroidaan tietyn aineen tai laitteen lämpöominaisuuksien mukaan. Tyypillisesti tämä määritetään kiinnittämällä kaksi tarkoin määriteltyä lämpötilapistettä ja määrittelemällä lämpötilan lisäykset termometrisen laitteen vasteen lineaarisen funktion avulla. Esimerkiksi sekä vanha Celsius-asteikko että Fahrenheit-asteikko perustuivat alun perin kapean elohopeapylvään lineaariseen laajenemiseen rajatulla lämpötila-alueella, jossa kumpikin käytti erilaisia vertailupisteitä ja asteikon lisäyksiä.

eri empiiriset asteikot eivät välttämättä ole yhteensopivia keskenään lukuun ottamatta pieniä alueita, joissa lämpötila on päällekkäinen. Jos alkoholilämpömittarilla ja elohopealämpömittarilla on samat kaksi kiinteää pistettä eli veden jäätymis – ja kiehumispiste, niiden lukemat eivät ole keskenään samaa mieltä kuin kiinteissä pisteissä, kuten lineaarisessa 1:1 kahden termometrisen aineen laajenemissuhdetta ei voida taata.

empiiriset lämpötila-asteikot eivät heijasta aineen peruslakeja, mikroskooppisia lakeja. Lämpötila on aineen universaali ominaisuus, mutta empiiriset asteikot kartoittavat kapean alueen asteikolle, jolla tiedetään olevan hyödyllinen funktionaalinen muoto tietylle sovellukselle. Näin ollen niiden kantama on rajallinen. Työskentelymateriaali on olemassa vain tietyissä olosuhteissa muodossa, jonka jälkeen se ei voi enää toimia mittakaavana. Esimerkiksi elohopea jäätyy alle 234: n.32 K, joten sitä alempaa lämpötilaa ei voida mitata elohopeaan perustuvalla asteikolla. Jopa sen-90: n, joka interpoloi eri lämpötila-alueiden välillä, vaihteluväli on vain 0,65 K-noin 1358 K (-272,5 °C-1085 °C).

Ideaalikaasu scaleEdit

paineen lähestyessä nollaa, kaikki reaalikaasu käyttäytyy ideaalikaasun tavoin, eli vain lämpötilan varassa olevan kaasun moolin pV. Siksi voimme suunnitella mittakaavan, jonka argumenttina on pV. Tietenkin kaikki bijective funktio tekee, mutta mukavuuden vuoksi lineaarinen funktio on paras. Siksi määrittelemme sen muotoon

T = 1 n R lim P → 0 p V . {\displaystyle T={1 \ over nr}\lim _{p\to 0}{pV}.}

ideaalikaasuasteikko on jossain mielessä ”sekamuotoinen” asteikko. Se perustuu kaasun yleisominaisuuksiin, jotka ovat suuri edistysaskel vain tietystä aineesta. Mutta silti se on empiirinen, koska se asettaa kaasun erityiseen asemaan ja siten sen sovellettavuus on rajallinen—jossain vaiheessa kaasua ei voi olla olemassa. Yksi ideaalikaasuasteikon erottava piirre on kuitenkin se, että se vastaa tarkasti termodynaamista asteikkoa, kun se on tarkkaan määritelty (KS.alla).

Kansainvälinen lämpötila-asteikko 1990edit

ITS-90 on suunniteltu edustamaan termodynaamista lämpötila-asteikkoa (jossa viitataan absoluuttiseen nollaan) mahdollisimman tarkasti koko sen levinneisyysalueella. Koko valikoiman kattamiseen tarvitaan useita erilaisia lämpömittarimalleja. Näitä ovat heliumhöyrynpainelämpömittarit, heliumkaasulämpömittarit, tavalliset platinaresistanssilämpömittarit (tunnetaan nimellä SPRTs, PRTs tai platina RTDs) ja monokromaattiset säteilylämpömittarit.

vaikka Kelvin-ja Celsiusasteikot on määritelty absoluuttisen nollan (0 K) ja veden kolmoispisteen (273,16 K ja 0,01 °C) avulla, on epäkäytännöllistä käyttää tätä määritelmää lämpötiloissa, jotka ovat hyvin erilaisia kuin veden kolmoispiste. Näin ollen ITS-90 käyttää lukuisia määriteltyjä pisteitä, jotka kaikki perustuvat neljäntoista puhtaan alkuaineen ja yhden yhdisteen (veden) erilaisiin termodynaamisiin tasapainotiloihin. Suurin osa määritellyistä pisteistä perustuu faasimuutokseen; erityisesti puhtaan alkuaineen sulamis – / jäätymispisteeseen. Syvimmät kryogeenipisteet perustuvat kuitenkin yksinomaan heliumin ja sen isotooppien höyrynpaine-lämpötilasuhteeseen, kun taas loput sen kylmäpisteistä (huonelämpötilaa pienemmät) perustuvat kolmipisteisiin. Esimerkkejä muista määrittelypisteistä ovat vedyn kolmoispiste (-259.3467 °C) ja alumiinin jäätymispiste (660.323 °C).

ITS–90: n mukaisesti kalibroidut lämpömittarit käyttävät monimutkaisia matemaattisia kaavoja interpoloidakseen sen määritettyjen pisteiden välillä. ITS-90 määrittää tarkan kontrollin muuttujille varmistaakseen toistettavuuden laboratoriosta toiseen. Esimerkiksi ilmanpaineen pieni vaikutus eri sulamispisteisiin kompensoituu (vaikutus, joka tyypillisesti on enintään puoli millikelviniä eri korkeuksissa ja ilmanpaineissa, joita todennäköisesti esiintyy). Standardi jopa kompensoi paineen vaikutusta, koska lämpötila-anturi upotetaan näytteeseen. ITS-90 tekee myös eron ”jäätymispisteiden” ja ”sulamispisteiden” välillä. Erottelu riippuu siitä, meneekö lämpö mittausta tehtäessä näytteeseen (sulattamaan) vai ulos (jäädyttämään). Vain galliumia mitataan sulamisen aikana, kaikki muut metallit mitataan näytteiden jäädyttyä.

ITS–90: n mukaan kalibroitujen mittausten ja termodynaamisen lämpötilan välillä on usein pieniä eroja. Esimerkiksi tarkat mittaukset osoittavat, että VSMOW-veden kiehumispiste yhdessä vakiokaasupaineessa on todellisuudessa 373,1339 K (99,9839 °C), kun noudatetaan tiukasti termodynaamisen lämpötilan kaksipistemääritelmää. Kun kalibroidaan sen–90, jossa on interpoloitava galliumin ja indiumin määrityspisteiden välillä, vsmow–veden kiehumispiste on noin 10 mK vähemmän, noin 99,974 °C. its-90: n hyve on, että toinen laboratorio toisessa osassa maailmaa mittaa hyvin saman lämpötilan helposti kattavan kansainvälisen kalibrointistandardin etujen ansiosta, jossa on monia kätevästi toisistaan erotettuja, toistettavia, määritteleviä pisteitä, jotka kattavat laajan lämpötilavälin.