az empirikus skálák olyan fizikai paraméterek mérésén alapulnak, amelyek kifejezik az érdeklődés tulajdonságát, amelyet valamilyen formális, leggyakrabban egyszerű lineáris, funkcionális kapcsolaton keresztül kell mérni. A hőmérséklet méréséhez a termikus egyensúly formális meghatározása a termodinamikai rendszerek termodinamikai koordináta-terei tekintetében, a Zeroth-törvényben kifejezve, biztosítja a keretet a hőmérséklet mérésére.

az összes hőmérsékleti skálát, beleértve a nemzetközi Egységrendszerben használt modern termodinamikai hőmérsékleti skálát, egy adott anyag vagy eszköz termikus tulajdonságai szerint kalibrálják. Ezt általában két jól definiált hőmérsékleti pont rögzítésével, valamint a hőmérséklet-növekmények meghatározásával állapítják meg a termometrikus eszköz válaszának lineáris függvényén keresztül. Például mind a régi Celsius-skála, mind a Fahrenheit-skála eredetileg egy keskeny higanyoszlop lineáris expanzióján alapult, korlátozott hőmérsékleti tartományban, mindegyik különböző referenciapontokat és skála-növekményeket használ.

a különböző empirikus skálák nem kompatibilisek egymással, kivéve a hőmérsékleti átfedések kis régióit. Ha egy alkohol hőmérő és egy higany hőmérő azonos két fix pont, azaz a fagyasztás és forráspont a víz, az olvasás nem ért egyet egymással, kivéve a rögzített pontok, mint a lineáris 1:1 a két termometrikus anyag közötti tágulási kapcsolat nem garantálható.

az empirikus hőmérsékleti skálák nem tükrözik az anyag alapvető, mikroszkopikus törvényeit. A hőmérséklet az anyag univerzális tulajdonsága, mégis az empirikus skálák egy szűk tartományt térképeznek fel egy olyan skálára, amelyről ismert, hogy hasznos funkcionális formával rendelkezik egy adott alkalmazáshoz. Így a tartományuk korlátozott. A munkaanyag csak bizonyos körülmények között létezik olyan formában, amelyen túl már nem szolgálhat skálaként. Például a higany lefagy 234 alatt.32 K, tehát az ennél alacsonyabb hőmérsékletet nem lehet higany alapú skálán mérni. Még a-90 is, amely a különböző hőmérsékleti tartományok között interpolálódik, csak 0,65 K-tól körülbelül 1358 K-ig terjed (-272,5 °C-tól 1085 °C-ig).

ideális gáz scaleEdit

amikor a nyomás nullához közeledik, az összes valódi gáz úgy viselkedik, mint az ideális gáz, vagyis egy mól gáz pV-je, amely csak a hőmérsékletre támaszkodik. Ezért tervezhetünk egy skálát a pV-vel érvként. Természetesen minden bijektív funkció megteszi, de a kényelem kedvéért a lineáris funkció a legjobb. Ezért definiáljuk

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

Az ideális gázskála bizonyos értelemben “vegyes” skála. A gáz univerzális tulajdonságaira támaszkodik, amely csak egy adott anyag nagy előrelépése. De mégis empirikus, mivel a gázt különleges helyzetbe hozza, így korlátozott alkalmazhatósággal rendelkezik—egy bizonyos ponton nem létezhet gáz. Az ideális gázskála egyik megkülönböztető jellemzője azonban az, hogy pontosan megegyezik a termodinamikai skálával, ha jól meg van határozva (lásd alább).

1990-es nemzetközi hőmérsékleti skálaszerkesztés

ITS-90 úgy van kialakítva, hogy a termodinamikai hőmérsékleti skálát (abszolút nulla hivatkozással) a lehető legszorosabban képviselje a tartományban. A teljes tartomány lefedéséhez számos különböző hőmérő kialakításra van szükség. Ezek közé tartoznak a héliumgőznyomás-Hőmérők, a héliumgáz-Hőmérők, a standard platina ellenállás-hőmérők (más néven SPRTs, PRTs vagy platina RTDs) és a monokromatikus sugárzásmérők.

bár a Kelvin és Celsius skálákat abszolút nulla (0 K) és a víz hármas pontja (273,16 K és 0,01 °c) alapján határozzák meg, nem célszerű ezt a meghatározást olyan hőmérsékleten használni, amely nagyon különbözik a víz hármas pontjától. Ennek megfelelően az ITS-90 számos meghatározott pontot használ, amelyek mindegyike tizennégy tiszta kémiai elem és egy vegyület (víz) különböző termodinamikai egyensúlyi állapotain alapul. A legtöbb meghatározott pont egy fázisátmeneten alapul, pontosabban egy tiszta kémiai elem olvadás / fagyáspontján. A legmélyebb kriogén pontok azonban kizárólag a hélium és izotópjai gőznyomásának/hőmérsékletének viszonyán alapulnak, míg a többi hidegpont (a szobahőmérsékletnél kisebbek) hármas pontokon alapulnak. Más meghatározó pontok például a hidrogén hármas pontja (-259,3467 °C) és az alumínium fagyáspontja (660,323 °C).

az ITS–90 szerint kalibrált hőmérők komplex matematikai képleteket használnak a meghatározott pontok közötti interpolációhoz. Az ITS-90 meghatározza a változók szigorú ellenőrzését, hogy biztosítsa a reprodukálhatóságot laborról laborra. Például az a kis hatás, amelyet a légköri nyomás a különböző olvadáspontokra gyakorol, kompenzálódik (egy olyan hatás, amely általában nem haladja meg a fél millikelvint a különböző magasságokban és a valószínűleg előforduló barometrikus nyomásokban). A szabvány kompenzálja a nyomáshatást is, mivel a hőmérséklet-szonda mélyen belemerül a mintába. Az ITS-90 szintén különbséget tesz a “fagyás” és az “olvadáspont” között. A különbségtétel attól függ, hogy a mérés során hő megy-e a mintába (olvadás) vagy ki (fagyasztás). Csak a galliumot mérik olvadás közben, az összes többi fémet megmérik, miközben a minták fagynak.

a–90-es és a termodinamikai hőmérsékletre kalibrált mérések között gyakran kisebb különbségek vannak. Például a pontos mérések azt mutatják, hogy a vsmow víz forráspontja egy szabványos nyomás atmoszféra alatt valójában 373.1339 K (99.9839 °c), amikor szigorúan betartják a termodinamikai hőmérséklet kétpontos meghatározását. Ha kalibrálva, hogy A–90, hol kell interpolálja között a meghatározó pontok gallium, valamint indium, a forráspont a VSMOW a víz mintegy 10 mK kevesebb, körülbelül 99.974 °C. Az erény a–90, hogy egy labor, egy másik része a világ intézkedés ugyanaz a hőmérséklet könnyedén miatt az előnyök egy átfogó nemzetközi kalibrációs standard mely sok kényelmesen egymástól, reprodukálható, meghatározó pontok átívelő széles hőmérsékleti tartományban.