empirische schalen zijn gebaseerd op de meting van fysische parameters die de eigenschap van belang uitdrukken die gemeten moet worden door middel van een formele, meestal eenvoudige lineaire, functionele relatie. Voor de meting van temperatuur, de formele definitie van thermisch evenwicht in termen van de thermodynamische coördinaatruimten van thermodynamische systemen, uitgedrukt in de nulde wet van de thermodynamica, biedt het kader om temperatuur te meten.

alle temperatuurschalen, met inbegrip van de moderne thermodynamische temperatuurschaal die in het Internationale Systeem van eenheden wordt gebruikt, worden gekalibreerd op basis van de thermische eigenschappen van een bepaalde stof of apparaat. Typisch, dit wordt vastgesteld door het bevestigen van twee goed gedefinieerde temperatuurpunten en het definiëren van temperatuurstijgingen via een lineaire functie van de respons van het thermometrische apparaat. Bijvoorbeeld, zowel de oude Celsius schaal en Fahrenheit schaal waren oorspronkelijk gebaseerd op de lineaire expansie van een smalle kwikkolom binnen een beperkt temperatuurbereik, elk met behulp van verschillende referentiepunten en schaal incrementen.

verschillende empirische schalen zijn mogelijk niet compatibel met elkaar, behalve voor kleine temperatuurgebieden die elkaar overlappen. Als een alcoholthermometer en een kwikthermometer dezelfde twee vaste punten hebben, namelijk het vriespunt en het kookpunt van water, zal hun aflezing niet met elkaar overeenkomen, behalve op de vaste punten, zoals de lineaire 1:1 Het is mogelijk dat de expansieverhouding tussen twee thermometrische stoffen niet wordt gegarandeerd.

empirische temperatuurschalen weerspiegelen niet de fundamentele, microscopische wetten van de materie. Temperatuur is een universeel attribuut van materie, maar empirische schalen brengen een smal bereik in kaart op een schaal waarvan bekend is dat het een nuttige functionele vorm heeft voor een bepaalde toepassing. Hun bereik is dus beperkt. Het werkmateriaal bestaat alleen in een vorm onder bepaalde omstandigheden, waarna het niet langer als schaal kan dienen. Kwik bevriest bijvoorbeeld onder 234.32 K, dus temperatuur lager dan dat kan niet worden gemeten in een schaal gebaseerd op kwik. Zelfs zijn-90, die tussen verschillende temperatuurbereiken interpoleert, heeft slechts een waaier van 0.65 K aan ongeveer 1358 K (-272.5 °C aan 1085 °C).

ideale gasschaal

wanneer de druk nul nadert, zal al het reële gas zich gedragen als ideaal gas, dat wil zeggen, pV van een mol gas die alleen op temperatuur is gebaseerd. Daarom kunnen we een schaal ontwerpen met pV als argument. Natuurlijk is elke bijectieve functie voldoende, maar voor het gemak is lineaire functie de beste. Daarom definiëren we het als

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

de ideale gasschaal is in zekere zin een “gemengde” schaal. Het is afhankelijk van de universele eigenschappen van gas, een grote vooruitgang van slechts een bepaalde stof. Maar toch is het empirisch omdat het gas op een speciale positie plaatst en dus beperkt toepasbaar is—op een bepaald moment kan er geen gas bestaan. Een onderscheidend kenmerk van ideale gasschaal is echter dat het precies gelijk is aan thermodynamische schaal wanneer het goed gedefinieerd is (zie hieronder).

International temperature scale of 1990Edit

ITS-90 is ontworpen om de thermodynamische temperatuurschaal (refererend aan het absolute nulpunt) zo dicht mogelijk in zijn bereik weer te geven. Er zijn veel verschillende thermometerontwerpen nodig om het gehele assortiment te bestrijken. Deze omvatten helium dampdruk thermometers, helium gas thermometers, standaard platina weerstand thermometers (bekend als SPRTs, PRTs of platina RTD ‘ s) en monochromatische straling thermometers.

hoewel de Kelvin-en Celsius-schalen worden gedefinieerd aan de hand van het absolute nulpunt (0 K) en het drievoudige punt van water (273,16 k en 0,01 °C), is het onpraktisch om deze definitie te gebruiken bij temperaturen die sterk verschillen van het drievoudige punt van water. Dienovereenkomstig gebruikt ITS-90 talrijke gedefinieerde punten, die allemaal gebaseerd zijn op verschillende thermodynamische evenwichtstoestanden van veertien zuivere chemische elementen en één verbinding (water). De meeste gedefinieerde punten zijn gebaseerd op een faseovergang, met name het Smelt – /vriespunt van een zuiver chemisch element. De diepste cryogene punten zijn echter uitsluitend gebaseerd op de dampdruk/temperatuur relatie van helium en zijn isotopen, terwijl de rest van zijn koude punten (die lager zijn dan kamertemperatuur) zijn gebaseerd op drievoudige punten. Voorbeelden van andere bepalende punten zijn het drievoudige punt van waterstof (-259,3467 °C) en het vriespunt van aluminium (660,323 °C).

Thermometers gekalibreerd volgens ITS–90 gebruiken complexe wiskundige formules om tussen de gedefinieerde punten te interpoleren. ITS-90 specificeert rigoureuze controle over variabelen om reproduceerbaarheid van lab naar lab te garanderen. Zo wordt het kleine effect van de atmosferische druk op de verschillende smeltpunten gecompenseerd (een effect dat doorgaans niet meer dan een halve millikelvin bedraagt over de verschillende hoogten en barometrische druk die men waarschijnlijk zal tegenkomen). De norm compenseert zelfs voor het drukeffect toe te schrijven aan hoe diep de temperatuursonde in het monster wordt ondergedompeld. ITS-90 maakt ook een onderscheid tussen” vriespunt “en” smeltpunt”. Het onderscheid hangt af van de vraag of warmte gaat in (smelten) of uit (bevriezen) het monster wanneer de meting wordt uitgevoerd. Alleen gallium wordt gemeten tijdens het smelten, alle andere metalen worden gemeten terwijl de monsters bevriezen.

Er zijn vaak kleine verschillen tussen metingen gekalibreerd per ITS–90 en thermodynamische temperatuur. Uit nauwkeurige metingen blijkt bijvoorbeeld dat het kookpunt van VSMOW-water onder één standaarddrukatmosfeer eigenlijk 373.1339 K (99.9839 °C) is wanneer strikt wordt vastgehouden aan de tweepuntsdefinitie van thermodynamische temperatuur. Wanneer gekalibreerd op ITS-90, waar men moet interpoleren tussen de bepalende punten van gallium en indium, is het kookpunt van VSMOW water ongeveer 10 mK minder, ongeveer 99.974 °C. De deugd van ITS–90 is dat een ander laboratorium in een ander deel van de wereld dezelfde temperatuur met gemak zal meten als gevolg van de voordelen van een uitgebreide internationale kalibratiestandaard met vele gemakkelijk uit elkaar liggende, reproduceerbare, definiërende punten verspreid over een breed scala van temperaturen.