scalele empirice se bazează pe măsurarea parametrilor fizici care exprimă proprietatea de interes care trebuie măsurată printr-o relație formală, cel mai frecvent liniară, funcțională simplă. Pentru măsurarea temperaturii, definiția formală a echilibrului termic în termeni de spații de coordonate termodinamice ale sistemelor termodinamice, exprimată în Legea zero a termodinamicii, oferă cadrul pentru măsurarea temperaturii.

toate scalele de temperatură, inclusiv scara termodinamică modernă utilizată în Sistemul Internațional de unități, sunt calibrate în funcție de proprietățile termice ale unei anumite substanțe sau dispozitive. De obicei, acest lucru este stabilit prin fixarea a două puncte de temperatură bine definite și definirea creșterilor de temperatură printr-o funcție liniară a răspunsului dispozitivului termometric. De exemplu, atât vechea scară Celsius, cât și scara Fahrenheit s-au bazat inițial pe expansiunea liniară a unei coloane înguste de mercur într-un interval limitat de temperatură, fiecare folosind diferite puncte de referință și trepte de scară.

diferite scale empirice pot să nu fie compatibile între ele, cu excepția regiunilor mici de suprapunere a temperaturii. Dacă un termometru cu alcool și un termometru cu mercur au aceleași două puncte fixe, și anume punctul de îngheț și fierbere al apei, citirea lor nu va fi de acord între ele, cu excepția punctelor fixe, ca liniarul 1:1 Relația de expansiune între oricare două substanțe termometrice nu poate fi garantată.

scalele empirice de temperatură nu reflectă legile fundamentale, microscopice ale materiei. Temperatura este un atribut universal al materiei, totuși scalele empirice mapează un interval îngust pe o scară despre care se știe că are o formă funcțională utilă pentru o anumită aplicație. Astfel, gama lor este limitată. Materialul de lucru există doar într-o formă în anumite circumstanțe, dincolo de care nu mai poate servi drept scară. De exemplu, mercurul îngheață sub 234.32 K, deci temperatura mai mică decât cea nu poate fi măsurată într-o scară bazată pe Mercur. Chiar și ITS-90, care interpolează între diferite intervale de temperatură, are doar un interval de 0,65 K până la aproximativ 1358 K (-272,5 CTF C până la 1085 CTF c).

scala ideală a gazului

când presiunea se apropie de zero, tot gazul real se va comporta ca gazul ideal, adică pV al unui mol de gaz bazându-se doar pe temperatură. Prin urmare, putem proiecta o scară cu pV ca argument. Desigur, orice funcție bijectivă va face, dar pentru comoditate funcția liniară este cea mai bună. Prin urmare, o definim ca

T = 1 n R lim p 0 p v . {\displaystyle T = {1 \ peste nR} \ lim _ {p \ la 0}{pV}.}

scara ideală de gaz este într-un anumit sens o scară „mixtă”. Se bazează pe proprietățile universale ale gazului, un avans mare de la o anumită substanță. Dar totuși este empiric, deoarece pune gazul într—o poziție specială și, prin urmare, are o aplicabilitate limitată-la un moment dat nu poate exista gaz. Cu toate acestea, o caracteristică distinctivă a scării ideale de gaz este că este egală cu scara termodinamică atunci când este bine definită (vezi mai jos).

scara internațională de temperatură din 1990edit

ITS-90 este conceput pentru a reprezenta scara termodinamică de temperatură (cu referire la zero absolut) cât mai aproape posibil de-a lungul gamei sale. Multe modele diferite de termometru sunt necesare pentru a acoperi întreaga gamă. Acestea includ termometre cu presiune de vapori de heliu, termometre cu gaz de heliu, termometre standard cu rezistență la platină (cunoscute sub numele de SPRTs, PRTs sau RTDs de platină) și termometre cu radiații monocromatice.

deși scalele Kelvin și Celsius sunt definite folosind zero absolut (0 K) și punctul triplu al apei (273,16 K și 0,01 ct), este impracticabil să se utilizeze această definiție la temperaturi foarte diferite de punctul triplu al apei. În consecință, ITS-90 folosește numeroase puncte definite, toate bazate pe diferite stări de echilibru termodinamic de paisprezece elemente chimice pure și un compus (apă). Majoritatea punctelor definite se bazează pe o tranziție de fază; în special punctul de topire/îngheț al unui element chimic pur. Cu toate acestea, cele mai profunde puncte criogenice se bazează exclusiv pe relația presiune/temperatură a vaporilor de heliu și izotopii săi, în timp ce restul punctelor sale reci (cele mai mici decât temperatura camerei) se bazează pe puncte triple. Exemple de alte puncte definitorii sunt punctul triplu al hidrogenului (-259.3467 CTF C) și punctul de îngheț al aluminiului (660.323 CTF c).

termometrele calibrate pe ITS–90 folosesc formule matematice complexe pentru a interpola între punctele sale definite. ITS-90 specifică un control riguros asupra variabilelor pentru a asigura reproductibilitatea de la laborator la laborator. De exemplu, efectul mic pe care îl are presiunea atmosferică asupra diferitelor puncte de topire este compensat (un efect care se ridică de obicei la nu mai mult de jumătate de millikelvin pe diferitele altitudini și presiuni barometrice susceptibile de a fi întâlnite). Standardul compensează chiar efectul de presiune datorită adâncimii sondei de temperatură în eșantion. ITS-90 face, de asemenea, o distincție între punctele de „înghețare” și „topire”. Distincția depinde de faptul dacă căldura intră (se topește) sau iese din (înghețarea) eșantionului atunci când se face măsurarea. Numai galiul este măsurat în timpul topirii, toate celelalte metale sunt măsurate în timp ce probele sunt înghețate.

există adesea mici diferențe între măsurătorile calibrate pe ITS–90 și temperatura termodinamică. De exemplu, măsurătorile precise arată că punctul de fierbere al apei VSMOW sub o atmosferă standard de presiune este de fapt 373.1339 K (99.9839 C) atunci când aderă strict la definiția în două puncte a temperaturii termodinamice. Când este calibrat la ITS-90, unde trebuie să se interpoleze între punctele definitorii de galiu și indiu, punctul de fierbere al apei VSMOW este cu aproximativ 10 mK mai puțin, aproximativ 99.974 untcc.virtutea ITS–90 este că un alt laborator dintr-o altă parte a lumii va măsura cu ușurință aceeași temperatură datorită avantajelor unui standard internațional cuprinzător de calibrare, cu multe puncte definitorii, reproductibile, care se întind pe o gamă largă de temperaturi.