empiriska skalor baseras på mätning av fysiska parametrar som uttrycker egenskapen av intresse som ska mätas genom någon formell, oftast en enkel linjär, funktionell relation. För mätning av temperatur ger den formella definitionen av termisk jämvikt i termer av termodynamiska koordinatutrymmen för termodynamiska system, uttryckt i termodynamikens zeroth-lag, ramverket för att mäta temperaturen.

alla temperaturskalor, inklusive den moderna termodynamiska temperaturskalan som används i det internationella enhetssystemet, kalibreras enligt termiska egenskaper hos en viss substans eller anordning. Typiskt fastställs detta genom att fixera två väldefinierade temperaturpunkter och definiera temperatursteg via en linjär funktion av svaret hos den termometriska anordningen. Till exempel baserades både den gamla Celsius-skalan och Fahrenheit-skalan ursprungligen på den linjära expansionen av en smal kvicksilverkolonn inom ett begränsat temperaturområde, var och en med olika referenspunkter och skalsteg.

olika empiriska skalor kanske inte är kompatibla med varandra, förutom små regioner med temperaturöverlappning. Om en alkoholtermometer och en kvicksilvertermometer har samma två fasta punkter, nämligen fryspunkten och kokpunkten för vatten, kommer deras läsning inte att hålla med varandra utom vid de fasta punkterna, som den linjära 1:1 förhållandet mellan expansion mellan två termometriska ämnen kan inte garanteras.

empiriska temperaturskalor återspeglar inte materiens grundläggande mikroskopiska lagar. Temperaturen är en universell egenskap hos materia, men empiriska skalor kartlägger ett smalt intervall på en skala som är känd för att ha en användbar funktionell form för en viss applikation. Således är deras sortiment begränsat. Arbetsmaterialet existerar endast i en form under vissa omständigheter, utöver vilken det inte längre kan fungera som en skala. Till exempel fryser kvicksilver under 234.32 K, så temperaturen lägre än den kan inte mätas i en skala baserad på kvicksilver. Till och med ITS-90, som interpolerar mellan olika temperaturområden, har bara ett intervall på 0,65 K till cirka 1358 K (-272,5 C till 1085 C).

Ideal gas scaleEdit

När trycket närmar sig noll, kommer all verklig gas att uppträda som idealisk gas, det vill säga pV av en mol gas som bara förlitar sig på temperaturen. Därför kan vi utforma en skala med pV som argument. Naturligtvis kommer någon bijektiv funktion att göra, men för enkelhetens skull är linjär funktion den bästa. Därför definierar vi det som

T = 1 n R lim p 0 p v. {\displaystyle T={1 \ över nr} \ lim _{p \ till 0}{pV}.}

den ideala gasskalan är i viss mening en ”blandad” skala. Det är beroende av gasens universella egenskaper, ett stort framsteg från bara en viss substans. Men det är fortfarande empiriskt eftersom det sätter gas i en speciell position och därmed har begränsad tillämplighet—någon gång kan ingen gas existera. En särskiljande egenskap hos ideal gasskala är emellertid att den exakt motsvarar termodynamisk skala när den är väldefinierad (se nedan).

internationell temperaturskala från 1990edit

ITS-90 är utformad för att representera den termodynamiska temperaturskalan (refererar till absolut noll) så nära som möjligt i hela sitt intervall. Många olika termometerdesigner krävs för att täcka hela sortimentet. Dessa inkluderar heliumångtryckstermometrar, heliumgastermometrar, standard platinum resistance termometrar (känd som SPRT, PRT eller Platinum RTD) och monokromatiska strålningstermometrar.

Även om Kelvin-och Celsius-skalorna definieras med absolut noll (0 K) och trippelpunkten för vatten (273,16 K och 0,01 C) är det opraktiskt att använda denna definition vid temperaturer som skiljer sig mycket från trippelpunkten för vatten. Följaktligen använder ITS-90 många definierade punkter, som alla är baserade på olika termodynamiska jämviktstillstånd av fjorton rena kemiska element och en förening (vatten). De flesta av de definierade punkterna är baserade på en fasövergång; specifikt smält – /fryspunkten för ett rent kemiskt element. De djupaste kryogena punkterna baseras emellertid uteslutande på ångtrycket/temperaturförhållandet mellan helium och dess isotoper medan resten av dess kalla punkter (de som är mindre än rumstemperatur) är baserade på trippelpunkter. Exempel på andra definierande punkter är trippelpunkten för väte (-259.3467 C) och fryspunkten för aluminium (660.323 C).

termometrar kalibrerade per ITS-90 använder komplexa matematiska formler för att interpolera mellan dess definierade punkter. ITS-90 specificerar noggrann kontroll över variabler för att säkerställa Reproducerbarhet från lab till lab. Till exempel kompenseras den lilla effekten som atmosfärstrycket har på de olika smältpunkterna (en effekt som vanligtvis inte uppgår till mer än en halv millikelvin över de olika höjder och barometertryck som sannolikt kommer att uppstå). Standarden kompenserar även för tryckeffekten på grund av hur djupt temperatursonden är nedsänkt i provet. ITS-90 skiljer också mellan” frysning ”och” smältande ” punkter. Skillnaden beror på om värme går in i (smältning) eller ut ur (frysning) provet när mätningen görs. Endast gallium mäts under smältning, alla andra metaller mäts medan proverna fryser.

det finns ofta små skillnader mellan mätningar kalibrerade per ITS–90 och termodynamisk temperatur. Till exempel visar exakta mätningar att kokpunkten för VSMOW-vatten under en standardatmosfär av tryck faktiskt är 373.1339 K (99.9839 C) när man strikt följer tvåpunktsdefinitionen av termodynamisk temperatur. När kalibrerad till ITS-90, där man måste interpolera mellan de definierande punkterna i gallium och indium, är kokpunkten för VSMOW vatten ca 10 mk mindre, ca 99.974 C. dygden med ITS–90 är att ett annat laboratorium i en annan del av världen kommer att mäta samma temperatur med lätthet på grund av fördelarna med en omfattande internationell kalibreringsstandard med många bekvämt åtskilda, reproducerbara, definierande punkter som spänner över ett brett temperaturområde.