ХАРОРАТНИ АНИКЛАШ УСУЛЛАРИ
Ишнинг максади хароратни симобли термометр ва термопара ёрдамида
аниклаш усуллари билан танишиш.
Харорат система (жисмлар)нинг иссиклик даражаларини ва холатини
характерлайдиган термодинамик параметрлардан биридир. Жисм ёки система
хароратини уларда термодинамик мувозанат холат руй берган шароитдагина
улчаш мумкин. Иккита иссиклик даражалари хар хил булган (совук ва иссик) А
ва В жисмлар контактга келтирилганда уларнинг иссикрогидан совукрогига
утадиган иссиклик микдорини аниклаб берувчи параметр бу хароратдир.
Иссиклик даражалари хар хил А, В ва С жисмлар контактга келтирилганда улар
уртасида узаро иссиклик алмашиниш жараёни туфайли бир оз вакт утгандан
кейин иссиклик мувозанати холати вужудга келиб, хароратлари тенглашади.
Бошкача айтганда, бу жисмларнинг хароратлари бирдай булса, улар узаро
иссиклик мувозанатида булади. Агар икки жисм кандайдир учинчи жисм билан
иссиклик мувозанатида булса, хар икки жисм хам иссиклик мувозанатида
булади. Бу мухим коида табиатнинг асосий конунларидан биридир. Хароратни
улчаш мумкинлиги хам аник шу конунга асосланган.
Харорат бита ёки унча куп булмаган бир неча атомдан ташкил топган
системага нисбатан маънога эга булмайди. Харорат тушунчаси система
термодинамик мувозанатда булганда уринли деб хисобланса хам, лекин баъзан
система хали тулик термодинамик мувозанат холатга утиб улгурмаган холатлар
учун ишлатилаверади. Масалан, бир текис киздирилмаган жисмларнинг хар бир
нукталарида харорат хар хил булади. Агар бу жисмни жада кичик макроскопик
кисмларга булсак, релаксация вакти бу кисмларда жуда кичик булганлиги
туфайли уларнинг хар бири жуда тез мувозанат холатга келади. У холда
уларнинг хар бирининг хароратини улчаш мумкин. лекин яхлит (бутун)
системанинг хароратини улчаш мумкин эмас (чунки мувозанатда эмас). Агар
булинган макроскопик кисмларда термодинамик мувозанат юзага келмаган
булса, уларга харорат тушунчасини куллаш мумкин эмас.
Хароратнинг физик катталик сифатида узига хос хусусияти шундаки,
бошка катталиклардан фаркли уларок харорат аддитив эмас, яъни жисмнинг
харорати унинг булаклари хароратларининг йигиндисига тенг эмас. Шу
туфайли жисмнинг хароратини бевосита, узунликни ёки массани улчагандаги
сингари, эталон билан таккослаб улчаб булмайди. Хароратни улчаш учун
кадимдан жисмнинг харорати узгарганда унинг хоссалари хам узгаришидан
фойдаланиб келинади. Бинобарин, бу хоссаларни характерловчи катталиклар
хам узгаради. Шунинг учун хароратни улчайдиган асбоб-термометрни
яратишда бирор модда (термометрлик модда) ва модданинг хоссасини
характерловчи маълум катталик (термометрлик катталик) танланади. Кандай
модда ва кандай катталик танлаш мутлока ихтиёрий. Масалан, симоб
(термометрлик модда) ва газнинг босими (термометрлик катталик) ёки электр
утказгич (термометрлик модда) ва утказгичнинг каршилиги (термометрлик
катталик) ва хаказо.
Харорат катталигига аник сон кийматларни таккослиш учун термометрик
катталикнинг хароратга бирор богланишини аниклаш керак. Бундай
богланишни танлаш хам ихтиёрий. Масалан, симоб термометрида симоб устуни
узунлиги (симоб хажми) нинг хароратга чизикли богланиши танланади.
Харорат бирлиги-градусни куйидагича аникланади. Ихтиёрий равишда
икки харорат танланади – оддатда бу музнинг эриши ва сувнинг нормал
атмосфера босимида кайнаш хароратлари (улар репер нукталар деб аталади)
булади. Бу харорат интервалини бирор сондаги тенг кисмларга –градусларга
булинади, бу хароратлардан бирига бирор аник сон киймат ёзилади. Шу билан
иккинчи хароратнинг киймати аникланди. Шундай тарзда харорат шкаласи
хосил килинади. Баён этилган йул билан чексиз куп сондаги турли
термометрларни ва харорат шкалаларини хосил килиш мумкин.
Хозирги замон термометр хисоби газ термометри ёрдамда аникланадиган
идеал газ шкаласига асосланган. Газ термометрида термометрик модда идеал
газ, термометрик катталик газнинг узгармас хажмдаги босими булиб,
босимнинг хароратга богликлиги чизикли деб кабул килинади. Газ термометри
ёрдамида хосил килинган шкалада музнинг эриш харорати 273,15 градус ва
сувнинг кайнаш харорати 373,15 градус репер нукталар хисобланади.
Агар харорат шкаласининг нолида термометрик катталик нолга айланса,
бундай шкала абсалют шкала деб аталади, бундай шкаладан хисобланган
харорат эса абсалют харорат деб аталади. Газ термометри шкаласи абсалют
шкаладир. Уни Кельвин шкаласи, бу шкаладаги харорат бирлигини Кельвин (К)
деб юритилади.
СИ бирликлар системасида харорат бирлиги Кельвин «абсалют нольсувнинг учланма нуктаси харорати» интервали асосида аникланади. Сувнинг
учланма нуктаси шундай хароратки, бу хароратда сув, сув буги ва муз
мувозанатда булади. Сувнинг учланма нуктаси хароратининг киймати 273,16 К
га аник тенг.
Шундай килиб, бир кельвин харорат абсалют нолдан сувнинг учланма
нуктаси харроратигача булган интервалнинг 1/273,16 кисмига тенг.
Техника ва турмушда хароратнинг Цельсий шкаласидан фойдаланилади.
Бу шкаланинг абсалют шкаладан фарки шундаки, музнинг эриш хароратига
ноль киймат берилади. Шу шкалада харорат Цельсий градуси (0С) хисобида
ифодаланади ва Т абсалют харорат билан куйидагича богланган:
t = T -273,15
Сувнинг учланма нуктаси харорати 0,010С га тенг булгани учун
градуснинг Цельсий ва Кальвин шкалаларидаги улчами бир хил булади ва хар
кандай харорат ёки Цельсий градуси (0С) хисобида ёки кельвин (К) хисобида
ифодаланиши мумкин.
Газ термометрлари ёрдамида хароратни кенг диапозонда (4 К дан
олтиннинг эриш харорати 1337,58 К гача) улчаш мумкин.
Бирок амалда газ термометрлари техникада ишлатилмайди. Уларнинг
мухим вазифаси шундаки, барча ишлатиладиган термометрлар газ термометри
буйича даражаланади. Бундай иккиламчи термометрлардан суюклик
термометрлар, каршилик термометрлари, термоэлемент (термопара) лар энг
катта ахамиятга эга.
1-машк.
Термопарани даражалаш
Керакли асбоб ва материаллар: 1. Иккита симобли термометр. 2.
Термопара. 3. Гальванометр. 4. Мой солинган иккита най шаклидаги шиша
идиш. 5. Ток манбаи. 6. Потенциометр.
Термопаралар ёрдамида хароратни улчашда Зеебек ходисаси деб
аталадиган ходисадан фойдаланилади. Бу ходиса шундан иборатки, агар икки
жинсли А ва В металл симлар учларини кавшарлаб, 46-расмда курсатилгандай занжир тузсак, симларнинг кавшарланган учларида харорат
46-расм
фарки вужудга келтирилганда, занжирда электр юрутувчи куч хосил булади. Бу электр юритувчи куч тармоэлектр юритувчи куч (тэюк) деб аталади.
Унинг катталиги кавшарланган учлардаги харорат фаркига боглик булади. Агар
кавшарланган учлардан бирининг хароратини узгармас сакласак (масалан Т1
=const), у холда электр юритувчи куч факат иккинчи кавшарланган унинг
харорати Т2 га боглик булади. Шундай килиб, термоэлемент ёки термопара
(терможуфт) деб аталадиган бу курилманинг электр юритувчи кучи оркали
жисм хароратини аниклаш мумкин. Юкорида юритилган мулохазалардан
куринадики, термопарали термометрларда термометрлик модда булиб
термопара, термометрлик катталик эса электр юритувчи куч хисобланади.
Термоэлектр юритувчи куч (ТЭЮК) нинг катталиги кавшарланган
учлардаги хароратларнинг айирмасига пропорционал булади:
E = a (T2 – T1)
бунда а-берилган металл жуфти учун солиштирма ёки дифференциал ТЭЮК
деб аталадиган коэффициент булиб, сон киймати жихатидан кавшарланган
учлардаги хароратлар фарки бир кельвин булганда хосил булган ТЭЮК га тенг
булади, яъни
а = d tdE
Купчилик металл жуфтлари учун бу катталик бир кельвинга юздан бир
милливольт тартибида булади. Умуман олганда, а коэффициент харорат
узгариши билан узгаради, а нинг Т га богликлиги чизикли булмай, мураккаб
куринишга эга. Бирок хар бир
термопара учун Е билан Т орасида
чизикли конуният билан
ифодаланадиган богланиш сохаси
мавжуд. Баъзи термопаралар учун
47-расм
етарлича юкори хароратларда Е
нинг Т билан богланиши анча
мураккаблашади: харорат ортиши
билан ТЭЮК нинг киймати аввал
ортиб, сунг етарлича юкори
хароратларда камайиб боради ва
хатто ишорасини узгартириши мумкин.
(47-расм).
Термопара ёрдамида хароратни улчаш учун унинг бир кавшарланган учи
узгармас хароратда (масалан, 00С да) ушлаб турилади, иккинчи учини харорати
улчанадиган идишга тушурилади. Хароратнинг катталигини гальвонометр
билан улчанган термоток кучига караб бахолаш керак.
Термотокни улчаш учун термопара занжирига гальванометрни 48-а
расмда курсатилгандек, ёки 48-б расмда курсатилган схема буйича улаш
мумкин. биринчи схемадан фойдаланилганда бита кавшарланган уч буш
колади ва уша учнинг харорати улчаниши лозим булган жисмга теккизилади.
Иккинчи схемадан фойдаланилганда эса икала кавшарланган уч буш булади.
Улардан бирининг харорати узгармас сакланади, иккинчисини эса жисмга
теккизилади.
48-расм
49-расм
Бу машкда берилган термопара даражаланади, яъни термопаранинг
кавшарланган учларидаги хароратларнинг (t1-t2) фарки билан гальванометрнинг
n булим курсатишлари орасидаги богланишни ифодаловчи график хосил
килинади. Бунинг учун куйидаги 49-расмда курсатилган схема асосида тажриба
утказилади.
Ишни бажариш тартиби
1.
2.
3.
Гальванометрни термопара занжирига 49-расмда килиб уланади.
Термопаранинг бита кавшарланган учини хона хароратидаги мойли А
идишга, иккинчи учини эса электр токини утказадиган сим уралган
мойли В идишга тушурилади.
А ва В мойли идишларга Т термометрлар туширилади. (Уларнинг
бошлангич курсатишлари бир хил булганда гальвонаметр стрелкаси
нолни курсатиши лозим.)
В идиш уралган симнинг учларини потенциометрга, потенциометрни
эса 220 В кучланишли ток манбаига улаб, вольтметр ёрдамида 60 В
кучланиш урнатилади.
4.
В идишдаги мой исий бошлаши билан унга тушурилган термометрнинг
ва гальвонометрнинг курсатишлари ёзиб борилади. Олинган
натижаларни куйидаги 2-жадвал куринишида ифодаланади.
2-жадвал
Тартиб
номери
t1–совук контакт
харорати,
0
С
t2-иситилган
контакт харорати,
0
С
∆t-хароратлар
фарки
n- гальванометрнинг
курсатиши
1
2
3
…
5. Жадвалдан фойдаланиб, n=f (∆t) графиги чизилади ва тахлил килинади.
2-машк.
Муфель печи ичидаги хароратни термопара
ёрдамида аниклаш
Керакли асбоб ва материаллар: 1. Термопара. 2. Гальвонометр. 3. Мой
солинган най шаклидаги иккита идиш. 4. Иккита симобли термометр. 5.
Муфель печи. 6. Ток манбаи.
Бу машкда термопара ёрдамида 1-машкда хосил килинган графикдан
фойдвлвниб, муфель печининг харорати аникланади.
Ишни бажариш тартиби
1. Термопаранинг совук контактини уз урнида колдириб, иккинчи контакти
мувель печига киритилади.
Печнинг махсус тешигига симобли термометрни жойлаштирилади ва
печни ток манбаига уланади.
2. Гальвонометрнинг ва симобли термометрнинг курсатишларини хар 5
минутда ёзиб борилади.
3-жадвал
Тартиб номери
1
2
3
…
n-гальвонометрнинг
курсатиши
t1-термопара буйича
аникланган, 0С
t2 –муфель печидаги
термометрнинг
курсатиши, 0С
3. Термопаранинг даражаланган графигидан фойдаланиб, гальвонометрнинг
хар бир курсатишига мос келган харорат аникланади.
4. Тажриба натижалари 3-жадвалга ёзилади ва тахлил килинади.
Сизнинг фикрингизча, нима учун бу тажрибада симобли термометр ва
термопара ёрдамида аникланган хароратлар бир-биридан фарк килади ?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Саволлар
Харорат нима? Иссиклик мувозанати нима? СИ бирликлар
системасида харорат кандай бирликда улчанади?
Кандай шкалани Цельсий шкаласи дейилади? Кельвин шкаласи дебчи? Бу шкалалар орасида кандай богланиш бор? Репер нукталар
деганда нимани тушунасиз?
Хароратнинг физик мазмунини газ молекуляр-кинетик назарияга
асосан тушунтиринг.
Больцман доимийси нимани характерлайди?
Номувозанат системанинг хароратини улчаш мумкинми?
Термометрларнинг кандай турларини биласиз?
Хароратни аниклаш усуллардан кайсини биласиз?
Термоэлементлар кандай ясалади? Улар кандай даражаланади?
Термопара ёрдамида жисмнинг харорати кандай улчанади?