1990 Uluslararası Sıcaklık Ölçeği - International Temperature Scale of 1990

1990 Uluslararası Sıcaklık Ölçeği ( ITS-90 ) üzerinde ölçüm yapmak için ağırlıklar ölçüleri (CIPM'in) Uluslararası Komitesi tarafından belirlenen bir ekipman kalibrasyon standardı Kelvin ve Santigrat sıcaklık ölçekleri . Uluslararası olarak sıcaklık ölçümlerinin karşılaştırılabilirliğini ve uyumluluğunu kolaylaştıran bir termodinamik sıcaklık yaklaşımıdır. arasında değişen on dört kalibrasyon noktası tanımlar.0,65 K ila1 357 .77 Bin (-272,50 °C ila1 084 .62 °C ) ve bazı durumlarda örtüşen çoklu sıcaklık aralıklarına bölünmüştür. ITS-90, 1927'den beri CIPM tarafından benimsenen bir dizi Uluslararası Sıcaklık Ölçeğinin en yenisidir. 1989 Ağırlıklar ve Ölçüler Genel Konferansında kabul edilmiştir, 1968 Uluslararası Pratik Sıcaklık Ölçeği'nin (1975'te değiştirilmiş baskısı) ve 1976'nın yerini almıştır. "Geçici 0,5 K ila 30 K Sıcaklık Ölçeği". CCT ayrıca ITS-90'ın gerçekleştirilmesine yardımcı olmak için birkaç çevrimiçi rehber kitap yayınlamıştır. ITS-90'ın kapsadığı en düşük sıcaklık 0,65 K'dir. 2000 yılında, sıcaklık ölçeği, 2000 Geçici Düşük Sıcaklık Ölçeği (PLTS-2000) olarak bilinen tamamlayıcı bir ölçeğin benimsenmesiyle 0,9 mK'ya kadar genişletilmiştir.

2019'da kelvin yeniden tanımlandı . Bununla birlikte, değişiklik ITS-90 belirsizliklerine kıyasla çok hafifti ve bu nedenle ITS-90, önemli herhangi bir değişiklik olmaksızın önerilen pratik sıcaklık ölçeği olmaya devam ediyor. Birincil termometri yöntemlerindeki gelişmelerle birlikte yeniden tanımlamanın, gelecekte ITS-90 ve PLTS-2000'e olan güveni ortadan kaldıracağı tahmin edilmektedir.

Ayrıntılar

ITS-90, termodinamik (mutlak) sıcaklık ölçeğini ( mutlak sıfırı referans alarak) menzili boyunca mümkün olduğunca yakından temsil edecek şekilde tasarlanmıştır . Tüm aralığı kapsamak için birçok farklı termometre tasarımı gereklidir. Bunlara helyum buhar basıncı termometreleri, helyum gazı termometreleri, standart platin dirençli termometreler (SPRT'ler olarak bilinir) ve monokromatik radyasyon termometreleri dahildir .

Kelvin ve Santigrat sıcaklık ölçekleri (2019 yılına kadar) suyun üçlü noktası kullanılarak tanımlanmış olmasına rağmen (273.16 Bin veya0.01 °C ), suyun üçlü noktasından çok farklı sıcaklıklarda bu tanımı kullanmak pratik değildir. Buna göre, ITS-90, tümü on dört saf kimyasal elementin ve bir bileşiğin (su) çeşitli termodinamik denge durumlarına dayanan çok sayıda tanımlanmış nokta kullanır . Tanımlanan noktaların çoğu bir faz geçişine dayanmaktadır ; özellikle saf bir kimyasal elementin erime / donma noktası. Bununla birlikte, en derin kriyojenik noktalar, yalnızca helyum ve izotoplarının buhar basıncı /sıcaklık ilişkisine dayanırken, soğuk noktalarının geri kalanı (oda sıcaklığından daha düşük olanlar) üçlü noktalara dayanır . Diğer tanımlayıcı noktalara örnekler, üçlü denge hidrojen noktasıdır (13.8033 K veya-259.3467 °C ) ve alüminyumun donma noktası (933.473 K veya660.323 °C ).

ITS-90'ın tanımlayıcı sabit noktaları, spesifik izotopik bileşimlere sahip saf kimyasal numunelere atıfta bulunur. Bunun bir sonucu olarak, ITS-90, safsızlıklar ve izotopik bileşimden kaynaklanan sıcaklık değişimlerini düzeltmek için çeşitli denklemler içerir.

ITS-90 aracılığıyla kalibre edilen termometreler, tanımlanmış noktaları arasında enterpolasyon yapmak için karmaşık matematiksel formüller kullanır. ITS-90, laboratuvardan laboratuvara tekrarlanabilirliği sağlamak için değişkenler üzerinde sıkı bir kontrol sağlar. Örneğin, atmosferik basıncın çeşitli erime noktaları üzerindeki küçük etkisi telafi edilir ( farklı irtifalar ve karşılaşılması muhtemel barometrik basınçlar arasında tipik olarak yarım millikelvin'den fazla olmayan bir etki ). Standart ayrıca sıcaklık probunun numuneye ne kadar derin daldırıldığına bağlı olarak basınç etkisini de telafi eder. ITS-90 ayrıca “donma” ve “erime” noktaları arasında bir ayrım yapar. Ayrım ısı olacak bağlıdır içine (eritme) veya arasından ölçümleri yapıldığı zaman numune (dondurma). Sadece galyum erime noktalarında ölçülür; ITS-90'da sabit noktaları tanımlayan diğer tüm metaller donma noktalarında ölçülür.

ITS-90'ın pratik bir etkisi, on üç kimyasal elementinin üçlü noktalarının ve donma/erime noktalarının, bu on üç değer tanım gereği sabit olduğundan, ITS-90'a göre kalibre edilen tüm sıcaklık ölçümleri için kesin olarak bilinmesidir.

sınırlamalar

ITS-90'a göre kalibre edilen ölçümler ile termodinamik sıcaklık arasında genellikle küçük farklılıklar vardır . Örneğin, kesin ölçümler , termodinamik sıcaklığın iki noktalı tanımına sıkı sıkıya bağlı kalındığında, standart bir basınç atmosferi altında VSMOW suyunun kaynama noktasının aslında 373.1339 K (99.9839 °C) olduğunu göstermektedir . Galyum ve indiyum tanımlama noktaları arasında enterpolasyon yapılması gereken ITS-90'a kalibre edildiğinde, VSMOW suyunun kaynama noktası yaklaşık 10 mK daha azdır, yaklaşık 99.974 °C'dir. ITS-90'ın avantajı, dünyanın başka bir yerindeki başka bir laboratuvarın, geniş bir sıcaklık aralığını kapsayan birçok uygun aralıklı, tekrarlanabilir, tanımlayıcı nokta içeren kapsamlı bir uluslararası kalibrasyon standardının avantajları nedeniyle aynı sıcaklığı kolaylıkla ölçebilmesidir.

“1990 Uluslararası Sıcaklık Ölçeği” başlığında “ölçek” kelimesi geçse de bu yanıltıcı olabilecek bir yanlış isimdir. ITS-90 bir ölçek değildir; bir ekipman kalibrasyon standardıdır . ITS-90'a göre kalibre edilmiş ekipmanla ölçülen sıcaklıklar, Celsius, Kelvin, Fahrenheit veya Rankine gibi herhangi bir sıcaklık ölçeği kullanılarak ifade edilebilir. Örneğin, kelvin bazlı ITS-90 standardına göre kalibre edilmiş ekipman kullanılarak bir sıcaklık ölçülebilir ve bu değer daha sonra Fahrenheit ölçeğinde (örneğin 211.953 °F) bir değere dönüştürülebilir ve bu değer olarak ifade edilebilir.

ITS-90, mutlak sıfıra çok yakın sıcaklıkları ölçmek için kullanılan son derece özel ekipman ve prosedürleri ele almaz. Örneğin, nanokelvin aralığında (bir kelvin'in milyarda biri) sıcaklıkları ölçmek için, atomları adyabatik olarak soğutmak için optik kafes lazer ekipmanı kullanan bilim adamları , tuzak lazerlerini kapatın ve sıcaklıklarını ölçmek için atomların zaman içinde ne kadar uzağa sürüklendiğini ölçün. 7 mm/s hıza sahip bir sezyum atomu, yaklaşık 700 nK'lik bir sıcaklığa eşittir ( 1994'te NIST tarafından elde edilen rekor bir soğuk sıcaklıktı ).

Termodinamik sıcaklık ile ITS-90 ( T - T 90 ) arasındaki farkların tahminleri 2010 yılında yayınlandı. ITS-90'ın 0.65 K ila 2 K örtüşme aralığında PLTS-2000'den önemli ölçüde saptığı ortaya çıktı. bu, PTB-2006 olarak bilinen yeni bir 3 He buhar basıncı ölçeği kabul edildi. Daha yüksek sıcaklıklar için, T - T 90 için beklenen değerler, 4,2 K – 8 K sıcaklıklar için 0,1 mK'nin altında, 130 K'ye yakın sıcaklıklarda 8 mK'ya kadar, suyun üçlü noktasında (273.1600 K) 0,1 mK'ye kadar, ancak yükseliyor 430 K'ye yakın sıcaklıklarda tekrar 10 mK'ya ve 1150 K'ye yakın sıcaklıklarda 46 mK'ya ulaşır.

Standart enterpolasyonlu termometreler ve aralıkları

Alt (K) Üst (K) Varyasyonlar Termometre Kalibrasyon ve enterpolasyon stratejisi
0000.65 0003.2 01 Helyum-3 buhar basıncı termometresi Belirli bir fonksiyon tarafından sabitlenen buhar basıncı- sıcaklık ilişkisi.
0001.25 0002.1768 01 Helyum-4 buhar basıncı termometresi Belirli bir fonksiyon tarafından sabitlenen buhar basıncı- sıcaklık ilişkisi.
0002.1768 0005.0 01 Helyum-4 buhar basıncı termometresi Belirli bir fonksiyon tarafından sabitlenen buhar basıncı- sıcaklık ilişkisi.
0003 0024.5561 01 Helyum gazı termometresi Bu aralıkta üç sabit noktada kalibre edilmiş ve belirli bir şekilde enterpolasyon yapılmıştır.
0013.8033 1234.93 11 Platin dirençli termometre Çeşitli sabit noktalarda kalibre edilmiş ve belirli bir şekilde enterpolasyonlu direnç.
On bir farklı kalibrasyon prosedürü belirtilmiştir.
1234.93 03 radyasyon termometresi Sabit bir noktada kalibre edildi ve Planck yasasına göre tahmin edildi .
Ag, Au veya Cu donma noktasında kalibre edilebilir.

noktaları tanımlama

Aşağıdaki tablo, ITS-90'ın tanımlayıcı sabit noktalarını listeler.

Madde ve durumu Tanımlama noktası (aralık)
K °C °R °F
Paket noktası arasında hidrojen 13.8033 -259.3467 24.8459 -434.8241
Üç nokta neon 24.5561 -248,5939 44.2010 -415.4690
üçlü oksijen noktası 54.3584 -218.7916 97.8451 −361.8249
Üçlü nokta argon 83.8058 -189.3442 150.8504 -308.8196
Üçlü cıva noktası 234.3156 -38.8344 421.7681 -37.9019
Üç nokta su 273.16 0.01 491.69 32.02
Erime noktası arasında galyum 302.9146 29.7646 545.2463 85.5763
Donma noktası arasında indiyum 429.7485 156.5985 773.5473 313.8773
Donma noktası kalay 505.078 231.928 909.140 449.470
çinkonun donma noktası 692.677 419.527 1.246.819 787.149
Alüminyumun donma noktası 933.473 660.323 1,680,251 1.220.581
gümüşün donma noktası 1.234.93 961.78 2.222.87 1.763.20
altının donma noktası 1.337,33 1.064.18 2.407.19 1.947,52
Bakırın donma noktası 1.357.77 1.084.62 2.443.99 1.984.32

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar