18.4: ガス温度計とケルビン温度尺度

分子の運動に関する温度の定義は、分子の平均運動エネルギーがゼロ (または量子力学で許容される最小値) となる、可能な最低温度が存在する必要があることを示唆しています。 実験により、絶対零度と呼ばれるそのような温度の存在が確認されています。 絶対温度目盛とは、ゼロ点が絶対零度の目盛です。 理想気体の体積など、いくつかの物理量は絶対温度に直接関係しているため、このような温度尺度は科学において便利です。

ケルビン温度尺度は、科学で一般的に使用される絶対温度スケールです。

ケルビン温度尺度は SI 単位系の一部であるため、実際の定義は上記のものよりも複雑です。 まず、水の凝固点と沸点ではなく、三重点で定義されます。 三重点とは、氷、液体の水、水蒸気が安定して共存できる温度と圧力のユニークな組み合わせです。 三重点温度は 273.16 K として定義されます。この定義には、水の凝固点と沸点は圧力に依存しますが、三重点温度は 1 つしかないという利点があります。

温度尺度上の点が明確に定義されている場合でも、温度計が異なれば、他の温度では多少異なる結果が得られます。 したがって、標準的な温度計が必要です。 計測学者はこの目的のために定容ガス温度計を選択しました。 ガスが満たされた一定容積の容器は温度変化にさらされ、測定された温度は圧力の変化に比例します。 結果はガスの選択に多少依存しますが、バルブ内のガスの密度が低いほど、さまざまなガスの結果がよく一致します。 結果を密度ゼロに外挿すると、結果は非常によく一致し、圧力ゼロは絶対温度ゼロに対応します。 定容ガス温度計は大きく、平衡に達するまでに時間がかかるため、主に他の温度計を校正するための標準として使用されます。

ガス温度計は、ガス充填されたガスの圧力または体積の変化に基づいて温度を評価します。

ガス温度計には、定容量と定圧の2種類があり、定容量ガス温度計が最も広く使用されています。

この温度計の原理は、一定体積では、温度が上昇するとガスの圧力が上昇するというものです。

ガス温度計を校正するために、摂氏0度と100度の圧力が測定されます。

これらの値は直線でプロットされ、ゼロ圧力温度を見つけるために外挿されます。

この温度はケルビンスケールのゼロ点です。これは温度の標準スケールであり、温度のSI単位はケルビンです。

絶対零度は、熱エネルギーがまったくないことを理想的に反映する可能な限り低い温度です。

ケルビンスケールでは、水の凝固点は273.15ですが、沸点は373.15です。違いは摂氏スケールと同じです。ゼロ点だけが異なります。

したがって、ケルビンスケールと摂氏スケールの関係は簡単に確立できます。