การวัดอุณหภูมิที่แม่นยำเป็นส่วนสำคัญของการทดลองวิทยาศาสตร์เกือบทุกครั้ง และในกรณีส่วนใหญ่ การวัดจะค่อนข้างตรงไปตรงมา อย่างไรก็ตาม กับเพื่อนร่วมงานของฉัน ในสหราชอาณาจักร ฉันเพิ่งใช้เวลาหกปีในการวัดอุณหภูมิเพียงครั้งเดียว และเรารู้คำตอบก่อนที่จะเริ่ม! ประเภทของ การวัดทุกครั้งคือการเปรียบเทียบจำนวนที่ไม่รู้จักของปริมาณกับจำนวนมาตรฐานของปริมาณนั้น แต่ในการวัดส่วนใหญ่
“การเปรียบเทียบ
กับมาตรฐาน” นี้เป็นทางอ้อมและไม่ปรากฏแก่ผู้ใช้ในทันที ตัวอย่างเช่น เมื่อเจ้าของร้านชั่งน้ำหนักองุ่น 500 กรัม ทั้งพวกเขาและลูกค้าของพวกเขาไม่ทราบทันทีถึงห่วงโซ่การสอบเทียบที่ทอดยาวจากร้าน ผ่านห้องปฏิบัติการ “ชั่งตวงวัด” ในท้องถิ่น ไปจนถึง NPL และต่อไปยังก้อนที่ไม่เหมือนใคร
ของ โลหะในห้องใต้ดินของสำนักงานชั่งตวงวัดระหว่างประเทศ (BIPM) ในปารีส ซึ่งเป็นกิโลกรัมมาตรฐานของเรา สำหรับอุณหภูมิ ปริมาณมาตรฐานที่ใช้ เปรียบเทียบ อุณหภูมิอื่นๆ ทั้งหมดคืออุณหภูมิของจุดสามจุดของน้ำT TPW เพื่อให้แน่ใจว่าคนส่วนใหญ่ที่ใช้เทอร์โมคัปเปิลเพื่อวัดอุณหภูมิของเตาอบ
ไม่ทราบสิ่งนี้ แต่ก็ยังเป็นความจริง หากคุณไปเยี่ยมชม NPL คุณจะพบน้ำค้างที่เต็มไปด้วยเซลล์แก้วที่มีน้ำที่จุดสามจุด ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เราใช้ในการสอบเทียบการอ่านเทอร์โมมิเตอร์โดยตรง ที่T TPWน้ำที่เป็นของเหลว น้ำแข็งที่เป็นของแข็ง และไอน้ำมีอยู่ร่วมกันในสภาวะสมดุล และสิ่งนี้ถูกเลือกให้
เป็นอุณหภูมิมาตรฐาน เนื่องจากสามารถทำซ้ำได้ค่อนข้างง่ายโดยมีความไม่แน่นอนต่ำกว่า 0.001 °C ปัจจุบันT TPWถูกกำหนดให้เป็น 273.16 K (หรือ 0.01 °C) เป๊ะๆ นักวิทยาศาสตร์สามารถเลือกตัวเลขใดก็ได้เพื่อเชื่อมโยงกับอุณหภูมินี้ แต่การเลือกเฉพาะนี้ทำขึ้นเพื่อให้ขนาดของเคลวิน
และองศาเซลเซียสใกล้เคียงกับองศาเซนติเกรดในอดีต คำนิยามนี้ให้บริการเรามาอย่างยาวนานกว่า 50 ปี แต่สำหรับนักวิทยาศาสตร์หลายคน รวมถึงตัวฉันด้วย เป็นเรื่องที่ไม่น่าพอใจ เหตุผลที่กำหนดอุณหภูมิแบบนี้คืออาการเมาค้างจากการที่เราเรียนรู้การวัดอุณหภูมิก่อนที่จะเข้าใจว่าอุณหภูมิคืออะไร
หากเมื่อ 200 ปีที่แล้ว
เราเข้าใจว่าอุณหภูมิเป็นการวัดพลังงานของการเคลื่อนที่ของอะตอม เราคงนิยามอุณหภูมิโดยตรงในรูปของพลังงาน และนั่นคือสิ่งที่เราหวังว่าจะทำในตอนนี้ ในกลศาสตร์ สถิติ อุณหภูมิมักเกิดขึ้นพร้อมกับค่าคงที่ ในปัจจุบัน เนื่องจากT TPWถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน ถ้าใครวัดค่าผลิตภัณฑ์
ความไม่แน่นอนทั้งหมด ในผลิตภัณฑ์จะแสดงเป็นความไม่แน่นอนในหน่วยk B เราคิดว่านี่เป็นจำนวนอตรรกยะและk Bควรเป็นค่าคงที่และนิยามอย่างแม่นยำตามชื่อของมันในแนวคิดนี้ เคลวินจะถูกกำหนดโดยk Bซึ่งเหมือนกับความเร็วแสงในสุญญากาศ ซึ่งจะมีค่าที่แน่นอนโดยไม่มีความไม่แน่นอน
ในการวัดที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากหน่วยของk Bเป็นจูลต่อเคลวิน อุณหภูมิจึงสัมพันธ์โดยตรงกับพลังงาน และเชื่อมโยงกับหน่วยอื่นๆ ที่เหลือของระบบหน่วยสากล (SI) อย่างแน่นหนา ด้วยวิธีนี้ ในอนาคต การวัดอุณหภูมิทุกครั้งจะเป็นการวัดพลังงานของอะตอมและโมเลกุลโดยพื้นฐาน
งานของเราเป็นส่วนหนึ่งของความพยายามที่กว้างขึ้นในการกำหนดหน่วยฐานของ SI ใหม่ในแง่ของค่าคงที่ตามธรรมชาติ วินาทีและเมตรได้รับการกำหนดไว้ในลักษณะนี้แล้ว และนักมาตรวิทยากำลังยุ่งอยู่กับการพยายามบรรลุเป้าหมายเดียวกันสำหรับกิโลกรัม แอมแปร์ และโมล ซึ่งเป็น ความพยายามที่กล่าวถึง
ในเชิงลึก
ในบทความเดือนมีนาคม 2011 เรื่อง “มาตรวิทยาในความสมดุล”วิธีการเสียงแนวทางของเราในการวัดค่าk B T TPWคือการทำให้ชีวิตของเราง่ายขึ้นและเลือกระบบทางกายภาพที่เราสามารถบรรลุความไม่แน่นอนต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ย้อนกลับไปในปี 2550 เราคิดอย่างหนักเกี่ยวกับความเป็นไปได้
ทั้งหมด และเลือกที่จะทำการวัดความเร็วของเสียงในก๊าซเชิงเดี่ยว มีเหตุผลที่น่าสนใจสองประการสำหรับทางเลือกนี้ ในอนาคต การวัดอุณหภูมิทุกครั้งจะเป็นการวัดพลังงานโดยพื้นฐาน อย่างแรก ความเร็วของเสียงในขีดจำกัดของความดันต่ำc 0ในก๊าซเชิงเดี่ยวสัมพันธ์โดยตรงกับความเร็ว
รูตค่าเฉลี่ยกำลังสองของโมเลกุลv RMSโดยความสัมพันธ์ที่เรียบง่ายอย่างน่าทึ่งc 0 = √(5/9 ) ดังนั้น ถ้าเราสามารถวัดc 0 ด้วยความไม่แน่นอนต่ำได้ จากนั้น ถ้า เรารู้มวลของโมเลกุลmเราก็จะประมาณพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลได้โดยตรง ½ mv 2 RMS กลศาสตร์ทาง สถิติบอกเราว่า
สำหรับก๊าซโมเลกุลที่มีความหนาแน่นต่ำ จะเท่ากับ 3 × ½ k BT . สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับสมการ โปรดดูที่“ปักหมุดสินค้า” .เหตุผลอีกประการในการเลือกวัดความเร็วของเสียงในก๊าซเชิงเดี่ยวคือสามารถวัดค่านี้ได้แม่นยำอย่างน่าอัศจรรย์ วิธีที่ชัดเจนที่สุดในการทำเช่นนั้นคือการวัดเวลา
ที่คลื่นเสียงใช้เดินทางในระยะทางคงที่ การวัดจะแม่นยำยิ่งขึ้นเนื่องจากทำให้ระยะทางยาวขึ้น แต่นั่นทำให้การรู้อุณหภูมิตลอดเส้นทางทำได้ยากมาก “เคล็ดลับ” คือการใช้เครื่องสะท้อนเสียงในเทคนิคนี้เราจะ “พับกลับ” เส้นทางเสียงเพื่อให้กระดอนไปมาภายในโพรง โดยปกติเสียงจากการสะท้อนแต่ละครั้ง
จะรบกวนเสียงจากลำโพงในเชิงทำลาย และระดับแรงดันเสียงภายในตัวสะท้อนเสียงจะต่ำ อย่างไรก็ตาม ถ้าใครเลือกความถี่ที่ความยาวคลื่นหลายเท่าตรงกับขนาดของเรโซเนเตอร์ การรบกวนเชิงสร้างสรรค์หรือเสียงสะท้อนก็จะเกิดขึ้น ด้วยการวัดความถี่ที่เกิดขึ้น จะสามารถอนุมานความเร็วของเสียงได้
โดยทราบขนาดของเรโซเนเตอร์ ข้อดีหลักอย่างหนึ่งของเทคนิคนี้คือสามารถหาความเร็วของเสียงได้โดยอิสระจากเรโซแนนซ์ต่างๆ ที่แตกต่างกันซึ่งมีความถี่ตั้งแต่ 2 ถึง 20 กิโลเฮิรตซ์ ดังนั้นขอบเขตที่พวกเขาเห็นด้วยจึงมีคุณสมบัติการตรวจสอบตนเองที่ทรงพลัง ปัญหาคือแม้ว่าจะสามารถวัดความถี่ได้อย่างแม่นยำมาก แต่การวัดขนาดของเรโซเนเตอร์นั้นยากกว่ามาก และยิ่งท้าทายมากขึ้น
แนะนำ ufaslot888g
