В мире науки и техники точность температурных измерений критически важна: от калибровки медицинского оборудования до контроля космических миссий. Универсальный стандарт, обеспечивающий эту точность, — Международная температурная шкала 1990 года (МТШ‑90). Разберёмся, что это такое, как работает и почему незаменимо.
Что такое МТШ‑90
МТШ‑90 — это международно признанный стандарт для практических измерений температуры. Его задача:
- обеспечить воспроизводимость результатов в разных лабораториях и странах;
- минимизировать расхождения между практическими измерениями и термодинамической температурой;
- служить основой для калибровки эталонных приборов.
Ключевые параметры:
- диапазон: от 0,65 К до сверхвысоких температур (свыше 1000 К);
- единицы: кельвин (К) и градус Цельсия (°C);
- основа: 17 реперных (опорных) точек — строго определённых фазовых переходов чистых веществ.
Как устроена шкала
МТШ‑90 не является линейной шкалой вроде школьной линейки. Это система реперных точек, каждая из которых соответствует фазовому переходу (плавление, замерзание, тройная точка) чистого вещества.
Примеры реперных точек:
- тройная точка воды: 273,16 К (0,01 °C);
- точка замерзания индия: 156,5985 °C;
- точка замерзания олова: 231,928 °C;
- точка замерзания цинка: 419,527 °C.
Для реализации точек используют специальные ампулы с веществами высокой чистоты. Во время фазового перехода температура остаётся стабильной, что позволяет точно калибровать термометры.
Какие приборы используют с МТШ‑90
- Платиновые термометры сопротивления
- основной эталонный прибор;
- диапазон: 13,8033 К – 1234,93 К;
- применяется в метрологии и промышленности.
- Термометры излучения
- работают на основе закона излучения Планка;
- используются для сверхвысоких температур.
- Гелиевые термометры
- предназначены для криогенных температур (близких к абсолютному нулю);
- применяются в фундаментальных исследованиях.
Почему МТШ‑90 так важна
- Единообразие измерений
Результаты в Москве, Токио или Нью‑Йорке будут идентичны, если следовать стандарту. - Точность в критических областях
- медицина: калибровка термостатов для хранения вакцин;
- космос: контроль температуры оборудования на МКС;
- энергетика: мониторинг реакторов АЭС.
- Основа для инноваций
Без МТШ‑90 невозможны:- разработка сверхпроводников (работают при криогенных температурах);
- создание квантовых компьютеров;
- исследования климата (точность данных о глобальном потеплении).
Исторический контекст
МТШ‑90 пришла на смену предыдущим стандартам:
- МПТШ‑48 (1948 г.);
- МПТШ‑68 (1968 г.);
- МТШ‑27 (1927 г.).
Принята в 1989 году на Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ). Несмотря на пересмотр определения кельвина в 2019 году (теперь через постоянную Больцмана), МТШ‑90 остаётся актуальным стандартом.
Ограничения и нюансы
- Не работает ниже 0,65 К. Для нанокельвинов применяют специализированные методы (например, лазерное охлаждение атомов).
- Требует чистоты веществ. Даже микроскопические примеси искажают реперные точки.
- Не заменяет термодинамическую температуру. Это практический стандарт, а не фундаментальная физическая величина.
Где применяется сегодня
- Метрология. Калибровка всех типов термометров.
- Промышленность. Контроль процессов в металлургии, химической индустрии, пищевой отрасли.
- Наука. Эксперименты в физике низких температур, астрофизике, климатологии.
- Медицина. Точность термометрии в операционных и лабораториях.
- Космические программы. Анализ условий на других планетах (например, температура поверхности Марса).
Заключение
МТШ‑90 — невидимый, но жизненно важный фундамент современной цивилизации. Благодаря этому стандарту:
- врачи уверены в температуре инкубаторов для новорождённых;
- инженеры контролируют работу турбин на электростанциях;
- учёные исследуют экстремальные состояния материи.
Без МТШ‑90 мир столкнулся бы с хаосом измерений: от брака на производстве до ошибок в прогнозах погоды. Этот стандарт — пример того, как международное сотрудничество и точность науки делают нашу жизнь безопаснее и технологичнее.
Таблица реперных точек Международной температурной шкалы 1990 года (МТШ‑90):
| Вещество и состояние | Реперная точка | Температура, К | Температура, °C |
|---|---|---|---|
| Водород | Тройная точка | 13,8033 | −259,3467 |
| Неон | Тройная точка | 24,5561 | −248,5939 |
| Кислород | Тройная точка | 54,3584 | −218,7916 |
| Аргон | Тройная точка | 83,8058 | −189,3442 |
| Ртуть | Тройная точка | 234,3156 | −38,8344 |
| Вода (Vienna Standard Mean Ocean Water) | Тройная точка | 273,16 | 0,01 |
| Галлий | Точка плавления | 302,9146 | 29,7646 |
| Индий | Точка затвердевания | 429,7485 | 156,5985 |
| Олово | Точка затвердевания | 505,078 | 231,928 |
| Цинк | Точка затвердевания | 692,677 | 419,527 |
| Алюминий | Точка затвердевания | 933,473 | 660,323 |
| Серебро | Точка затвердевания | 1234,93 | 961,78 |
| Золото | Точка затвердевания | 1337,33 | 1064,18 |
| Медь | Точка затвердевания | 1357,77 | 1084,62 |
Тройная точка — температура, при которой вещество одновременно существует в трёх агрегатных состояниях (твёрдом, жидком и газообразном). Точка плавления (затвердевания) — температура перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое (и наоборот).
Реперные точки используются для калибровки эталонных термометров и обеспечения единообразия температурных измерений в науке и промышленности.
Загрузка...