thiết kế và chế tạo mô hình điều khiển máy trộn, chương 7 pot

Chương 7: THANG NHIỆT ĐỘ
Các tính chất vật lý của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ của
chúng. Từ sự thay đổi nhiệt của một đặc trưng vật lý của vật
liệu cho trước người ta luôn luôn có thể xác đònh một thang
nhiệt độ cho phép đo nhiệt độ và đặc biệt là nhận biết sự
cân bằng của hai nhiệt độ.
Tuy vậy, thang nhiệt độ như thế là hoàn toàn tuỳ tiện bởi vì
nó liên quan đến một tính chất đặc biệt của một vật thể đặc
biệt: nó không cho phép gán cho một giá trò nhiệt độ một ý
nghóa vật lý riêng. Chỉ có xuất phát từ các đònh luật nhiệt động
học mới có thể xác đònh thang nhiệt độ có đặc trưng tổng quát
cho mọi trường hợp.
Các thang nhiệt độ tuyệt đối được xác đònh tương tự như nhau
và dựa trên tính chất của khí lý tưởng.
Đònh luật Carnot nêu rõ: hiệu suất
 của một động cơ nhiệt
thuận nghòch hoạt động giữa hai nguồn (với nhiệt độ

1
và 
2
tương ứng), trong một thang đo bất kỳ, chỉ phụ thuộc vào 
1
và

2
:  = F(
1
)/F(
2
).

Dạng của hàm F phụ thuộc vào thang đo nhiệt độ. Ngược lại,
việc lựa chọn hàm F sẽ quyết đònh thang đo nhiệt đo.
Đặt F() = T chúng ta sẽ xác đònh T như là nhiệt độ động học
tuyệt đối và hiệu suất của động cơ nhiệt thuận nghòch được viết
như sau:

 = 1- T
1
/ T
2

(5-1)

Trong đó T
1
và T
2
là nhiệt độ nhiệt động học của hai nguồn.
Như đã biết, chất khí lý tưởng được xác đònh bởi:
- Nội năng U chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của chất khí.
- Phương trình đặc trưng liên hệ giữa áp suất p, thể tích v và
nhiệt độ
 :
p.v = G(
)
(5-2)
Có thể chứng minh được rằng G(
) = R.T
Trong đó R là hằng số của chất khí lý tưởng. Giá trò R của một
phân tử gam của chất khí chỉ phụ thuộc vào đơn vò đo nhiệt độ.

Để có thể gán một giá trò số cho T, cần phải xác đònh đơn vò cho
nhiệt độ.
Muốn vậy chỉ gán một giá trò số cho nhiệt độ tương ứng với
một hiện tượng nào đó với điều kiện là hiện tượng này hoàn
toàn xác đònh và có tính lặp lại.
Thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối:
Thang Kelvin: đơn vò là K. Trong thang Kelvin này người ta
gán cho nhiệt độ của điểm cân bằng của ba trạng thái
nước-
nước đá-hơi
một giá trò số bằng 273,15K.
Từ thang nhiệt độ nhiệt động học tuyệt đối (thang Kelvin)
người ta đã xác đònh các thang mới là thang Celsius và thang
Fahrenheit (bằng cách dòch chuyển các giá trò nhiệt độ).
Thang Celsius:
Trong thang đo này đơn vò nhiệt độ là
o
C, một độ Celsius bằng
một độ Kelvin .Quan hệ giữa nhiệt độ Celsius và nhiệt độ
Kelvin được xác đònh bởi biểu thức :
T(0C) = T(K) –
273,15
(5-3)
Thang Fahrenheit:
Đơn vò nhiệt độ là Fahrenheit (0F)
T(0C) = {T(0F) – 32}5/
9
(5-4)
T(0F) = 9/5 T(0C) + 32

(5-5)
Trong bảng 5.1 ghi các giá trò tương ứng của một số nhiệt độ
quan trọng ở các thang đo khác nhau:
Bảng 5.1
Nhiệt Độ Kelvin(K) Celsius(C) Fahrenheit(F)
Điểm 0 tuyệt
đối
0 -273.15
-459.67
Hỗn hợp nước-
nước đá
273.15 0 32
Cân bằng
nước-nước đá-
hới
273.16 0.01 32.018
Nước sôi 372.15 100 212
5.2NHIỆT ĐỘ ĐO ĐƯC VÀ NHIỆT ĐỘ CẦN ĐO
5.2.1 Nhiệt độ đo được
Nhiệt độ đo được (nhờ một điện trở hay một cặp nhiệt) chính
bằng nhiệt độ của cảm biến và ký hiệu là Te. Nó phụ thuộc vào
nhiệt độ môi trường Tx và sự trao đổi nhiệt trong đó. Nhiệm vụ
của người làm thực nghiệm là làm thế nào để giảm hiệu số Tx-
Te xuống nhỏ nhất. Có hai biện pháp để giảm sự khác biệt giữa
Tx và Te:
-Tăng trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường đo.
-Giảm trao đổi nhiệt giữa cảm biến và môi trường bên ngoài .
5.2.2 Đo nhiệt độ trong lòng vật rắn
Thông thường cảm biến được trang bò một lớp vỏ bọc bên

ngoài. Để đo nhiệt độ của một vật rắn bằng cảm biến nhiệt độ,
từ bề mặt của vật người ta khoan một lỗ nhỏ với đường kính
bằng r và độ sâu bằng L. Lỗ này dùng để đưa cảm biến vào sâu
trong vật rắn. Để tăng độ chính xác của kết quả, phải đảm bảo
hai điều kiện:
-Chiều sâu của lỗ khoan phải bằng hoặc lớn hơn gấp mười
lần đường kính của nó (L
10r).
-Giảm trở kháng nhiệt giữa vật rắn và cảm biến bằng cách
giảm khoảng cách giữa vỏ cảm biến và thành lỗ khoan. Khoảng
trống giữa vỏ cảm biến và thành lỗ khoan phải được lấp đầy
bằng một vật liệu dẫn nhiệt tốt.