admin(2005-03-21 02:21:09, Hit : 14937, Vote : 1949
 온도계의 족보

온도계의 족보2005/03/15 01:08  


우리가 생활에서 쓰고 있는,아니 거의 모든 온도계는 2차 온도계에 속한다.

온도계에는 1차온도계(Primary Thermometer) 와 2차 온도계(Secondary Thermometer) 로 나눈다.


[1차 온도계]는 켈빈경의 열역학법칙에 근거한 열역학적 온도를 측정하는 온도계이다.

그러다 보니 물리실험방식으로 측정해야 하므로 측정절차가 복잡하고  계산을 통해 눈금을 도출해내야 한다.

예를 든다면, 소리의 속도를 재서 온도값을 계산하는 소리온도계가 있다.

[1차 온도계]중 기체온도계도 있다. 이 온도계는 압력과 부피를 측정값을 통해 온도눈금을 도출해 낸다.



                         PV = nr T   ....................(1)



                        P : 압력      V : 부피  

                        n : 이상기체의 량(mol 수)    r = 이상기체 상수   T = 온도[K]



쉽게 이야기 한다면, V(부피)는 용기이기 때문에 변하지 않는다. 그러면 온도에 따라 압력이 변한다. 즉, 압력을 잴 수있는  압력계를 장치한, 밀폐된 용기를 얼음가루와 물이 섞인  얼음물속에 잠겨놓으면 용기속은 0 ℃(273.15 K)가 된다. 그때의 압력을 측정한다.

그러면 (1)식에서 온도(T)가 273.15K일 때의 압력(P)을 알게 된다. 부피 V는 미리 알 수 있는 값이다.

(이때 미리 장치해논 2차 온도계의 지시한 곳에 0 ℃ 눈금을 표시한다.)


은(銀; Silver)이 녹아서 다시 굳는( 응고점 ;Freezing Point) 온도값을 알려면,

부피 V의 용기를 용해한 은의 용탕속에 잠기게 하고 굳힐 때(응고점) 잠시동안 온도변화가 없는 순간(액체와 고체상태가 평형상태인 응고점)에 압력을 잰후에 (1)식에 대입하고 바로 앞에서 실행한 273.15 K (0℃)에서 측정한 압력값으로 만든 방정식으로 온도값을 얻을 수 있다.


즉,(골치 아프지만)



  물(水)의 응고점(F.P)273.15 K(0℃) 일 때 (이미 알고 있는 온도임)

                                                  P0  V = n r T0         .............(2)



  은(銀)의 응고점(F.P) 일 때           PAg  V = n  r TAg   ..............(3)



여기서 식(2)와 식 (3)은 변하지 않는 용기의 부피 V 로 묶을 수 있다.

                      

                                                  V = n r T0 /P0     .....................(2-1)


                                                  V = n r TAg /PAg .....................(3-1)

 

                                           ∴  n r T0  / P0     =   n r TAg / PAg ......(4)



여기서 n과 r은 동일 기체이므로 생략된다.  0 ℃의 압력은 측정해서 아는 값이고 물의 응고점이 0℃도  실용온도로 이미 알고 있는 값이며, 은의 응고점(F.P)의 압력은 이미 측정해서 알고있으므로 미지수는 은의응고점 온도 TAg 만 남기때문에 계산으로 은의 응고점 온도값인 961.78℃(1224.93 k)을 구할 수 있다.

이때 [2차 온도계]의 지시값에다가 961.78 ℃의 눈금을 표시한다.

[2차 온도계]의 눈금은 이렇게 만들어 진다. 또한 온도의 눈금은 순수한 물질의 상의 변화되는 점(고정점;Fixed Point)으로 온도표준을 삼는다.

저온대역인 헬륨(He),수소(H)에서 부터 고온대역인 구리(銅 ;Cu)까지 고정점의 온도로 "1990년도 판 국제온도눈금(International Temperature Scale 1990 ;ITS90)에 정의되어 있다.

고정점은 누구나, 어느 장소에서 든지 재현성있게 실현되는 온도점이다.사용물질은 99.999%이상의 순도가 되어야 한다.  

액체에서 고체로 변할 때 액상과 고상이 평형상태로 유지되는 순간을 응고점(Freezing Point ; F.P)이라고 한다.

고체에서 액체로 변하면서 평형상태를 이루는 것을 용융점( Melting Point ; M.P) ,

액체에서 기체 액체로 변하면서 평형상태를 이루는 것을 기화점(Vapor Point ;V.P) ,

기체에서 액체액체로 변하면서 평형상태를 이루는 것을 이슬점 (Deaw Pont ; D.P)

그리고 액체,기체,고체가 공존하는 삼중점(Triple Pont ; T.P) 이 있다.



이러한 고정점은 앞에서 독자들에게 졸음을 불러올 것을 각오하며 설명했던 [1차 온도계로] , 식 (1)로 얻는다.

[2차 온도계]는 기온을 재거나 물온도를 재는 유리제 온도계, 튀김기름 온도를 재는 바이메탈온도계,에어콘,냉장고온도를 재게 하는 액충만온도계,전기식으로 열전대온도계,저항식온도계등이 있다.

이 모든 [2차 온도계]의 눈금은 자기물리량눈금이 없다. 뻐꾸기가 남의 둥지에 알을  낳듯이 남의 물리량에 온도눈금을 슬쩍 얹어 놓은 것이다.



예를 든다면,유리제 온도계의 경우, 수은주가 온도에 따라 오르고 내리는 것은 길이의 변화이다.

그 길이눈금에 온도값을  매긴 것이다.

튀김기름온도를 재는 원형의 바이메탈온도계는 바늘이 회전하는 각도이다. 열전대의 측정장치는 직류전압계이고,저항온도계는 저항계이다.



온도는 무심하게 지내면 편하고 생활에 깊숙이 있어서 친숙한데..좀 알려고 하면 이렇게 머리가 지끈거리게 된다. 수학문제처럼.








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