| English | 意味 |
|---|---|
| thermometer/θɜːˈmɒmɪtə/ | 温度計 |
| thermocouple/ˈθɜːməkʌpl/ | 熱電対 |
| thermodynamic/ˌθɜːməʊdaɪˈnæmɪk/ | 熱力学 |
| kelvin/ˈkelvɪn/ | ケルビン |
| absolute zero/ˈæbsəluːt ˈzɪərəʊ/ | 絶対零度 |
| Celsius/ˈselsɪəs/ | 摂氏 |
How a thermometer 温度计 works
- A thermometer needs something that changes with temperature.
- A liquid expands, a metal's resistance rises, a gas swells.
- Read that change and you read the temperature.
温度スケールの実験
ケルビン指数 = セルシウス指数 + 2.73
摂氏温度をスライドさせると、ケルビンスケールが273シフトする。
Kinds of thermometer
- Anything that changes repeatably with temperature works:
- expansion of a liquid, resistance of a metal, e.m.f. of a thermocouple 热电偶, volume of a gas.
A thermometer measures temperature on a defined scale
温度を測定するために使用できるすべての性質を選びよ。
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温度に応じて反復的に変化する性質なら何でも機能する。ケースの固定された色はそうではない。
The absolute scale
- The thermodynamic 热力学 (absolute) scale uses the kelvin 开尔文 (K) and depends on no single substance.
- Absolute zero 绝对零度 ($0\ \text{K}$) is the lowest possible temperature — least internal energy. Nothing is colder.
絶対零度 (0 K) とは：
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0 K では、系は最も低い内部エネルギーを持ち、これ以上冷やすことはできない。
Kelvin and Celsius 摄氏度
- $T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273.15$. So $0\ °\text{C} = 273\ \text{K}$.
- A kelvin and a Celsius degree are the same size, so a change of $1\ \text{K} = 1\ °\text{C}$.
- Always use kelvin in gas-law calculations.
Extrapolating the pressure-temperature line back to zero pressure gives absolute zero, about -273 degC
$27\ °\text{C}$ をケルビンで表せ。
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$T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273 = 27 + 273 = 300\ \text{K}$.
1 K の温度上昇は 1 °C の上昇と同じである。
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2つの目盛りのスケールは同じ大きさの目盛りを持つが、ゼロ点だけが異なる（273.15 だけ）。
気体法則の計算では、温度は必ず以下で表す必要がある：
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気体法則では絶対温度（ケルビン）を使用する。摂氏度（°C）を使うと誤った答えになる。
ある温度は摂氏27度である。これをケルビンに換算すると？
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T = 27 + 273 = 300 K。ただし、温度差については両スケールで数値は同じである。したがって、摂氏27度の上昇はケルビン27度の上昇に等しい。
Why the thermodynamic scale is special
- It does not depend on the property of any particular substance — it is defined from the behaviour of an ideal gas, with absolute zero and the triple point of water as its fixed points.
- A liquid-in-glass thermometer assumes its liquid expands uniformly with temperature. That is only approximately true, so it agrees with the thermodynamic scale exactly only at the points where it was calibrated.
- That is the exam's "explain why a liquid-in-glass thermometer does not measure thermodynamic temperature".
熱力学的スケールが特別である理由は何か？すべて選択せよ。
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単位は定義的特徴ではなく結果である。水銀温度計のスケールは水銀の膨張率に依存するが、熱力学的スケールは何物にも依存しない。
Choosing a thermometer
- Platinum resistance: resistance varies linearly and repeatably with temperature over a wide range — very accurate. But it has a large thermal capacity, so it is slow and cannot follow a rapidly changing temperature.
- Thermocouple: two metal junctions give an e.m.f.; tiny, fast, wide range, measures at a point — ideal for a changing temperature.
- Liquid in glass: cheap and simple; limited range, slow, and reads only where the bulb is.
各温度計とその主要な特徴を対応させよ。
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大きな熱容量のため抵抗温度計は正確だが応答が遅く、熱電対の微小接合部は素早く応答する。絶対スケールは材料ではなく理想気体の挙動から定義される。
各温度計とそれが利用する物理量を対応させよ。
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熱電対は熱容量が小さく素早く応答するため、急激に変化する温度の測定に適している。
Worked example: finding absolute zero, then converting
A fixed volume of gas has pressure $100\ \text{kPa}$ at $0\ °\text{C}$ and $136.6\ \text{kPa}$ at $100\ °\text{C}$. Then: a gas is heated from $27\ °\text{C}$ to $742\ °\text{C}$.
- Gradient: $\dfrac{136.6 - 100}{100} = 0.366\ \dfrac{\text{kPa}}{°\text{C}}$; pressure is a straight line in temperature.
- Extrapolate to zero pressure: $\theta = -\dfrac{100}{0.366} = -273\ °\text{C}$ — absolute zero.
- Convert: $27\ °\text{C} = 300\ \text{K}$; $742\ °\text{C} = 1015\ \text{K}$.
- Temperature change: $742 - 27 = 715\ °\text{C} = 715\ \text{K}$ — a difference is the same number on both scales.
- Check: absolute zero is where the pressure of an ideal gas would fall to zero; the gas would liquefy long before, which is why the point is found by extrapolation, not by cooling.
気体を $20\ °\text{C}$ から $95\ °\text{C}$ まで加熱した。温度変化はいくらか（K単位）？
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スケール間の変換数は同じであるため、答えは $95 - 20 = 75\ °\text{C} = 75\ \text{K}$ 。この場合273を加えるのは誤りである。
Add $273$ to convert a Celsius temperature to kelvin, but a temperature difference is the same number on both scales — do not add $273$ to a $\Delta T$. A kelvin temperature can never be negative. And absolute zero is the temperature of minimum internal energy, not zero energy — "the molecules stop moving" is not an accepted answer.
絶対零度は、物質の ____ 内部エネルギーが最小となる温度である。
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ゼロエネルギーではない。あり得る最小値である。「分子の運動が止まる」という説明は正しくない。
You've got it
- a thermometer uses any property that changes repeatably with temperature; the thermodynamic scale depends on no substance
- absolute zero $= 0\ \text{K} = -273.15\ °\text{C}$, the lowest possible temperature (minimum internal energy)
- $T/\text{K} = \theta/°\text{C} + 273$; a difference is the same in K and °C; use kelvin in gas laws