物理化学实验(温度)讲解
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（二）膨胀式温度计 1.固体膨胀式温度计
这种温度计是利用两种不同膨胀系数的材料制成，分为 杆式和双金属式两大类。 2.液体膨胀式温度计
这是应用最早而且当前使用最广泛的一种温度计，它 由液体储存器、毛细管和标尺组成。
液体玻璃温度计的测温上限取决于所用液体汽化点的 温度，下限受液体凝点温度的限制．为了防止毛细管中 液注出现断续现象，并提高测温液体的沸点温度，常在 毛细管中液体上部充以一定压力的气体。
一、温度计和恒温装置
水银-玻璃温度计是最常用的液体膨胀式温度计。因 为水银具备易提纯、导热率大、比热小、膨胀系数均匀、 不易附着在玻璃壁上、不透明便于读数等性能。一般适 用 测 温 范 围 是 － 35℃~360℃( 熔 点 － 38.7℃ ， 沸 点 356.7℃)；如果采用特硬玻璃，且在水银面上充以N2或 Ar气，可以使测温范围上限扩大到600℃，甚至750℃； 若在水银内掺入8.5%的Tl，则可以使测温范围下限降到 －60℃。
外水银柱的读数；K是水银对于玻璃的相
对膨胀系数，用摄氏温标时K=0.00016，所
以有Kn<<1，则△t露茎≈Kn(t观－t环)。
一、温度计和恒温装置
◆ 延迟作用。若温度计的起始温度为t0，浸在温度为tm的体系 中，温度计读数 t 与浸入时间 τ 的关系为：
t－tm＝(t0－tm)·exp(-kτ)
一、温度计和恒温装置
（三） 热电偶温度计 将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，
当两个接点温度不同时，回路里将产生一个与温差有关 的电势——温差电势，形成电流，此现象称为热电效应。 该导体对称为热电偶。
一、温度计和恒温装置
热电偶能满足理想温度计的许多要求：感温元件质量 与热容量都很小，时间常数也很小；如果以适当的热电极 材料制成热电偶系列，则可测量4K~3000K范围内的温度， 并可达到近±0.01K的精密度；对小温度差的测量也很灵 敏(金属热电材料约为10~202μV/℃数量级，半导体热电材 料约为mV/℃数量级)。热电偶的“温度-电动势”特性也 具有良好的再现性。因此，铂10铂/铂热电偶在630.755 ~ 1064.43℃温度区内可作为标准温度计使用；热电偶能便 于与自动读数装置连接。
一、温度计和恒温装置
2.非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而
是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有 较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分 之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。
按照温度测量范围，可分为超低温、低温、中高温和超 高温等温度测量类型。
物理化学实验研究方法
第二章 仪器与技术
一、温度计和恒温装置
（一）测温方法与测温仪器的分类 按照所用方法之不同，温度测量分为接触式和非接触式
两大类。 1. 接触式测温
接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者 之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件 的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。 优点：直观可靠。 缺点：是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都 会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件 的性能和寿命会产生不利影响。
按温度计在分度时的条件不同可分为“全浸式” 和“局浸式”两种。
一、温度计和恒温装置
“局浸式”温度计是按将水银球插入待测介质，但有 部分水银柱露在待测介质外时的条件对温度计的刻度进行 校正标注的。这种温度计一般在其背面刻有校正标注刻度 时的浸入量，当使用时的室温及浸入量与校正标注刻度时 的一致时，温度计所指示的读数就是严格准确的。显然， 使用全浸式温度计是不可能达到此条件，局浸式温度计通 常也达不到此条件，此时就需要对温度计进行“露茎校 正”。校正公式为：
包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计 ▲ 电阻式温度计
包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计 ▲ 热电式温度计
包括热电偶和P-N结温度计 ▲ 其它原理的温度计 非接触式温度计可分为：辐射温度计、亮度温度计和比色温度 计，由于它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计。
一、温度计和恒温装置
Βιβλιοθήκη Baidu
一、温度计和恒温装置
（1）水银-玻璃温度计的种类和使用范围 ▲ 一般条件：由－5℃~105℃，150℃ ，250℃ ，360℃等，
每格1℃或0.5℃； ▲ 量热学用：由9~15℃，12~18℃，15~21℃ ，18~24℃，
20~30℃ 等，每格0.01℃或0.002； ▲ 测温差的贝克曼温度计：有升高和降低两种； ▲ 分段温度计：从-10~200℃分为21支，每支温度范围10℃，
k为一常数，与水银球的直径、体系物质性质及搅拌速度有关。 在一般情况下，温度计被浸在待测体系中1~6分钟之后读数就 可忽略延迟误差，但在连续记录温度读数改变的实验中要注意 到该项误差。在搅拌很好的水中，普通温度计k -1≈ 2s，贝克曼 温度计k -1≈ 9s；在静止的水中，普通温度计k -1≈ 10s，在静空 气中k -1≈ 200s。 ◆ 辐射 在透明物质中,由于附近热体的辐射所产生的误差。 ◆ 其它因素 温度计刻度、毛细管粗细不均匀等诸多因素。
超 低 温 一 般 是 指 0 ～ 10K ， 低 温 指 10 ～ 800K ， 中 温 指 800～1900K，高温指1900～2800K的温度，2800K以上被认为 是超高温。
一、温度计和恒温装置
对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触式 两大类。接触式仪器可分为: ▲ 膨胀式温度计
Δt露茎
=
1
Kn Kn
(t观
-
t环)
≈Kn(t观
-
t环)
一、温度计和恒温装置
式中△t露茎= t正确－ t观，是对观测(读数)值
的校正，则温度的正确值为:
t环
t正确= t观＋△t露茎
t环是露出待测体系之外水银柱的有效温度， 通过放置在露出待测体系水银柱一半之处 t观
0.5n
(0.5n)的温度计读出；n 是露出待测体系之 n
分格0.1℃。另外有 -40 ~ 400℃，每隔50℃ 一支，分格0.1℃； ▲ 测量冰点降用：-50~50℃，分格0.01℃。
一、温度计和恒温装置
（2）引起误差的主要因素 ◆ 球体积的改变
水银温度计内一般容纳约6000刻度量的水银，体积 的微小变化会很灵敏地反映到温度计上。在温度计受热 后水银球的体积往往会稍有改变，而玻璃的流动很慢， 冷却时体积的回缩需要几天的时间，此现象称为“滞后 现象”。 ◆ 水银柱露出待测体系
这种温度计是利用两种不同膨胀系数的材料制成，分为 杆式和双金属式两大类。 2.液体膨胀式温度计
这是应用最早而且当前使用最广泛的一种温度计，它 由液体储存器、毛细管和标尺组成。
液体玻璃温度计的测温上限取决于所用液体汽化点的 温度，下限受液体凝点温度的限制．为了防止毛细管中 液注出现断续现象，并提高测温液体的沸点温度，常在 毛细管中液体上部充以一定压力的气体。
一、温度计和恒温装置
水银-玻璃温度计是最常用的液体膨胀式温度计。因 为水银具备易提纯、导热率大、比热小、膨胀系数均匀、 不易附着在玻璃壁上、不透明便于读数等性能。一般适 用 测 温 范 围 是 － 35℃~360℃( 熔 点 － 38.7℃ ， 沸 点 356.7℃)；如果采用特硬玻璃，且在水银面上充以N2或 Ar气，可以使测温范围上限扩大到600℃，甚至750℃； 若在水银内掺入8.5%的Tl，则可以使测温范围下限降到 －60℃。
外水银柱的读数；K是水银对于玻璃的相
对膨胀系数，用摄氏温标时K=0.00016，所
以有Kn<<1，则△t露茎≈Kn(t观－t环)。
一、温度计和恒温装置
◆ 延迟作用。若温度计的起始温度为t0，浸在温度为tm的体系 中，温度计读数 t 与浸入时间 τ 的关系为：
t－tm＝(t0－tm)·exp(-kτ)
一、温度计和恒温装置
（三） 热电偶温度计 将两种不同材料的导体A和B串接成一个闭合回路，
当两个接点温度不同时，回路里将产生一个与温差有关 的电势——温差电势，形成电流，此现象称为热电效应。 该导体对称为热电偶。
一、温度计和恒温装置
热电偶能满足理想温度计的许多要求：感温元件质量 与热容量都很小，时间常数也很小；如果以适当的热电极 材料制成热电偶系列，则可测量4K~3000K范围内的温度， 并可达到近±0.01K的精密度；对小温度差的测量也很灵 敏(金属热电材料约为10~202μV/℃数量级，半导体热电材 料约为mV/℃数量级)。热电偶的“温度-电动势”特性也 具有良好的再现性。因此，铂10铂/铂热电偶在630.755 ~ 1064.43℃温度区内可作为标准温度计使用；热电偶能便 于与自动读数装置连接。
一、温度计和恒温装置
2.非接触式测温 非接触测温的特点是感温元件不与被测对象相接触，而
是通过辐射进行热交换，故可避免接触测温法的缺点，具有 较高的测温上限。此外，非接触测温法热惯性小，可达千分 之一秒，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。
按照温度测量范围，可分为超低温、低温、中高温和超 高温等温度测量类型。
物理化学实验研究方法
第二章 仪器与技术
一、温度计和恒温装置
（一）测温方法与测温仪器的分类 按照所用方法之不同，温度测量分为接触式和非接触式
两大类。 1. 接触式测温
接触式的特点是测温元件直接与被测对象相接触，两者 之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件 的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度值。 优点：直观可靠。 缺点：是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都 会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件 的性能和寿命会产生不利影响。
按温度计在分度时的条件不同可分为“全浸式” 和“局浸式”两种。
一、温度计和恒温装置
“局浸式”温度计是按将水银球插入待测介质，但有 部分水银柱露在待测介质外时的条件对温度计的刻度进行 校正标注的。这种温度计一般在其背面刻有校正标注刻度 时的浸入量，当使用时的室温及浸入量与校正标注刻度时 的一致时，温度计所指示的读数就是严格准确的。显然， 使用全浸式温度计是不可能达到此条件，局浸式温度计通 常也达不到此条件，此时就需要对温度计进行“露茎校 正”。校正公式为：
包括液体和固体膨胀式温度计、压力式温度计 ▲ 电阻式温度计
包括金属热电阻温度计和半导体热敏电阻温度计 ▲ 热电式温度计
包括热电偶和P-N结温度计 ▲ 其它原理的温度计 非接触式温度计可分为：辐射温度计、亮度温度计和比色温度 计，由于它们都是以光辐射为基础，故也统称为辐射温度计。
一、温度计和恒温装置
Βιβλιοθήκη Baidu
一、温度计和恒温装置
（1）水银-玻璃温度计的种类和使用范围 ▲ 一般条件：由－5℃~105℃，150℃ ，250℃ ，360℃等，
每格1℃或0.5℃； ▲ 量热学用：由9~15℃，12~18℃，15~21℃ ，18~24℃，
20~30℃ 等，每格0.01℃或0.002； ▲ 测温差的贝克曼温度计：有升高和降低两种； ▲ 分段温度计：从-10~200℃分为21支，每支温度范围10℃，
k为一常数，与水银球的直径、体系物质性质及搅拌速度有关。 在一般情况下，温度计被浸在待测体系中1~6分钟之后读数就 可忽略延迟误差，但在连续记录温度读数改变的实验中要注意 到该项误差。在搅拌很好的水中，普通温度计k -1≈ 2s，贝克曼 温度计k -1≈ 9s；在静止的水中，普通温度计k -1≈ 10s，在静空 气中k -1≈ 200s。 ◆ 辐射 在透明物质中,由于附近热体的辐射所产生的误差。 ◆ 其它因素 温度计刻度、毛细管粗细不均匀等诸多因素。
超 低 温 一 般 是 指 0 ～ 10K ， 低 温 指 10 ～ 800K ， 中 温 指 800～1900K，高温指1900～2800K的温度，2800K以上被认为 是超高温。
一、温度计和恒温装置
对应于两种测温方法，测温仪器亦分为接触式和非接触式 两大类。接触式仪器可分为: ▲ 膨胀式温度计
Δt露茎
=
1
Kn Kn
(t观
-
t环)
≈Kn(t观
-
t环)
一、温度计和恒温装置
式中△t露茎= t正确－ t观，是对观测(读数)值
的校正，则温度的正确值为:
t环
t正确= t观＋△t露茎
t环是露出待测体系之外水银柱的有效温度， 通过放置在露出待测体系水银柱一半之处 t观
0.5n
(0.5n)的温度计读出；n 是露出待测体系之 n
分格0.1℃。另外有 -40 ~ 400℃，每隔50℃ 一支，分格0.1℃； ▲ 测量冰点降用：-50~50℃，分格0.01℃。
一、温度计和恒温装置
（2）引起误差的主要因素 ◆ 球体积的改变
水银温度计内一般容纳约6000刻度量的水银，体积 的微小变化会很灵敏地反映到温度计上。在温度计受热 后水银球的体积往往会稍有改变，而玻璃的流动很慢， 冷却时体积的回缩需要几天的时间，此现象称为“滞后 现象”。 ◆ 水银柱露出待测体系