Escala Internacional de Temperatura de 1990 - International Temperature Scale of 1990
A Escala Internacional de Temperatura de 1990 ( ITS-90 ) é um padrão de calibração de equipamento especificado pelo Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) para fazer medições nas escalas de temperatura Kelvin e Celsius . É uma aproximação da temperatura termodinâmica que facilita a comparabilidade e compatibilidade das medições de temperatura internacionalmente. Ele define quatorze pontos de calibração variando de0,65 K a1 357 0,77 K (-272,50 ° C a1 084 0,62 ° C ) e é subdividida em vários intervalos de temperatura que se sobrepõem em alguns casos. ITS-90 é o mais recente de uma série de Escalas Internacionais de Temperatura adotadas pelo CIPM desde 1927. Adotado na Conferência Geral de Pesos e Medidas de 1989, ele substitui a Escala Prática Internacional de Temperatura de 1968 (edição corrigida de 1975) e a de 1976 "Escala provisória de temperatura de 0,5 K a 30 K". O CCT também publicou vários guias online para auxiliar na realização do ITS-90. A menor temperatura coberta pelo ITS-90 é de 0,65 K. Em 2000, a escala de temperatura foi ampliada ainda mais, para 0,9 mK, com a adoção de uma escala suplementar, conhecida como Escala Provisória de Baixa Temperatura de 2000 (PLTS-2000).
Em 2019, o Kelvin foi redefinido . No entanto, a alteração foi muito leve em comparação com as incertezas do ITS-90 e, portanto, o ITS-90 permanece a escala de temperatura prática recomendada sem quaisquer alterações significativas. Prevê-se que a redefinição, combinada com melhorias nos métodos de termometria primária, eliminará gradualmente a dependência do ITS-90 e do PLTS-2000 no futuro.
Detalhes
O ITS-90 foi projetado para representar a escala de temperatura termodinâmica (absoluta) (referenciando o zero absoluto ) o mais próximo possível em toda a sua faixa. Muitos projetos de termômetros diferentes são necessários para cobrir toda a gama. Isso inclui termômetros de pressão de vapor de hélio, termômetros de gás hélio, termômetros de resistência de platina padrão (conhecidos como SPRTs) e termômetros de radiação monocromática .
Embora as escalas de temperatura Kelvin e Celsius fossem (até 2019) definidas usando o ponto triplo da água (273,16 K ou0,01 ° C ), é impraticável usar esta definição em temperaturas muito diferentes do ponto triplo da água. Consequentemente, o ITS-90 usa vários pontos definidos, todos baseados em vários estados de equilíbrio termodinâmico de quatorze elementos químicos puros e um composto (água). A maioria dos pontos definidos são baseados em uma transição de fase ; especificamente o ponto de fusão / congelamento de um elemento químico puro. No entanto, os pontos criogênicos mais profundos são baseados exclusivamente na relação pressão de vapor / temperatura do hélio e seus isótopos, enquanto o restante de seus pontos frios (aqueles abaixo da temperatura ambiente) são baseados em pontos triplos . Exemplos de outros pontos de definição são o ponto triplo do hidrogênio de equilíbrio (13.8033 K ou-259,3467 ° C ) e o ponto de congelamento do alumínio (933,473 K ou660,323 ° C ).
Os pontos fixos de definição do ITS-90 referem-se a amostras de produtos químicos puros com composições isotópicas específicas. Como consequência disso, o ITS-90 contém várias equações para corrigir as variações de temperatura devido a impurezas e composição isotópica.
Termômetros calibrados por meio do ITS-90 usam fórmulas matemáticas complexas para interpolar entre seus pontos definidos. O ITS-90 especifica um controle rigoroso sobre as variáveis para garantir a reprodutibilidade de laboratório para laboratório. Por exemplo, o pequeno efeito que a pressão atmosférica tem sobre os vários pontos de fusão é compensado (um efeito que normalmente atinge não mais do que meio milikelvin nas diferentes altitudes e pressões barométricas que podem ser encontradas). O padrão também compensa o efeito da pressão devido ao quão profundamente a sonda de temperatura está imersa na amostra. O ITS-90 também faz uma distinção entre pontos de “congelamento” e “derretimento”. A distinção depende de calor vai para (de fusão) ou de (congelação) da amostra quando a medição é feita. Apenas o gálio é medido em seus pontos de fusão; todos os outros metais com pontos fixos definidos no ITS-90 são medidos em seus pontos de congelamento.
Um efeito prático do ITS-90 é que os pontos triplos e os pontos de congelamento / fusão de seus treze elementos químicos são precisamente conhecidos para todas as medições de temperatura calibradas pelo ITS-90, uma vez que esses treze valores são fixos por definição.
Limitações
Freqüentemente, existem pequenas diferenças entre as medições calibradas por ITS-90 e a temperatura termodinâmica . Por exemplo, medições precisas mostram que o ponto de ebulição da água VSMOW sob uma atmosfera padrão de pressão é na verdade 373,1339 K (99,9839 ° C) quando aderindo estritamente à definição de dois pontos de temperatura termodinâmica. Quando calibrado para ITS-90, onde se deve interpolar entre os pontos de definição de gálio e índio, o ponto de ebulição da água VSMOW é cerca de 10 mK menos, cerca de 99,974 ° C. A virtude do ITS-90 é que outro laboratório em outra parte do mundo medirá a mesma temperatura com facilidade devido às vantagens de um padrão de calibração internacional abrangente com muitos pontos de definição convenientemente espaçados e reproduzíveis que abrangem uma ampla faixa de temperaturas.
Embora “Escala Internacional de Temperatura de 1990” tenha a palavra “escala” em seu título, esse é um nome impróprio que pode ser enganoso. O ITS-90 não é uma escala; é um padrão de calibração de equipamento . As temperaturas medidas com equipamento calibrado por ITS-90 podem ser expressas usando qualquer escala de temperatura, como Celsius, Kelvin, Fahrenheit ou Rankine. Por exemplo, uma temperatura pode ser medida usando equipamento calibrado para o padrão ITS-90 baseado em Kelvin, e esse valor pode então ser convertido em, e expresso como, um valor na escala Fahrenheit (por exemplo, 211,953 ° F).
O ITS-90 não aborda os equipamentos e procedimentos altamente especializados usados para medir temperaturas extremamente próximas do zero absoluto. Por exemplo, para medir temperaturas na faixa de nanokelvin (bilionésimos de um kelvin), os cientistas, usando equipamento de laser de rede óptica para resfriar átomos adiabaticamente , desligam os lasers de aprisionamento e simplesmente medem o quanto os átomos se desviam com o tempo para medir sua temperatura. Um átomo de césio com uma velocidade de 7 mm / s é equivalente a uma temperatura de cerca de 700 nK (que era uma temperatura fria recorde alcançada pelo NIST em 1994).
As estimativas das diferenças entre a temperatura termodinâmica e o ITS-90 ( T - T 90 ) foram publicadas em 2010. Tornou-se aparente que o ITS-90 se desviou consideravelmente do PLTS-2000 na faixa de sobreposição de 0,65 K a 2 K. Para abordar para isso, foi adotada uma nova escala de pressão de vapor de 3 He, conhecida como PTB-2006. Para temperaturas mais altas, os valores esperados para T - T 90 estão abaixo de 0,1 mK para temperaturas de 4,2 K - 8 K, até 8 mK em temperaturas próximas a 130 K, a 0,1 mK no ponto triplo da água (273,1600 K), mas aumentando novamente a 10 mK em temperaturas próximas a 430 K, e atingindo 46 mK em temperaturas próximas a 1150 K.
Termômetros de interpolação padrão e seus intervalos
Inferior (K) | Superior (K) | Variações | Termômetro | Estratégia de calibração e interpolação |
---|---|---|---|---|
0,65 | 3,2 | 1 | Termômetro de pressão de vapor de hélio-3 | Relação pressão de vapor - temperatura fixada por uma função especificada. |
1,25 | 2,1768 | 1 | Termômetro de pressão de vapor de hélio-4 | Relação pressão de vapor - temperatura fixada por uma função especificada. |
2,1768 | 5.0 | 1 | Termômetro de pressão de vapor de hélio-4 | Relação pressão de vapor - temperatura fixada por uma função especificada. |
3 | 24.5561 | 1 | Termômetro de gás hélio | Calibrado em três pontos fixos neste intervalo e interpolado de uma forma especificada. |
13.8033 | 1234,93 | 11 | Termômetro de resistência de platina | Resistência calibrada em vários pontos fixos e interpolada de forma especificada. Onze procedimentos de calibração distintos são especificados. |
1234,93 | 3 | Termômetro de radiação | Calibrado em um ponto fixo e extrapolado de acordo com a lei de Planck . Pode ser calibrado no ponto de congelamento Ag, Au ou Cu. |
Definindo pontos
A tabela abaixo lista os pontos fixos de definição do ITS-90.
Substância e seu estado | Ponto de definição (alcance) | |||
---|---|---|---|---|
K | ° C | ° R | ° F | |
Ponto triplo de hidrogênio | 13.8033 | -259,3467 | 24,8459 | −434,8241 |
Ponto triplo de néon | 24.5561 | -248,5939 | 44.2010 | -415,4690 |
Ponto triplo de oxigênio | 54,3584 | -218,7916 | 97,8451 | -361,8249 |
Ponto triplo de argônio | 83,8058 | -189,3442 | 150.8504 | -308.8196 |
Ponto triplo de mercúrio | 234,3156 | -38.8344 | 421,7681 | -37,9019 |
Ponto triplo de água | 273,16 | 0,01 | 491,69 | 32,02 |
Ponto de fusão do gálio | 302.9146 | 29,7646 | 545,2463 | 85.5763 |
Ponto de congelamento do índio | 429,7485 | 156,5985 | 773,5473 | 313.8773 |
Ponto de congelamento de estanho | 505.078 | 231.928 | 909,140 | 449.470 |
Ponto de congelamento do zinco | 692.677 | 419.527 | 1.246.819 | 787,149 |
Ponto de congelamento do alumínio | 933.473 | 660,323 | 1.680.251 | 1.220.581 |
Ponto de congelamento de prata | 1.234,93 | 961,78 | 2.222,87 | 1.763,20 |
Ponto de congelamento de ouro | 1.337,33 | 1.064,18 | 2.407,19 | 1.947,52 |
Ponto de congelamento do cobre | 1.357,77 | 1.084,62 | 2.443,99 | 1.984,32 |
Veja também
- Temperatura termodinâmica (absoluta) - a "temperatura verdadeira" que o ITS-90 está tentando aproximar.
- Escala provisória de baixa temperatura de 2000 (PLTS-2000) - Uma nova escala de temperatura para a faixa de 0,0009 K a 1 K, com base na pressão de fusão do hélio-3 .
- Kelvin
- Ponto Triplo
- Água média do oceano padrão de Viena (VSMOW)
- Termômetro de resistência
- Termômetro de resistência de platina
- Locus de Planckian § Escala Internacional de Temperatura - como as revisões sucessivas da escala de temperatura afetaram a relação entre o espectro e a temperatura de um corpo negro
Referências
- Preston-Thomas H., Metrologia, 1990, 27 (1), 3-10 (versão corrigida).
- " Mise en pratique para a definição do Kelvin" (PDF) . Sèvres , França: Comitê Consultivo de Termometria (CCT), Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM). 2011 . Retirado em 25 de junho de 2013 .
- Consultative Committee for Thermometry (CCT) (1989). "A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90)" (PDF) . Procès-verbaux du Comité International des Poids et Mesures, 78ª reunião . Sèvres , França: Comitê Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) . Retirado em 25 de junho de 2013 .
links externos
- O recurso ITS-90 da Internet (por ISOTech Ltd)
- ITS-90 (pelo Instituto Nacional de Testes e Pesquisa da Suécia)
- Sobre sensores de temperatura (repositório de informações)
- NIST ITS-90 Thermocouple Database (pelo Departamento de Comércio dos Estados Unidos, Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia)
- Conversão entre diferentes escalas internacionais de temperatura; equações e algoritmos.
- Publicação oficial do CIPM do ITS-90 na 78ª reunião em 1989
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