ガス温度計

ガス温度計は、密閉されたガスの圧力または体積の変化を動作原理として、広範囲の温度を測定する基準温度計です。 ^{[ 1 ]}

シャルルの法則によれば、圧力と質量が一定に保たれている場合、気体の体積はその気体の温度に正比例します。^{[ 2 ]}つまり、

${\displaystyle V\propto T\,}$

言い換えると、

${\displaystyle {\frac {V}{T}}=k\Rightarrow {\frac {V_{1}}{T_{1}}}={\frac {V_{2}}{T_{2}}}\Rightarrow {\frac {\Delta V}{V_{1}}}={\frac {\Delta T}{T_{1}}}}$

どこ${\displaystyle V}$ボリュームは、${\displaystyle T}$は熱力学的温度であり、${\displaystyle k}$はシステムの定数です。${\displaystyle k}$は全てのシステムにおいて一定の定数ではないため、既知の温度値を用いた試験によって、特定のシステムについて実験的に求める必要がある。

これは水銀温度計と同じ原理に基づいています。体積の変化を既知の標準温度（例えば水の融点）で測定できれば、未知の温度を特定することができます。

定容気体温度計は、圧力と温度の関係に基づいて動作します。すなわち、気体の体積を一定に保つと、その圧力は温度に正比例します。

${\displaystyle P\propto T}$

つまり、

$\displaystyle {\frac {P_{1}}{T_{1}}}={\frac {P_{2}}{T_{2}}}}$

定容気体温度計は、極低温技術の出現よりはるか以前に絶対零度が発見された経緯を理解する上で重要な役割を果たしている。

任意の理想気体の 3 つのサンプル(a、b、c)について、標準状態 (絶対零度よりかなり高い) 付近で作成された圧力と温度の関係を示すグラフを考えてみましょう。気体が理想気体である限り、圧力は温度に線形的に依存し、絶対零度では圧力がゼロになります。^{[ 3 ]}なお、同じ気体の 3 つの異なる量でデータを収集することも可能であり、そうすれば 18 世紀にはこの実験は容易に実行できたでしょう。

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