1.1 Температура Цельсія - [t]; (Celsius temperature, температура Цельсия) - температура, яка визначається рівністю t = T - T0,де за визначенням T0 = 273,15 К, тобто T0 є точно на 0,01 К нижчою від термодинамічної температури потрійної точки води.
Зрозуміло, що розмірність температури Цельсія така сама, що й термодинамічної температури, але температура Цельсія має свою одиницю, яку завжди можна застосовувати нарівні з кельвіном:
dim t = , [t]= 1 оС.
Градус Цельсія (оС, оС) - похідна одиниця СІ, яка є спеціальною назвою для одиниці кельвін і використовується для вираження значень температури Цельсія.
Як одиниця температурного інтервалу градус Цельсія точно дорівнює кельвіну:
1 К = 1 оС. З огляду на це стандарти дозволяють використовувати як одиниці температурних інтервалів або різниці температур нарівні кельвін та градус Цельсія.
Для практичних вимірювань 1990 р. було запроваджено нову Міжнародну температурну шкалу (МТШ-90), яка замінила раніше використовувані Міжнародну практичну температурну шкалу (МПТШ-68) та Тимчасову температурну шкалу 1976 р. для температур від 0,5 К до 30 К. МТШ-90 базується на визначеній кількості фіксованих точок та інтерполяційних процедурах, що виконуються з допомогою визначених засобів вимірювань, і визначає температури, нижчі від 0,65 К. Величини, що відповідають термодинамічній температурі та температурі Цельсія та визначені за цією шкалою, позначаються відповідно Т90 та t90; при цьому t90 = Т90 - Т0.
Т90 має назву "Міжнародна температура Кельвіна", а t90 – "Міжнародна температура Цельсія. Одиницями Т90 та t90 є відповідно кельвін і градус Цельсія, так само, як і для температур Тта t.
Розглянемо найуживаніші позасистемні одиниці температури, які проте не допустимі до застосування.
1.2 Градус Реомюра (оR, оR): 1 оR = 5/4 оC.
Температура за шкалою Реомюра (tR) переводиться в температуру за шкалою Цельсія за формулою tR = 4/5 t.
Реперні точки шкали Реомюра: температура танення льоду (0 оR) та температура кипіння води (80 оR); розмір градуса Реомюра визначено як 1/80 частка температурного інтервалу між цими реперними точками. Звідси й отримано раніше наведені співвідношення для 1 оR та tR.
1.3 Градус Фаренгейта (оF, оF) 1 оF = 5/9 оC.
Температура за шкалою Фаренгейта (tf) переводиться в температуру за шкалою Цельсія за формулою t = 5/9(tf - 32).
Реперні точки шкали Фаренгейта: температура танення льоду (32 оF) та температура кипіння води (212 оF); розмір градуса Фаренгейта визначено як 1/100 частка температурного інтервалу між цими реперними точками. Звідси й отримано раніше наведені співвідношення для 1 оF та tf.
1.4 Градус Ренкіна (оRa ,оRa)1 оRa = 1 оF = 5/9 оC.
Температура за шкалою Ренкіна (tF) переводиться в температуру за шкалою Цельсія за формулою t = 5/9tF - 273,15.
Розмір градуса Ренкіна дорівнює розміру градуса Фаренгейта, але відлік температурної шкали Ренкіна починається з абсолютного нуля температури.
Температурні шкали Фаренгейта та Ренкіна досі застосовуються в англійськомовних країнах, зокрема у Великобританії та США, а шкала Реомюра практично вже не вживається.
2.Температурний градієнт - [gradT]; (temperature gradient, температурный градиент) - векторна фізична величина, напрям якої збігається з нормаллю до поверхні рівних температур у бік збільшення температури, а числове значення дорівнює частинній похідній за цим напрямом:
gradT = де х - напрям, вказаний у визначенні, іx- одиничний вектор осі Оx.
dim gradT = L-1, [gradT] = 1 K/м.
Кельвін на метр (K/m, К/м) - дорівнює градієнту в такому температурному полі, де збільшення температури на 1 К у напрямі її найшвидшого зростання відбувається на відстані 1м.
3.Температурний коефіцієнт відносної зміни фізичної величини - [a,b,...]; (thermal coefficient of physical magnitude’с fractional range, температурный коэффициент относительного изменения физической величины) - фізична величина, що дорівнює відношенню відносної зміни dX/X0 деякої фізичної величини до зміни температури dT, що спричинило зазначену зміну фізичної величини. a= dX/(X0dT),де X0 - вихідне (відлікове) значення величини Х, яке в кожному випадку має бути визначене окремо.
Для повного визначення будь-якого температурного коефіцієнта відносної зміни фізичної величини слід обов’язково вказати тип зазначеної зміни та умови, в яких ця зміна відбувається. Далі наведено приклади коефіцієнтів такого типу.
3.1.Температурний коефіцієнт лінійного розширення - [a1]; (linear expansion coefficient, температурный коэффициент линейного расширения):
a1= dl/(l0dT),де l - довжина тіла (X = l), l0 - початкова довжина тіла.
3.2. Температурний коефіцієнт об’ємного розширення - [av]; (cubic expansion coefficient, температурный коэффициент объемного расширения
де V - об’єм тіла чи системи (X = V); V0 - об’єм тіла чи системи при 273,15 К (процес підвищення температури відбувається ізобарно).
3.3(Відносний) коефіцієнт тиску - [ap]; (relative pressure coefficient, температурный коэффициент давления)де р - тиск системи (X = p); р0- тиск системи при 273,15 К (тиск у системі змінюється при ізохорному збільшенні температури).Розмірність та одиниця будь-якого температурного коефіцієнта дорівнюють dim a = -1, [a] = 1 K-1.Кельвін у мінус першому степені (К-1, К-1) - дорівнює температурному коефіцієнту відносної зміни фізичної величини, при якому зміна температури на 1 К від вихідної спричинить таку відносну зміну зазначеної величини, що дорівнює одиниці.
4.Теплота, кількість теплоти - [Q]; (heat; теплота, количество теплоты) - скалярна фізична величина, що характеризує передавання енергії від одного тіла до іншого або її перетворення з однієї форми на іншу, коли в цьому процесі не відбувається перенесення речовини і не виконується робота.Теплота є функцією процесу. У ізотермічному процесі з першого закону термодинаміки маємоQ = А,де А - робота, яку виконує система, коли вона ізотермічно розширюється. Отже, розмірності й одиниці теплоти та роботи збігаються:
dim Q = L2MT-2, [Q] = 1 Дж.
Джоуль (J, Дж) – дорівнює теплоті, що еквівалентна роботі 1 Дж.
Рекомендовано такі кратні та частинні одиниці теплоти: кДж, MДж, ГДж, TДж, ПДж, EДж; мДж.Оскільки теплота є однією з найуживаніших у техніці фізичних величин, для неї в різні часи вводилися різні одиниці. Серед них нині найчастіше зустрічаються такі.
4.1.Калорія (cal, кал) - історично перша практична одиниця теплоти ("калорія" - від лат. calor, що означає "тепло, жар, спека"). Уперше її ввів шведський фізик І.Вільке. Визначення калорії було пов’язано з теплоємністю води, яка залежить від температури. Тому й розмір калорії залежав від умов нагрівання, початкової температури та температурної шкали. З огляду на це було запропоновано надати чинності єдиній калорії, що дістала назву міжнародної. Уперше це було зроблено 1929 р. на 1 Міжнародній конференції з властивостей води та водяної пари (Лондон). Протягом майже сімдесяти років визначення калорії кілька разів змінювалось, тому сьогодні вживається кілька видів калорій, з яких допустимі до застосування у спеціальних галузях такі:
міжнародна калорія (calIT, калмн): 1 калмн = 4,1868 Дж;
15-градусна калорія (cal15, кал15): 1 кал15 = 4,1865 Дж;
термохімічна калорія (calth, калтх): 1 калтх = 4,1840 Дж.
У колишньому СРСР до 1957 р. під назвою калорія застосовувалась 20-градусна калорія (cal20, кал20): 1 кал20 = 4,1820 Дж, яка нині не допустима до застосування.
В англійськомовних країнах досі використовується особлива одиниця теплоти
4.2.британська теплова одиниця (Btu, Бто): 1 Бто = 1055,056 Дж,яка згідно з чинним стандартом України не допустима до застосування. (раніше застосовувалось дещо інше позначення цієї одиниці: B.T.U.).Як і у випадку з калорією, існують різні види британської теплової одиниці, а саме:
термохімічна британська теплова одиниця (Btuth, Бтотх): 1 Бтотх = 1054,36 Дж;
середня британська теплова одиниця (Btumean, Бтоср): 1 Бтоср = 1054,35 Дж.
5.Тепловий потік - [Ф]; (heat flow rate, тепловой поток) - фізична величина, що дорівнює теплоті dQ, яка переноситься через визначену поверхню за час dt:
Ф = dQ/dt. dim Ф = L2MT-3,
[Ф] = 1 Вт.Ват (W, Вт) - дорівнює тепловому потоку, еквівалентному механічній потужності 1 Вт.Рекомендованою до застосування є кратна одиниця теплового потоку кВт.
Не допустимими до застосування, але вживаними позасистемними одиницями теплового потоку є такі:
калорія на секунду (cal/s, кал/с): 1 кал/с = 4,1868 Вт;
кілокалорія на годину (kcal/h, ккал/год): 1 ккал/год = 1,163 Вт.
5.1.Поверхнева густина теплового потоку - [q, ]; (areic heat flow rate, поверхностная плотность теплового потока) - векторна фізична величина, модуль якої дорівнює першій похідній теплового потоку за площею поверхні, через яку він проходить, а напрям збігається з напрямом переміщення теплоти:
де n - одиничний вектор нормалі до поверхні в напрямі перенесення теплоти.
dim q = MT-3, [q] = 1 Вт/м2.Ват на квадратний метр (W/m2, Вт/м2) - дорівнює поверхневій густині теплового потоку 1 Вт, рівномірно розподіленого по поверхні площею 1м2.
5.2Коефіцієнт теплопровідності, теплопровідність, - [, k]; (thermal conductivity, коэффициент теплопроводности) - скалярна фізична величина, що характеризує інтенсивність процесу теплопровідності в даній речовині й дорівнює відношенню модуля густини теплового потоку, спричиненого теплопровідністю, що протікає через деяку поверхню, до модуля градієнта температури на цій поверхні.
Це визначення випливає із закону Фур’єдо якого l входить як коефіцієнт пропорційності.dim = LMT-3-1, [] = 1 Вт/(м·K).
Ватнаметр-кельвін [W/(m·K), Вт/(м·K)] дорівнює коефіцієнту теплопровідності речовини,в якій при стаціонарному режимі теплопровідності з поверхневою густиною теплового потоку 1 Вт/м2 установлюється температурний градієнт 1 К/м. Існує багато вживаних, але не допустимих до застосування позасистемних одиниць коефіцієнта теплопровідності, наприклад:
1 ерг/(с·cм·oC) = 10-5 Вт/(м·K);
1 ккал/(год·м·oC) = 1,163 Вт/(м·K);
1 кал/(с·cм· oC) = 4,187·102 Вт/(м·K).
6. Коефіцієнт теплообміну - [K, k, a]; (coefficient of heat transfer, коэффициент теплообмена) - фізична величина, що характеризує передавання теплоти між двома середовищами і дорівнює відношенню поверхневої густини q теплового потоку, що протікає межу поділу середовищ до різниці температур T між ними:K = q/T.dim K = MT-3-1, [K] = 1 Вт/(м2·K).