Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Температурные шкалы — урок. Физика, 8 класс.

Наиболее известные температурные шкалы:

1. Цельсия.

2. Фаренгейта.

3. Кельвина.

 

Наиболее широко используется шкала Цельсия. В этой шкале за 0°C принята температура таяния льда, а 100°C определяет температура кипения воды. Интервал между этими точками разделён на 100 равных частей, величина каждой части равна одному градусу Цельсия ( °C).

 

В США и некоторых других странах используется шкала Фаренгейта, в которой температура таяния льда соответствует 32°F, а температура кипения воды — 212°F. Из этого можно сделать вывод, что один градус Цельсия больше одного градуса Фаренгейта.

 

Обрати внимание!

В шкале Фаренгейта за нуль принята температура таяния смеси льда, нашатырного спирта и поваренной соли (−18°C).

 

Шкалу Кельвина, главным образом, используют учёные. В этой шкале за нулевой уровень принята наименьшая возможная в природе температура −273,15°C, которую называют абсолютным нулём. Один градус Кельвина (К) равен по величине одному градусу Цельсия, из этого можно сделать вывод, что шкала Кельвина такая же, как и шкала Цельсия, только лишь сдвинута на 273,15 градуса вверх.

Обрати внимание!

В шкале Кельвина нет температуры меньше 0.

  

В различных температурных шкалах значения температуры одного и того же процесса могут резко отличаться.

 

Обрати внимание!

Так как в различных температурных шкалах значения температуры различны, то существуют формулы, которые связывают температурные шкалы друг с другом.

  

Формулы, связывающие различные температурные шкалы

Кельвина, T

Цельсия, t°C

Фаренгейта, t°F

Кельвина, \(T\)

T=T

t°C=T−273

t°F=1,8⋅(T−273)+32

Цельсия, t°C

T=t°C+273

t°C=t°C

t°F=1,8⋅t°C+32

Фаренгейта, t°F

T=59(t°F−32)+273

t°C=59(t°F−32)

t°F=t°F

 

Пример:

Если термометр показывает 113° по шкале Фаренгейта, то температура по шкале Цельсия равна t°C=59(t°F−32)=59(113−32)=59⋅81=45°C.   

Шкалы температур

Материал данной статьи дает представление о таком важном понятии как температура. Дадим определение, рассмотрим принцип изменения температуры и схему построения температурных шкал.

Что такое температура

Определение 1

Температура – это скалярная физическая величина, описывающая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы тел.

Понятие температуры также применяют в качестве физической величины, определяющей степень нагретости тела, однако лишь такой трактовки для понимания смысла термина недостаточно. Все физические понятия находятся в связи с определенными фундаментальными законами и наделяются смыслом только в соответствии с этими законами. В данном случае термин температура связан с понятием теплового равновесия и с законом макроскопической необратимости.

Изменение температуры

Явление термодинамического равновесия тел, составляющих систему, говорит о наличии одинаковой температуры этих тел.

Произвести замер температуры можно лишь косвенно, взяв за основу зависимость от температуры таких физических свойств тел, которые можно измерить непосредственно.

Определение 2

Вещества или тела, применяемые для получения значения температуры, называют термометрическими.

Допустим, два теплоизолированных тела приведены в тепловой контакт. Одно тело передаст другому поток энергии: запустится процесс теплопередачи. При этом тело, отдающее тепло, обладает соответственно большей температурой, чем тело, «принимающее» поток тепла. Очевидно, что через некоторое время процесс теплопередачи остановится и наступит тепловое равновесие: предполагается, что температуры тел выравниваются относительно друга, их значения будут находиться где-то в интервале между исходными значениями температур. Таким образом, температура служит некоторой меткой теплового равновесия. Получается, что любая величина t, удовлетворяющая требованиям:

  1. t1>t2, когда происходит теплопередача от первого тела ко второму;
  2. t1’=t2’=t, t1>t>t2, при установлении теплового равновесия может приниматься за температуру.

Также отметим, что тепловое равновесие тел подчинено закону транзитивности.

Определение 3

Закон транзитивности: когда два тела находятся в равновесии с третьим, то и между собой они пребывают в тепловом равновесии.

Важной чертой указанного определения температуры является его неоднозначность. Выбрав по-разному величины, отвечающие установленным требованиям (что отразится на способах измерения температуры), возможно получить несовпадающие шкалы температур.

Определение 4

Температурная шкала – это способ деления на части интервала температуры.

Разберем пример.

Пример 1

Общеизвестным устройством для измерения температуры является термометр. Для рассмотрения возьмем термометры различного устройства. Первый представлен ртутным столбиком в капилляре термометра, и значение температуры здесь определяется длиной этого столбика, отвечающей условиям 1 и 2, указанным выше.

И еще один способ измерить температуру: используя термопару – электрическую цепь с гальванометром и двумя спаями разнородных металлов (рисунок 1).

Рисунок 1

Один спай находится в среде с фиксированной температурой (в нашем примере это тающий лед), другой – в среде, температуру которой необходимо определить. Здесь признаком температуры является ЭДС термопары.

Указанные способы измерения температуры не дадут одинаковых результатов. И для перехода одной температуры к другой следует построить градуировочную кривую, которая установит зависимость ЭДС термопары от длины ртутного столбика. В этом случае равномерная шкала ртутного термометра преобразуется в неравномерную шкалу термопары (или наоборот). Равномерные шкалы измерения температур ртутного термометра и термопары создают две абсолютно различные температурные шкалы, на которых тело в одном и том же состоянии будет иметь различные температуры. Также возможно рассмотреть одинаковые по устройству термометры, но имеющие разные “термические тела” (к примеру, ртуть и спирт): мы не будем наблюдать совпадения температурных шкал и в этом случае. График зависимости длины ртутного столбика от длины спиртового столбика не будет линейным.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что понятие температуры, базирующееся на законах теплового равновесия, неоднозначно. Подобная температура является эмпирической, зависит от способа измерения. За «нуль» шкалы эмпирической температуры принимается произвольная точка. Согласно определению эмпирической температуры, физический смысл несет лишь разность температур или ее изменение. Любая эмпирическая температурная шкала приводится в вид термодинамической температурной шкалы при использовании поправок, которые учтут характер связи термометрического свойства с термодинамической температурой.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Температурные шкалы

Для того, чтобы построить температурную шкалу для измерения, двум числовым значениям температуры присваивают две фиксированные реперные точки. После этого разность числовых значений, присвоенных реперным точкам, делится на выбранное произвольным образом необходимое количество частей, получая в результате единицу измерения температуры.

За исходные значения, используемые в качестве начала отсчета и единицы измерения, принимают температуры перехода химически чистых веществ из одного агрегатного состояния в другое, к примеру, температуру плавления льда t0 и кипения воды tk при нормальном атмосферном давлении (Па≈105 Па). Величины t0 и tk имеют разные значения в различных видах шкал измерения температуры:

  • Согласно шкале Цельсия (стоградусная шкала): температура кипения воды tk=100 °C, температура плавления льда t0 =0 °С. В шкале Цельсия температура тройной точки воды равна 0,01 °С при давлении 0,06 атм.
Определение 5

Тройная точка воды – такие температура и давление, при которых могут существовать в равновесии одновременно все три агрегатных состояния воды: жидкое, твердое (лед) и пар.

  • Согласно шкале Фаренгейта: температура кипения воды tk=212 °F; температура плавления льда t0 =32 °С.

Разница температур, выраженных в градусах по шкале Цельсия и шкале Фаренгейта, нивелируется согласно следующему выражению:

t °C100=t °F-32180 или t °F=1,8 °C+32.

Ноль на этой шкале определен как температура замерзания смеси воды, нашатыря и соли, взятых в пропорции 1:1:1.

  • Согласно шкале Кельвина: температура кипения воды tk=373 К; температура плавления льда t0=273 К. Здесь температура отсчитывается от абсолютного нуля (t=273,15 °С) и ее называют термодинамической или абсолютной температурой. Т=0 К – такому значению температурысоответствует абсолютное отсутствие тепловых колебаний.

Значения температур по шкале Цельсия и по шкале Кельвина связаны между собой согласно следующему выражению:

T (K)=t °C+273,15 °C.

  • Согласно шкале Реомюра: температура кипения воды tk=80 °R; температура плавления льда t0=0 °R. В термометре Реомюра использовался спирт; на данный момент шкала почти не используется.

Температуры, выраженные в градусах Цельсия и градусах по Реомюру, связаны так:

1 °C=0,8 °R.

  • Согласно шкале Ранкина: температура кипения воды tk=671, 67 °Ra; температура плавления льда t0 =491,67 °Ra. Начало шкалы соответствует абсолютному нулю. Количество градусов между реперными точками замерзания и кипения воды в шкале Ранкина идентично шкале Фаренгейта и равно 180.

Температуры по Кельвину и Ранкину связаны выражением:

°Ra=°F+459,67.

Градусы по Фаренгейту возможно перевести в градусы по Ранкину согласно формуле:

°Ra=°F+459,67.

Наиболее применима в быту и технических устройствах шкала Цельсия (единица шкалы – градус Цельсия, обозначаемый как °C).

В физике же используют термодинамическую температуру, которая не просто удобна, но и несет глубокую физическую смысловую нагрузку, поскольку определена как средняя кинетическая энергия молекулы. Единица термодинамической температуры – градус Кельвина (до 1968 г.) или сейчас просто Кельвин (К), являющийся одной из основных единиц в СИ. Температура T=0 К называется абсолютным нулем температуры, как уже упоминалось выше.

Вообще современная термометрия опирается на шкалу идеального газа: за термометрическую величину принимают давление. Шкала газового термометра абсолютна (T=0, p=0). При решении практических задач чаще всего приходится применять именно эту шкалу температур.

Пример 2

Принято, что комфортная для человека температура в помещении находится в интервале от +18 °С до +22 °С. Необходимо рассчитать границы интервала температуры комфорта согласно термодинамической шкале.

Решение

Возьмем за основу соотношение T (K)=t °C+273,15 °C.

Произведем расчет нижней и верхней границ температуры комфорта по термодинамической шкале:

T=18+273≈291 (K);T=22+273≈295 (K).

Ответ: границы интервала температуры комфорта по термодинамической шкале находятся в интервале от 291 К до 295 К.

Пример 3

Необходимо определить, при какой температуре показания термометров по шкале Цельсия и по шкале Фаренгейта будут одинаковы.

Решение

Рисунок 2

Возьмем за основу соотношение t°F=1,8t °C+32.

По условию задачи температур равны, тогда возможно составить следующее выражение:

x=1,8x+32.

Определим из полученной записи переменную x:

x=-320,8=-40 °C.

Ответ: при температуре -40 °С (или -40 °F) показания термометров по шкалам Цельсия и Фаренгейта будут одинаковы.

Температурная шкала – это… Что такое Температурная шкала?

Температурная шкала

        Сейчас для измерения температуры воздуха, воды, тела и т.п. мы пользуемся шкалой ЦЕЛЬСИЯ, в которой один градус равняется 1/100 разности температур кипения воды и таяния льда. Существует еще и шкала РЕОМЮРА, в которой градус равен 1/80 той же разности. В XIX и в начале XX века в России действовали обе шкалы, условно обозначаемые С или R. В литературе того времени шкалы часто не указываются, мы склонны воспринимать градусы по Цельсию, но это неверно: следует учитывать, что в дореволюционной России преобладала шкала Реомюра. Разница несущественна, но все же рекомендуем читателю для точности понимания каждый раз делить указанное число градуса на 0,8 – температура покажется нам холоднее (если ниже нуля), или теплее (если выше). Так, 24 градуса холода по Реомюру окажутся 30 градусами по Цельсию, и мы искренне посочувствуем героям. Ноль градусов в обеих шкалах совпадает.
        В стихотворении Некрасова «О погоде» есть строки:
        Двадцать градусов, ветер притом,
        Бескаретные ходят пешком.
        По шкале Цельсия это 25 градусов – погода не для прогулок.

Что непонятно у классиков, или Энциклопедия русского быта XIX века. Ю. А. Федосюк. 1989.

  • Меры объема жидкости
  • От полушки до катеринки

Смотреть что такое “Температурная шкала” в других словарях:

  • ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА — ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА, градуированная шкала для измерения температуры. Для создания какой либо температурной шкалы требуется выбрать термометрический параметр, который изменяется линейно с температурой (например, объем газа при постоянном давлении… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ТЕМПЕРАТУРНАЯ ШКАЛА — ряд числовых точек на шкале термометра, распределённых внутри температурного интервала, ограниченного двумя точками постоянной температуры, принимаемыми за основные главные опорные точки (обычно для одинаковых физ. состояний, напр. температуры… …   Большая политехническая энциклопедия

  • температурная шкала — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN temperature scale …   Справочник технического переводчика

  • температурная шкала — temperatūros skalė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Verčių, nurodančių atitinkamų temperatūros matavimo vienetų seką, visuma. atitikmenys: angl. temperature scale vok. Temperaturskala, f rus. температурная шкала, f pranc. échelle de… …   Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

  • температурная шкала — шкала температур …   Cловарь химических синонимов I

  • температурная шкала Кельвина — Термодинамическая шкала температуры (ТК), в которой 0°K=–273.16°C (1K=1°C). Syn.: абсолютная температурная шкала; шкала Келвина …   Словарь по географии

  • температурная шкала Фаренгейта — Температурная шкала с точкой замерзания воды 32°F и точкой кипения 212°F [перевод в температурную шкалу Цельсия (С) делается по формуле: C=(F 32)5/9] …   Словарь по географии

  • температурная шкала Цельсия — Температурная шкала (t°С), предложенная шведским астрономом А. Цельсиусом, которая делит интервал между точкой замерзания и точкой кипения воды на 100 частей, так что точка замерзания воды при стандартном атмосферном давлении равна 0°С, а… …   Словарь по географии

  • температурная шкала Реомюра — термометр Реомюра — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность Синонимы термометр Реомюра EN Reaumur scale …   Справочник технического переводчика

  • температурная шкала Рэнкина — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN Rankine scale …   Справочник технического переводчика


Онлайн калькулятор: Температурные шкалы

Пришла пора расширить калькулятор Перевод градусов Цельсия в градусы Фаренгейта и сделать мега-калькулятор, который переводит температуру между семью различными шкалами.

Опишем их, для того чтобы развеять мрак невежества.

Шкала Цельсия (Цельсий, Celsius, °C)
Используется в быту, но не везде (вспомним Фаренгейта). 0° — точка замерзания воды, 100° — точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Придумана Андерсом Цельсием аж в 1742 году.

Шкала Фаренгейта (Фаренгейт, Fahrenheit, °F)
Используется в быту, но не везде, а в основном в Англии и США. Определение ее такое (из Википедии) — это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при нормальном атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Придумал Габриэль Фаренгейт в 1724 году.

Формула перевода в градусы Цельсия

Шкала Кельвина (Кельвин, Kelvin, K)
В быту как-то не очень. Родилась от желания получить шкалу с абсолютным нулем (отсутствием термодинамической энергии).
Названа в честь Уильяма Томсона. Казалось бы — причем здесь Кельвин. А вот Уильям Томсон был Lord Kelvin, вот так вот.
Определил он абсолютный ноль теоретическим путем и было это -273°C. Ну а за один градус был принят градус Цельсия, что сделало перевод между этими двумя шкалами тривиальным. Случилось это в 1848 году.

А в 1954 году на десятой главной конференции мер и весов (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) решили, что фиксированной точкой шкалы Кельвина будет тройная точка воды, и температура ее будет 273.16K.

Кстати, K пишется без значка градуса с 1968 года после 13 главной конференции, и градус после этой конференции стал 1/273.16 температуры тройной точки воды (ну как бы все равно тот же один градус как у Цельсия получился, только теперь научно).

Шкала Ранкина (Ранкин, Rankine, °Ra)
Абсолютная температурная шкала, тоже самое, что и шкала Кельвина для Цельсия, только для Фаренгейта. То есть размер одного градуса Ранкина совпадает с размером одного градуса Фаренгейта. Была предложена в 1859 году Уильямом Ранкином. Ноль градусов Ранкина это -459. 67°F и 0K (ноль градусов Кельвина). Мало что градуируют в абсолютной температурной шкале, и все больше в Кельвинах, конечно. Так англичане (Кельвин) победили шотландцев (Ранкин).

Шкала Делиля (Делиль, Delisle, °De)
Уже давно не используется, но была когда-то. Придумал в 1732 году Жозеф Николя Делиль. Ноль — температура кипения воды, а один градус это минус две трети градуса Цельсия (потому что температура замерзания воды по этой шкале 150°De)
Отсчет положительных значений идет в противоположном направлении таковому у Цельсия
Вообще, это не очень удивительно — у Цельсия все тоже было сначала наоборот, но производители термометров развернули. А до Делиля руки не добрались — быстро как-то эта шкала зачахла.

Формула перевода в градусы Цельсия

Шкала Реомюра (Реомюр, Réaumur, °Ré, °Re)
Предложил Рене Антуан Реомюр в 1730 году. Собственно точка замерзания воды — 0°Re, точка кипения воды 80°Re.
Почему 80 — потому что 80 можно было делить пополам 4 раза, и все время получать целое число. Очень было модно у французов.

Формула перевода в градусы Цельсия

Шкала Рёмера (Рёмер, Rømer, °Rø)
Предложена датчанином Оле Кристенсеном Рёмером в 1701 году. Ноль градусов по этой шкале — температура замерзания рассола. Ох уж эти датчане. Потом правда Оле одумался и назначил 7.5°Rø температуре замерзания воды. Ну а температура кипения воды — 60°Rø.

Отсюда формула

Почему же все эти забавные шкалы (ну, кроме верхних трех, с натяжкой, четырех) отвалились? Потому что французы, когда изобретали метрическую систему, решили что десятки — это то, что нам надо, и приняли судьбоносное решение использовать шкалу Цельсия. Так метрическая система, в лице Цельсия, заборола всех остальных. Ну а Англия, как обычно, решила пойти своим путем (см. Соответствие размеров обуви).

Как пользоваться калькулятором — вводим температуру, которую надо перевести, например, 100 градусов. Далее, если это перевод из Цельсия в Фаренгейты, например, ищем в таблице пересечение строки «Цельсий» со столбцом «Фаренгейт». На пересечении — искомый результат.

Температурные шкалы
Точность вычисления

Знаков после запятой: 2

Файл очень большой, при загрузке и создании может наблюдаться торможение браузера.

Загрузить close

content_copy Ссылка save Сохранить extension Виджет

Энергетическое образование

1. Температура

Температура — физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

Из того, что температура — это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (то есть в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия. В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F — 32), t °F = 9/5 t °С + 32. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.

Шкала Цельсия

В технике, медицине, метеорологии и в быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за -273,15° C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку связана с замерзанием атмосферной воды. Шкала предложена Андерсом Цельсием в 1742 г.

Шкала температур Кельвина

Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой. Единица абсолютной температуры — кельвин (К). Абсолютная шкала температуры называется так, потому что мера основного состояния нижнего предела температуры — абсолютный ноль, то есть наиболее низкая возможная температура, при которой в принципе невозможно извлечь из вещества тепловую энергию. Абсолютный ноль определён как 0 K, что равно -273.15 °C.

Сравнение температурных шкал

Температурная шкала Кельвин Цельсий Фаренгейт
Абсолютный ноль 0 -273. 15 -459.67
Температура таяния смеси Фаренгейта (соль и лёд в равных количествах) 255.37 -17.78 0
Температура замерзания воды (Нормальные условия) 273.15 0 32
Средняя температура человеческого тела 310.0 36.6 98.2
Температура кипения воды (Нормальные условия) 373.15 100 212

Опыты для изучения температуры

Официальный сайт университета имени А.И. Герцена

 ВЕРНУТЬСЯ

ШКАЛА ЦЕЛЬСИЯ

 

 

 

 

Андерс Цельсий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


    

 

Гра́дус Це́льсия (обозначение:°C) — широко распространённая единица измерения температуры, применяется в Международной системе единиц (СИ) наряду с кельвином.

Градус Цельсия назван в честь шведского учёного Андерса Цельсия, предложившего в 1742 году новую шкалу для измерения температуры. Согласно современному определению, градус Цельсия равен одному кельвину  K, а ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге, шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15:

 

tC = tK — 273,15

В 1665 году голландский физик Христиан Гюйгенс вместе с английским физиком Робертом Гуком впервые предложили использовать в качестве отсчетных точек температурной шкалы точки таяния льда и кипения воды.

В 1742 шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий (1701—1744) на основе этой идеи разработал новую температурную шкалу. Первоначально в ней 0 (нулём) была точка кипения воды, а -100° − температура замерзания воды (точка плавления льда). Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер использовали эту шкалу в перевёрнутом виде (за 0° стали принимать температуру таяния льда, а за 100  — кипения воды). В таком виде шкала и используется до нашего времени.

 

 

 

 

                                                                       

 

Кельвин

Градус Цельсия

Градус Фаренгейта

Абсолютный ноль

0 K

−273. 15 °C

−459.67 °F

Температура кипения  жидкого азота

77.4 K

−195.8 °C[4]

−320.3 °F

Сублимация (переход  из твёрдого состояния в газообразное) сухого льда

195.1 K

−78 °C

−108.4 °F

Точка пересечения  шкал Цельсия и Фаренгейта

233.15 K

−40 °C

−40 °F

Температура плавления  льда

273.1499 K

−0.0001 °C

31.99982 °F

Тройная точка воды

273.16 K

0.01 °C

32.018 °F

Нормальная  температура человеческого тела[6]

310 K

36. 6 °C

98.6 °F

Температура кипения  воды при давлении в 1 атмосферу (101.325 кПа)

373.1339 K

99.9839 °C

211.971 °F

 

 

 

Реомюр и другие единицы измерения температуры.

Здравствуйте уважаемые.
С ранней юности смотря голливудские фильмы, я никак не мог привыкнуть к тому, что они по-иному измеряют температуру. Опять-таки, читая Рей Брэдбери вспоминаешь Фаренгейты. Но став чуть старше я узнал, что все еще сложнее и единиц измерения не 3, а целых 12.
Давайте разберемся с ними. Возможно,вам будет интересно.
Итак…
Самая распространенная единица температуры – это Градус Цельсия (обозначение: °C).Именно она применяется в Международной системе единиц (СИ) наряду с кельвином. Используется всеми странами, кроме США, Багамских Островов, Белиза, Каймановых Островов и Либерии.
Градус Цельсия назван в честь шведского учёного Андерса Цельсия, предложившего в 1742 году новую шкалу для измерения температуры.

Шкала Цельсия линейна в интервале от 0 до 100 °C и также линейно продолжается в области ниже 0 °C и выше 100 °C.
Первоначальное определение градуса Цельсия зависело от определения стандартного атмосферного давления, потому что и температура кипения воды (100), и температура таяния льда (0) зависят от этого параметра. Это не очень удобно для стандартизации единицы.
Согласно современному определению, один градус Цельсия равен одному кельвину (K), а ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C.

Раз мы с вами заговорили о Кельвине (русское обозначение: К; международное: K), или градусе Кельвина, как эта единица называлась до начала 70-х годов 20 века, то надо обозначить, что это единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Предложена в 1848 году. Определяется через значение постоянной Больцмана: 1,380649 × 10-23 Дж / К. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём.

Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин, протекающей через территорию университета Глазго.

Шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 единиц.

Распространенный в США и еще нескольких государствах Градус Фаренгейта (обозначение: °F) назван в честь немецкого учёного Габриеля Фаренгейта, предложившего в 1724 году шкалу для измерения температуры.

На шкале Фаренгейта температура таяния льда равна +32 °F, а температура кипения воды +212 °F (при нормальном атмосферном давлении). При этом один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур. Диапазон 0…+100 °F по шкале Фаренгейта примерно соответствует диапазону -17,8…+37,8 °C по шкале Цельсия. То есть нормальная температура человеческого тела по шкале Цельсия равна +36,6 °C, а по шкале Фаренгейта — +97,9 °F. Шкалы Цельсия и Фаренгейта пересекаются в точке -40 единиц, где указывают на одинаковую температуру. Абсолютному нулю на шкале Фаренгейта соответствует значение -459,67 °F

Близка к градусу Фаренгейта была такая единица, как Градус Рёмера (°Rø).
Эта температурная шкала была создана в 1701 году датским астрономом Оле Кристенсеном Рёмером и по сути стала прообразом шкалы Фаренгейта, который посещал Рёмера в 1708 году. Она 60 градусная.

За нуль градусов берётся температура замерзания солёной воды. Вторая точка — температура человеческого тела (30 градусов по измерениям Рёмера, то есть 42 °C). Тогда температура замерзания пресной воды получается как 7,5 градусов (1/8 шкалы), а температура кипения воды — 60 градусов. Ныне не используется.

Но и это далеко не последняя система. Градус Реомюра (обозначение: °R) — единица измерения температуры, в которой температуры замерзания и кипения воды приняты за 0 и 80 градусов. Хотя практически вышла из употребления. Предложена в 1730 году французским естествоиспытателем, натуралистом, энтомологом, физиком и математиком Р. А. Реомюром на основе…спирта 🙂

По ожиданиям Реомюра спирт расширяется приблизительно на 8 % (на 8,4 % по расчёту: коэффициент расширения спирта 0,00108 К−1) при нагреве от температуры таяния льда до температуры кипения (≈78 градусов Цельсия). Поэтому эту температуру Реомюр установил как 80 градусов на своей шкале, на которой одному градусу соответствовало расширение спирта на 1 тысячную, а ноль шкалы был выбран как температура замерзания воды. Однако из-за того, что в качестве жидкости в те времена использовался не только спирт, но и различные его водные растворы, то многими изготовителями и пользователями термометров ошибочно считалось, что 80 градусов Реомюра — это температура кипения воды. Из равенства 100 градусов Цельсия = 80 градусов Реомюра получается 1 °C = 0,8 °R (соответственно 1 °R = 1,25 °C). Хотя на самом деле на оригинальной шкале Реомюра должно быть 1 °R = 0,925 °C. В 1772 году во Франции в качестве стандартной была принята температура кипения воды, равная 110 градусам Реомюра.

У нас в России в свое время был широко распространен Градус Делиля (обозначение: °Д или °D). Эта шкала была изобретена французским астрономом Жозефом Николя Делилем,который работал в России и схожа с температурной шкалой Реомюра. Использовалась в России вплоть до XVIII века.
В 1732 году Делиль в Санкт-Петербурге создал термометр, использующий ртуть в качестве рабочей жидкости. В качестве нуля была выбрана температура кипения воды. За один градус было принято такое изменение температуры, которое приводило к уменьшению объёма ртути на одну стотысячную.

Таким образом, температура таяния льда составила 2400 градусов. Однако позже столь дробная шкала показалась избыточной, и уже зимой 1738 года коллега Делиля по петербургской академии, медик Иосия Вейтбрехт, уменьшил число ступеней от температуры кипения до температуры замерзания воды до 150 (у некоторых термометров 120) градусов.
Именно этой шкалой пользовались многие российские академики, в том числе Михаил Ломоносов, который, однако «перевернул» её, расположив ноль в точке замерзания, а 150 градусов — в точке кипения воды.

Первой температурной шкалой с фиксированым нулем был Градус Гука (°H).
Прообразом для созданной великим Робертом Гуком шкалы стал попавший к нему в 1661 термометр из Флоренции. В изданной через год «Микрографии» Гука встречается описание разработанной им шкалы. Гук определил один градус как изменение объёма спирта на 1/500, т. е. один градус Гука равен примерно 2,4 °C.

В 1663 году члены Королевского общества согласились использовать термометр Гука в качестве стандартного и сравнивать с ним показания других термометров. Голландский физик Христиан Гюйгенс в 1665 г. вместе с Гуком предложил использовать температуры таяния льда и кипения воды для создания шкалы температур. Это была первая шкала с фиксированным нулём и отрицательными значениями.
Первые внятные метеорологические рекорды были записаны с использованием шкалы Гука–Гюйгенса. Так наибольшую летнюю жару Гук описал как 13 градусов (31 °C), наибольший холод зимой как −7 градусов (−17 °C)

Не отставил и другой великий англичанин. Была и такая шкала как Градус Ньютона (обозначение: °N)

Температурная шкала Ньютона была разработана Исааком Ньютоном в 1701 году для проведения теплофизических исследований и стала, вероятно, прообразом шкалы Цельсия.
В качестве термометрической жидкости Ньютон использовал льняное масло. За ноль градусов Ньютон взял температуру замерзания пресной воды, а температуру человеческого тела он обозначил как 12 градусов. Таким образом, температура кипения воды стала равна 33 градусам.

Еще одна историческая единица температуры – это Градус Дальтона (обозначение: °Dа) Он не имеет определённого значения, поскольку шкала Дальтона — логарифмическая.
Шкала Дальтона была разработана Джоном Дальтоном для проведения измерений при высоких температурах, поскольку обычные термометры с равномерной шкалой давали ошибку из-за неравномерного расширения термометрической жидкости.

Нуль шкалы Дальтона соответствует нулю Цельсия. Отличительной чертой шкалы Дальтона является то, что в ней абсолютный нуль равен −∞ °Da, то есть он является недостижимой величиной

Лейденский градус (обозначение °L или ÐL) — историческая единица температуры, использовавшаяся в начале XX века для измерения криогенных температур ниже −183 °C.

Эта шкала происходит из Лейдена, где с 1897 года находилась лаборатория Камерлинг-Оннеса. В 1957 году Х. ван Дийк и М. Дюро ввели эту шкалу. За ноль градусов бралась температура кипения стандартного жидкого водорода (−253 °C), состоящего на 75 % из ортоводорода и на 25 % из параводорода. Вторая реперная точка — температура кипения жидкого кислорода (−193 °C).

Еще есть Шкала Ранкина (измеряется в градусах Ранкина — °Ra) — абсолютная температурная шкала, названа по имени шотландского физика Уильяма Ранкина. Используется в англоязычных странах для инженерных термодинамических расчётов.

Шкала Ранкина начинается при температуре абсолютного нуля, точка замерзания воды соответствует 491,67 °Ra, точка кипения воды 671,67 °Ra. Число градусов между точками замерзания и кипения воды по шкале Фаренгейта и Ранкина одинаково и равно 180.
Соотношение между кельвином и градусом Ранкина: 1 K = 1,8 °Ra, градусы Фаренгейта переводятся в градусы Ранкина по формуле °Ra = °F + 459,67.

Ну и наконец, Планковская температура — единица температуры в планковской системе единиц; названа в честь немецкого учёного-физика Макса Планка.
В планковской системе в качестве основных единиц выбраны следующие фундаментальные физические постоянные: скорость света, гравитационная постоянная, постоянная Дирака (постоянная Планка, делённая на 2π) и постоянная Больцмана.

Планковская температура — одна из планковских единиц, представляющих собой фундаментальный предел в квантовой механике. Современная физическая теория не способна описать что-либо с более высокой температурой из-за отсутствия в ней разработанной квантовой теории гравитации. Выше планковской температуры энергия частиц становится настолько большой, что гравитационные силы между ними становятся сравнимы с остальными фундаментальными взаимодействиями. В соответствии с текущими представлениями космологии, это температура Вселенной в первый момент (планковское время) Большого взрыва.

Вот такие вот дела. Надеюсь Вам было интересно 🙂
Приятного времени суток.

Четыре типа температурных весов

Вам нужно знать, следует ли надевать пальто перед выходом на улицу? Хотите проверить, можно ли ставить печенье в духовку? Температурные шкалы позволяют количественно оценить и измерить, насколько горячий или холодный материал. Во всем мире используются четыре основных температурных шкалы: градусы Фаренгейта и Цельсия часто используются в повседневных измерениях по всему дому, а шкалы Кельвина и Ренкина на основе абсолютного нуля чаще используются в промышленности и науке.

шкала Фаренгейта

••• seewhatmitchsee / iStock / Getty Images

Температурная шкала Фаренгейта является распространенной формой измерения температуры, используемой в Соединенных Штатах и ​​некоторых частях Карибского бассейна. Он был создан немецким ученым Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом в начале 18 века и адаптировал свои стандарты измерений на основе предыдущей шкалы, созданной Оле Ремером.

Вода замерзает при 32 градусах по Фаренгейту и закипает при 212 градусах по Фаренгейту.Температурная шкала Фаренгейта включает отрицательные температуры, ниже 0 градусов F. Самая низкая возможная температура, абсолютный ноль, составляет -459,67 градусов F.

Шкала Цельсия

••• Anrodphoto / iStock / Getty Images

За пределами США, большинство мира использует шкалу Цельсия для измерения температуры. Две версии шкалы Цельсия были созданы в начале 18 века – одна шведским ученым Андерсом Цельсием, а другая французом Жаном Пьером Кристеном.Шкалу Цельсия иногда называют шкалой по шкале Цельсия , потому что она основана на 100-градусном разделении между точками замерзания и кипения воды: вода замерзает при 0 градусах Цельсия и закипает при 100 градусах С. Из-за того, как кипит вода. и расположены точки замерзания, каждый градус Фаренгейта в 1,8 раза больше градуса Цельсия. Как и Фаренгейт, Цельсий включает отрицательные температуры. Абсолютный ноль падает при -273,15 ° C.

Шкала Кельвина

••• lianxun zhang / iStock / Getty Images

Шкала Кельвина была адаптирована из шкалы Цельсия в 19 веке британским ученым Уильямом Томпсоном, позже Лорд Кельвин.Кельвин был разработан для того, чтобы установить нулевую точку температурной шкалы на абсолютный ноль. Из-за этого абсолютный ноль находится при 0 K – Кельвин не использует градусы в своих обозначениях. Вы можете преобразовать из Цельсия в Кельвин, добавив 273,15 к температуре Цельсия. Вода замерзает при 273,15 К и закипает при 373,15 К. Из-за своей прямой связи с абсолютным нулем температура Кельвина широко используется в научных уравнениях и расчетах. Например, закон идеального газа, используемый для демонстрации взаимосвязи между массой, давлением, температурой и объемом, использует Кельвин в качестве стандартной единицы.

Шкала Ренкина

••• Шон Гэллап / Getty Images News / Getty Images

Несмотря на то, что она не получила широкого распространения, за исключением некоторых инженерных областей США, шкала Ранкина обеспечивает абсолютный отсчет от нуля шкалы Фаренгейта. По сути, для шкалы Фаренгейта это то же самое, что Кельвин для Цельсия. Шкала была создана шотландским ученым Уильямом Джоном Рэнкином в 19 веке, вскоре после создания шкалы Кельвина. Температуру можно преобразовать из Фаренгейта в Рэнкин, добавив 459.67. Таким образом, абсолютный ноль находится на 0 градусах Ренкина. Вода замерзает при 491,67 ° R и закипает при 671,67 ° R.

Температурные шкалы

Температурные шкалы Сегодня используются три шкалы температуры: по Фаренгейту, Цельсию и Кельвин.

Температурная шкала по Фаренгейту – это шкала, основанная на 32 для замораживания. точка воды и 212 для точки кипения воды, интервал между двумя делится на 180 частей. Немецкий физик Даниэль Габриэль Фаренгейт первоначально принял за ноль его шкала температуры равной ледяно-солевой смеси и выбрана значения 30 и 90 для точки замерзания воды и нормального температура тела соответственно; позже они были пересмотрены до 32 и 96, но окончательная шкала потребовала корректировки до 98. 6 для последнего стоимость.

До 1970-х годов шкала температур по Фаренгейту в целом была обычное употребление в англоязычных странах; по Цельсию или по Цельсию, шкала использовалась в большинстве других стран и для научных целей по всему миру. Однако с тех пор большинство англоязычных страны официально приняли шкалу Цельсия. Преобразование формула для температуры, которая выражается по шкале Цельсия (C) в его представлении по Фаренгейту (F): F = 9 / 5C + 32.

Температурная шкала Цельсия, также называемая температурной шкалой Цельсия, – шкала, основанная на 0 для точки замерзания воды и 100 для температура кипения воды.Изобретен в 1742 году шведами. астронома Андерса Цельсия, его иногда называют стоградусным шкала из-за 100-градусного интервала между определенными точками. Следующая формула может использоваться для преобразования температуры из ее представление по шкале Фаренгейта (F) к значению Цельсия (C): С = 5/9 (Ж – 32). Шкала Цельсия обычно используется везде, где используется метрическая система. единиц приняты, и это используется в научной работе везде.

Температурная шкала Кельвина – основная единица термодинамической измерение температуры в Международной системе (SI) измерение.Он определяется как 1 / 273,16 тройной точки (равновесие между твердой, жидкой и газовой фазами) чистой вода. Кельвин (символ K без знака градуса []) также является основная единица шкалы Кельвина, абсолютная шкала температуры назван в честь британского физика Уильяма Томсона, барона Кельвина. Такой шкала имеет в качестве нулевой точки абсолютный ноль, теоретический температура, при которой молекулы вещества имеют наименьшее энергия. Многие физические законы и формулы можно выразить проще. при использовании абсолютной шкалы температур; соответственно, Кельвин шкала была принята в качестве международного стандарта для научных измерение температуры.Шкала Кельвина связана с Цельсием. масштаб. Разница между температурами замерзания и кипения вода в каждой по 100 градусов, так что кельвин такой же величина как градус Цельсия.

Выдержка из Британской энциклопедии без разрешения.

Термометры и температурные весы – University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите несколько различных типов термометров
  • Преобразование температур между шкалами Цельсия, Фаренгейта и Кельвина

Любое физическое свойство, которое постоянно и воспроизводимо зависит от температуры, может быть использовано в качестве основы для термометра.Например, для большинства веществ объем увеличивается с повышением температуры. Это свойство лежит в основе обычных спиртовых термометров и оригинальных ртутных термометров. Другие свойства, используемые для измерения температуры, включают электрическое сопротивление, цвет и излучение инфракрасного излучения ((Рисунок)).

Поскольку многие физические свойства зависят от температуры, разнообразие термометров примечательно. (а) В термометрах этого распространенного типа спирт, содержащий красный краситель, расширяется быстрее, чем окружающее его стекло. Когда температура термометра увеличивается, жидкость из груши выталкивается в узкую трубку, вызывая большое изменение длины столбика при небольшом изменении температуры. (b) Каждый из шести квадратов на этом пластиковом (жидкокристаллическом) термометре содержит пленку из различного термочувствительного жидкокристаллического материала. Ниже все шесть квадратов черные. Когда пластиковый термометр подвергается воздействию температуры, первый квадрат жидкого кристалла меняет цвет. Когда температура достигает значения выше, второй жидкокристаллический квадрат также меняет цвет и так далее.(c) Пожарный использует пирометр для проверки температуры системы вентиляции авианосца. Пирометр измеряет инфракрасное излучение (излучение которого зависит от температуры) от вентиляционного отверстия и быстро считывает температуру. Инфракрасные термометры также часто используются для измерения температуры тела, осторожно помещая их в слуховой проход. Такие термометры более точны, чем спиртовые термометры, помещенные под язык или в подмышку. (Фото b: модификация работы Тесс Уотсон; кредит c: модификация работы Ламеля Дж.Хинтон, ВМС США)

Термометры измеряют температуру в соответствии с четко определенными шкалами измерения. Три наиболее распространенных температурных шкалы – это шкала Фаренгейта, Цельсия и Кельвина. Температурные шкалы создаются путем определения двух воспроизводимых температур. Обычно используются температуры замерзания и кипения воды при стандартном атмосферном давлении.

По шкале Цельсия точка замерзания воды равна, а точка кипения – Единица измерения температуры на этой шкале – градус Цельсия.Шкала Фаренгейта (по-прежнему наиболее часто используемая для общих целей в Соединенных Штатах) имеет точку замерзания воды и точку кипения. Единицей измерения является градус Фаренгейта (). Вы можете видеть, что 100 градусов по Цельсию охватывают тот же диапазон, что и 180 градусов по Фаренгейту. Таким образом, разница температур в один градус по шкале Цельсия в 1,8 раза больше, чем разница в один градус по шкале Фаренгейта, или

.

Определение температуры в терминах движения молекул предполагает, что должна быть минимально возможная температура, при которой средняя кинетическая энергия молекул равна нулю (или минимуму, разрешенному квантовой механикой).Эксперименты подтверждают существование такой температуры, называемой абсолютным нулем. Абсолютная шкала температуры – это шкала, нулевая точка которой равна абсолютному нулю. Такие шкалы удобны в науке, потому что несколько физических величин, например объем идеального газа, напрямую связаны с абсолютной температурой.

Шкала Кельвина – это шкала абсолютных температур, обычно используемая в науке. Единица измерения температуры в системе СИ – кельвин , которая обозначается аббревиатурой K (без знака градуса).Таким образом, 0 K является абсолютным нулем. Температура замерзания и кипения воды составляет 273,15 К и 373,15 К соответственно. Следовательно, разница температур одинакова в кельвинах и градусах Цельсия, или

.

Отношения между тремя общими температурными шкалами показаны на (Рисунок). Температуры на этих шкалах можно преобразовать с помощью уравнений на (Рисунок).

Показаны взаимосвязи между температурными шкалами Фаренгейта, Цельсия и Кельвина. Также показаны относительные размеры чешуек.

Чтобы преобразовать градусы Фаренгейта в градусы Кельвина, на промежуточном этапе преобразуйте в градусы Цельсия.

Шкала Кельвина является частью системы единиц СИ, поэтому ее фактическое определение более сложное, чем приведенное выше. Во-первых, он определяется не в терминах точек замерзания и кипения воды, а в терминах тройной точки. Тройная точка – это уникальное сочетание температуры и давления, при котором лед, жидкая вода и водяной пар могут стабильно сосуществовать.Как будет обсуждаться в разделе о фазовых превращениях, сосуществование достигается за счет снижения давления и, следовательно, точки кипения для достижения точки замерзания. Температура тройной точки определяется как 273,16 К. Это определение имеет то преимущество, что, хотя температура замерзания и температура кипения воды зависят от давления, существует только одна температура тройной точки.

Во-вторых, даже с двумя точками на шкале разные термометры дают несколько разные результаты для других температур.Поэтому требуется стандартный градусник. Метрологи (специалисты в области измерений) выбрали для этой цели газовый термометр постоянного объема . Сосуд постоянного объема, заполненный газом, подвергается изменениям температуры, и измеренная температура пропорциональна изменению давления. Используя «TP» для представления тройной точки,

Результаты в некоторой степени зависят от выбора газа, но чем менее плотен газ в баллоне, тем лучше совпадают результаты для разных газов.Если результаты экстраполировать на нулевую плотность, результаты согласуются достаточно хорошо, при этом нулевое давление соответствует температуре абсолютного нуля.

Газовые термометры постоянного объема большие и медленно приходят в состояние равновесия, поэтому их используют в основном в качестве эталонов для калибровки других термометров.

Сводка

  • Три типа термометров: спиртовые, жидкокристаллические и инфракрасные (пирометры).
  • Три основных температурных шкалы: Цельсия, Фаренгейта и Кельвина.Температуры можно преобразовать из одной шкалы в другую с помощью уравнений преобразования температуры.
  • Три фазы воды (лед, жидкая вода и водяной пар) могут сосуществовать при одном давлении и температуре, известных как тройная точка.

Концептуальные вопросы

Если позволить термометру прийти в равновесие с воздухом, а стакан воды не находится в равновесии с воздухом, что произойдет с показаниями термометра, когда он будет помещен в воду?

Приведите пример физического свойства, которое изменяется в зависимости от температуры, и опишите, как оно используется для измерения температуры.

Проблемы

Путешествуя за пределы США, вы чувствуете себя больным. Ваш компаньон дает вам градусник, который показывает, что ваша температура 39. На какой шкале он находится? Какая у вас температура по Фаренгейту? Следует ли вам обращаться за медицинской помощью?

Это должно быть по Цельсию. Ваша температура по Фаренгейту – Да, пора лечиться.

Каковы следующие температуры по шкале Кельвина?

(a) температура в помещении, иногда рекомендуемая для энергосбережения зимой

(b) одна из самых высоких атмосферных температур, когда-либо зарегистрированных на Земле (Долина Смерти, Калифорния, 1913 г.)

(в) температура поверхности Солнца

(a) Предположим, что в вашу местность дует холодный фронт и температура снизится на 40.0 градусов по Фаренгейту. На сколько градусов Цельсия понижается температура при понижении на? (b) Покажите, что любое изменение температуры в градусах Фаренгейта составляет девять пятых изменения в градусах Цельсия

.

В статье Associated Press об изменении климата говорится: «Часть шельфового ледника, вероятно, исчезла в те времена, когда на планете было от 36 градусов по Фаренгейту (2 градуса Цельсия) до 37 градусов по Фаренгейту (3 градуса Цельсия) теплее, чем сегодня». Какую ошибку допустил репортер?

(a) При какой температуре шкалы Фаренгейта и Цельсия имеют одинаковое числовое значение? (б) При какой температуре шкала Фаренгейта и Кельвина имеют одинаковое числовое значение?

а.; б. 575 К

Человек, измеряющий температуру в морозильной камере в градусах Цельсия, делает две ошибки: сначала пропускает отрицательный знак, а затем думает, что температура равна Фаренгейту. То есть человек читает как. Как ни странно, результат – правильная температура по Фаренгейту. Какое исходное значение по Цельсию? Округлите ответ до трех значащих цифр.

Температурные шкалы

– обзор

II.C.1 Определение шкалы

Принятая в настоящее время Международная температурная шкала 1990 года значительно отличается от своей непосредственной предшественницы (IPTS-68), с величинами различий между двумя показанными шкалами. на рис.4. Нижний предел шкалы теперь составляет 0,65 К, а не 13,8 К, различия от термодинамических температур (особенно при низкой температуре) уменьшены, чтобы обеспечить повышенную плавность, а разработка высокотемпературных SPRT позволяет использовать их до точки замерзания серебро (961,78 ° С). Неравномерность наклона при 630 ° C на рис. 4 связана с изменением этой температуры в инструменте интерполяции, который используется для определения IPTS-68. Относительно точный и точный SPRT использовался при более низких температурах, в то время как гораздо менее точный и стабильный (± 0.2 K) до золотого острия использовалась термопара платина – 10% родий / платина.

РИСУНОК 4. Различия между ITS-90 и его предшественником IPTS-68. [Из BIPM.]

ITS-90 определяется в терминах 17 фиксированных точек в Таблице I с соотношениями давления пара и температуры для изотопов гелия, расширяющими масштаб до 0,65 К. Эти фиксированные точки характеризуются как пар давление (v), тройная точка (tp) или точка замерзания (fp) без использования точек кипения.Тройной точке воды присваивается точное значение 273,16 K, а соотношение между температурами Кельвина и Цельсия определяется как

ТАБЛИЦА I. Температуры фиксированной точки для ITS-90

9015 4. Электронный водород (об. Или г) 9018 Золото
T 90 ( K ) т 90 (° C)
1. Гелий (v) 3184 – 5 270.От 15 до −268,15
2. е-водород (tp) 13.8033 −259,3467
3. е-водород (об. Или г) ≈17 ≈ −256,15
≈20,3 ≈ −252,85
5. Неон (т.пл.) 24,5561 −248,5939
6. Кислород (т.п.) 54,3584 −218,7916
7. Аргон (т.пл.) 83.8058 −189,3442
8. Ртуть (tp) 234,3156 −38,8344
9. Вода (tp) 273,16 0,01 302.9146 29.7646
11. Индий (fp) 429.7485 156.5985
12. Олово (fp) 505.078677 419,527
14. Алюминий (fp) 933,473 660,323
15. Серебро (fp) 1234,93 961.78 1064,18
17. Медь (fp) 1357,77 1084,62

(1) t90 / ° C = T90 / K − 273,15;

273,15 появляется здесь вместо 273,16, поскольку, как обсуждалось во введении (раздел I), температуры по Цельсию основаны на температуре замерзания, а не на тройной точке воды.

ITS-90 легче всего описать в терминах четырех методов (инструментов) интерполяции, которые используются для определения его в четырех различных, но перекрывающихся диапазонах температур. Эти перекрытия представляют собой изменение философии по сравнению с IPTS-68, поскольку перекрытие между четырьмя диапазонами, определяющими эту шкалу, недопустимо.

Низкотемпературная часть ITS-90 разделена на две области. Для самых низких температур (от 0,65 до 5 К) даны явные уравнения для соотношений давления пара-температуры для двух изотопов гелия.Температуры между 3 К и тройной точкой неона (24,5561 К) определяются с помощью интерполирующего газового термометра постоянного объема (см. Раздел III.B.1), в котором в качестве рабочего вещества используется 4 He или 3 He. Дается процедура корректировки давления газового термометра (незначительно) на неидеальное поведение этих газов, после чего параметры параболической зависимости давления от температуры определяются из скорректированных значений давления в фиксированных точках 1, 2 и 5 в Таблице I. .

Платиновый термометр сопротивления (SPRT) используется для определения ITS-90 от 13,8 К (2 в Таблице I) до 961,78 ° C (точка замерзания серебра; 15), с признанием того, что ни один отдельный инструмент вряд ли чтобы их можно было использовать во всем диапазоне. Характеристики реального термометра использовались для создания отношения интерполяции SPRT, которое для получения требуемой точности является довольно сложным. Чтобы устранить различия между термометрами из-за разного сопротивления, основной переменной, которая используется для интерполяции, является безразмерное отношение сопротивления термометра при данной температуре к его значению в тройной точке воды, 273.16 К,

(2) WT90 = RT90 / R273.16K.

Значение тройной точки R обычно составляет примерно 25 Ом для SPRT, который будет использоваться от самых низких температур до, возможно, 400 ° C, с меньшими значениями (всего 0,25 Ом), используемыми для самых высоких -температурные приложения.

PRT, который является приемлемым для представления ITS-90 (SPRT), должен содержать платиновый элемент высокой чистоты без деформаций; ITS-90 определяет такой элемент как элемент, для которого либо W (29.7646 ° C) ≥ 1,11807 (тройная точка галлия) или Вт (-38,8344 ° C) ≤ 0,844235 (тройная точка ртути). SPRT, который будет использоваться до точки замерзания серебра, дополнительно должен иметь Вт (961,78 ° C) ≥ 4,2844. Эти требования исключают многие относительно недорогие коммерческие термометры. Практическое требование, которое не указано в шкале, заключается в том, что SPRT должен иметь воспроизводимость в тройной точке воды после температурного цикла лучше 1 мК (предпочтительно 0.1 мК). Термометры, которые используются выше точки цинкования (431 ° C), требуют осторожного обращения из-за эффектов отжига платинового элемента.

Математические функции, которые требуются для математического описания эталонного интерполяционного отношения ITS для SPRT, довольно сложны. Для температур от 13,8 до 273,16 K требуется 13-членный ряд мощности, чтобы получить ln [ Вт r ( T 90 )] как функцию ln [ T 90 / 273.16 K], в то время как обратная зависимость, которая дает T 90 как функцию W r ( T 90 ), требует 16-членного степенного ряда. Каждый соответствующий степенной ряд для температур от 0 до 961,78 ° C содержит «всего» 10 членов.

Лишь в редких случаях температурная зависимость сопротивления реального термометра, Вт ( T 90 ), будет совпадать с зависимостью, заданной эталонной функцией, Вт r ( T ). 90 ).Значения W и W r сравниваются в различных фиксированных точках, и различия используются для определения параметров в функции отклонения, которая затем используется вместе с эталонным соотношением для получения T 90 . Детали снова сложны; SPRT, который должен использоваться в диапазоне от 13,8 до 273,16 K, должен быть откалиброван в точках 2–9 (Таблица I) для определения восьми параметров в функции отклонения. Для калибровки, которая должна использоваться только в пределах ± 30 ° C от точки замерзания, термометр необходимо откалибровать только по точке ртути, тройной точке воды и точке галлия, чтобы определить два параметра для функции отклонения.Всего определено 11 возможных поддиапазонов; 4 зависят от самой низкой температуры ниже 273,16 K, при которой будет использоваться термометр, 1 – для температур около 0 ° C, а 6 зависит от максимальной температуры выше 0 ° C, при которой будет использоваться термометр.

Сразу возникает вопрос о соответствии, которое можно ожидать между температурами, полученными, например, при -15 ° C, для данного термометра, который был откалиброван с использованием пяти различных процедур и пяти различных наборов фиксированных точек.Это проблема «уникальности». Считается, что различия при данной температуре между калибровками с использованием разных диапазонов будут сопоставимы с различиями между разными термометрами, которые откалиброваны в данном диапазоне. Эта «неоднозначность» будет составлять несколько десятых милликельвина вблизи комнатной температуры, менее 1 мК для более экстремальных частей шкалы между 13,8 К и 420 ° C и должна быть менее 5 мК при самых высоких температурах.

Наивысший диапазон ITS-90, выше серебряной точки, определяется оптической пирометрией с использованием закона Планка для получения лучистого излучения из полости черного тела для заданной длины волны, λ и ширины полосы.Отношение спектральной яркости при температуре T 90 и эталонной температуре X связано с абсолютной температурой соотношением

(3) Lλ (T90) Lλ (TX) = exp [c2 / λT90 (X)] – 1exp [c2 / λT90] -1,

, где T 90 ( X ) относится к любому из серебра [ T 90 (Ag) = 1,234,93 K] , золото [ T 90 (Au) = 1337,33 K] или медь [ T 90 (Cu) = 1357.77 K] точки замерзания. Здесь оптический пирометр одновременно определяет шкалу и служит устройством интерполяции. ITS-90 определяет использование теоретического значения для константы c 2 , поэтому в этом соотношении нет настраиваемых параметров. Правильное определение температур с помощью пирометрии требует осторожности при проектировании полостей, в которых находятся золото и образец, и, как и в случае с большинством термометров, следует проявлять осторожность, чтобы избежать систематических ошибок.

Температурные шкалы Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Тепловая энергия>

от Рона Куртуса

Температурная шкала – это способ указать или измерить температуру относительно начальной точки (0 или ноль) и единицы измерения.Обычно это делается путем определения некоторых физических явлений при заданных температурах, таких как точки замерзания и кипения воды, и определения их как 0 и 100 соответственно. Затем можно определить единицу, разделив диапазон на 100 единиц или градусов.

Основными используемыми температурными шкалами являются шкалы Фаренгейта, Цельсия и Кельвина.

Первой крупной температурной шкалой была шкала Фаренгейта, которая до сих пор используется в Соединенных Штатах. Единица измерения температуры определена несколько неуклюже.Впоследствии была установлена ​​шкала Цельсия или Цельсия. Цельсия считается метрической системой единиц СИ и используется во всем мире. Шкала Кельвина – это вариация шкалы Цельсия, которая начинается с абсолютного нуля и используется в научных измерениях и во многих расчетах, связанных с теплом.

Вы можете использовать формулу для преобразования температуры из одной шкалы в другую.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Как определялась шкала Фаренгейта?
  • Что такое шкала Цельсия и Кельвина?
  • Как сделать перевод между шкалами?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц



по Фаренгейту

Около 1700 года немецкий ученый Габриэль Фаренгейт изобрел термометр, поместив воду в тонкую стеклянную трубку. Чем выше температура, тем выше по трубке поднималась вода.

Чтобы иметь возможность измерять температуру с помощью чисел, Фаренгейту пришлось определить единицу измерения. Подобно тому, как измерение веса и длины было основано на кратных единицах произвольной единицы измерения (фунт, грамм, дюйм, метр), измерение температуры основано на произвольной единице измерения – градусе.

по Фаренгейту определяет единицы

Фаренгейта использовал температуру своего тела как 100 ° F (100 градусов по Фаренгейту) и температуру замерзания насыщенной соленой воды как 0 ° F. Он отметил эти уровни на своем термометре и разделил шкалу на 100 частей для каждого градуса.

Плохой выбор

Выбор температуры его тела 100 ° F и температуры замерзания соленой воды 0 ° F был неудачным.

У

градусов по Фаренгейту метаболизм был выше, чем у большинства людей, поэтому 100 ° F для него привело к 98.6 ° F как температура тела для среднего человека.

по Фаренгейту обозначил температуру замерзания воды, насыщенной солью, равной 0 ° F. Но это, конечно, не самая низкая температура, которую вы можете испытать в зимнюю погоду. Это также делает температуру замерзания воды неудобной 32 ° F. Поскольку океанская вода не насыщена солью, она замерзает при температуре 28 ° F.

США все еще используют его

Что более удивительно, чем этот плохой выбор единиц температуры, так это то, что такие страны, как Великобритания и США, приняли эту систему измерения.С тех пор Англия перешла на шкалу Цельсия, в то время как США по-прежнему придерживаются шкалы Фаренгейта.

Метрические единицы измерения температуры

Метрические единицы измерения температуры – это Цельсий и Кельвин.

по Цельсию

Примерно через 20 лет после того, как Фаренгейт изобрел термометр, шведский профессор Андерс Цельсий определил лучшую шкалу для измерения температуры. Он предложил использовать точку кипения воды как 100 ° C и точку замерзания воды как 0 ° C.В этом было гораздо больше смысла, и это было названо системой по шкале Цельсия. (Цельсия – означает сто градусов по Цельсию, разделенное на 100 единиц.)

Шкала Цельсия использовалась до 1960-х годов, когда научное сообщество переименовало ее в систему Цельсия в честь изобретателя. Некоторые до сих пор называют это шкалой Цельсия.

В Европе и большей части мира температура измеряется в градусах Цельсия.

Кельвин

Для научной работы с энергией молекул хорошо иметь отправную точку, где уровень энергии находится в самом низком возможном состоянии.Эта точка называется абсолютный ноль .

Шкала Кельвина была определена на основе шкалы Цельсия, но с начальной точкой на абсолютном нуле. Температуры по шкале Кельвина на 273 градуса меньше, чем по шкале Цельсия. Таким образом, абсолютный ноль равен -273 ° C, а температура кипения воды при 100 ° C составляет 373 K или 373 кельвина.

Примечание: Знак градуса ( ° ) отсутствует при использовании шкалы Кельвина. Не спрашивайте меня, почему. Именно так они и хотели это сделать.

Существует также шкала Ренкина, которая также начинается с абсолютного нуля, но основана на шкале Фаренгейта. Поскольку большая часть научной работы проводится на основе шкалы Кельвина, шкала Ренкина для абсолютных температур используется редко.

Преобразование между системами

Поскольку градусы Фаренгейта используются в Соединенных Штатах, а градусы Цельсия используются почти везде, возможно, вам придется преобразовать градусы из одной системы в другую. Простой способ сделать это – использовать следующее приложение для преобразования:

Преобразователь температуры

Введите число в одно поле и нажмите здесь.
Используйте кнопку сброса, чтобы очистить числа.

Если вам нужно научиться производить вычисления вручную, используются следующие уравнения:

градусов по Фаренгейту

Формула для перевода Цельсия в Фаренгейт:

F = 9C / 5 + 32

Другими словами, если C = 100 ° C (точка кипения воды), то

F = (9 x 100) / 5 + 32 = 212 ° F

Фаренгейта в Цельсия

Формула для преобразования Фаренгейта в Цельсия:

С = 5 (Ж – 32) / 9

Другими словами, если F = 50 ° F, то

C = 5 * (50-32) / 9 = 5 * (18) / 9 = 10 ° C

градусов Цельсия в Кельвина

Преобразовать из градусов Цельсия в Кельвин очень просто.

К = С + 273

Таким образом, если C = 10 ° C, температура Кельвина будет 283 K.

Сводка

Температура определяется как величина, кратная единице температуры. Используются три основных температурных шкалы. В Соединенных Штатах используется система единиц температуры по Фаренгейту. Метрическая единица измерения температуры – градус Цельсия, который используется во всем мире. Научной единицей измерения является Кельвин, используемый во многих расчетах, связанных с теплом.


Сохраняйте неприкосновенность


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Физические ресурсы

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги по измерению температуры с самым высоким рейтингом


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
temperature_scales.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Температурные шкалы

Температура и температурные шкалы | Безграничная физика

Шкала Цельсия

Цельсия или Цельсия – это шкала и единица измерения температуры. Это одна из наиболее часто используемых единиц измерения температуры.

Цели обучения

Объясните, как определяется шкала Цельсия

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Градус Цельсия (° C) может относиться к определенной температуре по шкале Цельсия, а также к единице измерения температурного интервала, разницы между двумя температурами или неопределенности.
  • Шкала Цельсия в настоящее время определяется двумя разными температурами: абсолютным нулем и тройной точкой Венского стандарта средней океанской воды (VSMOW; специально очищенная вода).
  • Исходя из этого, соотношение между градусами Цельсия и Кельвина выглядит следующим образом: [latex] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ text {T} _ {\ text {Kelvin}} -273,15 [/ latex ].
Ключевые термины
  • кельвин : в Международной системе единиц – основная единица термодинамической температуры; 1 / 273,16 термодинамической температуры тройной точки воды; обозначается как K
  • абсолютный ноль : самая низкая из возможных температур: ноль по шкале Кельвина и приблизительно -273.15 ° C и -459,67 ° F. Полное отсутствие тепла; температура, при которой движение всех молекул прекратится.
  • стандартная атмосфера : международное эталонное давление, определенное как 101,325 кПа и ранее использовавшееся как единица давления

Цельсия, также известный как градус Цельсия, – это шкала для измерения температуры. Единица измерения – градус Цельсия (° C). Это одна из наиболее часто используемых единиц измерения температуры в мире. Система единиц названа в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701-1744), который разработал аналогичную температурную шкалу.

Температурные шкалы : Краткое введение в температуру и температурные шкалы для студентов, изучающих теплофизику или термодинамику.

Термометр : термометр с калибровкой в ​​градусах Цельсия

С 1743 по 1954 год 0 ° C определялось как точка замерзания воды, а 100 ° C определялась как точка кипения воды при давлении в одну стандартную атмосферу с ртутью в качестве рабочего материала.Хотя сегодня в школах обычно преподают эти определяющие корреляции, по международному соглашению единица «градус Цельсия» и шкала Цельсия в настоящее время определяются двумя разными температурами: абсолютным нулем и тройной точкой Венской стандартной средней океанской воды (VSMOW; специально очищенная вода). ). Это определение также точно связывает шкалу Цельсия со шкалой Кельвина, которая определяет базовую единицу термодинамической температуры в системе СИ и использует символ K. Абсолютный ноль, самая низкая возможная температура (температура, при которой вещество достигает минимальной энтропии), определяется как равняется точно 0К и -273.15 ° С. Температура тройной точки воды определена как 273,16K и 0,01 ° C. Исходя из этого, соотношение между градусами Цельсия и Кельвина выглядит следующим образом:

Фазовая диаграмма воды : На этой типичной фазовой диаграмме воды зеленые линии отмечают точку замерзания, а синяя линия отмечает точку кипения, показывая, как они меняются в зависимости от давления. Пунктирная линия показывает аномальное поведение воды. Обратите внимание, что вода меняет состояние в зависимости от давления и температуры.

[латекс] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ text {T} _ {\ text {Kelvin}} -273,15 [/ latex].

Помимо выражения конкретных температур по своей шкале (например, «Галлий плавится при 29,7646 ° C» и «Температура на улице 23 градуса Цельсия»), градус Цельсия также подходит для выражения температурных интервалов – разницы между температурами или их неопределенности ( например, «Выходная мощность теплообменника выше на 40 градусов Цельсия» и «Наша стандартная погрешность составляет ± 3 ° C»). Из-за этого двойного использования нельзя полагаться на название устройства или его символ для обозначения того, что величина является температурным интервалом; из контекста или явного утверждения должно быть ясно, что величина является интервалом.

Шкала Фаренгейта

По шкале Фаренгейта замерзание воды определяется как 32 градуса, а температура кипения воды определяется как 212 градусов.

Цели обучения

Объясните, как определяется шкала Фаренгейта, и преобразуйте ее в градусы Цельсия.

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Система по Фаренгейту разделяет точки кипения и замерзания воды ровно на 180 градусов. Следовательно, градус по шкале Фаренгейта равен 1⁄180 интервала между точкой замерзания и точкой кипения.
  • Чтобы преобразовать ° F в ° C, вы можете использовать следующую формулу: [latex] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ frac {5} {9} (\ text {T} _ {\ текст {Fahrenheit}} – 32) [/ латекс]. Шкалы Фаренгейта и Цельсия пересекаются при -40 °.
  • Шкала Фаренгейта была заменена шкалой Цельсия в большинстве стран с середины до конца 20 века. Фаренгейт остается официальной шкалой США, Каймановых островов, Палау, Багамских островов и Белиза.
Ключевые термины
  • рассол : раствор соли (обычно хлорида натрия) в воде
  • охлаждающая смесь : Смесь двух или более химических веществ, достигающая равновесной температуры независимо от температуры любого из составляющих ее химических веществ.Температура также относительно не зависит от количества смесей до тех пор, пока значительное количество каждого исходного химического вещества присутствует в чистом виде

Шкала Фаренгейта измеряет температуру. Он основан на шкале, предложенной в 1724 году физиком Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом (1686-1736). Единицей измерения этой шкалы является градус Фаренгейта (° F). По этой шкале точка замерзания воды составляет 32 градуса, а точка кипения воды – 212 градусов.

Исторически нулевая точка шкалы Фаренгейта определялась с помощью термометра, помещенного в рассол.Сам Фаренгейт использовал смесь льда, воды и хлорида аммония (соль) в соотношении 1: 1: 1. Это охлаждающая смесь, которая автоматически стабилизирует ее температуру; стабильная температура этой смеси была определена как 0 ° F (-17,78 ° C). Вторая определяющая точка, 32 градуса, представляла собой смесь льда и воды в соотношении 1: 1. Третья определяющая точка, 96 градусов, была приблизительно температурой человеческого тела, которую тогда называли «кровяное тепло». ”

Система по Фаренгейту разделяет точки кипения и замерзания воды точно на 180 градусов.Следовательно, градус по шкале Фаренгейта равен 1/180 интервала между точкой замерзания и точкой кипения. По шкале Цельсия точки замерзания и кипения воды различаются на 100 градусов. Температурный интервал 1 ° F равен интервалу 5/9 градусов Цельсия (° C). Чтобы преобразовать ° F в ° C, вы можете использовать следующую формулу:

[латекс] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ frac {5} {9} (\ text {T} _ {\ text {Fahrenheit}} – 32) [/ latex]

Шкалы Фаренгейта и Цельсия пересекаются при -40 ° (-40 ° F и -40 ° C представляют одну и ту же температуру).Абсолютный ноль (-273,15 ° C или 0K) определяется как -459,67 ° F.

Шкала Фаренгейта была заменена шкалой Цельсия в большинстве стран в середине-конце 20 века, хотя Канада сохраняет ее в качестве дополнительной шкалы, которую можно использовать вместе со шкалой Цельсия. Шкала Фаренгейта остается официальной шкалой США, Каймановых островов, Палау, Багамских островов и Белиза.

Рис. 2 : Сравнение шкал Цельсия и Фаренгейта.

Температурные шкалы : Краткое введение в температуру и температурные шкалы для студентов, изучающих теплофизику или термодинамику.

Абсолютный ноль

Абсолютный ноль – максимально низкая температура; формально это температура, при которой энтропия достигает минимального значения.

Цели обучения

Объясните, почему абсолютный ноль является естественным выбором в качестве нулевой точки для системы единиц температуры

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Абсолютный ноль универсален в том смысле, что при этой температуре вся материя находится в основном состоянии. Следовательно, это естественный выбор в качестве нулевой точки для системы единиц измерения температуры.
  • Система
  • K при абсолютном нуле все еще обладает квантово-механической нулевой энергией, энергией своего основного состояния. Однако в интерпретации классической термодинамики кинетическая энергия может быть равна нулю, а тепловая энергия вещества равна нулю.
  • Самая низкая температура, которая была достигнута в лаборатории, находится в диапазоне 100 pK, где pK (пикокельвин) эквивалентен 10-12 K. Самая низкая естественная температура, когда-либо зарегистрированная, составляет приблизительно 1K, наблюдаемую при быстром расширении газов. покидая туманность Бумеранг.
Ключевые термины
  • энтропия : мера того, насколько равномерно энергия (или какое-либо аналогичное свойство) распределяется в системе.
  • термодинамика : раздел естествознания, связанный с теплом и его отношением к энергии и работе

Абсолютный ноль – это самая низкая из возможных температур. Формально это температура, при которой энтропия достигает минимального значения. Проще говоря, абсолютный ноль относится к состоянию, в котором извлекается вся энергия системы (по определению, самое низкое энергетическое состояние, которое может иметь система).Абсолютный ноль универсален в том смысле, что при этой температуре вся материя находится в основном состоянии. Следовательно, это естественный выбор в качестве нулевой точки для системы единиц измерения температуры.

График зависимости давления от температуры : График зависимости давления от температуры для различных газов, поддерживаемых в постоянном объеме. Обратите внимание, что все графики экстраполированы на нулевое давление при одной и той же температуре

Если быть точным, система при абсолютном нуле все еще обладает квантово-механической нулевой энергией, энергией своего основного состояния.Принцип неопределенности гласит, что положение частицы не может быть определено с абсолютной точностью; следовательно, частица находится в движении, даже если она находится в абсолютном нуле, а основное состояние по-прежнему несет минимальное количество кинетической энергии. Однако в интерпретации классической термодинамики кинетическая энергия может быть равна нулю, а тепловая энергия вещества равна нулю.

Нулевая точка термодинамической шкалы температуры, такой как шкала Кельвина, устанавливается на абсолютный ноль. По международному соглашению абсолютный ноль определяется как 0K по шкале Кельвина и как -273.15 ° по шкале Цельсия (эквивалент -459,67 ° по шкале Фаренгейта). Ученые довели системы до температур, очень близких к абсолютному нулю, когда материя проявляет квантовые эффекты, такие как сверхпроводимость и сверхтекучесть. Самая низкая температура, которая была достигнута в лаборатории, находится в диапазоне 100 pK, где pK (пико-Кельвин) эквивалентен 10 -12 K. Самая низкая естественная температура, когда-либо зарегистрированная, составляет приблизительно 1K, наблюдаемую при быстром расширении газы, покидающие туманность Бумеранг, как показано ниже.

Туманность Бумеранг : Быстрое расширение газов, приводящее к образованию туманности Бумеранг, вызывает самую низкую наблюдаемую температуру за пределами лаборатории.

Температурные шкалы : Краткое введение в температуру и температурные шкалы для студентов, изучающих теплофизику или термодинамику.

Шкала Кельвина

Кельвин – это единица измерения температуры; нулевая точка шкалы Кельвина – это абсолютный ноль, минимально возможная температура.

Цели обучения

Объясните, как определяется шкала Кельвина

Основные выводы

Ключевые моменты
  • 0K (абсолютный ноль) универсален, потому что все тепловые движения всего вещества максимально подавляются при этой температуре. Следовательно, абсолютный ноль – это естественный выбор в качестве нулевой точки шкалы Кельвина.
  • Шкала Кельвина широко используется в научной работе, потому что ряд физических величин, таких как объем идеального газа, напрямую связаны с абсолютной температурой.
  • Чтобы преобразовать градусы Кельвина в градусы Цельсия, мы используем следующую формулу: [latex] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ text {T} _ {\ text {Kelvin}} -273,15 [/ latex] .
Ключевые термины
  • абсолютный ноль : самая низкая из возможных температур: ноль по шкале Кельвина и приблизительно -273,15 ° C и -459,67 ° F. Полное отсутствие тепла; температура, при которой движение всех молекул прекратится.
  • Тройная точка : Уникальная температура и давление, при которых твердая, жидкая и газовая фазы вещества находятся в равновесии.
  • идеальный газ : гипотетический газ, молекулы которого не взаимодействуют и подвергаются упругому столкновению друг с другом и со стенками контейнера.

Кельвин – это единица измерения температуры. Это одна из семи основных единиц Международной системы единиц (СИ), которой присвоен символ единицы K. Шкала Кельвина – это абсолютная термодинамическая шкала температуры, использующая абсолютный ноль в качестве нулевой точки. В классическом описании термодинамики абсолютный ноль – это температура, при которой прекращается всякое тепловое движение.

Выбор абсолютного нуля в качестве нулевой точки шкалы Кельвина логичен. Различные типы материи кипят или замерзают при разных температурах, но при 0K (абсолютный ноль) все тепловых движений любого вещества максимально подавляются. Шкала Кельвина широко используется в научной работе, потому что ряд физических величин, таких как объем идеального газа, напрямую связаны с абсолютной температурой.

Шкала Кельвина названа в честь инженера и физика Университета Глазго Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина (1824–1907), который писал о необходимости «абсолютных термометрических шкал».«В отличие от градуса Фаренгейта и градуса Цельсия, кельвин не называется градусом и не набирается. Кельвин – основная единица измерения в физических науках, но ее часто используют вместе с градусом Цельсия, который имеет ту же величину. Кельвин определяется как часть 1 / 273,16 термодинамической температуры тройной точки воды (точно 0,01 ° C или 32,018 ° F). Чтобы преобразовать кельвин в градусы Цельсия, мы используем следующую формулу:

[латекс] \ text {T} _ {\ text {Celsius}} = \ text {T} _ {\ text {Kelvin}} -273.15 [/ латекс]

Вычитание 273,16K из температуры тройной точки воды, 0,01 ° C, делает абсолютный ноль (0K) эквивалентным -273,15 ° C и -460 ° F.

Расчетный U

Взаимосвязи между температурными шкалами : Связи между температурными шкалами по Фаренгейту, Цельсию и Кельвину, округленные до ближайшего градуса. Также показаны относительные размеры шкал

Температурные шкалы : Краткое введение в температуру и температурные шкалы для студентов, изучающих теплофизику или термодинамику.

Температурные и температурные шкалы | Химия для неосновных

Цели обучения

  • Определить температуру.
  • Опишите температурную шкалу Фаренгейта.
  • Опишите температурную шкалу Цельсия.
  • Опишите температурную шкалу Кельвина.

Что такое температура?

Коснитесь верхней части плиты после того, как она была горячей. Держите в руке кубик льда, он холодный.Почему? Частицы материи в горячем объекте движутся намного быстрее, чем частицы материи в холодном объекте. Кинетическая энергия объекта – это энергия движения. Частицы вещества, из которых состоит горячая печь, обладают большей кинетической энергией, чем частицы в кубике льда.

Температура – это мера средней кинетической энергии частиц в веществе. В повседневном использовании температура указывает на то, насколько горячий или холодный объект.Температура – важный параметр в химии. Когда вещество превращается из твердого в жидкое, это происходит из-за повышения температуры материала. Химические реакции обычно протекают быстрее при повышении температуры. Многие нестабильные материалы (например, ферменты) сохранят свою жизнеспособность дольше при более низких температурах.

Рис. 1. Светящийся уголь слева представляет собой высокую кинетическую энергию, в то время как снег и лед справа имеют гораздо более низкую кинетическую энергию.

Температурные шкалы


Рисунок 2.Даниэль Габриэль Фаренгейт.

Первые термометры были стеклянными и содержали спирт, который расширялся и сжимался при изменении температуры. Немецкий ученый Даниэль Габриэль Фаренгейт использовал ртуть в трубке – идею, выдвинутую Исмаэлем Бульо. Шкала Фаренгейта была впервые разработана в 1724 году и некоторое время после этого переделывалась. Основная проблема с этой шкалой – произвольные определения температуры. Температура замерзания воды была определена как 32 ° F, а точка кипения – как 212 ° F.Шкала Фаренгейта обычно не используется в научных целях.

Рисунок 3. Андерс Цельсий.

Шкала Цельсия в метрической системе названа в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701–1744). Шкала Цельсия устанавливает температуру замерзания и кипения воды при 0 ° C и 100 ° C соответственно. Расстояние между этими двумя точками делится на 100 равных интервалов, каждый из которых составляет один градус. Другой термин, который иногда используется для шкалы Цельсия, – это «градус Цельсия», потому что на этой шкале существует 100 градусов между точками замерзания и кипения воды.Однако предпочтительным термином является «Цельсий».

Рисунок 4. Лорд Кельвин.

Температурная шкала Кельвина названа в честь шотландского физика и математика лорда Кельвина (1824–1907). Он основан на молекулярном движении, при этом температура 0 К, также известная как абсолютный ноль, является точкой, в которой все молекулярное движение прекращается. Температура замерзания воды по шкале Кельвина составляет 273,15 К, а точка кипения – 373,15 К. Обратите внимание, что здесь в обозначении температуры не используется «градус».В отличие от шкал Фаренгейта и Цельсия, где температура обозначается как «градус F» или «градус C», мы просто обозначили температуру по шкале Кельвина как кельвин.

Как видно по разнице в 100 кельвинов между ними, изменение на один градус по шкале Цельсия эквивалентно изменению на один кельвин по шкале Кельвина. Преобразование шкалы Кельвина в шкалу Цельсия или наоборот очень просто: вы просто добавляете или вычитаете 273.

Рисунок 5.Сравнение трех различных температурных шкал.

Преобразование между температурными шкалами Цельсия и Фаренгейта немного сложнее, но все же не слишком сложно. Чтобы преобразовать градусы Фаренгейта в градусы Цельсия, сначала умножьте температуру в градусах Цельсия (T C ) на 1,8, а затем прибавьте 32 в указанном порядке.

[латекс] \ text {T} _ {\ text {F}} = 1,8 \ times \ text {T} _ {\ text {C}} + 32 [/ latex]

Чтобы преобразовать градусы Цельсия в градусы Фаренгейта, сначала вычтите 32 из температуры в градусах Фаренгейта, затем разделите на 1.8, именно в таком порядке.

[латекс] \ displaystyle \ text {T} _ {\ text {C}} = \ frac {\ text {T} _ {\ text {F}} – 32} {1.8} [/ latex]

Сводка

  • Температура – это мера средней кинетической энергии частиц в веществе.
  • Шкала Фаренгейта определяет точку замерзания воды как 32 ° F и точку кипения как 212 ° F.
  • Шкала Цельсия устанавливает температуру замерзания и кипения воды при 0 ° C и 100 ° C соответственно.
  • Шкала Кельвина основана на молекулярном движении, при этом температура 0 K, также известная как абсолютный ноль, является точкой, в которой все молекулярное движение прекращается.

Практика

Воспользуйтесь ссылкой ниже, чтобы ответить на следующие вопросы:

http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48

  1. Какую смесь использовал Фаренгейт, чтобы установить термометр на ноль градусов?
  2. Почему в научной работе шкала Цельсия предпочтительнее шкалы Фаренгейта?
  3. В чем заключалась идея создания шкалы температур Кельвина?
  4. В чем преимущество использования шкалы Кельвина при низких температурах?

Обзор

  1. Что такое абсолютный ноль на шкале температур Цельсия?
  2. Каковы точки замерзания и кипения воды по шкале Цельсия?
  3. Преобразование следующих температур Кельвина в градусы Цельсия.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *