Шкала температуры: Температурные шкалы — урок. Физика, 8 класс.

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)).

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.

– 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

(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.

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.