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 температуры
    соответствует 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.

Шкалы температур. История и задачи.


История возникновения температурных шкал и соответствие между ними.

Слово “температура” возникло давно – тогда еще не существовало молекулярно-кинетической теории. Считалось, что в  телах содержится некая материя, называемая “теплородом”, и в теплых телах ее больше, чем в холодных. Температура, таким образом, характеризовала  смесь теплорода и вещества самого тела, и чем выше была температура – тем, значит, крепче эта смесь. Отсюда пошло измерение крепости спиртных напитков в градусах.

Теперь-то мы знаем, что температура – мера средней кинетической энергии молекул вещества, то есть самым естественным кажется измерение температуры в энергетических единицах – Джоулях. Но, как уже было сказано, МКТ еще не создали, а температуру-то измерять надо!

Кто изобрел первый термометр – неизвестно. Многие ученые трудились над этой задачей, в истории упомянуты имена Галилея, лорд Бэкона и многих других. Первые термометры были воздушными, у них не было шкал и поэтому их показания зависели от атмосферного давления и можно было судить лишь об относительном изменении температуры (вчера было холодно, а сегодня теплее). Потом появились термометры, наполненные водой – но жидкость замерзала, и термометры лопались. Поэтому вместо воды стали использовать винный спирт, а потом ученик Галилея  Эванджелиста Торричелли придумал заполнить термометр ртутью и спиртом и запаять, чтобы атмосферное давление не влияло на показания.

В 1723 году термометр с достаточно точной шкалой создал немецкий физик Габриэль Фаренгейт, и его именем была названа шкала термометра. Наименьшую температуру Фаренгейт смог получить у смеси воды, льда, нашатыря и соли – и принял ее за ноль градусов. Температура смеси воды и льда равна была 32 градусам, третья точка шкалы – температура кипения воды – 212 градусов по шкале Фаренгейта.

В 1742 году швед Андерс Цельсий разделил на 100 интервалов расстояние между точками плавления льда (100 градусов) и кипения воды (0 градусов). Нет, никакой ошибки, именно так – ноль – кипение воды и 100 – замерзание. Уже потом, после смерти Цельсия (по одной из версий) ботаник Карл Линней перевернул шкалу, и по сути шкала Цельсия – это шкала Линнея. Поскольку вода – наиболее широко распространенное вещество, то шкала Цельсия является наиболее удобной для практического применения.Ноль Цельсия – особая, важная точка в метеорологии. Чтобы перейти от шкалы Фаренгейта к шкале Цельсия, нужно вычесть  из температуры по Фаренгейту 32 градуса и умножить остаток на 5/9.

t °С = 5/9 (t °F – 32)

Лорд Кельвин в 1848 году ввел абсолютную шкалу температур. В этой шкале отсутствуют отрицательные температуры, так как ноль по шкале Кельвина – это температура, при которой останавливается тепловое движение молекул (абсолютный ноль), то есть дальнейшее охлаждение невозможно.

Согласно основному уравнению МКТ, . Представим концентрацию n как отношение количества молекул к объему  :

. Температура по шкале Кельвина положительна в силу положительности отношения , отношение это измеряется в Джоуэлях. Так как привычка измерять температуру в градусах укоренилась, то ввели коэффициент пропорциональности между температурой в градусах и температурой в энергетических единицах:

. Каждая единица по шкале абсолютных температур соответствует градусу Цельсия, ноль по Кельвину – это минус 273 по Цельсию:

.

Коэффициент k называется постоянной Больцмана, одного из основателей МКТ.

Ну а теперь –  к задачам!

1. Тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния ацетона по аб­со­лют­ной шкале тем­пе­ра­тур Кель­ви­на со­став­ля­ет 329 К. Чему равна эта тем­пе­ра­ту­ра по шкале Цель­сия?

1)  ;
2)  ;
3)  ;
4)  .

Если 273 градуса Кельвина – это ноль по Цельсию, то.

Ответ: 1.

2. Ка­ко­ва тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды при нор­маль­ном ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии по аб­со­лют­ной шкале тем­пе­ра­тур?

1) 100 K
2) 173 K
3) 273 K
4) 373 K

Ноль по Цельсию –  (+273) градуса Кельвина. Сто по Цельсию:.

Ответ: 4

3. Зна­че­ние тем­пе­ра­ту­ры по шкале Цель­сия, со­от­вет­ству­ю­щее аб­со­лют­ной тем­пе­ра­ту­ре 20 K, равно:

1)  ;
2)  ;
3)  ;
4)  .

.

Ответ: 2.

4. Со­глас­но рас­че­там тем­пе­ра­ту­ра жид­ко­сти долж­на быть равна 130 К. Между тем тер­мо­метр в со­су­де по­ка­зы­ва­ет тем­пе­ра­ту­ру  . Это озна­ча­ет, что

1) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет более низ­кую тем­пе­ра­ту­ру
2) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру
3) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет рас­чет­ную тем­пе­ра­ту­ру
4) тер­мо­метр не рас­счи­тан на низ­кие тем­пе­ра­ту­ры и тре­бу­ет за­ме­ны

.

Ответ: 3.

5. Цинк  кипит при тем­пе­ра­ту­ре . Чему равна тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния цинка при её из­ме­ре­нии по шкале Кельвина?

1) 1179 К
2) 633 К
3) -633 К
4) +1083 К

.

Ответ: 1.

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

Какие бывают шкалы температур и чем они отличаются?

Читайте также

Какие бывают праздники?

Какие бывают праздники? Праздник – это день торжества, когда люди отмечают какое-то важное событие, в честь или в память которого он и был установлен. Как правило, он считается выходным, поэтому в этот день никто не работает.Праздники бывают разными. Международные,

Какие бывают ископаемые?

Какие бывают ископаемые? Ископаемыми называется все, что люди добывают из земли. Существует такое понятие, как полезные ископаемые. Ими может стать любая горная порода, но только при одном условии – если она нужна и полезна людям. Почти все такие полезные людям горные

Какие бывают краски?

Какие бывают краски? Любой человек может сразу ответить, что краски бывают разноцветные: красные, синие, зеленые, фиолетовые, – и назвать еще немало цветов, которые составляют красочную палитру. Но давайте посмотрим, как можно ответить на этот вопрос еще и по-другому.Все

Какие бывают утюги?

Какие бывают утюги? Первый электрический утюг появился в 1882 году. Его изобретателем был американский инженер Генри Сили. Он первым догадался вмонтировать в подошву утюга электрическую спираль. Но утюг Сили был неудобен. У него не было никаких регулировочных

Какие бывают ящерицы?

Какие бывают ящерицы? Ящерицы живут по всей Земле, кроме полярных районов. Эти животные любят тепло и солнце, поэтому их чаще всего можно встретить в тропических зонах, хотя некоторые виды ящериц обитают и у нас, в европейской части, на Урале, в Сибири, на Дальнем

Какие бывают зубры?

Какие бывают зубры? В нашей стране зубры теперь водятся только в заповедниках. Их охраняют, поскольку на их мясо и шкуры всегда много охотников, недаром в дикой природе зубры практически совсем исчезли. Все это произошло несмотря на то, что с виду зубры весьма устрашающие

Какие бывают муравьеды?

Какие бывают муравьеды? Название этих животных говорит само за себя. Они питаются белыми муравьями, то есть термитами.Муравьеды – довольно большие животные, один хвост у них в метр длиной, а туловище и того больше – около 2 метров. Весит муравьед тоже немало – около 40

Какие бывают черепахи?

Какие бывают черепахи? Все черепахи — морские, пресноводные и сухопутные — имеют твердый наружный панцирь, чешуйчатую кожу и ороговевший нос. Все они дышат легкими и имеютпанцири, состоящие из двух частей: наружной, или верхней, и нижней. Через отверстия между этими двумя

Какие бывают голуби?

Какие бывают голуби? Голуби встречаются во всех зонах с тропическим и умеренным климатом. Существует более 300 разновидностей этой птицы, но лишь несколько из них водятся в Великобритании. Один из наиболее интересных видов — это почтарь, или почтовый голубь. Если

Какие бывают татуировки

Какие бывают татуировки Деление тату на виды можно провести условно. Четких границ для этого не существует. Нательные рисунки нередко сегодня совмещают несколько значений — любовные и религиозные, охранительные и информативные. Но все же существует несколько типов

Какие бывают иппликаторы?

Какие бывают иппликаторы? Иппликатор – это устройство с большим количеством игл (от нескольких десятков до нескольких тысяч), воздействующих на тело человека. Иппликаторы могут отличаться друг от друга по материалу, размеру, форме, остроте игл и наличию дополнительных

Какие бывают водоемы

Какие бывают водоемы Озеро Озером называется покоящаяся или медленно текущая значительная масса воды в естественной впадине суши, не имеющая непосредственного контакта с морем. Стратификация озер.Стратификация – это образование слоев воды с разной плотностью и

история единицы температуры и температурной шкалы

1878 г. Начало изготовления эталонов метра. Каждый национальный эталон метра был снабжен двумя ртутно-стеклянными термометрами, которые калибровались в МБМВ.  Термометры, по заказу МБМВ были изготовлены парижским мастером Тоннело. Термометры были изготовлены из специального очень стабильного стекла, так, что воспроизводимость их показаний достигала нескольких тысячных долей градуса. Возникла необходимость установить единую международную шкалу температур, по которой термометры могли точно калиброваться. 

1884-87 г. Работа по установлению абсолютной (термодинамической) шкалы, по которой могли калиброваться лучшие ртутные термометры,  проводилась в МБМВ французским ученым Шаппюи. На первом этапе исследований он детально изучил газовый термометр постоянного объема, используя для его заполнения различные газы: водород, азот, диоксид углерода. Погрешность его измерений оценивалась на уровне одной сотой градуса в диапазоне до 100 °С. 

1887 г. Международная конференция по мерам и весам одобрила первую практическую международную шкалу температур – шкалу, реализуемую водородным газовым термометром постоянного объема, названную нормальной водородной шкалой. Шкала была основана на двух реперных точках – точке плавления льда и кипения воды. Решение было ратифицировано Генеральной конференцией по мерам и весам в 1889 г. 

1888-1889 г. Исследования Шаппюи были продолжены, было показано, что газовые термометры постоянного объема более пригодны для создания международных практических эталонов. В исследовании Гриффитса, проводимого в Кью Обсерватории, Великобритания, работа с газовым термометрам проводилась с целью расширения диапазона температур.  В сотрудничестве с Каллендаром, Гиффитс разрабатывал платиновый термометр сопротивления, который был стабильным до 600 °С.  Каллендар и Гиффитс использовали для градуировки платиновых термометров третью точку - точку кипения серы, которую оценили в 444,53 °С. Они предложили МБМВ провести сличения платиновых термометров с газовым термометром Шаппюи. 

1897 г. Сличения были проведены Шапюи в сотрудничестве с Харкером из Кью Обсерватории. В процессе работы была предложена шкала газового термометра постоянного объема, заполненного азотом и работающего в диапазоне до точки кипения серы, которая в их экспериментах получилась равной 444, 70 °С, что довольно близко к результату, полученному Каллендаром и Гриффитсом.  

1899 г. Множество исследований точек затвердевания и кипения проводились в течение последних двух десятилетий девятнадцатого века. Каллендар дал подробный обзор газовой термометрии на заседании Британской ассоциации содействия развитию науки (БААС) и, показав, что работа с газовым термометром очень сложна, сделал предложение по введению практической температурной шкалы. Он предложил, чтобы платиновый термометр сопротивления был принят в качестве определяющего инструмента шкалы, и чтобы он был откалиброван в точке замерзания воды и при температурах кипения воды и серы. Кроме того, он предложил выбрать конкретную партию платиновой проволоки, из которой изготавливались бы термометры, определяющие шкалу. Он выразил намерение назвать шкалу «Шкала Температур  Британской Ассоциации» и связать ее с «идеальной» температурной шкалой через измерение газовым термометром точки кипения серы.  Пока не ясно, почему британская ассоциация не поддержала это предложение. 

1911г. Physikalish-Technische Reichanstalt (PTR, который позднее стал ПТБ), Берлин, направил циркулярное письмо в МБМВ, Национальную физическую лабораторию (NPL) в  Теддингтоне и в Бюро стандартов (BS, которое в 1934 году стало Национальным бюро  стандартов, NBS, и в 1986 году Национальным институтом стандартов и технологии, NIST), Вашингтон, с предложением, чтобы термодинамическая шкала была принята в качестве международной шкале температур, и чтобы практическая реализация шкалы осуществлялась платиновыми термометрами согласно  предложению Каллендера в 1899 г. Оба института НФЛ и БС согласились, после чего были определены константы платины, и было предложено, что выше верхнего предела (1100 ° C) шкала определялась с помощью оптического пирометра. 

1913 г. На пятой Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ), инициатива ПТБ встретила понимание и поддержку, была принята Резолюция с предложением к директорам трех институтов встретиться с целью формирования соглашения по температурной шкале. Однако планируемая встреча не состоялась, в связи с началом Первой мировой войны. 

1923 г. Ко времени, когда дискуссия по шкале была возобновлена, три национальные лаборатории ввели в действие шкалу платинового термометра сопротивления, охватывающую диапазон от -38 ° C (точка затвердевание ртути) до  444,5 ° С (температура кипения серы), используя квадратичную интерполяционную зависимость. В ходе визита в НФЛ и ПТБ представителя БС, основной принцип международной шкалы был согласован. Шкала должна быть основана на платиновом термометре сопротивления, работающем в диапазоне до 650 ° С, калиброванном при 0 ° С, 100 ° С и температуре кипения серы 444,5 ° C. Между 650 ° C и 1100 ° C шкала определялась с помощью Pt​​-10% Rh / Pt термопары калиброванной в точках затвердевания цинка, сурьмы, серебра и золота и с использованием кубического интерполяционного уравнения. Выше точки золота, 1063 ° C, был предложен оптический пирометр. За этим неофициальным соглашением последовало более широкое обсуждение, в котором принимали участие также МБМВ и представители Лейденского университета. 

1925 г. В 1925 году проект положения о шкале был подготовлен для представления в Международный комитет по мерам и весам (МКМВ) в 1927 г. Диапазон платинового термометра сопротивления был продлен до -193 ° C,  кубическое уравнение для термопары было заменено квадратичным уравнением с калибровочными точками затвердевания сурьмы (630 ° C), серебра (960 ° C), и золота. 

1927 г. 7-я конференция ГКМВ приняла Международную температурную шкалу 1927 года (МТШ-27), которая мало чем отличались от проекта 1925 года. Было запланировано проведение международной конференции по термометрии в 1928 году, на котором вопрос о статусе Международной шкалы температур был бы рассмотрен более детально. Эта конференция, однако, не состоялась. 

1937 г. Международным комитетом по мерам и весам (МКМВ) создан Консультативный комитет по термометрии и калориметрии для консультаций по вопросам, связанным с этими видами измерений. Консультативный комитет по термометрии (ККТ) в значительной степени взял на себя инициативу в вопросах, связанных с развитием международной шкалы температур. 

1948 г. Первый пересмотр МТШ состоялся в 1948 г. В новой версии, единственным изменением ниже 0 ° С было исчезновение экстраполяции ниже точки кислорода, до -190 ° С, т.к. эта экстраполяция считалась не надежной. МПТШ-48 доходила только до -182,97 ° C. Точка стыковки между термометром сопротивления и термопарой изменилась с 660 ° С до точки затвердевания сурьмы, 630,5 ° C, а температура приписанная точке серебра, была немного увеличена, от 960,5 ° C до 960,8 ° C. Также было принято решение отказаться от названия "градусов по стоградусной шкале" для единицы температуры и заменить его на «градус Цельсия». 

1954 г. 10-я конференция ГКМВ наконец приняла предложение, которое Кельвин сделал еще в 1854 году, а именно, что единица термодинамической температуры должна определяется в терминах интервала между абсолютным нулем и одной фиксированной реперной точкой. Реперной точкой была выбрана тройная точка воды, которой было приписано значение термодинамической температуры 273,16 ° К. Предложение о тройной точке воды было сделано еще в 1948 году, но в то время не было еще единой точки зрения относительно того, какое значение должно быть присвоено  абсолютному нулю. Вопрос был окончательно решен ГКМВ только в 1954.

1958 г. МКМВ принял Таблицу давления паров 4He от температуры, предложенную ККТ. Таблица была основана на данных газового термометра, сглаженных магнитным термометром и, ниже 2,2 К, сглаженных термодинамическими расчетами. Она охватывала диапазон от 0,5 К до 5,23 К и стала известна как 1958 4Не шкала, а температуры, измеряемые на ее основе, обозначались T58. 

1961 г. В 1961 году было решено, что НФЛ и ВНИИФТРИ, Москва, проведут сличение платиновых термометров сопротивления калиброванных по четырем наиболее известным шкалам газового термометра. Это были шкалы НФЛ (1961), НБС (1955), ВНИИФТРИ (1954) и Университета штата Пенсильвания ПСУ (1954). Результаты сличений послужили основой низкотемпературной части МПТШ-68. 

Шкалу НБС-55 стоит  особо отметить, так как она является примером того, каким образом так называемая "проволочная шкала" может успешно действовать. НБС-55 является шкалой, основанной на газовой термометрии 1939 года, она первоначально поддерживалась группой из шести термометров сопротивления платины, и была известна как НБС-39. В 1955 году было принято произвольное смещение 10 мК по всей шкале, и название было изменено на НБС-55. Преемники этих шести термометров НБС-39 по-прежнему используются для поддержания версии НБС шкалы МПТШ-68.

1962 г. Вскоре после принятия в 1958 году 4Не шкалы, еще одно предложение было сделано в отношении шкалы давления пара для 3He. Оно было основано на сравнении давления паров 3Не с  4Не выше 0,9 К, и с термодинамическими расчетами ниже 0,9 К. Шкала была принята МКМВ и стала известена как 1962 3Не шкала, температура измеряемая по этой шкале, обозначалась T62.  

1964 г. ККТ принял стандартную функцию W для интерполяции между рядом низкотемпературных реперных точек. ККТ-64 была опубликована в виде таблицы под названием "Временная справочная таблица ССТ-64 W от Т для термометров сопротивления платиновых в диапазоне 12 К до 273,15 К". 

1966 г. Рабочая группа ККТ предложила 1966 Временную Шкалу, с учетом дальнейших результатов газовой термометрии для точки кипения кислорода и тройной точки водорода. 

1968 г. Состоялся второй пересмотр шкалы температур, и он разрешил любопытную ситуацию, когда термодинамические температуры были определены совсем другим способом, чем международные практические температуры. В МПТШ-68, обе единицы температуры, термодинамическая и практическая, были определены как равные 1 / 273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Сама единица была переименована в "кельвин" вместо "градус Кельвина" и обозначена "К" вместо "° К". 

МПТШ-68 состояла из четырех частей: 

(а) от 13,81 K до 273,15 K;

(б) от 0 ° C до 630,74 ° С;

(с) 630,74 ° С до 1064,43 ° C; и

(d) выше 1064,43 ° С.  

В части (а) шкала была определена в виде набора из шести низкотемпературных фиксированных точек и стандартной функции. В диапазоне (б) шкала была определена посредством старого квадратного уравнения Каллендара, но изменена с учетом новых значений газовой термометрии для реперных точек. В части (с) основным инструментом была Pt-10% Rh / Pt термопара, откалиброванная в 630,74 ° C и в точках затвердевания серебра и золота, использующая квадратичную интерполяционную формулу. Часть (d) была определена по излучению черного тела и использовала уравнение Планка. 

1976 г. В 1976 МКМВ утвердил новую низкотемпературную шкалу,  названную «временная 0,5 K до 30 K температурная шкала», или ВТШ-76. Целью было обеспечить единую шкалу, на основе которой можно было бы сделать измерения температуры в этом диапазоне, в ожидании пересмотра и продления вниз МПТШ-68. Шкала основана на  одиннадцати фиксированных точках в пределах диапазона от 0,5 К до 30 К, также в шкале приводились отклонения между Т76 и следующими существующими шкалами: МПТШ-68; 4Не-1958 и 3He-1962 шкалы давления паров; НФЛ-75 и версия НБС МПТШ-68, которая была определена по разности от НБС-55. В отличие от МПТШ-68, ВТШ-76, таким образом, могла быть реализована в различных формах; либо с помощью одной из указанных выше шкал и табличных данных отклонений в тексте ВТШ-76 или с помощью термодинамического интерполяционного термометра, такого как газовый термометр или магнитный термометр, калиброванными в одной или нескольких из указанных реперных точек ВТШ- 76. 

1990 г. Международная температурная шкала 1990 (МТШ-90) вступила в силу 1 января 1990, заменив МПТШ-68 и ВТШ-76. 

МТШ-90 отличается от МПТШ-68 в ряде важных аспектов: 

она использует тройную точку воды (273,16 К), а не точку затвердевания воды (273,15 К), в качестве опорной точки;

она распространяется на более низкие температуры: 0,65 K вместо 13,8 K;

она находится в более близком согласии с термодинамическими температурами;

улучшилась преемственность и точность;

она имеет ряд перекрывающихся диапазонов и поддиапазонов;

в определенных диапазонах существуют альтернативные, но существенно эквивалентные определения;

она включает в себя шкалу давления паров гелия;

она включает в себя интерполирующий газовый термометр в качестве одного из основных инструментов;

диапазон платинового термометра сопротивления, как определяющего инструмента, был продлен с 630 ° С до точки серебра, 962 ° C;

Pt / 10% Rh-Pt термопары больше не является определяющим инструментом шкалы;

диапазон, основанный на закон излучения Планка начинается в точке серебра, а не в точке золота, но возможно использование любой из точек: серебра, золота или меди в качестве опорных точек для этой части шкалы. 

2000 г. Чтобы расширить диапазон МТШ-90 до 0,9 мК, была разработана и утверждена в 2000 году «Временная низкотемпературная шкала (ВНТШ-2000). Шкала основана на давлении расплава гелия 3Не из-за высокой чувствительности и достоверности, с которой оно может быть измерено в широком диапазоне: она охватывает область в районе трех десятых градуса вокруг узкой области температуры, соответствующей минимуму давления при 315,24 мК.

2005 г. Новый подход к построению практики измерений температуры в целом был предложен ККТ в 2005 г. Согласно новой концепции МТШ-90 не должна являться единственным способом измерения и выражения температуры. Наряду с существующими практическими шкалами МТШ-90 и ПНТШ-2000 (Предварительная низкотемепературная шкала) в практику измерений должна войти термодинамическая шкала. 

Для того, чтобы создать законодательную платформу для этого подхода было решено разработать документ по практической реализации единицы температуры, называемый “Mise en pratique for the definition of the kelvin” (MePK). Подробнее см. раздел "Развитие международной температурной шкалы"

2011 г. 17 - 21 октября 2011 г. в Севре под Парижем состоялось 24-е заседание Генеральной Конференции по Мерам и Весам. Конференция одобрила будущие предлагаемые изменения в определениях основных единиц СИ: кельвина, ампера, моля и килограмма. В пресс-релизе МБМВ было отмечено, что 21 октября 2011 г. ГКМВ сделала исторический шаг по направлению к переопределению физических единиц, приняв Резолюцию №1 и, таким образом, анонсировав грядущее введение новых определений единиц и определив основные шаги необходимые для окончательного завершения проекта перехода на новые определения.

2014 г. На 25-м заседании Генеральной Конференции по Мерам и Весам был отмечен прогресс в определении физических констант и был утвержден стратегический план перехода на новое определение кельвина и других величин.

2018 г. 16 ноября 2018 года 26-я Генеральная конференция по весам и мерам (КГПМ) единогласно проголосовала за новые определения основных единиц СИ: килограмма, ампера, кельвина и моля. Единицы  будут определяться путем задания точных численных значений для постоянной Планка (h), элементарного электрического заряда (e), постоянной Больцмана (k) и постоянной Авогадро (Nа) соответственно.

 2019 г. Новые определения основных единиц СИ: килограмма, ампера, кельвина и моля вступили в силу 20 мая 2019 года. (подробнее см. раздел Новое определение кельвина)

Основной источник: сайт МБМВ bipm.org

Еще раз о шкалах температуры

Для измерения температуры – самого ощущаемого и наблюдаемого физического параметра – были изобретены ряд шкал и единиц, но только две основные единицы нашли в настоящее время повседневное применение. Двум европейским ученым 18 века приписывается создание используемых в настоящее время шкал температуры в градусах Фаренгейта (°F) и в градусах Цельсия (°C), из которых последняя используется фактически повсеместно за исключением США.

Ключом к установлению достоверной температурной шкалы является нахождение повторяющихся стандартных точек, например точек изменения состояния воды. Немецкий физик Габриэль Фаренгейт (1686-1736) первоначально основывал свою шкалу на трех точках. В первой точке температура смеси льда и соленой воды принималась за ноль, во второй точке температура смеси льда и чистой воды принималась за 30, и, наконец, в третьей точке температура в полости рта здорового человека определялась как 96. В соответствии с этой шкалой точка кипения воды (при нормальном атмосферном давлении) имела значение 212. Для того, чтобы средняя величина интервала между точками кипения и замерзания воды была равна более приемлемому числу (180), Фаренгейт в последующем скорректировал точку замерзания воды и установил ее равной 32.

Шведский астроном Андерс Цельсий (1701-1744) с помощью точных экспериментов установил более рациональную шкалу, в которой 0 соответствовал точке кипения воды, а 100 – точке замерзания. После его смерти шкала была изменена противоположным образом и сейчас используется именно в таком виде. Из-за того, что шкала C охватывала „100-точечный“ интервал между точками замерзания и кипения воды, она была принята как стоградусная шкала. Только в наше время (1948 г.) для обозначения „градусы Цельсия“ был применен символ °C.

Поскольку шкалы C и F основаны на одних и тех же физических точках (изменениях состояния воды), то установление соотношения между ними не представляет труда. График взаимосвязи – прямая линия, соединяющая стандартные точки 1 и 2 и продолженная в обоих направлениях, может служить полезным инструментом визуализации. Кроме обеспечения физического понимания температурных шкал, линия дает нам уравнение связи между C и F „с первого взгляда“. Такой график может быть рекомендован для каждого, кто работает с температурными преобразованиями.

Соотношение шкал Цельсия и Фаренгейта

Основной обеих температурных шкал — Цельсия и Фаренгейта — является интервал между точками замерзания и кипения воды в стандартных условиях. Это точки 1 (0оС; 32оF) и 2 (100оС; 212оF), расположенные вдоль линии зависимости этих шкал.

Поскольку мы знаем наклон линии (2z/1z = 180/100 или 1.8) и ее смещение на 32 единицы по оси F (точка, где C = 0), то с помощью элементарной математики сразу можно получить уравнение линии:

F = 1.8C + 32, которое легко решается для С, давая C = (F — 32)/1.8.

И это все формулы преобразования, необходимые пользователю. Они должны быть проще часто применяемых таблиц, содержащих дробные числа. Кроме того, график объясняет – почему шкалы C и F имеют одну точку числовой эквивалентности при -40 (так называемую „уникальную“ точку). Это происходит в точке A в третьем квадранте, где xA = yA. Точки графика, находящиеся между точками B и G, обеспечивают определение других интересных в физическом плане температурных точек.

Так, например, продление линии вниз позволяет определить конечную точку 3, известную как абсолютный ноль (-273.15 °C; -459.67 °F). Эта теоретически самая низкая возможная температура вещества является нулевой точкой шкалы Кельвина, предложенной английским ученым Вильямом Томсоном (Лорд Кельвин) в 1848 году. Шкала температур Кельвина применяется в науке и технике и определяется без приставки „градусы“ (т.е., 283 K = 10 °C = 50 °F).

Продление линии вверх не имеет определенного предела. Множество промышленных и физических процессов осуществляются при температурах до нескольких тысяч градусов F или C.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

температурных шкал

температурных шкал 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 значение.

До 1970-х годов шкала температур по Фаренгейту в целом была обычное использование 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. шкала. 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.

Четыре типа температурных шкал

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 по Фаренгейту включает отрицательные температуры, ниже 0 градусов по Фаренгейту. Самая низкая возможная температура, абсолютный ноль, составляет -459,67 градусов по Фаренгейту.

Шкала Цельсия

• •• Anrodphoto / iStock / Getty Images

За пределами США большая часть 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 Цельсию и , 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 C. 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

Хотя широко не используется - за исключением некоторых U.S. инженерные области - шкала Ренкина обеспечивает отсчитываемый от нуля абсолютный эквивалент 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 Рэнкина, добавив 459,67. Таким образом, абсолютный ноль находится на 0 градусах Ренкина. Вода замерзает при 491,67 градусе R и закипает при 671 градусе.67 градусов R.

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.

Задачи 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 различными температурами: абсолютным нулем и тройной точкой Венского стандартного среднего значения океанской воды (VSMOW; специально очищенная вода).
  • На основании этого соотношение между Цельсием и Кельвином 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, определяемое как 101,325 кПа и ранее использовавшееся как единица измерения давления

Цельсия, также известный как градус Цельсия, представляет собой шкалу 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 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.

Задачи 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
  • холодильная 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 ровно 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.

Задачи 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, что наблюдается 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 с постоянным объемом. Обратите внимание, что все графики экстраполированы на нулевое давление при одной и той же температуре

Чтобы 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.

Задачи 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 тепловые движения 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 упоминается и не набирается как градус. 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 : Связь 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.

Термометры и температурные весы - Университетская физика, том 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. Хинтона, 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 обычных 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, которая обычно используется в науке. Единица измерения температуры в системе СИ - кельвин , сокращенно K (без знака градуса). Таким образом, 0 K является абсолютным нулем. Температура замерзания и кипения воды - 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.

Для преобразования между градусами Фаренгейта и Кельвина преобразование в градусы Цельсия является промежуточным шагом.

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 будут достаточно хорошо согласуются с нулевым давлением, соответствующим температуре абсолютного нуля.

Газовые термометры постоянного объема большие и медленно приходят в состояние равновесия, поэтому их в основном используют 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 могут быть преобразованы 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 собеседник 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 во времена, когда на планете было от 36 градусов по Фаренгейту (2 градуса Цельсия) до 37 градусов по Фаренгейту (3 градуса Цельсия) выше, 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. Каково исходное показание по Цельсию? Округлите ответ до трех значащих цифр.

температура | Определение, шкалы, единицы и факты

Температура , мера жара или холода, выраженная в терминах любой из нескольких произвольных шкал и указывающая направление, в котором будет спонтанно течь тепловая энергия - i.е. от более горячего тела (одно с более высокой температурой) к более холодному (одно с более низкой температурой). Температура не эквивалент энергии термодинамической системы; например, горящая спичка имеет гораздо более высокую температуру, чем айсберг, но общая тепловая энергия, содержащаяся в айсберге, намного больше, чем энергия, содержащаяся в спичке. Температура, подобная давлению или плотности, называется интенсивным свойством - тем, которое не зависит от количества рассматриваемого вещества, - в отличие от экстенсивных свойств, таких как масса или объем.

термометр

Большинство современных термометров градуируются как по шкале Цельсия, так и по шкале Фаренгейта.

© Myotis / Shutterstock.com

Подробнее по этой теме

физика: Изучение тепла, термодинамики и статистической механики

Температура - это среднее значение части внутренней энергии, присутствующей в теле (не включая энергию молекулы...

Сегодня широко используются три температурные шкалы. Температурная шкала по Фаренгейту (° F) используется в США и некоторых других англоязычных странах. Температурная шкала Цельсия (° C) является стандартной практически во всех странах, принявших метрическую систему измерения, и широко используется в науке. Шкала Кельвина (K), шкала абсолютной температуры (полученная путем сдвига шкалы Цельсия на −273,15 °, чтобы абсолютный ноль совпал с 0 K), признана международным стандартом для научного измерения температуры.

температурные шкалы

Стандартные и абсолютные температурные шкалы.

Encyclopædia Britannica, Inc./Patrick O'Neill Riley

В некоторых областях техники другая шкала абсолютных температур, шкала Ренкина ( см. Уильям Ренкин), предпочтительнее шкалы Кельвина. Его единица измерения - градус Ренкина (° R) - равна градусу Фаренгейта, так как кельвин равен одному градусу Цельсия.

Температурная шкала Реомюра (° Re) (или восьмидесятичное деление) широко использовалась в некоторых частях Европы в XVIII и XIX веках; Позже его использовали в основном для измерения температуры смесей во время пивоварения, сиропов при производстве некоторых пищевых продуктов и молока при производстве сыра.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

8 уникальных температурных шкал, которые вы можете знать или не знать

Происхождение единиц температуры

01 июля 2018

Мы все пользуемся температурной шкалой каждый день, будь то просто для определения наружной температуры или для регулировки температуры в нашей комнате.

Работа с температурой настолько очевидна, что мы больше не думаем об этом.

Но знаете ли вы, что когда-то на выбор было 8 различных популярных температурных шкал?

А их было даже больше 30, если считать и менее популярные.

К счастью, нам не обязательно использовать их все. Некоторые из них больше не используются, а другие используются только для определенных приложений.

Вы можете задаться вопросом, почему у нас все эти разные температурные шкалы. Разве не было бы проще иметь только один?

Ну не совсем. Не зря существуют разные температурные шкалы. Я расскажу почему в конце статьи.

Давайте сначала взглянем на эти 8 температурных шкал.

Температурная шкала Ньютона (1701)

Вы наверняка должны были знать сэра Исаака Ньютона (° 1643 - † 1727) или, по крайней мере, сердцем о нем раньше.

Существует очень известная история о нем, в которой говорится, что он открыл свою теорию гравитации, когда он сел под яблоней и яблоко упало ему на голову.

Если это полностью правда, я не знаю, но он определенно открыл гравитацию и многое другое.

Ньютон был английским математиком, астрономом, теологом, писателем и физиком. Один из величайших ученых всех времен, сравнимый с Эйнштейном, с открытиями. как цветовой спектр (с использованием стеклянной призмы) или три закона движения.

Помимо всех этих областей интересов, он был первым, кто разработал температурную шкалу в 1701 году.

С помощью термометра, сделанного из толстой стеклянной трубки диаметром от 1,5 до 2 дюймов и наполненной льняным маслом, он измерил температуру тающего снега. Этот температура стала его первой определенной точкой на шкале температур. Таким образом, он присвоил ему номер 0.

Второй определенной температурной точкой по шкале Ньютона было тепло тела, которое он описал как «внешнее тепло тела в его естественном состоянии».Он определил это температура как 12 градусов тепла.

Да, Ньютон не говорил о температуре, хотя он называл свой прибор термометром, но он называл это градусами тепла.

Итак, теперь он откалибровал свой термометр, он мог начать измерять температуру, но только в нижнем диапазоне, потому что льняное масло достигает точки кипения при температуре около 287 ° C (в зависимости от чистоты). Во-вторых, масло начинает разлагаться около точки кипения, что изменяет его коэффициент расширения, в результате чего термометр бесполезен.

Хотя его термометр из льняного семени также мог бы измерять небольшие отрицательные температуры, Ньютон никогда не исследовал эту сторону температурной шкалы. Итак исходная шкала Ньютона не имела отрицательных чисел.

Ньютон не собирался изобрести термометр для повседневного использования. Поскольку он был назначен смотрителем Королевского монетного двора, компании, производившей монеты для Соединенное Королевство его больше интересовало определение температуры кипения металлов.

Чтобы откалибровать свой термометр на температуру, превышающую температуру тела, он нагрел «довольно толстый кусок железа» до точки, где он стал раскаленным.

Он описал температуру раскаленного железа как «степень нагрева живых углей в небольшом кухонном огне, состоящем из битуминозных углей, которые горят без используя сильфоны ».

Не очень точное описание температуры, если вы спросите меня, но это не имело особого значения, потому что он намеревался вычислить эту температуру, используя его закон охлаждения и уже калиброванный термометр для низких температур.

Итак, для этого он поместил маленькие кусочки разных металлов на свою раскаленную железную плиту.Эти металлы представляли собой легкоплавкие сплавы олова, свинца и висмута, которые плавились. довольно быстро из-за тепла железного блока.

По мере остывания чугуна сплавы затвердевают один за другим при определенной температуре.

Ньютон записал время, когда железный блок начал остывать, а также время, в которое различные сплавы затвердевали. Наконец, он также отметил время, когда утюг настолько остыл, что его температуру можно было измерить непосредственно термометром на льняном масле.Это значит, что ему нужно было остыть до температуры тела.

Теперь он мог применить закон охлаждения, чтобы вычислить температуры, при которых сплавы затвердевали, и температуру железа в начале эксперимента.

Он обнаружил 7 новых определенных точек на своей температурной шкале:

40 ° с.ш .: Температура плавления сплава, состоящего из одной части свинца, четырех частей олова и пяти частей висмута
48 ° с.ш .: температура плавления сплава равных частей висмута и олова
57 ° с.ш .: температура плавления сплава, состоящего из одной части висмута и двух частей олова
68 ° с.ш .: температура плавления сплава, состоящего из одной части висмута и восьми частей олова
81 ° с.ш .: точка плавления висмута
96 ° с.ш .: точка плавления свинца
192 ° с.ш .: тепло железа светится как можно ярче

Если вы никогда не слышали о температурной шкале Ньютона, нет проблем, она больше не используется.

Преобразовать градусы Ньютона в
Rømer
Фаренгейт
Реомюр
Delisle

Температурная шкала Рёмера (1701)

Оле Кристенсен Рёмер (° 1644 - † 1710) был датским астрономом, который учился в Копенгагене (Дания), а затем отправился работать в Париж.

Он также тесно сотрудничал с такими астрономами, как Готфрид Лейбниц, Христиан Гюйгенс и Исаак Ньютон.

В 1676 году он первым вычислил скорость света, используя свои наблюдения за затмениями Ио, луны Юпитера.

Он обнаружил, что свет распространяется со скоростью 225 000 км / с.

Ну, не так уж и точно, поскольку теперь мы знаем, что это 299,792,458 км / с (в вакууме).

Когда он вернулся из Парижа в 1681 году, он стал профессором астрономии в Копенгагенском университете и был назначен директором Обсерватории Раундтауэр. несколько лет спустя.

В своем собственном доме он сконструировал свой транзитный инструмент, который он использовал для измерения положения звезд, но на инструмент влияло преломление света. и изменения температуры.

Чтобы компенсировать колебания температуры, ему понадобился градусник.

Найти хороший градусник по тем временам - непростая задача. Даже если вы его нашли, на нем не было шкалы температуры. Не говоря уже о том, что его можно было использовать в научных целях.

Итак, он решил создать его самостоятельно и начал проводить несколько экспериментов со стеклянной трубкой, наполненной 'spiritus vini, окрашенной шафраном' .

Да, это означает, что он использовал вино в качестве жидкости для термометра.

У этого были некоторые преимущества. Поскольку вино в значительной степени представляет собой смесь воды и спирта, у него была более линейная кривая расширения, чем у чистой воды. Помните, что в воде мало странное поведение при температуре около 4 ° C.

Из расчетов позже можно было установить, что смесь содержала 39% спирта по объему.

Ого, тогда у них было крепкое вино. Неудивительно, что его расчет скорости света был немного неточным.

В этот момент ему нужно было вставить стеклянную трубку и жидкость.

Итак, как он откалибровал свой термометр?

Ну, когда он понял, что давление воздуха над жидкостью будет влиять на высоту столба жидкости, он запечатал стеклянную трубку наверху.

Затем он погрузил колбу своего термометра в ледяную воду и сделал отметку на стеклянной трубке в верхней части столба жидкости.

После этого он погрузил колбу в кипящую воду и сделал еще одну отметку на трубке.

Итак, теперь его термометр откалиброван.Оставалось только поставить числа на весы.

Ему не нужны отрицательные числа, потому что это будет слишком запутанно, и люди, возможно, забудут поставить знак минус перед числом при записи. температуры.

Чтобы избежать этого, он разделил свою шкалу на 7 равных частей и поместил 1 равную часть ниже отметки точки замерзания воды, чтобы шкала состоит всего из 8 равных частей.

Он написал цифру 0 внизу шкалы и 60 вверху.Между этими двумя отметками он сделал линейное распределение степеней. По этой шкале температура замерзания воды составляла 7,5 ° Ro.

В том, что он выбрал число 60 для точки кипения воды, не было ничего странного.

Будучи астрономом, он привык использовать шестидесятеричную (основание 60) систему счисления для вычислений и измерения времени, углов и географических координат.

Это был первый термометр, который можно было калибровать снова и снова с высокой точностью, поскольку точки кипения и замерзания воды легко воспроизводятся.

Тем не менее, с годами появились лучшие решения, и шкала температуры Romer вышла из употребления.

Преобразовать градусы Рёмера в
1
Ньютон
Фаренгейт
Реомюр
Delisle

Температурная шкала Фаренгейта (1724)

Даниэль Габриэль Фаренгейт (° 1686 - † 1736) родился в Данциге (ныне Гданьск - Польша) в семье зажиточных родителей.

Он бы изучал медицину, если бы оба его родителя внезапно не умерли от отравления грибами, когда ему было 15 лет.

Приемные родители, где проживали он, два его брата и две сестры, не поддержали учебу в университете и отправили его в Амстердам (Нидерланды). на курс бухгалтерского учета.

по Фаренгейту, однако, больше интересовали инструменты, чем бухгалтерия. Так что вскоре после учебы он начал делать свои собственные термометры, по старинке с делениями, как на флорентийских термометрах:

  • Верхний предел 90 ° для «экстремальной жары»
  • 0 ° для умеренной жары
  • Нижний предел 90 ° для «экстремального холода»

В 1708 году он поехал в Данию, чтобы посетить Рёмер.Это оказалось знаменательной встречей, которая сильно повлияла на его дальнейшую работу.

Он узнал от Рёмера, что хорошие стабильные термометры пользуются большим спросом для научной работы. Но они должны были быть идентичными друг другу, чтобы измерения можно было сравнить.

С тех пор он был убежден, что термометр нуждается в точной шкале температуры и что эта шкала должна быть воспроизводимой.

Он позаимствовал идею температурной шкалы у Ремера, но не любил десятичные дроби на шкале, например e.грамм. 7,5 ° для замораживания воды и 22,5 ° для тепла тела.

Поэтому он округлил их до 8 и 24, тем самым используя точку замерзания воды и тепло тела в качестве точек калибровки.

Именно эта шкала и является оригинальной шкалой Фаренгейта. Позже он менял его пару раз по разным причинам.

Точный момент, когда он внес эти изменения, не совсем ясен, потому что Фаренгейт не вел записи своих экспериментов. Вся имеющаяся у нас информация поступает из писем, которые он писал коллегам-ученым.

В какой-то момент времени, должно быть, было около 1713 года, он умножил все числа на своей шкале на 4, получив шкалу в диапазоне 96 ° F с точкой замерзания. воды при 32 ° F.

Это позволяло считывать шкалу более точно, потому что были более мелкие деления, которые пригодились при использовании его термометров в научных целях.

Другая причина могла заключаться в том, что 64 ° между двумя его точками калибровки (96 ° и 32 °) гораздо легче определить в равных частях, поскольку 64 - это восьмая степень двойки.

Таким образом, путем последовательных делений на 2 части каждой шкалы он мог легко поставить отметки на своей шкале.

Некоторые говорят, что он использовал рассол, смесь соли и воды, которую он охладил до точки замерзания и использовал ее как точку калибровки для 0 ° F.

Но это не может быть доказано и весьма сомнительно, поскольку в литературе были обнаружены различные смеси, и ни одна из них не замерзает точно при 0 ° F.

Более вероятно, что он использовал рассол в качестве контрольной точки для своего термометра, но откалибровал его с помощью ледяной воды.

по Фаренгейту использовал спирт в качестве термометрической жидкости, но на самом деле не был удовлетворен этим, потому что спирт с точно таким же составом было трудно получить и поэтому коэффициент расширения всегда был разным.

Во-вторых, температура кипения спирта низкая, поэтому высокие температуры невозможно измерить.

Чтобы преодолеть эту проблему, он начал новые эксперименты с различными термометрическими жидкостями, чтобы наконец обнаружить, что ртуть является идеальным решением.

Фаренгейт был первым, кто использовал ртуть в качестве термометрической жидкости.

Из ртути он мог сделать термометры, которые могли измерять температуру до 600 ° F.

Дополнительные преимущества ртути:

  • Низкая точка замерзания: -38 ° C
  • Высокая температура кипения:> 380 ° C
  • Одинаковый коэффициент расширения при всех температурах
  • Не испаряется
  • Серебристый цвет легко увидеть

Теперь мы знаем, что ртуть тоже токсична, и поэтому использовать ее запрещено.

Примерно в 1713 году он прекращает использовать температуру тела или «тепло крови» в качестве точки калибровки, потому что обнаружил, что это очень ненадежно.

Именно тогда он обнаружил, что температура тела у молодых людей выше, чем у пожилых людей.

Вместо этого он использовал точку кипения воды как верхнюю калибровочную точку своей шкалы. Тогда это будет соответствовать 212 ° F.

У него был ртутный термометр, откалиброванный по температуре замерзания и кипения воды, который он использовал в качестве стандартного термометра, с которым он сравнивал все остальные термометры он сделал.

Фаренгейт, у которого никогда не было высшего образования, не совсем понимал математику своих изобретений, но его настойчивость и постоянные эксперименты помог ему построить точные измерительные приборы.

После нескольких лет путешествий, он наконец поселился в Амстердаме в 1717 году и начал производить термометры, барометры и аэрометры.

В конце концов, в 1736 году он умер без гроша в кармане, после того как все деньги, полученные от его родителей и заработанные им деньги, были потрачены на эксперименты.

Преобразование градусов Фаренгейта в
905
Ньютон
Рёмер
Реомюр
Delisle

Температурная шкала Реомюра (1731)

Рене Антуан Фершо де Реомюр (° 1683 - † 1757), родился в Ла-Рошели (Франция), был французским энтомологом и писателем.

Он изучал философию, гражданское право и математику и в 1703 году отправился в Париж, чтобы продолжить свои исследования математики и физики.

В 1708 году, в возрасте 24 лет, он был избран членом «Академии наук», которая была учреждением, содействующим французским научным исследованиям.

За свою жизнь он написал множество научных работ, касающихся многих областей науки, от геометрии до форм птичьих гнезд и всего остального.

Как энтомолог он наблюдал насекомых, что привело к ряду открытий, таких как возможность использования пауков для производства шелка или процесс оса. делают бумагу из древесных волокон для постройки своих гнезд.

Поскольку точные измерения температуры важны в области физики, а термометры, которые использовались для этой цели, обычно были не очень точными, он разработал свой собственный термометр в 1731 году.

Реомюр хотел производить сопоставимые термометры, которые можно было бы использовать в научных исследованиях.

Collection Museum De Lakenhal, Лейден

Он определил свой термометр с помощью только одной фиксированной точки, точки замерзания воды, которую он отметил 0 градусами на своей температурной шкале.

В качестве жидкости для термометра он предпочел разбавленный водой спирт (этанол), а не ртуть, потому что он имеет больший коэффициент теплового расширения. Этанол имеет коэффициент 750 ppm / K, а для ртути - 182 ppm / K.

Таким образом, была более заметная разница по шкале при одинаковом изменении температуры.

Реомюр тщательно подбирал состав спирта и воды так, чтобы термометрическая жидкость расширялась на 8% в объеме при нагревании от точки замерзания воды до кипения. точка воды.

Это означает, что из 1000 частей при температуре замерзания воды получается 1080 частей при температуре кипения.

Это привело к определению точки кипения при 80 ° Ré.

Применяя линейное деление между 0 и 80 °, он проигнорировал нелинейность расширения жидкостей и не принял во внимание влияние атмосферное давление, в результате чего Реомюр не достиг своей цели по производству сопоставимых термометров.

Кроме того, термометры не подходили для измерения более высоких температур, потому что спирт имеет низкую температуру кипения.Это делало их непригодными для многих приложений.

Однако его термометры широко использовались в Европе. Больше всего во Франции, Германии и России.

Примерно в 1790 году Франция ввела метрическую систему и поэтому выбрала шкалу Цельсия, но шкала Реомюра использовалась в некоторых частях Европы до середины XIX века. век. В России даже до начала 20 века.

Фактически, даже сегодня в некоторых частях пищевой промышленности все еще используется шкала Реомюра.Для измерения температуры молока при производстве сыра в Швейцарии и Италия например, или для приготовления сахарного сиропа для производства безе в некоторых странах Западной Европы.

Преобразование градусов Реомюра в
905
Ньютон
Rømer
Фаренгейт
Delisle

Температурная шкала Delisle (1732)

Жозеф-Николя Делиль (° 1688 - † 1768) был французским астрономом и картографом.

Родился в Париже, сначала изучал классику, но вскоре перешел в астрономию. Он поступил во Французскую академию наук в 1714 году.

В 1725 году русский царь Петр Великий призвал его в Санкт-Петербург для создания и руководства школой астрономии. Он прибыл туда только в 1726 году. К тому времени царь уже умер.

В 1740 году Делиль предпринял экспедицию в Сибирь, чтобы наблюдать прохождение Меркурия по Солнцу. Он выехал из Петербурга 28 февраля 1740 г. прибытие в Березово (Сибирь) 9 апреля.Путешествие 42 дня.

Но ему не повезло. Все его усилия были напрасны, потому что 22 апреля, в день прохождения Меркурия, солнце было закрыто облаками. Делиль не смог производить какие-либо астрономические наблюдения.

Однако в ходе экспедиции он провел множество других научных наблюдений за растительностью и дикой природой Сибири.

Несмотря на все свои усилия в области астрономии, он стал самым известным благодаря изобретению температурной шкалы Делиля.

Он сделал свои первые термометры в 1724 году, используя винный спирт в качестве термометрической жидкости. В отличие от Реомюра, он не разбавлял винный спирт водой.

Температура в подвалах Парижской обсерватории была единственной фиксированной точкой, которую он использовал для калибровки своих термометров.

Может показаться немного странным выбор температуры случайного погреба в качестве фиксированной точки, но в то время многие ученые считали, что температура мест под землей было постоянно.В частности, их убедили, что эта температура соответствует средней внутренней температуре, при которой Солнце принесла землю с момента ее создания. Это, конечно, неправда, как мы выяснили позже.

С 1732 года он изменил свою фиксированную точку на точку кипения воды и отметил ее 0 °.

Но с винным спиртом в качестве термометрической жидкости возникла серьезная проблема, так как винный спирт кипит при более низкой температуре, чем вода. Духовые винные термометры просто не выдержал жары кипятка.

Чтобы решить эту проблему, ему пришлось заменить термометрическую жидкость ртутью, точка кипения которой намного выше точки кипения воды.

Изначально шкала насчитывала 2400 делений, соответствующих зиме в Санкт-Петербурге. Каждое деление соответствовало одной стотысячной схватки. ртути в термометре, с более высокими значениями при более низких температурах.

Это означает, что шкала Делиля была перевернутой шкалой, на которой увеличение холода обозначалось более высокими числами.Это имело то преимущество, что на большой площади приложения числа никогда не были отрицательными.

В 1738 году шкала была слегка перекалибрована Йозиасом Вайтбрехтом, немецким профессором медицины и анатомии. Он сохранил 0 ° как точку кипения воды, но присвоено значение 150 ° как точка замерзания воды

Шкала Делиля использовалась в России почти 100 лет в восемнадцатом и девятнадцатом веках.

Преобразовать Degrees Delisle в
Ньютон
Рёмер
Фаренгейт
Реомюр

Температурная шкала Цельсия (1742)

Андерс Цельсий (1701-1744), шведский астроном и физик, родился 27 ноября 1701 года в Упсале, Швеция.

Он был профессором Упсальского университета, где преподавал астрономию с 1730 года.

Как астроном он анализировал изменения магнитного поля Земли и разработал измерительные инструменты для определения яркости звезд.

В 1741 году он вместе с несколькими другими людьми основал обсерваторию в Уппсале, но наиболее известен благодаря изобретению шкалы Цельсия в 1742 году.

Цельсий создал свою температурную шкалу с двумя точками, определенными на основе физических характеристик воды.

Нулевая точка (0 ° C) была определена при температуре кипения воды, а вторая точка (100 ° C) была определена при температуре замерзания воды, обе относились к стандартное атмосферное давление.

Да, это полная противоположность шкале Цельсия, какой мы ее знаем сегодня.

Причина, по которой он выбрал перевернутую шкалу, заключалась в том, что в то время термометр в основном использовался для измерения наружной температуры или температуры тела, которые одновременно попадала в диапазон от -20 до +40 современных градусов Цельсия.

Выбор 100 ° C при температуре замерзания воды позволяет избежать отрицательных чисел, когда она замерзает на улице.

Для людей сегодня это может показаться немного неудобным, если увеличиваются числа для снижения температуры, но, в конце концов, все сводится к привычке.

Через несколько лет после изобретения шкалы Цельсия некоторые ученые начали использовать перевернутую шкалу с 0 ° C, определяемой при температуре замерзания воды, и 100 ° C, определяемой при температуре замерзания воды. температура кипения воды.

Особенно биологи сочли интересным перевернуть шкалу. Поскольку при 0 ° C растения рискуют умереть из-за замерзания воды, ученые сочли это более очевидным. для обозначения температуры ниже точки замерзания воды отрицательными числами, а температуры выше - положительными числами.

На самом деле неизвестно, кто был первым, кто перевернул шкалу. Некоторые говорят, что это был Карол Линней (Linné), профессор медицины и глава ботанического сада в Уппсальский университет, другие считают, что именно Мартин Стрёмер сменил покойного профессора А.Цельсия на кафедре астрономии.

Из-за интервала в 100 градусов Цельсий первоначально называл ее шкалой Цельсия, где санти было латинским для 100, но в 1948 году название было изменено на шкалу Цельсия, которая это имя, которое все еще используется сегодня.

Это был 'Conférence Général des Poids et Mesures' , который решил изменить название, потому что 'grade' уже использовался в качестве единицы измерения и его можно было спутать с "градусом по Цельсию" .

Цельсия не очень старые. Он умер от туберкулеза в 1744 году в возрасте 42 лет.

Преобразование градусов Цельсия в
Ньютон
Рёмер
Фаренгейт
Реомюр

Температурная шкала Кельвина (1848)

Уильям Томсон, 1-й барон Кельвин (° 1824 - † 1907), которого также звали лорд Кельвин, был шотландско-ирландским математиком, физиком и инженером.

Он родился в Белфасте (Северная Ирландия) и работал в университете Глазго над математическим анализом электричества и термодинамикой.

Вместе со многими другими учеными он сыграл важную роль в формулировке первого и второго законов термодинамики.

В 1866 году он был посвящен в рыцари королевой Викторией за его теоретические работы по подводной телеграфии и его изобретения для использования на подводных кабелях, используемых во время трансатлантических путешествий. телеграфный проект.Он получил почетный титул «сэр» за то, что поставил перед своим именем: сэр Уильям Томсон.

За достижения в термодинамике и за противодействие самоуправлению Ирландии в составе Соединенного Королевства Великобритании в 1892 г. став бароном Кельвином из Ларгса (город в Шотландии). Кельвин - это название реки, протекающей рядом с его лабораторией в Университете Глазго.

Уильям Томпсон стал первым британским ученым, вступившим в Палату лордов Англии.Поэтому его еще называют лордом Кельвином. Лорд - это титул в Великобритании официально дается барону или члену Палаты лордов.

Кельвин, как и многие другие ученые того времени, поддерживал идею абсолютного минимума температуры, которую они назвали «бесконечным холодом». Согласно классической физике, это будет температура, при которой все движение полностью прекращается.

Другими словами, все заморожено, и атомы больше не двигаются.

В 1848 году он опубликовал статью «Об абсолютной термометрической шкале», в которой утверждалось, что эта абсолютная минимальная температура составляет -273 ° C.Теперь это значение исправлено на -273,15 ° C.

Помня об этом, он создал совершенно новую шкалу абсолютной температуры с нулевой отметкой при абсолютном минимуме температуры. Итак, 0 К = -273,15 ° С.

Это означает, что отрицательные температуры по шкале Кельвина невозможны, поскольку ничто не может быть холоднее абсолютного нуля.

Деления шкалы Кельвина имеют точно такой же размер, как и деления шкалы Цельсия, но единица измерения Кельвина не выражается в градусах, и поэтому символа ° нет.

В то время как относительные температурные шкалы, например По Фаренгейту или Цельсию сравнивают температуру объекта со случайно выбранной фиксированной точкой (например, с точкой замерзания воды), Абсолютные температурные шкалы работают иначе. Они указывают температуру по сравнению с абсолютным нулем.

Таким образом, шкалы абсолютных температур не только указывают температуру объекта, но также предоставляют информацию о количестве кинетической энергии его атомов. и молекулы.Кинетическая энергия равна нулю при температуре 0 Кельвина и имеет более высокое значение при более высоких температурах.

С 1954 года в качестве базовой единицы измерения термодинамической температуры был принят градус Кельвина. определение единицы:

Кельвин, единица термодинамической температуры, представляет собой долю 1 / 273,16 термодинамической температуры тройной точки воды.

Поскольку тройная точка воды (273,16 K) является очень точной и воспроизводимой температурой, она была выбрана в качестве фиксированной точки по шкале Кельвина.

Вода, используемая для калибровки измерений температуры, - это не просто вода. Он был стандартизирован Международным агентством по атомной энергии (базируется в Вене) в 1968 году и называется Венской стандартной средней океанской водой (VSMOW). Обозначение «океанская вода» относится только к испарению океанской воды в круговороте воды в качестве первоначального источника пресные поверхностные и грунтовые воды.

Помимо тройной точки воды, международным соглашением были выбраны еще 16 определяющих точек, от точки замерзания гелия до точки замерзания меди.

Если вы не ученый или инженер, вы будете мало использовать шкалу Кельвина, поскольку она используется почти исключительно в научных целях.

Температурная шкала Ренкина (1859 г.)

Уильям Джон Маккорн Рэнкин (° 1820 - † 1872) был шотландским профессором гражданского строительства и механики с большим интересом к железнодорожному строительству, молекулярной физике и термодинамика.

Он родился в Эдинбурге (Шотландия), но переехал в Глазго в 1851 году, чтобы работать в Университете Глазго, где он преподавал теорию и практику гражданского и машиностроительного строительства.

Ренкин особенно интересовался термодинамикой и разработал полную теорию паровой машины и фактически всех тепловых машин.

У него также было много других интересов в других областях науки, математики и инженерии.

В 1859 году он разработал свою температурную шкалу. Это была термодинамическая шкала, подобная той, которую разработал Кельвин, но шкала Ренкина была основана на градусах Фаренгейта. градусов Цельсия, как и в случае с Кельвином.

Температурная шкала Ренкина начинается с абсолютного нуля, и каждое деление имеет одинаковый размер в градус Фаренгейта. Таким образом, температура 0 R равна 0 K или -459,67 ° F.

Тройная точка воды, равная 491 688 R, используется в качестве фиксированной точки на шкале. Вода, используемая здесь, также соответствует Венскому стандарту средней океанской воды (VSMOW). стандарт.

Большинство людей записывают единицу Ренкина как ° R, но Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) не рекомендует использовать символ степени, чтобы подчеркнуть сходство с Кельвином.

Температурная шкала Ренкина применяется в научных приложениях только тогда, когда формулы выражены в имперских единицах. Его можно использовать для расчетов, например, для излучения теплопередача, изменение энтропии, тепловой КПД Карно или Закон идеального газа.

Шкала Ренкина в значительной степени заменена шкалой Кельвина. В настоящее время, я полагаю, трудно найти какую-либо научную работу, в которой использовался бы блок Ренкина. Но если ты хочешь Чтобы погрузиться в старые научные статьи, может пригодиться эта температурная шкала.

Ренкин, неженатый и бездетный, умер в канун Рождества 1872 года в возрасте 52 лет.

Преобразование Ранкина в
Ньютон
Рёмер
Фаренгейт
Реомюр

Почему у нас разные шкалы температур?

Как я обещал вам в начале этой статьи, позвольте мне объяснить вам, почему у нас разные температурные шкалы.

Еще в истории, в 18-19 веках, между учеными велась большая дискуссия о том, как лучше всего измерить температуру.

Прежде всего, какую термометрическую жидкость следует использовать? Во-вторых, как градуировать шкалу? И в-третьих, как его откалибровать?

Проводилось множество экспериментов, и некоторые ученые, часто астрономы, которым приходилось компенсировать свои измерения за изменения температуры, начали проводить собственные термометры.

Некоторые из них хорошо поработали и сумели создать надежный термометр.Другим это не удалось, и их термометры быстро ушли в небытие.

Итак, в использовании температурных шкал была и продолжается историческая эволюция. Мы не создали одну шкалу, мы создали множество разных шкал.

Некоторые из этих весов широко использовались в Европе и России.

Переход от одной шкалы к другой требует времени, времени, чтобы убедить людей использовать другую шкалу. Как известно, люди всегда сопротивляются переменам.

Температурные шкалы, подобные тем, которые были созданы Ньютоном, Рёмером, Реомюра или Делилем, все исчезли и были заменены шкалой Цельсия, когда многие страны начали ввести метрическую систему около 1790 г.

Некоторые страны сохранили имперскую или обычную систему и продолжали измерять температуру в градусах Фаренгейта. Сегодня эти страны - Соединенные Штаты, Либерия и Мьянма. В некоторых других странах используются как градусы Фаренгейта, так и градусы Цельсия.

Шкалы Кельвина и Ренкина используются только в научных целях, при этом шкала Кельвина является наиболее часто используемой шкалой, а шкала Ренкина используется только в нескольких конкретных областях. техники, как тепловые электростанции.

Итак, остается только 3 различных шкалы: Фаренгейт, Цельсий и Кельвин.Зная, что шкала Фаренгейта находится в упадке, в будущем может быть только две шкалы.

В конце концов, возможно, останется только градус Кельвина, хотя показывать внешнюю температуру тремя цифрами немного странно.

Ссылки

  1. Википедия. 2018. Исаак Ньютон.
  2. Википедия. 2018. Шкала Ньютона.
  3. Роулендс Питер. 2018. Ньютон - инновации и противоречия. World Scientific Publishing Europe Ltd.310 стр.
  4. Живая наука. 2013. Цельсия: факты, формулы и история.
  5. Uppsala Universitet. 2001. История температурной шкалы Цельсия.
  6. Rundetaarn. Ранние датские термометры. Ранние датские термометры.
  7. Википедия. 2016. Оле Рёмер.
  8. Питер ван дер Стар. 1983. . Письма Фаренгейта Лейбницу и Бурхаве. Rodopi B.V.199стр.
  9. Science Alert.2016. Посмотрите, почему люди до сих пор используют эту безумно произвольную шкалу температур.
  10. Академия наук. Рене Антуан Фершо де Реомюр.
  11. Википедия. 2018. Джозеф-Николя Делиль.
  12. Ян Гилленбок. 2018. Энциклопедия исторической метрологии, весов и мер, Том 1. 676с.
  13. София Талас. 2002. Термометр Дж. Б. Микели дю Креста и связи с Г. Ф. Бренд. Общество научных приборов.72: 20-25.
  14. Гарольд И. Шарлин. Британская энциклопедия. 2018. Уильям Томсон, барон Кельвин - шотландский инженер, математик и физик.
  15. Национальный институт стандартов и технологий. 2018. Кельвин: Введение.
  16. Университет Глазго. Macquorn Rankine.

Связанные темы

температурных шкал

температурных шкал

Четыре шкалы температуры

Наиболее часто используемой сегодня шкалой температур в США является шкала Фаренгейта, сокращенно F.В этой шкале вода замерзает при 32 градусах и закипает при 212 градусах. (Это строго соблюдается только тогда, когда атмосферное давление равно среднему давлению на уровне моря. На больших высотах вода закипает при более низкой температуре, что известно любому, кто готовит в горах.)

Другой распространенной шкалой является шкала Цельсия (также называемая Цельсием). В этой шкале вода замерзает при 0 градусах и закипает при 100 градусах.

Для преобразования между градусами Фаренгейта и Цельсия используйте следующую формулу:
Температура по Фаренгейту = (Температура Цельсия) x (9/5) + 32

Существуют также температурные шкалы, в которых ноль равен абсолютному нулю, минимально возможной температуре.(Люди приближались к абсолютному нулю, но так и не достигли его. Согласно теории, мы никогда не достигнем этого.) Абсолютный ноль находится при -273,15 по Цельсию или -459,67 по Фаренгейту.

Температурная шкала Кельвина использует тот же градус размера, что и градус Цельсия, но имеет нулевое значение, равное абсолютному нулю. Чтобы преобразовать градусы Цельсия в градусы Кельвина, добавьте 273,15 к показаниям по Цельсию.

Температурная шкала Ренкина использует тот же градус размера, что и градус Фаренгейта, но имеет нулевое значение, равное абсолютному нулю. Чтобы преобразовать градусы Фаренгейта в градусы Ренкина, добавьте 459.67 градусов по Фаренгейту.

Чтобы преобразовать градус Кельвина в градус Ренкина, умножьте температуру Кельвина на 9/5.

Вот один пример сравнения температур: 68 по Фаренгейту это то же самое, что 20 по Цельсию, 293,15 К и 527,67 по Ренкину. Для других сравнений см. Таблицу ниже.

по Цельсию
по Фаренгейту по Цельсию Кельвин
212 100 373,15 вода закипает
32 0 273.15 вода замерзает
-40 -40 233,15 по Фаренгейту равно
-320,42 -195,79 77,36 жидкий азот кипит
-452,11 - 268,95 4,2 кипит жидкий гелий
-459,67 -273,15 0 абсолютный ноль

Наш преобразователь температуры JavaScript может предоставить вам другие сравнения температур.

Абсолютный ноль

Абсолютный ноль, согласно современной научной мысли, является самой низкой температурой, которая когда-либо могла быть. Фактически, он настолько низок, что мы никогда не сможем его достичь, хотя исследовательские группы достигли долей градуса. Итак, если мы никогда не сможем туда добраться, как мы узнаем, что это действительно так?

Первый ключ к существованию абсолютного нуля был получен благодаря расширению и сжатию газов. Мы знаем, что горячий воздух поднимается вверх, а холодный - падает. При нагревании воздух поднимается вверх, потому что он расширяется, поэтому он менее плотный, чем более холодный воздух вокруг него.Он обладает буйностью, как кусок дерева в пруду, который плавает, потому что он менее плотный, чем вода. Когда охлаждается, воздух опускается вниз, потому что он сжимается, поэтому он более плотный, чем более теплый воздух вокруг него.

Предположим, мы взяли определенное количество воздуха и охладили его, насколько это возможно. Насколько он сократится? Когда ученые впервые начали изучать поведение нагретых и охлажденных газов, у них не было наших современных методов охлаждения. Они измерили, насколько могли, в температурном диапазоне, которого они могли достичь.Затем они нанесли свои данные на графики.

График зависимости объема от температуры для пробы газа представляет собой прямую линию. (Предполагается, что вы поддерживаете постоянное давление.) Чем ниже температура, тем меньше объем. Если вы продлите эту линию до достаточно низких температур, она в конечном итоге достигнет нулевого объема. Ученые заметили, что для всех газов температура, при которой, согласно графику, они достигнут нулевого объема, составляла около -273 по Цельсию (около -460 по Фаренгейту). Эта температура стала известна как абсолютный ноль, и сегодня она равна нулю для температурных шкал Кельвина и Ранкина.В настоящее время мы знаем, что газы не сжимаются до нулевого объема при охлаждении до абсолютного нуля, потому что они конденсируются в жидкости при более высоких температурах.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *