Опубликовано

Температура и температурные шкалы

Градус Цельсия

Градус Цельсия

Названо в честь

Андерс Цельсий

Создано на основе

Кельвин

Преобразования к основной единице СИ

неизвестно

Обозначение единицы

Тестовое свойство с типом Строка

$1+273.15, $1*1.8+32, $1*1.8+491.67, $1*0.8, $1*0.525+7.5, $1*1.5-100 и $1*0.33

Градус Цельсия на Викискладе

Рисунок термометра, сделанный самим Цельсием, из статьи Observations about two fixed degrees on a thermometer, 1742

Гра́дус Це́льсия (обозначение: °C) — широко распространённая единица измерения температуры, применяется в Международной системе единиц (СИ) наряду с кельвином. Используется всеми странами, кроме США, Багамских Островов, Белиза, Каймановых островов и Либерии.

Градус Цельсия назван в честь шведского учёного Андерса Цельсия, предложившего в 1742 году новую шкалу для измерения температуры.

Первоначальное определение градуса Цельсия зависело от определения стандартного атмосферного давления, потому что и температура кипения воды, и температура таяния льда зависят от давления. Это не очень удобно для стандартизации единицы измерения. Поэтому, после принятия кельвина (K) в качестве основной единицы измерения температуры, определение градуса Цельсия было пересмотрено.

Согласно современному определению, один градус Цельсия равен одному кельвину (K), а ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге, шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 единиц:

t C = t K − 273 , 15 {\displaystyle t_{C}=t_{K}-273,15}

Терминология

В рамках Международной системы единиц (СИ) проводится различие между величиной «термодинамическая температура», выражаемой в кельвинах, и той величиной, которая выражается в градусах Цельсия. Основные международные и российские документы, содержащие описание единиц СИ и регламентирующие их использование, называют градус Цельсия не единицей температуры, а единицей температуры Цельсия (фр. température Celsius, англ. Celsius temperature). Этот термин используется в Брошюре СИ (фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ) и содержащей полное официальное описание СИ вместе с её толкованием. Он применяется в ГОСТ 8.417-2002 «Единицы физических величин» и в «Положении о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», утверждённом Правительством РФ. В свою очередь температуру Цельсия (обозначение t) Брошюра СИ и ГОСТ 8.417-2002 определяют выражением t = T — T0, где T — термодинамическая температура, выражаемая в кельвинах, а T0 = 273,15 К.

В соответствии со сказанным градус Цельсия относится к производным единицам СИ, имеющим специальные наименования и обозначения.

История

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

Ангел, держащий термометр со старой шкалой Цельсия. Фрагмент фронтисписа книги К. Линнея Hortus Cliffortianus, 1738

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

По одним сведениям, Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера. По другим сведениям, шкалу перевернул Карл Линней в 1745 году. А по третьим — шкалу перевернул преемник Цельсия Мортен Штремер, и в XVIII веке такой термометр был широко распространён под названием «шведский термометр», а в самой Швеции — под именем Штремера, но известнейший шведский химик Йёнс Якоб Берце́лиус в своем труде «Руководство по химии» назвал шкалу «Цельсиевой» и с тех пор стоградусная шкала стала носить имя Андерса Цельсия. Однако чаще шкалу именовали просто стоградусной шкалой (англ. и фр. centigrade). Официально наименование градус Цельсия принято на IX Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году.

Цельсий в своей работе «Наблюдения двух фиксированных положений на термометре» (швед. Observationer om twänne beständiga grader på en thermometer) рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура таяния льда (0 °C) не зависит от давления. Он также определил с удивительной точностью, как температура кипения воды варьировалась (изменялась) в зависимости от атмосферного давления. Он предположил, что отметку 100 °C (точку кипения воды) можно откалибровать, зная, на каком уровне относительно моря находится термометр.

Шкала Цельсия линейна в интервале от 0 до 100 °C и также линейно продолжается в области ниже 0 °C и выше 100 °C. Линейность является основной проблемой при точных измерениях температуры. Достаточно упомянуть, что классический термометр, заполненный водой, невозможно разметить для температур ниже 4 °C, так как в этом диапазоне вода начинает снова расширяться при охлаждении.

Примечания

  1. 1 2 6.5.3 // Quantities and units—Part 1: General — 1 — International Organization for Standardization, 2009. — P. 18. — 41 p.
  2. 1 2 Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации. Архивная копия от 2 ноября 2013 на Wayback Machine Утверждено Постановлением Правительства РФ от 31 октября 2009 г. N 879
  3. Why Americans still use Fahrenheit long after everyone else switched to Celsius // vox.com.
  4. Дойников А. С. Цельсия шкала // Физическая энциклопедия : / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1999. — Т. 5: Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 424. — 692 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-101-7.
  5. The International System of Units (SI) / Bureau International des Poids et Mesures. — Paris, 2006. — P. 114. — ISBN 92-822-2213-6. (англ.)
  6. ГОСТ 8.417—2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин
  7. 1 2 Сайт «МАСТЕР КИТ» (недоступная ссылка). Журнал «Радиодело» 2005`04, статья «О Цельсии бедном замолвите слово», автор М. Лебедев.
  8. Заметка. Автор Н. Филипецкий
  9. Склярова Е. К., ‎Дергоусова Т. Г., ‎Жаров Л. В. Первые медицинские и фармацевтические приборы // История фармации: краткий курс. — Ростов н/Д : Фенкс, 2015. — С. 119. — (Шпаргалки).
  10. Lide, D.R., ed. (1990—1991). Handbook of Chemistry and Physics (Справочник по химии и физике). 71st ed. CRC Press. p. 4-22.
  11. 1 2 Температурные шкалы — Шкала Цельсия и Кельвин // Университет Алабамы в Хантсвилле (недоступная ссылка)
  12. Elert, Glenn (2005). Температура здорового человека Архивировано 26 сентября 2010 года. The Physics Factbook. Retrieved 2007-08-22.

Реомюр и Делиль

Французский ученый-универсал – натуралист, биолог и физик, почетный член Петербургской академии наук – Рене Антуан Фершо Реомюр (1683–1757), прославившийся работами в области геометрии, биологии, ботаники, зоологии, металлургии, фарфорового и стекольного производства, автор шеститомного труда «Мемуары по естественной истории насекомых», заинтересовался метеорологией и в 1730 г. сделал свой водно-спиртовой термометр. Он, видимо, не был знаком с работами Фаренгейта и предложил новую шкалу температур. Реперными точками этой 80-градусной шкалы служили температуры таяния льда и кипения воды. Почему деление производилось на 80 интервалов, объясняется так: при нагревании от точки замерзания до точки кипения водно-спиртовой раствор увеличивается в объеме на 80 тысячных своего объема. Возможно, это связано с использованием в качестве рабочего тела 80-градусного спирта.

Термометр Реомюра первоначально имел большие размеры и низкую точность, метод его калибровки оказался неудобным, однако шкала была официально принята в России до 1917 г. Во Франции использование этой шкалы было отменено 1 апреля 1794 г. в связи с переходом на метрическую систему. Градус Реомюра обозначают °R.

Градусы Реомюра упоминаются во многих литературных произведениях классиков русской литературы. Известна даже шутка газеты «Одесский вестник» в начале 1829 г. о знаменитом оперном театре: «Театр будет открыт только тогда, когда сильная стужа не будет превышать 10 градусов Реомюрова Термометра» (т. е. температура станет выше 12,5 °С).

Французский астроном Жозеф Никола Делиль (1688–1768), почетный член Петербургской академии наук, в 1725–1747 гг. работал в России директором астрономической обсерватории, положил начало систематическим астрономическим наблюдениям и точным геодезическим измерениям, руководил составлением географического атласа России. Реперными точками разработанной им шкалы температур были температуры тех же фазовых переходов воды, что у Реомюра, только точка кипения принималась за нуль, а точка замерзания – за 150 °. Правда, сделано это было по предложению члена Петербургской академии наук медика Йозиаса Вайтбрехта (1702–1747). Шкала использовалась в России почти столетие, в градусах Делиля измерял температуру М.В.Ломоносов (1711–1765), поменяв местами значения для высшей и низшей реперных точек.

Цельсий и шведская шкала температур

Когда студент Андерс Цельсий (Цельсиус, 1701–1744) в шведском городе Упсала приступил под руководством профессора астрономии Э.Бурмана к метеорологическим наблюдениям, существовало множество разнообразных температурных шкал. Видимо, это и заставило астронома и физика обратиться к выбору и обоснованию наиболее надежной шкалы. Правда, окончательно это произошло гораздо позже, когда Цельсий стал известным ученым.

Термометр
Линнея

В 1740 г. (по другим данным, в 1741 или 1742 г.) после посещения нескольких европейских обсерваторий он открыл и возглавил шведскую обсерваторию в г. Упсала. Для обсерватории потребовались точные инструменты.

В 1742 г. в статье «Наблюдения двух фиксированных положений на термометре» он описал шкалу, которая делила интервал жидкофазного существования воды на 100 равных градусов. При этом он сначала за нулевую отметку принял точку кипения воды, а за 100 ° – температуру таяния льда. Он не был первым в использовании стоградусной шкалы и, как предполагают, использовал предложение шведского естествоиспытателя, создателя классификаций животного и растительного мира Карла Линнея (1707–1778).

Линней сначала использовал шкалу Фаренгейта и лишь после знакомства с термометром Цельсия перешел на него. Будучи в Голландии, он в ботаническом саду г. Клиффорда в 1737 и 1739 гг. использовал термометры Фаренгейта. На фронтисписе книги Линнея с описанием этого сада изображены путти (маленькие мальчики) с термометром, внешний вид которого не отличается от современного настенного прибора.

Первый термометр Линнея был создан в 1744 г. для наблюдений за растениями в оранжерее ботанического сада г. Упсала. Но он был разбит, и Линней заказал второй, с гордостью продемонстрировав его в декабре 1745 г. университетским коллегам. В статье, опубликованной 16 декабря 1745 г., он отмечал, что от солнечных лучей температура в «калдариуме» (наиболее теплой части оранжереи) часто повышается до 30 °, а в примечании указывал: «Наш термометр показывает 0 (ноль) в точке замерзания воды и 100 ° в точке ее кипения». Среди тех, кому Линней показывал свой термометр, был и профессор М.Стремер.

В то время термометры были большой редкостью и цена каждого доходила до 30 шведских далеров (что эквивалентно месячному заработку кузнеца или стоимости мушкета). Шведскими инструментами с видоизмененной стоградусной шкалой для измерения температуры были снабжены экспедиции в Северную Америку (1747) и на Шпицберген (1758).

Основная часть термометра,
принадлежавшего лично Цельсию

Шкала, предложенная шведскими учеными, оказалась удачной. Сначала ее называли «новой шкалой Цельсия», затем «шкалой Экстрема» (Дениэл Экстрем – мастер, которому заказывал свой термометр в 1743 г. Линней) и «шкалой Стремера». В 1749 г. секретарь Королевской академии наук Швеции П.Варгентин также называл создателями термометра Цельсия, Стремера и Экстрема. Лишь в 1948 г. с поправкой, что реперной считается тройная точка воды, она была официально названа шкалой Цельсия (хотя понятно, что определенный вклад в ее создание внес Линней, другие шведские ученые и мастера-стеклодувы). Градус Цельсия обозначают °С.

Эта шкала постепенно расширяла сферы применения, хотя в XVIII в. выпускались термометры, имевшие даже по четыре шкалы (в частности, включая ныне полностью забытые шкалы И.Ньютона или керамиста Д.Уэджвуда), а до 1841 г. сохранялось не менее 18 других температурных шкал (в том числе химика Д.Дальтона).

Английский метеоролог Джеймс Сикс (1731–1793) в 1782 г. изготовил первый термометр, фиксирующий наибольшую и наименьшую температуры («максимум-минимум-термометр»). Этот U-образный термометр был заполнен спиртом и ртутью, имел две шкалы и два стальных маркера, перемещаемых жидкостью. Когда температура становилась ниже или выше экстремальной величины (положительной или отрицательной), маркеры оставались на месте. Термометры Сикса оказались весьма удобными и используются в метеорологии и садоводстве до наших дней.

В 1852 г. был изобретен термометр, имеющий над резервуаром ртути сужение и показывающий наибольшую достигнутую температуру. В 1866 г. создан клинический термометр длиной всего
6 дюймов (чуть больше 15 см) и требующий для измерения всего 5 мин. Термометр со шкалой Цельсия быстро вошел в медицинскую практику. В 1868 г. врач Карл Вундерлих опубликовал результаты более одного миллиона измерений тела 25 тысяч пациентов и заключил, что нормальной для человека является температура от 36,3 до 37,5 °С. Для этих измерений еще использовался термометр длиной около 1 фута (примерно 30 см), помещаемый на 20 мин подмышку.

Газовые термометры

Французский механик и физик Гийом (Гильом) Амонтон (1663–1705), который известен своей работой «Заметки и физические опыты по конструированию новых водяных часов, барометров, термометров и гигрометров», в 1702 г. усовершенствовал прибор Галилея. Он сумел обеспечить измерения давления постоянного объема воздуха и положил тем самым начало современным газовым термометрам. В своих исследованиях Амонтон первым обнаружил связь температуры и давления, плотности и давления газа.

Газовый термометр постоянного объема.
Давление в колбе А регулируется уровнем
в резервуаре Б и колене В, а температура
измеряется по шкале у колена Г

В 1780 г. французский физик, талантливый экспериментатор, увлекавшийся атмосферным электричеством и аэростатами, Жак Александр Цезарь Шарль (1746–1823) показал, что при одном и том же повышении температуры все газы расширяются на одну и ту же величину. Это свойство позволило создать температурную шкалу, имеющую всего одну реперную точку.

Интенсивные исследования газовых термометров постоянного давления или постоянного объема предпринял в 1887 г. П.Шаппиус. Основываясь на его результатах, Международный комитет весов и мер принял водородную шкалу.

Температура и тепло

Температура является интенсивной (качественной) величиной. В отличие от нее тепло – экстенсивная (количественная) величина, которую можно складывать и вычитать. Различие между температурой и теплом стало понятным после того, как один из самых выдающихся химиков XIX в., блестящий экспериментатор шотландец Джозеф Блэк (1728–1799) ввел в середине века понятия скрытой теплоты и теплоемкости. Он задумался над экспериментами, проведенными Фаренгейтом, и пришел к новым выводам. Чтобы лед растаял, надо подвести тепло; когда вода замерзает, тепло выделяется. При замерзании переохлажденной жидкости температура поднимается скачком, потому что выделяется скрытая теплота плавления. Чтобы нагреть равные объемы или массы различных жидкостей на один градус, требуется неодинаковое количество тепла, потому что жидкости имеют разную теплоемкость. Блэк, поставивший тепловые свойства в центр своего понимания химии, показал, как можно измерять количество тепла, и должен считаться основоположником калориметрии.

Летом 1783 г. французский астроном, математик, физик-теоретик, почетный член Петербургской академии наук Пьер Симон Лаплас (1749–1827) представил Королевской академии наук доклад о результатах первых тепловых измерений, проведенных совместно с французским химиком, одним из основоположников современной химии Антуаном Лораном Лавуазье (1743–1794). Эти измерения были выполнены с помощью сконструированного ими ледяного калориметра. Позднее Лавуазье и Лаплас пришли к выводу, что количество тепла, необходимое для разложения какого-либо соединения на его составные части, в точности равно количеству тепла, выделяющемуся при образовании того же соединения из составных частей. Химия приобрела новые возможности благодаря возникновению калориметрии (термин ввел Лавуазье в 1789 г.) и термохимии. Тепло из понятия превратилось в измеряемую величину.

Недавние термометры наших лабораторий

Есть термометр, с которым в свое время был знаком каждый студент-химик, а также многие техники и лаборанты многочисленных институтских и заводских лабораторий. Это – так называемый метастатический термометр, изобретенный немецким химиком Эрнстом Отто Бекманом (1853–1923), автором известной в органической химии «перегруппировки Бекмана».

Устройство
термометра Бекмана

Термометр Бекмана имеет небольшую температурную шкалу, отличается высокой точностью относительных измерений и может перестраиваться на различные диапазоны температур. Для перестройки термометр имеет два резервуара со ртутью: нижний и верхний. Путем нехитрой операции переворачивания термометра и нагревания-охлаждения основного (при проведении измерений – нижнего) резервуара можно разрывать столбик ртути, оставляя в основном резервуаре тот или иной объем ртути.

Такой прибор позволяет точно измерять температуру вблизи точек замерзания или кипения и с использованием закона Рауля определять молекулярную массу растворенного вещества.

Французский профессор, работавший в области электрохимии, термохимии и аналитической химии, Франсуа Рауль (1830–1901) разработал метод криоскопии. Закон, названный его именем, гласит: при растворении грамм-молекулы любого вещества в 1000 г растворителя понижение точки замерзания постоянно. Разработано несколько методов ускорения измерений (метод Раста) и повышения их точности (методы Ландсбергера и Котрелла).

В СССР выпускался термометр ТЛ-1 со шкалой на 5 оС и с ценой деления всего 0,01 °С. Точность измерения лучших термометров Бекмана, по некоторым данным, достигала 0,001 °С. Сейчас продаются электронные термометры Бекмана, обладающие такой же точностью, что и обычные серийные приборы.

В отечественной термометрии и калориметрии был популярен высокоточный термометр конструкции Простякова, который изготавливался по индивидуальным заказам.

Продолжение следует

Температурные шкалы Цельсия, Кельвина, Реомюра, Фаренгейта

Различают несколько температурных шкал. Шкала Цельсия, шкала Кельвина, шкала Реомюра, шкала Фаренгейта. Цена деления в шкалах Цельсия и Кельвина совпадают. Шкала Реомюра грубее шкал Цельсия и Кельвина из-за того, что в шкале Реомюра цена градуса больше. Шкала Фаренгейта напротив, точнее потому, что на сто градусов Цельсия приходится сто восемьдесят градусов Фаренгейта.

Таблица сравнения шкал Цельсия, Кельвина, Реомюра, Фаренгейта

Градусы
Цельсия

Градусы
Кельвина

Градусы
Реомюра

Градусы
Фаренгейта

100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
89
88
87
86
85
84
83
82
81
80
79
78
77
76
75
74
73
72
71
70
69
68
67
66
65
64
63
62
61
60
59
58
57
56
55
54
53
52
51
50
49
48
47
46
45
44
43
42
41
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1

373
372
371
370
369
368
367
366
365
364
363
362
361
360
359
358
357
356
355
354
353
352
351
350
349
348
347
346
345
344
343
342
341
340
339
338
337
336
335
334
333
332
331
330
329
328
327
326
325
324
323
322
321
320
319
318
317
316
315
314
313
312
311
310
309
308
307
306
305
304
303
302
301
300
299
298
297
296
295
294
293
292
291
290
289
288
287
286
285
284
283
282
281
280
279
278
277
276
275
274

80
79,2
78,4
77,6
76,8
76
75,2
74,4
73,6
72,8
72
71,2
70,4
69,6
68,8
68
67,2
66,4
65,6
64,8
64
63,2
62,4
61,6
60,8
60
59,2
58,4
57,6
56,8
56
55,2
54,4
53,6
52,8
52
51,2
50,4
49,6
48,8
48
47,2
46,4
45,6
44,8
44
43,2
42,4
41,6
40,8
40
39,2
38,4
37,6
36,8
36
35,2
34,4
33,6
32,8
32
31,2
30,4
29,6
28,8
28
27,2
26,4
25,6
24,8
24
23,2
22,4
21,6
20,8
20
19,2
18,4
17,6
16,8
16
15,2
14,4
13,6
12,8
12
11,2
10,4
9,6
8,8
8
7,2
6,4
5,6
4,8
4
3,2
2,4
1,6
0,8

212
210,2
208,4
206,6
204,8
203
201,2
199,4
197,6
195,8
194
192,2
190,4
188,6
186,8
185
183,2
181,4
179,6
177,8
176
174,2
172,4
170,6
168,8
167
165,2
163,4
161,6
159,8
158
156,2
154,4
152,6
150,8
149
147,2
145,4
143,6
141,8
140
138,2
136,4
134,6
132,8
131
129,2
127,4
125,6
123,8
122
120,2
118,4
116,6
114,8
113
111,2
109,4
107,6
105,8
104
102,2
100,4
98,6
96,8
95
93,2
91,4
89,6
87,8
86
84,2
82,4
80,6
78,8
77
75,2
73,4
71,6
69,8
68
66,2
64,4
62,6
60,8
59
57,2
55,4
53,6
51,8
50
48,2
46,4
44,6
42,8
41
39,2
37,4
35,6
33,8

Градусы
Цельсия

Градусы
Кельвина

Градусы
Реомюра

Градусы
Фаренгейта

Градусы
Цельсия

Градусы
Кельвина

Градусы
Реомюра

Градусы
Фаренгейта

-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
-11
-12
-13
-14
-15
-16
-17
-18
-19
-20
-21
-22
-23
-24
-25
-26
-27
-28
-29
-30
-31
-32
-33
-34
-35
-36
-37
-38
-39
-40
-41
-42
-43
-44
-45
-46
-47
-48
-49
-50
-51
-52
-53
-54
-55
-56
-57
-58
-59
-60
-61
-62
-63
-64
-65
-66
-67
-68
-69
-70
-71
-72
-73
-74
-75
-76
-77
-78
-79
-80
-81
-82
-83
-84
-85
-86
-87
-88
-89
-90
-91
-92
-93
-94
-95
-96
-97
-98
-99
-100

272
271
270
269
268
267
266
265
264
263
262
261
260
259
258
257
256
255
254
253
252
251
250
249
248
247
246
245
244
243
242
241
240
239
238
237
236
235
234
233
232
231
230
229
228
227
226
225
224
223
222
221
220
219
218
217
216
215
214
213
212
211
210
209
208
207
206
205
204
203
202
201
200
199
198
197
196
195
194
193
192
191
190
189
188
187
186
185
184
183
182
181
180
179
178
177
176
175
174
173

-0,8
-1,6
-2,4
-3,2
-4
-4,8
-5,6
-6,4
-7,2
-8
-8,8
-9,6
-10,4
-11,2
-12
-12,8
-13,6
-14,4
-15,2
-16
-16,8
-17,6
-18,4
-19,2
-20
-20,8
-21,6
-22,4
-23,2
-24
-24,8
-25,6
-26,4
-27,2
-28
-28,8
-29,6
-30,4
-31,2
-32
-32,8
-33,6
-34,4
-35,2
-36
-36,8
-37,6
-38,4
-39,2
-40
-40,8
-41,6
-42,4
-43,2
-44
-44,8
-45,6
-46,4
-47,2
-48
-48,8
-49,6
-50,4
-51,2
-52
-52,8
-53,6
-54,4
-55,2
-56
-56,8
-57,6
-58,4
-59,2
-60
-60,8
-61,6
-62,4
-63,2
-64
-64,8
-65,6
-66,4
-67,2
-68
-68,8
-69,6
-70,4
-71,2
-72
-72,8
-73,6
-74,4
-75,2
-76
-76,8
-77,6
-78,4
-79,2
-80

30,2
28,4
26,6
24,8
23
21,2
19,4
17,6
15,8
14
12,2
10,4
8,6
6,8
5
3,2
1,4
-0,4
-2,2
-4
-5,8
-7,6
-9,4
-11,2
-13
-14,8
-16,6
-18,4
-20,2
-22
-23,8
-25,6
-27,4
-29,2
-31
-32,8
-34,6
-36,4
-38,2
-40
-41,8
-43,6
-45,4
-47,2
-49
-50,8
-52,6
-54,4
-56,2
-58
-59,8
-61,6
-63,4
-65,2
-67
-68,8
-70,6
-72,4
-74,2
-76
-77,8
-79,6
-81,4
-83,2
-85
-86,8
-88,6
-90,4
-92,2
-94
-95,8
-97,6
-99,4
-101,2
-103
-104,8
-106,6
-108,4
-110,2
-112
-113,8
-115,6
-117,4
-119,2
-121
-122,8
-124,6
-126,4
-128,2
-130
-131,8
-133,6
-135,4
-137,2
-139
-140,8
-142,6
-144,4
-146,2
-148

Градусы
Цельсия

Градусы
Кельвина

Градусы
Реомюра

Градусы
Фаренгейта

Таблица сравнения нулевых значений шкал Цельсия, Кельвина, Реомюра, Фаренгейта

Градусы
Цельсия

Градусы
Кельвина

Градусы
Реомюра

Градусы
Фаренгейта

-218,4

-459,4

-17,8

255,2

-14,2

Шкала Цельсия

Шкала Цельсия – стоградусная термометрическая шкала, имеющая две основные точки:

  • Точка плавления чистого льда при нормальном давлении;

  • Точка кипения чистой воды при нормальном давлении.

Первая точка соответствует числу 0°C шкалы Цельсия, вторая точка соответствует 100°C шкалы Цельсия.

Шкала Кельвина

Шкала Кельвина – абсолютная шкала температуры, в которой градусы отсчитываются от температуры абсолютного нуля. Температура абсолютного нуля ниже температуры таяния льда на 273.16°C.

Шкала Реомюра

Шкала Реомюра – термометрическая шкала, имеющая такие же две основные точки, как и стоградусная шкала:

  • Точка плавления чистого льда при нормальном давлении;

  • Точка кипения чистой воды при нормальном давлении.

Первая точка соответствует числу 0°R шкалы Реомюра, вторая точка соответствует 80°R шкалы Реомюра. Шкала Реомюра была введена французским физиком Р.Реомюром в 1730 году.

Шкала Фаренгейта

Шкала Фаренгейта – температурная шкала, применяемая в США, Англии и ряде других стран. По шкале Фаренгейта температура таяния льда соответствует 32°F, а температура паров воды, кипящей при атмосферном давлении, соответствует 212°F. Стоградусному интервалу шкалы Цельсия соответствует сто восемьдесят градусов шкалы Фаренгейта.

Шкала Цельсия используется для измерения температуры в быту и в науке. Температуру в градусах Цельсия передают радиостанции и телевизионные каналы, температуру в градусах Цельсия показывают в Интернете информеры погоды. В градусах Цельсия проградуированы многие термометры, шкалы регуляторов климат-контроля автомобилей и табло пультов дистанционного управления кондиционерами.

Шкала Кельвина используется в науке. Температура абсолютного нуля соответствует нулю градусов по шкале Кельвина. В фотографии баланс белого соответствует определённой цветовой температуре. Например, баланс белого в солнечный день (или свет фотовспышки) соответствует цветовой температуре 5500 K.

Шкала Реомюра в большинстве стран используется достаточно редко.

Шкала Фаренгейта используется в США, Англии и некоторых других странах. Иногда в гостиницах можно встретить кондиционеры, чьи пульты дистанционного управления проградуированы в градусах Фаренгейта.

Для удобства можно использовать таблицу перевода градусов Цельсия в Градусы Фаренгейта:

Градусы
Цельсия, °C

Градусы
Фаренгейта, °F

84,2

82,4

80,6

78,8

75,2

73,4

71,6

69,8

Или

Сокращённый вариант таблицы перевода градусов Цельсия в Градусы Фаренгейта:

Градусы
Цельсия, °C

Градусы
Фаренгейта, °F

Эту таблицу можно сохранить в виде SMS в архиве сотового телефона и использовать для настройки кондиционера, проградуированного в градусах Фаренгейта.

История

Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

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

Шкала Кельвина

В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.

Шкала Цельсия

В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия — особая точка для метеорологии, поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.

Шкала Фаренгейта

В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.

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

Шкала Реомюра

Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.

Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

Пересчёт температуры между основными шкалами

Кельвин

Цельсий

Фаренгейт

Кельвин (K)

= K

= С + 273,15

= (F + 459,67) / 1,8

Цельсий (°C)

= K − 273,15

= C

= (F − 32) / 1,8

Фаренгейт (°F)

= K · 1,8 − 459,67

= C · 1,8 + 32

= F

Сравнение температурных шкал

Описание

Кельвин Цельсий

Фаренгейт

Ньютон Реомюр

Абсолютный ноль

0

−273.15

−459.67

−90.14

−218.52

Температура таяния смеси Фаренгейта (соли и льда в равных количествах)

255.37

−17.78

0

−5.87

−14.22

Температура замерзания воды (нормальные условия)

273.15

0

32

0

0

Средняя температура человеческого тела¹

310.0

36.8

98.2

12.21

29.6

Температура кипения воды (нормальные условия)

373.15

100

212

33

80

Температура поверхности Солнца

5800

5526

9980

1823

4421

¹ Нормальная температура человеческого тела — 36.6 °C ±0.7 °C, или 98.2 °F ±1.3 °F. Приводимое обычно значение 98.6 °F — это точное преобразование в шкалу Фаренгейта принятого в Германии в XIX веке значения 37 °C. Поскольку это значение не входит в диапазон нормальной температуры по современным представлениям, можно говорить, что оно содержит избыточную (неверную) точность. Некоторые значения в этой таблице были округлены.

Сопоставление шкал Фаренгейта и Цельсия

(oF — шкала Фаренгейта, oC — шкала Цельсия)

Для перевода градусов цельсия в кельвины необходимо пользоваться формулой T=t+T0 где T- температура в кельвинах, t- температура в градусах цельсия, T0=273.15 кельвина. По размеру градус Цельсия равен Кельвину.

Все мы часто в своей жизни пользуемся таким прибором как термометр, но мало кто знает историю его изобретения и совершенствования. Принято считать, что термометр изобрел Галилео Галилей в далеком 1592 году. Конструкция термоскопа (именно так тогда назывался термометр) была примитивной (см. рис. ниже): к стеклянному шару небольшого диаметра припаивалась тонкая стеклянная трубка, которая помещалась в жидкость.

Воздух в стеклянном шаре посредством горелки или простым растиранием ладонями нагревался, в результате чего он начинал вытеснять жидкость в стеклянной трубке, показывая тем самым степень увеличения температуры: чем выше становилась температура воздуха в стеклянном шарике, тем ниже опускался уровень воды в трубке. Немаловажную роль при этом играло соотношение объема шара к диаметру трубки: создавая более тонкую трубку, можно было отслеживать более незначительные изменения температуры в шаре.

В дальнейшем конструкция термоскопа Галилея была доработана одним из его учеников – Фернандо Медичи. Основная идея сохранилась, однако Фернандо внес существенные изменения, которые сделали термоскоп более похожим на современный ртутный градусник. Также использовался стеклянный шар и тонкая трубка (см. рис. выше), но теперь трубка припаивалась не снизу, а сверху, и жидкость заливалась уже в стеклянный шар, при этом вверх трубки был открыт. Изменение температуры залитой жидкости (тогда в качестве нее использовался винный спирт) приводило к повышению ее уровня в трубке. Позднее на трубку были нанесены деления, т.е. была произведена первая градуировка термометра.

С тех пор прошло много времени, и за этот период градусник не раз совершенствовался и модернизировался. Благодаря последним достижениям в областях физики удалось разработать новые подходы к измерению температуры. Сегодня созданы различные цифровые термометры, в основе которых лежат принцип изменения сопротивления вещества при изменении температуры (электрические термометры) или принцип изменения уровня светимости, спектра и других величин при изменении температуры (оптические термометры).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *