Измерение температуры в градусах Цельсия и Кельвинах. В чем измеряется температура?

Интересно, что некоторые итальянские и швейцарские заводы до сих пор используют этот термометр при производстве сыра. А в Нидерландах — для производства сладостей.

Единицы измерения температуры

Геометрия использует длину в качестве основной единицы (остальные единицы являются производными), кинематика добавляет вторую основную единицу — время, динамика дает третью основную единицу — массу, а изучение теории тепловых явлений требует введения новой основной единицы — температуры. Температура определяется как степень нагревания тел. Однако это определение является качественным и субъективным и не содержит указаний на то, как измерять температуру. Методы измерения температуры были разработаны только после соотнесения температуры с длиной, объемом и т.д., параметрами, которые можно измерить непосредственно. Численные методы измерения температуры берут свое начало в 17 веке. Галилео Галилей представил свой термоскоп.

Еще позже основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов было использовано для доказательства того, что температура является мерой средней кинетической энергии молекул. Исторически температура была введена в науку как термодинамический параметр, единицей измерения которого является градус. Как только была определена связь между температурой и средней кинетической энергией молекул, стало ясно, что температуру можно определить как энергию, а ее единицей является джоуль или эрг.

Все единицы измерения температуры делятся на две большие группы: относительные температуры и абсолютные температуры. Например, Цельсий и Фаренгейт — это единицы измерения температуры, которые относятся к группе относительных температур. Кельвин, Ранкин — единицы измерения температуры, относящиеся к группе абсолютных температур.

Кельвин, градус Цельсия — единицы измерения температуры в системе СИ

В Международной системе единиц (СИ) единицей термодинамической температуры ($T$) является кельвин (К), базовая единица этой системы единиц. Кельвин — это термодинамическая температура, соответствующая $\frac$ доле температуры тройной точки воды. К недостаткам этого определения относится тот факт, что попытки найти кельвиновую температуру зависят от чистоты и изотопного состава воды. Были предприняты попытки определить кельвин через значение постоянной Больцмана ($k=1,38\cdot ^\frac$). Поэтому вполне вероятно, что кельвин — это такое изменение температуры, которое приводит к изменению энергии (на одну степень свободы), равной $kT$=400,38\cdot ^J$.

Единица термодинамической температуры названа в честь английского ученого У. Томсона (лорда Кельвина). До 1968 года единица термодинамической температуры называлась градусом Кельвина. Принцип термодинамической температурной шкалы совпадает с абсолютным нулем ($T=0K$).

Множители и дроби Кельвина становятся

Градус Цельсия ($^\circ\!C>$) — это еще одна единица измерения температуры ($t$), которую используют в системе СИ совместно с кельвином. Свое название $^\circ\!C>^\circ R$) связана с градусами Цельсия следующим образом:

Градус Фаренгейта, градус Реомюра, градус Ранкина — единицы измерения температуры

Шкала Фаренгейта и соответственно, такая единица измерения температуры как градус Фаренгейта ($^\circ\!F>$) много применялись в англоязычных странах. Сейчас $^\circ\!F>Степень Ранкина ($

^\circ Ra$) используется в англоязычных странах для технических расчетов. Эта степень используется в шкале Ранкина, которая является абсолютной температурной шкалой. Начало шкалы соответствует температуре абсолютного нуля, точке кристаллизации воды $491,67.

Так, следуя выражениям (2) температура таяния льда по Фаренгейту при нормальном давлении равна: $t_F=32^\circ\!F>.$

^\circ Ra$, .вода закипает при $671,67<>^\circ Ra$. Градусы Кельвина и Ранкина связаны следующим образом:

Система измерения температуры Кельвина названа в честь Андерса Кельсо, шведского физика, который разработал шкалу для измерения температуры в 1742 году. Ученый предположил, что такие природные процессы, как кипение воды или таяние льда, напрямую связаны с давлением в окружающей атмосфере. Это затрудняло получение точных показаний.<>Шкала Цельсия имеет диапазон от 0 до 100 градусов с символом «+», который продолжается вниз или вверх до бесконечности. Это создавало проблему для точных показаний, так как известно, что вода расширяется при температуре ниже +4°C, давая неверные градусы при дальнейшем снижении температуры.<>Температурная шкала Цельсия была пересмотрена и модернизирована только после того, как научный мир признал работу физика Уильяма Томпсона (Кельвина). Затем была введена фиксированная единица измерения температуры и принято определение, что 1 градус Цельсия равен 274,15 Кельвина.<>Это название новой единице измерения температуры дал англичанин У. Томсон, который впоследствии получил титул лорда Кельвина из Ларгса за свои неоценимые заслуги в развитии физики. В 1848 году он предложил единицу градуса для расчета температурных измерений в такой форме:

Измерения по Цельсию

1 Кельвин = 1/273,16 раза больше температуры тройной точки воды.

В новой шкале измерение температуры начинается с абсолютного нуля. Абсолютный ноль — это состояние, соответствующее значению минимальной внутренней энергии тела. Приведенное выше уравнение можно описать и по-другому:

1 K = 1/273,16 расстояния от абсолютного нуля до точки воды.

Температура в Кельвинах

Тройная точка воды — это состояние равновесия между водяным паром, водой и льдом. Абсолютный ноль по Томсону (0 К) — это температурная точка, при которой молекулы больше не движутся, газы больше не имеют объема и которую называют их состоянием — состоянием идеального охлаждения. Достичь абсолютного нуля невозможно, но благодаря расчетам ученых удалось максимально приблизиться к нему. Смысл научной работы заключался в том, чтобы сделать возможными расчеты в таких масштабах, где принцип фиксированного значения, принятого за абсолютный ноль, гораздо проще.

В этой новой шкале нет отрицательных значений. 0 К считается самой низкой возможной температурой на Земле. С точки зрения физиков и ма

Существующая температурная шкала Кельвина наиболее часто используется в научном мире, в химии, математике и физике, особенно в термодинамике. Далеко не всем ясно, что определение K относится к термодинамической температуре тройной точки воды. И если обычному человеку знание температурных соотношений необходимо на уровне погоды или кулинарии, то ученые в своих экспериментах используют любую систему, которая кажется наиболее подходящей для решения конкретной задачи.

Изучение технических определений по данным шкалы Кельвина было включено в университетские программы по физике и математике или использовалось в школьных классах с углубленным изучением этих предметов. Температурная шкала Кельвина более рациональна, чем широко используемая шкала Цельсия, когда речь идет об измерении цветовой температуры ламп накаливания или профессиональных осветительных приборов (для камер мы используем 3000K или 6000K, что указывает на яркость, качество и другие температурные характеристики прибора).

В наше время первое, что делает большинство из нас, проснувшись утром, — смотрит на термометр. Это помогает нам в повседневной жизни. Мы планируем свой досуг в соответствии с прогнозом погоды и одеваемся соответствующим образом. Когда мы слышим от метеорологов, что это лето было самым жарким в Европе за последние 300 лет, естественно возникает вопрос: как они измеряли температуру, когда не было термометра?

С древних времен люди определяли тепловое состояние воздуха и окружающих их предметов. Первоначально это ограничивалось утверждениями: горячий, холодный, горячий. С развитием ремесел и промышленности возникла необходимость в более точном методе определения температуры.

Сравнение двух температурных величин

Для этого были использованы физические явления материалов, одно свойство которых сильно зависит от температуры, а другие остаются неизменными. Жидкостные термометры, например, использовали закономерность теплового расширения жидкостей.

Первый термометр, а точнее термоскоп, был описан еще в 210 году до н.э. греком Филоном Византийским, а вскоре после него — Героном Александрийским. Это был прибор для определения разницы температур между телами. Принцип действия был основан на использовании явления теплового расширения газов. Аппарат состоял из закрытой с одного конца трубки, открытый конец которой был погружен в сосуд, наполненный жидкостью (вином или уксусом). В аппарате не было шкалы, а только два подвижных кольца в трубке, чтобы можно было определить изменения температуры.

Около 1600 года Галилей снова взялся за идею термоскопа. Хотя во многих источниках его называют изобретателем термометра (термоскопа со шкалой), ни одно из описаний прибора Галилея не содержит информации о шкале.

Кто изобрел термометр

Первые термометры появились в

Точный термометр был разработан и введен в эксплуатацию польским ученым Габриэлем Даниэлем Фаренгейтом. Это было его величайшим достижением. Он первым преодолел все технические трудности и разработал термометр со спиртом в 1709 году, а позже (около 1714 года) — термометр с ртутью. Последние широко используются сегодня в несколько измененном виде.

Принцип действия термометра основан на законе расширения материи при нагревании. Измерительный прибор представляет собой узкую стеклянную трубку с колбой на нижнем конце. Колба заполнена жидкостью, например, ртутью. При нагревании жидкость расширяется и поднимается в трубе. Измеренное значение можно увидеть на колонке или рядом с ней.

Термоскопы

Фаренгейт разработал метод измерения температуры в теории и применил его на практике. Калибровка была основана на трех фиксированных точках. Ученый провел большую часть своего времени, экспериментируя с весами; работа над ними заняла три года.

Еще в 1701 году великий физик Исаак Ньютон предложил два предела для шкалы термометра: точку замерзания и точку кипения воды. Эта идея была взята за основу в фильме «Фаренгейт».

Сначала Фаренгейт использовал в своем термометре 12-балльную шкалу Ньютона, в которой

В 1715 году ученый изменил шкалу, используя

Термометр Габриэля Фаренгейта (°F)

Около 1715 года Фаренгейт первым в мире начал использовать ртуть в термометрах и разработал эффективную методику наполнения ртутью хрупких стеклянных изделий. Он относился к ней как к коммерческой тайне и не делился ею ни с кем в течение 18 лет, почти до самой смерти.

Шкала Фаренгейта — самая старая из известных шкал. Он до сих пор используется в Америке и некоторых других странах. Для адаптации к европейским стандартам необходимо использовать конвертер температуры.

Хотя шкала Фаренгейта стала настоящей революцией в измерении температуры, сегодня почти весь мир пользуется шкалой шведского ученого Андерса Келси. В 1742 году он предложил свой вариант термометра с двумя порогами — таяния снега и кипения воды. Чтобы облегчить расчеты, он задал градиент в 100 делений между ними.

В ежегодном журнале Шведской королевской академии наук он опубликовал доклад под названием «Наблюдения над двумя фиксированными точками термометра». В нем Келсо писал о своих экспериментах и обосновывал выбранные им пункты. В течение двух лет он проверял в течение всех зимних месяцев, соответствуют ли показания термометра и тающего снега на улице.

Температурный режим, предложенный Келсо, был прямо противоположен тому, который мы используем сегодня. Он назначил температуру в 100 градусов для перехода воды из твердого состояния в жидкое и температуру в ноль для перехода кипящей воды.

• 0 градусов — температура таяния снега,
• 12 градусов — температура тела здорового человека.

Известная нам сегодня шкала термометра появилась в 1750 году, уже после смерти Андерса Кельсио (1744). Его товарищи по оружию

1. 0 — температуру плавления смеси аммония и льда (это была самая низкая температура, которую он мог достичь).
2. 96 — температура тела здорового человека.
3. 212 — точка кипения воды.

Обратимся к основному уравнению идеального газа:, таким образом .

Таким образом, чтобы экспериментально проверить равенство средних кинетических энергий молекул различных газов при одной и той же температуре, необходимо измерить объем (V), давление (p) и массу (m) газов и, зная их молекулярную массу (M), определить число молекул каждого газа (N) по следующей формуле.

Температура по Цельсию (°C)

Чтобы обеспечить одинаковую температуру, можно, например, погрузить бутылки с разными газами в емкость с водой и дождаться состояния теплового равновесия (рис. 29.3).

Рис. 29.3 Эксперимент по проверке зависимости между температурой и средней кинетической энергией транспортного движения молекул газа. Газы в контейнерах находятся в тепловом равновесии со средой, а значит, и друг с другом.

Эксперименты показывают, что для всех газов, находящихся в тепловом равновесии, это соотношение часто обозначается символом θ (тета).

Например, при 0 °C (емкости с газами, погруженные в тающий лед) J; при 100 °C (емкости, погруженные в кипящую воду) J. Поскольку в состоянии теплового равновесия значение θ одинаково для каждого газа, температура может быть измерена в джоулях.

Температура и средняя кинетическая энергия молекул

Очевидно, что представлять температуру в джоулях нецелесообразно (особенно потому, что значения θ очень малы); более того, нецелесообразно вообще отказываться от шкалы Цельсия. В 1848 году английский физик Уильям Томпсон (лорд Кельвин) (1824-1907) предложил шкалу для абсолютной температуры (сейчас она называется шкалой Кельвина).

Температура T по шкале Кельвина называется абсолютной температурой.

Единицей абсолютной температуры является кельвин — базовая единица СИ: Т = 1 К (К).

Шкала кельвинов построена следующим образом:

Абсолютный температурный порог, при котором движение молекул и атомов должно прекратиться, называется абсолютным нулем температуры. Давление p газа полностью определяется абсолютной температурой T и концентрацией n молекул газа: p = nkT (2).

При копировании материалов с сайта evkova.org активная ссылка на www.evkova.org обязательна.

Сайт создан группой педагогов на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи.

Абсолютная шкала температур

Сайт создан, поддерживается и управляется командой педагогов

Telegram и логотип Telegram являются торговыми марками Telegram Corporation FZ-LLC.

Проверено 2 июня 2011 года.

Шкалы для измерения температуры

• изменение температуры по шкале Кельвина равно изменению температуры по шкале Цельсия: ∆ = T t ∆, то есть цена деления шкалы Кельвина равна цене деления шкалы Цельсия: 1 °С = 1 К; температуры, измеренные по шкалам Кельвина и Цельсия, связаны соотношениями:
• температура по шкале Кельвина связана с величиной
• абсолютная температура имеет глубокий физический смысл: средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа прямо пропорциональна абсолютной температуре: ). Таким образом, нулевая точка шкалы Кельвина — это самая низкая теоретически возможная температура. На самом деле движение молекул не прекращается никогда, поэтому достичь температуры 0 К (–273 °С) невозможно.

Газовая марка — Гук — Дальтон — Делилиан — Кельвин — Лейден — Ньютон — Планкян — Ранкин — Рёммер — Веджвуд — Фаренгейт — Цельсий

• Физическая величина, характеризующая состояние теплового равновесия макроскопической системы, называется температурой. Абсолютный нижний предел температуры, при котором движение молекул и атомов должно прекратиться, называют абсолютным нулем температуры. Шкала, за нулевую точку которой взят абсолютный нуль температуры, называется абсолютной шкалой температур (шкалой Кельвина). Единица абсолютной температуры — кельвин (К) — основная единица СИ. Температуры по шкале Кельвина и Цельсия связаны соотношением: T=t + 273; t=T – 273.
• Средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул идеального газа прямо пропорциональна абсолютной температуре, а давление газа определяется абсолютной температурой и концентрацией молекул газа:— постоянная Больцмана.

1. Физика
2. Атомная физика
3. Ядерная физика
4. Квантовая физика
5. Молекулярная физика

• Парообразование и конденсация
• Тепловое равновесие в физике
• Изопроцессы в физике
• Твердые тела и их свойства в физике
• Механизмы, работающие на основе правила моментов
• Идеальный газ в физике
• Уравнение МКТ идеального газа
• Уравнение состояния идеального газа

Виды конверсии

Фонд Викимедиа. 2010 .

Интересные факты

• Самая высокая температура, созданная человеком, ~ 10 трлн. К (что сравнимо с температурой Вселенной в первые секунды её жизни) была достигнута в 2010 году при столкновении ионов свинца, ускоренных до околосветовых скоростей. Эксперимент был проведён на Большом Адронном Коллайдере11
• Самая высокая теоретически возможная температура — планковская температура. Более высокая температура не может существовать, так как всё превращается в энергию (все субатомные частицы разрушатся). Эта температура примерно равна 1.41679(11)·10 32 K (примерно 142 нониллиона K).
• Поверхность Солнца имеет температуры около 6000 K.
• Самая низкая температура, созданная человеком, была получена в 1995 годуЭриком Корнеллом и Карлом Виманом из США при охлаждении атомов рубидия. 1213. Она была выше абсолютного нуля менее чем на 1/170 млрд долю K (5,9·10 −12 K).
• Рекордная низкая температура на поверхности земли −89.2° С была зарегистрирована на советской внутриконтинентальной научной станции Восток, Антарктида (высота 3488 м над уровнем моря) 21 июля 1983 года14 .
• Рекордно высокая температура на поверхности земли + 56,7 ˚C была зарегистрирована 10 июля 1913 года на ранчо Гринленд в долине Смерти (штат Калифорния, США)23.
• Семена высших растений сохраняют всхожесть после охлаждения до −269 °C.

См. также

• Отрицательная абсолютная температура
• Цветовая температура
• Яркостная температура
• Антенная температура
• Тепловой насос
• Виртуальная температура
• Температура воздуха
• Температура тела
• Термометр

1. ↑ ГОСТ 8.417-2002. Единицы величин
2. ↑ Понятие температуры
3. ↑ И. П. Базаров. Термодинамика, М., Высшая школа, 1976, с. 13-14.
4. ↑ Шахмаев Н. М. и др. Физика: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. — М .: Просвещение, 1996. — С. 21. — 240 с. — ISBN 5090067937
5. ↑ Платиновыйтермометр сопротивления — основной прибор МТШ-90.
6. ↑ Лазерная термометрия
7. ↑ Реперные точки МТШ-90
8. ↑ Разработка нового определения кельвина
9. ↑ Д. А. Паршин, Г. Г. Зегря Критическая точка. Свойства вещества в критическом состоянии. Тройная точка. Фазовые переходы II рода. Методы получения низких температур. (рус.). Статистическая термодинамика. Лекция 11. Санкт-Петербургский академический университет. (недоступная ссылка — история )
10. ↑ О различных измерениях температуры тела (англ.)
11. ↑ BBC News — Large Hadron Collider (LHC) generates a ‘mini-Big Bang’
12. ↑ Всё про всё. Рекорды температуры
13. ↑ Чудеса науки
14. ↑ Кравчук П. А.1 Рекорды природы. — Любешов: Эрудит, 1993. — 216 с.

Литература

• Спасский Б. И. История физики Ч.I. — Москва: «Высшая школа», 1977.
• Сивухин Д. В. Термодинамика и молекулярная физика. — Москва: «Наука», 1990.

• Физические величины по алфавиту
• Температура

Полезное

Смотреть что такое «Температура» в других словарях:

• ТЕМПЕРАТУРА — (1) одна из основных физических величин (др. масса, объём, давление), характеризующая тепловое состояние тела (состояние термодинамического равновесия макроскопической системы). Т. является мерой кинетической энергии теплового движения атомов и… … Большая политехническая энциклопедия
• ТЕМПЕРАТУРА — ТЕМПЕРАТУРА, температуры, жен. (лат. temperatura). Степень нагретости чего нибудь. Низкая температура. Высокая температура. Средняя температура страны. Температура кипения. Температура замерзания. Температура упала. Температура поднялась. ||… … Толковый словарь Ушакова
• Температура — – физическая величина, характеризующая степень нагрева системы, пропорциональная средней кинетической энергии хаотического движения частиц, составляющих систему. Блюм Э. Э. Словарь основных металловедческих терминов. Екатеринбург, 2002 г. … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
• температура — низкая температура. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. температура ликвидус, жар Словарь русских синонимов … Словарь синонимов
• температура — ы, ж. température f., нем. Temperatur <лат. temperatura < temperatio нормальное состояние; соразмерность. 1. Степень нагретости чего л. БАС 1. Купались, да что толку, температура воды от 20 до 22 <градусов>, ничего не прохлаждает.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
• ТЕМПЕРАТУРА — (лат.). 1) тепловое состояние тела, измеряемое помощью термометра. 2) уклонение тонов от акустической чистоты, необходимой для настройки таких инструментов как фортепиано, орган и духовые с клапанами и вентилями. Словарь иностранных слов,… … Словарь иностранных слов русского языка
• ТЕМПЕРАТУРА — • ТЕМПЕРАТУРА, в биологии интенсивность тепла. У теплокровных (ГОМОЙОТЕРМНЫХ) животных, таких, как птицы и млекопитающие, температура тела поддерживается в узких пределах независимо от температуры окружающей среды. Это обусловлено мышечной… … Научно-технический энциклопедический словарь
• ТЕМПЕРАТУРА — (от лат. temperatura надлежащее смешение нормальное состояние), физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы. Температура всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система … Большой Энциклопедический словарь
• Температура — (лат. temperatura), один из важнейших абиотических факторов окружающей среды, прямо или косвенно влияющий на живые организмы. В зависимости от характера теплообмена с окружающей средой животные делятся на 2 эколого физиологической группы… … Экологический словарь
• ТЕМПЕРАТУРА — (от лат. temperatura надлежащее смешение, нормальное состояние), физич. величина, характеризующая состояние термодинамич. равновесия макроскопич. системы. Т. одинакова для всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии… … Физическая энциклопедия