В чем измеряется температура

О различных температурных шкалах

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)

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

Состояние термодинамического равновесия

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.

Опыт показывает, что макросистема, предоставленная самой себе, через некоторый промежуток времени приходит в состояние, в котором каждый ее параметр имеет одинаковое значение во всех точках системы. Такое состояние называется состоянием термодинамического равновесия.

Например, если соединить два сосуда с газами разного давления p₁ и p₂, то через некоторое время давление во всех точках соединенных сосудов будет одинаковое и равно p₃.

Для того, чтобы определить находится система в термодинамическом равновесии или нет, необходимо было ввести параметр, который не встречается в механике. Таким параметром выбрали температуру.

Температура — скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

Другими словами, по температуре мы определяем состояние равновесия между телами системами: если у тел одинаковая температура и она не меняется в течении времени, то система в равновесии, если температура разная — равновесие нарушено и необходимо некоторое время для его установления.

Измерение температуры

Чтобы измерить температуру какого-либо тела, его необходимо привести в тепловой контакт с термометром.

Термометр — прибор для измерения температуры.

Основной частью термометра является термометрическое тело, приводимое в тепловой контакт с объектом, температуру которого надо измерить. В жидкостных термометрах термометрическим телом служит либо ртуть, либо подкрашенный спирт. В электрических термометрическим телом служит металлическая проволока, а температура определяется по ее электрическому сопротивлению.

• Термометр не должен иметь большой массы, т.к. массивный термометр изменит температуру того тела, с которым он приведен в тепловой контакт.

Изобретателем термометра принято считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но его ученики засвидетельствовали, что уже в 1597 г. он устроил нечто вроде термобароскопа (термоскоп).

Термометры с жидкостью описаны в первый раз в 1667 г. «Saggi di naturale esperienze fatte nell’Accademia del Cimento», где о них говорится как о предметах, давно изготовляемых искусными ремесленниками, которых называют «Confia». Сначала эти термометры наполняли водой, и они лопались, когда она замерзала. Затем стали применять для этого винный спирт. Обычно на таких термометрах делали 50 делений так, чтобы при таянии снега спирт не опускался ниже 10, а на солнце не поднимался выше 40.

По мере распространения термометров возникла необходимость в создании температурной шкалы, позволяющей приписывать температуре определенные числа. Обычно для построения шкалы выбирают две так называемые реперные точки, которым приписываются произвольные значения температуры, а шкала между ними делится на равные части. Этим устанавливается единица измерения температуры. Выбор реперных точек температурной шкалы и число частей совершенно произволен.

Шкала Фаренгейта

Предложена в 1724 г. Г. Фаренгейтом.

Градус Фаренгейта (1 °F) равен 1/180 части температурного интервала между температурой кипения воды (212 °F) и таяния льда (32 °F).

• Сам Фаренгейт брал такой промежуток температур: за 0 °F — температуру смеси снега с нашатырём или поваренною солью, за 96 °F —температуру здорового человеческого тела, во рту или под мышкой.

Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением (рис. 1)

t °С = 5/9 (t °F – 32), t °F = 9/5 t °С + 32.

Используется шкала Фаренгейта в Англии и в США.

Шкала Реомюра

Предложена в 1730 году Р. А. Реомюром.

Градус Реомюра (1 °R) равен 1/80 части температурного интервала между температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)

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

Шкала Цельсия

Предложена в 1742 г. А. Цельсием.

По шкале Цельсия температура обозначается буквой t, измеряется в градусах Цельсия (ºС).

Градус Цельсия (1 °С) равен 1/100 части температурного интервала между температурой тающего льда (0 °С) и кипящей воды (100 °С).

• Первоначально А. Цельсий ставил 0° при точке кипения, а 100° при точке замерзания. Но такая шкала не пользовалась популярностью, и вскоре, по совету М. Штёрмера, была перевернута.

Эта шкала получила широкое распространение во всем мире.

Шкала Кельвина

В 1848 г. английскому физику Вильяму Томсону (лорд Кельвин) удалось построить так называемую абсолютную температурную шкалу (ее в настоящее время называют термодинамической шкалой температур или шкалой Кельвина), совершенно не зависящую ни от природы термометрического тела, ни от избранного термометрического параметра.

Можно провести следующий эксперимент. Взять сосуды с разными газами. Определить предварительно их объемы, массы и рассчитать число молекул по формуле \(

N = \dfrac \cdot N_A\), затем поместить сосуд в тающий лед. После наступления теплового равновесия определить давление p и рассчитать отношение \(

\dfrac

\). Опыт показывает, что оно одинаково для всех газов Затем эти сосуды помещают в кипящую воду. Опять это отношение для всех газов определенное, но большее, т.е. оно

Т. Введя коэффициент пропорциональности k, можно записать\[

Предельная температура, при которой давление идеального газа обращается в нуль при фиксированном объеме или объем идеального газа стремится к нулю (т.е. газ как бы должен сжаться в «точку») при неизменном давлении, называется абсолютным нулем.

Это самая низкая температура в природе.

Абсолютная температурная шкала — шкала температур, в которой за начало отсчета принят абсолютный нуль. Температура здесь обозначается буквой T, измеряется в кельвинах (К). За единицу измерения в этой шкале принят один градус Цельсия, т.е. изменение на один кельвин (1 К) равно изменению на один градус Цельсия.

T = (t + 273) К или t = (T – 273) ºС,

где T — абсолютная термодинамическая температура (К); t — температура по шкале Цельсия (ºС).

• Более точно T = (t + 273,15) К или t = (T – 273,15) ºС.

Термометры

Для измерения температуры можно воспользоваться зависимостью любой макроскопической величины (объема, давления, электрического сопротивления и др.) от температуры.

На практике чаще всего используют жидкостные термометры, в которых учитывают изменение объёма жидкости (обычно это спирт или ртуть) при изменении температуры окружающей среды (рис. 2).

Конвертер температур, перевод градусов Цельсия, Фаренгейта, Кельвина, Реомюра

Какая нормальная температура человеческого тела? Большинство людей ответит 36,6, в Америке вам скажут, что 97,8, а может быть еще 309 градусов или 29,2. Почему такая разница и как правильно измерять температуру? Все перечисленные измерения правильные. Сделать перевод из одной системы в другую вам поможет наш Конвертер температур.

Как использовать конвертер температур

Существуют разные способы для определения температуры. Это шкалы

• Цельсия (°C),
• Фаренгейта (°F),
• Кельвина (K),
• Реомюра (°R).

Два первых метода нам хорошо известны. Градусами по Цельсию пользуются практически во всем мире, в том числе и в России. По Фаренгейту, в основном, в США. Измерением температуры в градусах по Кельвину пользуются в научных кругах. А вот шкалу Реомюра почти не используют.

С помощью конвертера вы легко переведете значения температуры из одной системы измерения в другую, в любой комбинации:

• Цельсий — Фаренгейт,
• Цельсий — Кельвин,
• Цельсий — Реомюр,
• Фаренгейт — Кельвин,
• Фаренгейт — Реомюр,
• Кельвин — Реомюр.

Для этого надо ввести градусы и выбрать нужную систему, после этого нажать на кнопку «Перевести».

Пригодится такой калькулятор даже для приготовления любимого кофе-американо, ведь температура приготовления сильно влияет на вкус.

Наглядно продемонстрировать соотношение разных температурных шкал поможет диаграмма — конвертер температур.

Кто изобрел термометр

Сегодня, большинство из нас, просыпаясь утром, первым делом смотрит на термометр. Это помогает нам в повседневной жизни. Исходя из прогноза, планируем свободное время и соответственно одеваемся. Когда мы слышим от синоптиков, что лето было самым теплым в Европе за последние 300 лет, то, вполне логично, возникает вопрос — как измеряли температуру, когда не было термометра.

С давних времен люди определяли тепловое состояние воздуха и предметов вокруг них. Изначально это ограничивалось утверждениями: тепло, холодно, жарко. С развитием ремесел и промышленности возникла необходимость в более точном способе определения температуры.

Для этого стали использовать физические явления материалов, одно свойство которых сильно зависит от температуры, а другие остаются неизменными. Так, например, в жидкостных термометрах использовалась закономерность теплового расширения жидкостей.

Термоскопы

Первый термометр, а точнее термоскоп, был описан еще в 210 г. до н.э. греком — Филоном Византийским, а чуть позже — Героном Александрийским. Это был прибор, позволяющий определять разность температур тел. Принцип его работы был основан на использовании явления теплового расширения газов. Устройство представляло собой запаянную с одной стороны трубку, открытый конец которой погружали в сосуд, наполненный жидкостью (вином или уксусом). В приборе не было шкалы, а только два подвижных кольца на трубке, позволяющих отмечать изменения температуры.

Около 1600 года к идее термоскопа вернулся Галилей. Хотя во многих источниках он упоминается как изобретатель термометра (термоскоп со шкалой), ни одно из описаний прибора Галилея не содержит информации о шкале.

Первые термометры появились в 16 веке, над их созданием работали известные ученые того времени, но единого стандарта для измерения температуры не существовало. Отправными точками были температура тела человека, животных, самая высокая / самая низкая температура в данной стране и т. д. Каждая по-своему.

Термометры также не были стандартизированы. Использовались разные жидкости и мерные сосуды. Таким образом, с научной точки зрения, такие показания были бесполезны, поскольку их нельзя было воспроизвести где-либо еще. Необходимо было изобрести устройство, которое могло показывать точные результаты независимо от условий.

Термометр Габриэля Фаренгейта (°F)

Точный термометр разработал и внедрил в производство польский ученый Габриэль Даниэль Фаренгейт. Это было его величайшим достижением. Он первым преодолел все технические трудности и в 1709 году создал спиртовые термометры, а затем (около 1714 года) ртутные. Последние сегодня широко используются в несколько измененном виде.

Принцип работы градусника основан на законе расширения вещества при нагревании. Измерительный прибор представляет собой узкую стеклянную трубку с колбочкой на дне. Резервуар заполнен жидкостью, например, ртутью. При нагревании жидкость расширяется и поднимается по трубке вверх. Показатели можно увидеть на столбике или рядом с ним.

Фаренгейт разработал метод измерения температуры теоретически и внедрил на практике. Калибровка проводилась на основе трех фиксированных точек. Дольше всего ученый экспериментировал со шкалой, для ее создания потребовалось три года.

Еще в 1701 году великий физик Исаак Ньютон предложил две пороговые точки для шкалы термометра — момент замерзания и кипения воды. Эта идея была взята Фаренгейтом за основу.

Изначально, в своих градусниках Фаренгейт использовал 12-балльную шкалу Ньютона, где

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

В 1715 году ученый изменил шкалу, взяв

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.

Около 1715 года Фаренгейт первым в мире использовал ртуть в термометрах и разработал эффективную технику заполнения ею хрупких стеклянных устройств. Он относился к этому как к своей коммерческой тайне и в течение 18 лет, почти до самой смерти, никому ее не раскрывал.

Шкала Фаренгейта — самая старая из всех известных. Она до сих пор используется в Америке и некоторых других странах. Чтобы адаптировать ее к европейским стандартам надо использовать конвертер температур.

Температура по Цельсию (°C)

Хотя градусник Фаренгейта стал настоящим прорывом в измерении температуры, сегодня, почти во всем мире, пользуются шкалой шведского ученого Андерса Цельсия. В 1742 году он предложил свою версию термометра с двумя пороговыми точками — таяние снега и закипание воды. Для удобства вычислений он сделал между ними градацию в 100 делений.

В ежегодном издании Шведской королевской академии наук был опубликован отчет ученого «Наблюдения за двумя фиксированными точками на градуснике «. В нем Цельсий писал о своих экспериментах и приводил аргументы в пользу выбранных им точек. Два года, все зимние месяцы, он проверял, действительно ли показания термометра и тающего на улице снега совпадают.

Предложенный Цельсием температурный режим был полностью противоположный тому, который мы используем сегодня. Он присвоил переходу воды из твердого состояния в жидкое температуру 100 градусов, а кипящей — ноль.

Привычная нам шкала градусника появилась в 1750 году, уже после смерти Андерса Цельсия (1744 г). Его соотечественники, ученый астроном Мортен Штремер и известный ботаник Карл Линней, «перевернули» шкалу. Таким образом, точка кипения воды стала 100 градусов, а лед тает при ноле. В таком виде мы используем ее и сегодня, спустя 250 лет.

Шкала Кельвина (К)

Это абсолютная термометрическая шкала. Нулевая точка на ней — самая низкая теоретически возможная температура, которую может иметь тело. То есть температура, при которой (согласно классической физике) прекращаются все колебания частиц. Достичь ее практически невозможно — она ​​была рассчитана на основе формулы, которая ставит температуру в зависимость от кинетической энергии в идеальных газах. Вывел эту формулу Уильям Томсон лорд Кельвин. В его честь названы шкала температуры и единица измерения.

Обратите внимание, что при выражении температуры по шкале Кельвина, в отличие от шкал Цельсия и Фаренгейта, символ градуса (°) — не используется.

Температура 0 K равна -273,15 °C. Поскольку шкала Кельвина основана на шкале Цельсия, а градация одинакова в обоих случаях, температура в К получается путем добавления константы 273,15 к числу, выраженному в °C. Быстро перевести из одной системы в другую поможет конвертер температур.

Градусник Реомюра (°R)

Еще один термометр, которым пользовались в Центральной Европе до начала 20 века был разработан Реомюром в 1731 году. Он был французским ученым, жившим в 1683-1757 годах. В первую очередь, он изучал жизнь насекомых, но стал известным как изобретатель шкалы Реомюра. Ее особенностью было то, что точка таяния льда соответствует 0 (как по Цельсию), а точка кипения воды составляет 80 °R (100 °C). Поэтому 1 °C соответствует 0,8 °R.

Реомюр был первым, кто предложил такую шкалу. Это было в 1730 году. «Рабочей» жидкостью в его термометре был разбавленный спирт (этанол). Он показывал изменения температуры лучше, чем ртуть, потому что расширялся быстрее. Термометр имел градуированную трубку, в которой каждый градус составлял одну тысячную объема, содержащегося в сосуде, вплоть до нуля.

Градусник Реомюра, широко использовалась в Европе, в основном во Франции, Германии и России; Примерно в 1790 году французы выбрали термометр Цельсия, но в некоторых частях Европы этого не произошло до середины 19 века.

Интересен факт, что некоторые итальянские и швейцарские фабрики до сих пор используют этот термометр при производстве сыра. А в Нидерландах — для приготовления десертов.

До наших дней сохранился оригинал градусника, который вы можете увидеть на фото. На нем видна четкая надпись — Рене Антуан Фершо де Реомюр и градуировка от 0 до 40. Прибор с круглой ручкой имеет длину 10,3 см и диаметр 1 см. Внутри находится стеклянный «поршень» с плоским концом внутри корпуса — он использовался для обозначения шкалы.

Что представляет собой термин «температура», как ее измерять и зачем нужен конвертер температур вы узнаете из видео.

Онлайн конвертер длины, перевод всех систем измерения, метрическая, британо-американская, старорусская, морская, астрономическая, типографская

Онлайн конвертер плотности, формулы расчета и единицы измерения

Онлайн конвертер объема, единицы и системы измерения, конвертация величин объема

Онлайн конвертер площади, единицы измерения площади в разных системах, их быстрый перевод

Онлайн конвертер долей, перевод дюжин, процентов, промилле и других единиц

Онлайн конвертер систем счисления, перевод между десятичной, двоичной, восьмеричной и другими системами