Форум портала «Миф»


    
      
        Форум портала «Миф»
        (http://www.mith.ru/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl)
      

        Научный форум >> Новости точных и естественных наук >> Температурные шкалы
        
(Message started by: Альвдис Н. Рутиэн на октября 24^th, 2005, 9:10pm)

Заголовок: Температурные шкалы
Прислано пользователем Альвдис Н. Рутиэн на октября 24^th, 2005, 9:10pm

Б. Чертов
http://www.livejournal.com/users/chertov/45039.html

Блуждая по сети, случайно попал на сайты, где нашёл ответы на некоторые вопросы, связанные с температурными шкалами, давно меня интересовавшие. В общем, опять делюсь общеизвестными вещами, в знании которых имел пробелы.

Один из них. Я знал, что 96o по Фаренгейту – температура здорового человеческого тела (под мышкой или во рту), 32o - точка таяния льда. Но сейчас я выяснил, что же всё-таки Фаренгейт принимал за ноль своей шкалы. Им оказалась температура смеси воды, льда и нашатыря. Странный выбор, как мне показалось на первый взгляд. Но, как подсказал в комментах rioman, Фарентгейт просто подогнал свой 0 под самую низкую температуру самой холодной зимы в Англии (1709 года).

Другой вопрос. Почему Реомюр принял в своей шкале температуру кипения воды именно за 80o? Что за странное число? Но оказалось, что всё им было тщательно продумано и продумано лучше, чем у Фаренгейта.

Рене Антуан Фершо де Реомюр (1683-1757) был противником применения ртути в термометрах. Соображения экологии здесь ни при чём. Не тот век. Его не устраивал малый коэффициент термического расширения ртути. Поэтому в 1730 г. он предложил применять в термометрах спиртовой раствор (5 частей спирта на 1 часть воды). А поскольку 1000 мл этого раствора расширяются до 1080 мл при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, то он и ввёл шкалу от 0 до 80o. Получается, что 1мл расширения в точности соответствует 1o шкалы. Такой термометр было легко размечать, причём с приличной точностью.

Сама же идея использовать в качестве основных точек шкалы точки замерзания и кипения воды принадлежит вовсе не Реомюру и не Цельсию. Её выдвинул ещё 1694 г. Карло Ренальдини (1615-1698), а почти через полвека (в 1742 г.) астроном Цельсий (1701-1744) предложил сделать её 100-градусной. Только 0 у Цельсия соответствовал кипению воды, а 100o - её замерзанию! В общем, додумался перевернуть шкалу вниз головой. Представляете, как нам было бы удобно измерять, если бы в 1750 г. другой астроном, Мартин Штремер (1707-1770), не скорректировал направление шкалы в привычную нам сторону. Я представил себе, как мамы, вспеснув руками, говорили бы друг другу: "Мой ребёнок пошёл на поправку. У него повысилась наконец-то температура до 63,4o. А вчера ещё был такой жар - 62!" Хороший мужик Штремер, спас ситуацию. Не зря шкалу иногда называют двумя именами (Цельсия-Штремера). Ведь оба – астрономы, но с точки зрения астрономии, разве мыслимо все звёздные температуры мерять отрицательными числами?

Любопытно, что к концу 18-го века общее количество шкал, если верить "Пирометрии" Ламберта, достигло 19. К счастью, за два следующих века выжили не все. Иначе я не смог бы за разумное время написать этот пост. Да и кто смог бы дочитать его до конца?

Заголовок: Re: Температурные шкалы
Прислано пользователем Lepra на января 7^th, 2006, 2:28pm

И все таки самая фундаментальная и универсальная шкала - Кельвинская, хорошо, что именно ее таки приняли в СИ

Заголовок: Re: Температурные шкалы
Прислано пользователем Anne на июня 5^th, 2006, 5:58pm

[smiley=white_cat.gif]даже если бы не реферат по физике я все равно разбиралась в температурных шкалах.и кто сказал что если ты ходишь в розовом ты не можешь быть криологом?
Anne.
Температурные шкалы, системы сопоставимых числовых значений температуры. температура не является непосредственно измеряемой величиной; её значение определяют по температурному изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества (см. Термометрия). Выбрав термометрическое вещество и свойство, необходимо задать начальную точку отсчёта и размер единицы температуры — градуса. Таким образом определяют эмпирические Т. ш. В Т. ш. обычно фиксируют две основные температуры, соответствующие точкам фазовых равновесий однокомпонентных систем (так называемые реперные или постоянные точки), расстояние между которыми называется основным температурным интервалом шкалы. В качестве реперных точек используют: тройную точку воды, точки кипения воды, водорода и кислорода, точки затвердевания серебра, золота и др. Размер единичного интервала (единицы температуры) устанавливают как определённую долю основного интервала. За начало отсчёта Т. ш. принимают одну из реперных точек. Так можно определить эмпирическую (условную) Т. ш. по любому термометрическому свойству х. Если принять, что связь между х и температурой t линейна, то температура tx= n (xt - х0) / (xn - x0), где xt, x0 и xn — числовые значения свойства х при температуре t в начальной и конечной точках основного интервала, (xn - x0) / n — размер градуса, п — число делений основного интервала.

В Цельсия шкале, например, за начало отсчёта принята температура затвердевания воды (таяния льда), основной интервал между точками затвердевания и кипения воды разделён на 100 равных частей (n = 100).

Т. ш. представляет собой, таким образом, систему последовательных значений температуры, связанных линейно со значениями измеряемой физической величины (эта величина должна быть однозначной и монотонной функцией температуры). В общем случае Т. ш. могут различаться по термометричкому свойству (им может быть тепловое расширение тел, изменение электрического сопротивления проводников с температурой и т. п.), по термометрическому веществу (газ, жидкость, твёрдое тело), а также зависеть от реперных точек. В простейшем случае Т. ш. различаются числовыми значениями, принятыми для одинаковых реперных точек. Так, в шкалах Цельсия (°С), Реомюра (°R) и Фаренгейта (°F) точкам таяния льда и кипения воды при нормальном давлении приписаны разные значения температуры. Соотношение для пересчёта температуры из одной шкалы в другую:

n °C = 0,8n°R = (1,8n+32) °F.

Непосредственный пересчёт для Т. ш., различающихся основными температурами, без дополнительных экспериментальных данных невозможен. Т. ш., различающиеся по термометрическому свойству или веществу, существенно различны. Возможно неограниченное число не совпадающих друг с другом эмпирических Т. ш., так как все термометрические свойства связаны с температурой нелинейно и степень нелинейности различна для разных свойств и вещественную температуру, измеренную по эмпирической Т. ш., называют условной («ртутная», «платиновая» температура и т. д.), её единицу — условным градусом. Среди эмпирических Т. ш. особое место занимают газовые шкалы, в которых термометрическим веществом служат газы («азотная», «водородная», «гелиевая» Т. ш.). Эти Т. ш. меньше других зависят от применяемого газа и могут быть (введением поправок) приведены к теоретической газовой Т. ш. Авогадро, справедливой для идеального газа (см. Газовый термометр). Абсолютной эмпирической Т. ш. называют шкалу, абсолютный нуль которой соответствует температуре, при которой численное значение физического свойства х = 0 (например, в газовой Т. ш. Авогадро абсолютный нуль температуры соответствует нулевому давлению идеального газа). температуры t (x) (по эмпирической Т. ш.) и Т (Х) (по абсолютной эмпирической Т. ш.) связаны соотношением T (X)=t (x)+T0(x), где T0(x — абсолютный нуль эмпирической Т. ш. (введение абсолютного нуля является экстраполяцией и не предполагает его реализации).

Принципиальный недостаток эмпирической Т. ш. — их зависимость от термометрического вещества — отсутствует у термодинамической Т. ш., основанной на втором начале термодинамики. При определении абсолютной термодинамической Т. ш. (шкала Кельвина) исходят из Карно цикла. Если в цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту Q1 при температуре T1 и отдаёт теплоту Q2 при температуре Т2, то отношение T1 / T2 = Q1 / Q2 не зависит от свойств рабочего тела и позволяет по доступным для измерений величинам Q1 и Q2 определять абсолютную температуру. Вначале основной интервал этой шкалы был задан точками таяния льда и кипения воды при атмосферном давлении, единица абсолютной температуры соответствовала части основного интервала, за начало отсчёта была принята точка таяния льда. В 1954 Х Генеральная конференция по мерам и весам установила термодинамическую Т. ш. с одной реперной точкой — тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °С. температура Т в абсолютной термодинамической Т. ш. измеряется в кельвинах (К). Термодинамическая Т. ш., в которой для точки таяния льда принята температура t = 0 °С, называется стоградусной. Соотношения между температурами, выраженными в шкале Цельсия и абсолютной термодинамической Т. ш.:

TK = t °C + 273,15K, nK = n °C,

так что размер единиц в этих шкалах одинаков. В США и некоторых др. странах, где принято измерять температуру по шкале Фаренгейта, применяют также абсолютную Т. ш. Ранкина. Соотношение между кельвином и градусом Ранкина: nK = 1,8n °Ra, по шкале Ранкина точка таяния льда соответствует 491,67 °Ra, точка кипения воды 671,67 °Ra.

Любая эмпирическая Т. ш. приводится к термодинамической Т. ш. введением поправок, учитывающих характер связи термометрического свойства с термодинамической температурой. Термодинамическая Т. ш. осуществляется не непосредственно (проведением цикла Карно с термометрическим веществом), а с помощью других процессов, связанных с термодинамической температурой. В широком интервале температур (примерно от точки кипения гелия до точки затвердевания золота) термодинамические Т. ш. совпадают с Т. ш. Авогадро, так что термодинамическую температуру определяют по газовой, которую измеряют газовым термометром. При более низких температурах термодинамическая Т. ш. осуществляется по температурной зависимости магнитной восприимчивости парамагнетиков (см. Низкие температуры), при более высоких — по измерениям интенсивности излучения абсолютно чёрного тела (см. Пирометрия). Осуществить термодинамическую Т. ш. даже с помощью Т. ш. Авогадро очень сложно, поэтому в 1927 была принята Международная практическая температурная шкала (МПТШ), которая совпадает с термодинамической Т. ш. с той степенью точности, которая экспериментально достижима. Все приборы для измерения температуры градуированы в МПТШ.

Лит.: Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Гордов А. Н., Температурные шкалы, М., 1966; Бурдун Г. Д., Справочник по Международной системе единиц, М., 1971; ГОСТ 8.157—75. Шкалы температурные практические.