Istorija pronalaska termometra i vrste temperatura. Projektni rad "Temperaturne skale"

Temperaturne skale

Prvi uređaj stvoren za mjerenje temperature smatra se Galileov vodeni termometar (1597). Galileov termometar nije imao skalu i u suštini je bio samo indikator temperature. Pola veka kasnije, 1641. godine, nama nepoznati autor napravio je termometar sa skalom koja je imala proizvoljne podele. Još pola veka kasnije, Renaldini je prvi predložio da se tačke topljenja leda i ključale vode uzimaju kao konstantne tačke koje karakterišu termičku ravnotežu. Istovremeno, temperaturna skala još nije postojala. Prvu temperaturnu skalu je predložio i implementirao D.G. Farenhajt (1724). Temperaturne skale su uspostavljene proizvoljnim odabirom nulte i ostalih konstantnih tačaka i proizvoljnim uzimanjem temperaturnog intervala kao jedinice. Farenhajt nije bio naučnik. Bavio se proizvodnjom staklenih predmeta. Naučio je da visina živinog barometra zavisi od temperature. To mu je dalo ideju da napravi stakleni živin termometar sa stepenskom skalom. Svoju skalu je zasnovao na tri tačke: 1 - „tačka ekstremne hladnoće (apsolutna nula)“, dobijena mešanjem vode, leda i amonijaka u određenim razmerama, i uzeta kao nulta oznaka (na našoj modernoj skali, jednaka približno -17,8°C); 2 - tačka topljenja leda, označena sa +32°, i 3 - normalna temperatura ljudskog tela, označena sa +96° (na našoj skali +35,6°C). Tačka ključanja vode u početku nije standardizovana i tek kasnije je postavljena na +212° (normalno atmosferski pritisak).

Nekoliko godina kasnije, 1731. godine, R.A. Reaumur je predložio korištenje alkohola takve koncentracije za staklene termometre da bi pri temperaturi topljenja leda ispunio volumen od 1000 volumnih jedinica, a na temperaturi ključanja bi se proširio na 1080 jedinica. Shodno tome, Reaumur je predložio da se tačka topljenja leda u početku odredi kao 1000°, a tačka ključanja vode kao 1080° (kasnije 0° i 80°).

Godine 1742, A. Celsius je, koristeći živu u staklenim termometrima, odredio tačku topljenja leda kao 100°, a tačku ključanja vode kao 0°. Ispostavilo se da je ova oznaka nezgodna, a 3 godine kasnije Stremer (ili možda K. Linnaeus) je predložio promjenu oznaka koje je u početku prihvatio Celsius na obrnuto. Predložen je niz drugih skala. M.V. Lomonosov je predložio tečni termometar sa skalom od 150° u rasponu od tačke topljenja leda do tačke ključanja vode.

I.G. Lambert (1779) je predložio vazdušni termometar sa skalom od 375°, uzimajući hiljaditi deo ekspanzije zapremine vazduha za 1°. Poznati su i pokušaji stvaranja termometara zasnovanih na ekspanziji čvrstih tijela (P. Muschenbroek, 1725.)

Sve predložene temperaturne skale su konstruirane (uz rijetke iznimke) na isti način: dvije (najmanje) konstantne točke dobile su određene numeričke vrijednosti i pretpostavljeno je da je prividno termometrijsko svojstvo tvari korištene u termometru linearno povezano sa temperaturu. Ali kasnije se ispostavilo da su termometri izgrađeni na bazi različitih termometričkih supstanci s ujednačenom skalom stupnjeva davali različita očitavanja na temperaturama različitim od temperatura konstantnih tačaka. Potonje je postalo posebno vidljivo na visokim (mnogo višim od tačke ključanja vode) i vrlo niskim temperaturama.

Godine 1848. Kelvin (W. Thomson) je predložio konstruiranje temperaturne skale na termodinamičkoj osnovi, uzimajući temperaturu apsolutne nule kao nulu i označavajući temperaturu topljenja leda kao +273,1°. Termodinamička temperaturna skala zasniva se na drugom zakonu termodinamike. Kao što je poznato, rad u Carnotovom ciklusu proporcionalan je temperaturnoj razlici i ne zavisi od termometričke supstance. Jedan stepen na termodinamičkoj skali odgovara porastu temperature koji odgovara 1/100 rada obavljenog u Carnotovom ciklusu između tačaka topljenja leda i tačke ključanja vode pri normalnom atmosferskom pritisku. Termodinamička skala je identična skali idealan gas, na osnovu zavisnosti pritiska idealnog gasa o temperaturi. Zakoni promjene tlaka s temperaturom za stvarne plinove odstupaju od idealnih, ali korekcije za odstupanja stvarnih plinova su male i mogu se uspostaviti sa visok stepen tačnost. Stoga, posmatranjem ekspanzije stvarnih gasova i uvođenjem korekcija, moguće je procijeniti temperaturu na termodinamičkoj skali.

Kako se naučna zapažanja šire i razvijaju industrijska proizvodnja pojavila se prirodna potreba da se uspostavi neka vrsta jedinstvene temperaturne skale. Prvi pokušaj u ovom pravcu učinjen je 1877. godine, kada je Međunarodni komitet za utege i mere usvojio skalu vodonika u celzistupu kao glavnu temperaturnu skalu. Tačka topljenja leda uzeta je kao nula, a tačka ključanja vode pri normalnom atmosferskom pritisku od 760 mm uzeta je kao 100°. rt. Art. Temperatura je određena pritiskom vodonika u konstantnoj zapremini. Nulta oznaka odgovara pritisku od 1000 mm. rt. Art. Temperaturni stepeni na ovoj skali su se vrlo blisko poklapali sa stepenima termodinamičke skale, međutim praktična primjena vodonični termometar je bio ograničen zbog malog temperaturnog raspona od približno -25 do +100°. Početkom 20. vijeka. Celzijusova (ili Farenhajtova - u anglo-američkim zemljama) i Reaumurova skala su se široko koristile, a u naučni radovi- takođe Kelvinove i vodonikove skale.

Međunarodna temperaturna skala

Uz naglo povećane potrebe za preciznom procjenom temperature, konverzije s jedne skale na drugu stvorile su velike poteškoće i dovele do brojnih nesporazuma. Stoga je, nakon nekoliko godina priprema i preliminarnih privremenih odluka, VIII Generalna konferencija za utege i mjere odlučila 1933. godine uvesti Međunarodnu temperaturnu skalu (ITS). Ova odluka je zakonski usvojena većinom razvijene zemlje mir. U SSSR-u je međunarodna temperaturna skala uvedena 1. oktobra 1934. (Svesavezni standard OST VKS 6954).

Međunarodna temperaturna skala je praktična implementacija termodinamičke Celzijusove temperaturne skale, u kojoj su tačka topljenja leda i tačka ključanja vode pri normalnom atmosferskom pritisku označene sa 0° i 100°. ITS se zasniva na sistemu konstantnih, precizno reproducibilnih ravnotežnih temperatura (konstantnih tačaka), kojima se dodeljuju numeričke vrednosti. Za određivanje međutemperatura koriste se interpolacijski uređaji, kalibrirani na ovim konstantnim točkama. Temperature izmjerene na međunarodnoj skali označene su kao SS. Za razliku od Celzijusove skale - koja se takođe zasniva na tačkama topljenja leda i tački ključanja vode pri normalnom atmosferskom pritisku i ima oznake 0° i 100°C, ali izgrađena na drugačijoj osnovi (na linearnom odnosu između temperature i širenja žive u staklu), stepeni prema međunarodnoj skali počeli su da se nazivaju „međunarodnim stepenima“ ili „stepenima Celzijusove skale“. Glavne konstantne tačke ITS-a i numeričke vrijednosti temperatura koje su im dodijeljene pri normalnom atmosferskom tlaku date su u nastavku: (takođe pogledajte sliku br. 1):

a) ravnotežna temperatura između tekućeg i gasovitog kiseonika (tačka ključanja kiseonika) - 182,96°

b) ravnotežnu temperaturu između leda i vode, zasićen vazduhom(tačka topljenja leda) 0,000°

c) ravnotežna temperatura između tekuće vode i njene pare (tačka ključanja vode) 100.000°

d) ravnotežna temperatura između tekućeg sumpora i njegove pare (tačka ključanja sumpora) 414,60°

e) ravnotežna temperatura između čvrstog i tekućeg srebra (tačka skrućivanja srebra) 961,93°

f) ravnotežna temperatura između čvrstog i tekućeg zlata (tačka skrućivanja zlata) 1064,43°

Rice. br. 1 Međunarodna temperaturna skala

Materijal u ovom članku daje ideju o tako važnom konceptu kao što je temperatura. Hajde da damo definiciju, razmotrimo princip promjene temperature i šemu za izgradnju temperaturnih skala.

Šta je temperatura

Temperatura je skalarna fizička veličina koja opisuje stanje termodinamičke ravnoteže makroskopskog sistema tijela.

Koncept temperature se takođe koristi kao fizička količina, koji određuje stepen zagrevanja tela, međutim, samo takvo tumačenje nije dovoljno da se razume značenje pojma. Svi fizički pojmovi povezani su sa određenim fundamentalnim zakonima i samo u skladu sa tim zakonima dobijaju značenje. U ovom slučaju, termin temperatura je povezan sa konceptom toplotne ravnoteže i sa zakonom makroskopske ireverzibilnosti.

Fenomen termodinamičke ravnoteže tela koja čine sistem ukazuje na prisustvo iste temperature ovih tela. Temperatura se može mjeriti samo indirektno, uzimajući za osnovu ovisnost o temperaturi takvih fizičkih svojstava tijela koja se mogu mjeriti direktno.

Definicija 2

Supstance ili tijela koja se koriste za dobivanje vrijednosti temperature nazivaju se termometrijski.

Recimo da su dva termoizolovana tela dovedena u termički kontakt. Jedno tijelo će prenijeti tok energije drugom: započinje proces prijenosa topline. U ovom slučaju, tijelo koje odaje toplinu ima odgovarajuću višu temperaturu od tijela koje „primi“ tok topline. Očigledno je da će se nakon nekog vremena proces prijenosa topline zaustaviti i doći do toplinske ravnoteže: pretpostavlja se da su temperature tijela izjednačene jedna u odnosu na drugu, njihove vrijednosti će biti negdje u intervalu između početnih vrijednosti temperature . Dakle, temperatura služi kao marker termičke ravnoteže. Ispada da bilo koja vrijednost t ispunjava zahtjeve:

1. t 1 > t 2 , kada dođe do prijenosa topline sa prvog tijela na drugo;
2. t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2, kada se uspostavi termička ravnoteža, može se uzeti kao temperatura.

Također primjećujemo da je toplinska ravnoteža tijela podložna zakonu tranzitivnosti.

Definicija 3

Zakon tranzitivnosti: kada su dva tijela u ravnoteži sa trećim, tada su u toplotnoj ravnoteži jedno s drugim.

Važna karakteristika ove definicije temperature je njena dvosmislenost. Odabirom različitih vrijednosti koje će zadovoljiti utvrđene zahtjeve (što će uticati na način mjerenja temperature), moguće je dobiti divergentne temperaturne skale.

Definicija 4

Temperaturna skala je metoda podjele temperaturnog intervala na dijelove.

Pogledajmo primjer.

Primjer 1

Dobro poznati uređaj za mjerenje temperature je termometar. Za razmatranje, uzmimo termometre raznih uređaja. Prvi je predstavljen živinom kolonom u kapilari termometra, a vrijednost temperature ovdje je određena dužinom ove kolone, koja ispunjava gore navedene uslove 1 i 2.

I još jedan način mjerenja temperature: pomoću termoelementa - električnog kola s galvanometrom i dva spoja različitih metala (slika 1 ).

Slika 1

Jedan spoj je u okruženju sa fiksnom temperaturom (u našem primjeru to je led koji se topi), drugi je u okruženju čiju temperaturu treba odrediti. Ovdje je znak temperature emf termoelementa.

Ove metode mjerenja temperature neće dati iste rezultate. A za prijelaz s jedne temperature na drugu treba konstruirati kalibracijsku krivulju koja će utvrditi ovisnost emf termoelementa o dužini živinog stupca. U ovom slučaju, uniformna skala živinog termometra pretvara se u neravnu skalu termopara (ili obrnuto). Ujednačene skale za mjerenje temperature živinog termometra i termopara stvaraju dvije potpuno različite temperaturne skale na kojima će tijelo u istom stanju imati različite temperature. Također je moguće uzeti u obzir termometre koji su identični po dizajnu, ali imaju različita "toplinska tijela" (na primjer, živa i alkohol): u ovom slučaju nećemo promatrati iste temperaturne skale. Grafikon dužine stupca žive u odnosu na dužinu stupca alkohola neće biti linearan.

Iz navedenog možemo zaključiti da je koncept temperature, zasnovan na zakonima termičke ravnoteže, dvosmislen. Ova temperatura je empirijska i ovisi o metodi mjerenja. Proizvoljna tačka se uzima kao „nula“ empirijske temperaturne skale. Prema definiciji empirijske temperature, fizičko značenje nosi samo temperaturnu razliku ili njenu promjenu. Bilo koja empirijska temperaturna skala se pretvara u termodinamičku temperaturnu skalu koristeći korekcije koje uzimaju u obzir prirodu odnosa između termometričkih svojstava i termodinamičke temperature.

Da bi se konstruisala temperaturna skala za merenje, dvema numeričkim vrednostima temperature dodeljene su dve fiksne referentne tačke. Nakon toga, razlika u numeričkim vrijednostima dodijeljenim referentnim točkama se dijeli na potreban broj nasumično odabranih dijelova, što rezultira jedinicom mjerenja temperature.

Početne vrijednosti koje se koriste kao početna točka i mjerna jedinica su temperature prijelaza kemijski čistih tvari iz jednog agregatnog stanja u drugo, na primjer, temperatura topljenja leda t 0 i tačka ključanja vode t k pri normalnom atmosferski pritisak (Pa ≈ 10 5 Pa ) . Količine t 0 i t k imaju različita značenja V razne vrste skale za mjerenje temperature:

• Prema Celzijusovoj skali (centigradska skala): tačka ključanja vode tk = 100 °C, tačka topljenja leda t0 = 0 °C. U Celzijusovoj skali, temperatura trostruke tačke vode je 0,01 °C na pritisak od 0,06 atm.

Trostruka tačka vode- takva temperatura i pritisak na kojima sve tri mogu postojati u ravnoteži istovremeno stanje agregacije voda: tečna, čvrsta (led) i para.

• Prema Farenhajtovoj skali: tačka ključanja vode tk = 212 °F; temperatura topljenja leda t 0 = 32 °C.

Razlika u temperaturama izražena u stepenima Celzijusa i Farenhajta se izravnava prema sljedećem izrazu:

t°C 100 = t°F - 32.180 ili t°F = 1,8°C + 32.

Nula na ovoj skali definira se kao tačka smrzavanja mješavine vode, amonijaka i soli, uzeta u omjeru 1:1:1.

• Prema Kelvinovoj skali: tačka ključanja vode t k = 373 K; temperatura topljenja leda t 0 = 273 K. Ovdje se temperatura mjeri od apsolutne nule (t = 273,15 °C) i naziva se termodinamička ili apsolutna temperatura. T = 0 K – ova vrijednost temperature odgovara apsolutnom odsustvu termičkih fluktuacija.

Vrijednosti temperature na Celzijusovoj skali i na Kelvinovoj skali povezane su jedna s drugom prema sljedećem izrazu:

T(K) = t°C + 273,15°C.

• Prema Reaumurovoj skali: tačka ključanja vode tk = 80°R; temperatura topljenja leda t 0 = 0°R. Reaumurov termometar koristio je alkohol; on trenutno vaga se skoro nikad ne koristi.

Temperature izražene u stepenima Celzijusa i stepenima Reaumur su povezane na sljedeći način:

1°C = 0,8°R.

• Prema Rankineovoj skali: tačka ključanja vode t k = 671,67 °R a ; temperatura topljenja leda t0 = 491,67 °R a. Početak skale odgovara apsolutnoj nuli. Broj stepeni između referentnih tačaka smrzavanja i ključanja vode na Rankineovoj skali je identičan Farenhajtovoj skali i jednak je 180.

Kelvinove i Rankine temperature su povezane sa:

°R a = °F + 459,67.

Stepeni Farenhajta se mogu pretvoriti u Rankineove stepene prema formuli:

°R a = °F + 459,67.

Najprimjenjiviji u svakodnevnom životu i tehnički uređaji Celzijeva skala (jedinica skale je stepen Celzijusa, označen kao °C).

U fizici koriste termodinamičku temperaturu, koja nije samo zgodna, već nosi i duboko fizičko značenje, budući da se definira kao prosjek kinetička energija molekule. Jedinica termodinamičke temperature je stepen Kelvina (do 1968.) ili sada jednostavno Kelvin (K), što je jedna od osnovnih jedinica u CI. Temperatura T = 0 K se naziva apsolutna nulta temperatura, kao što je gore navedeno.

Općenito, moderna termometrija se zasniva na skali idealnog plina: tlak se uzima kao termometrijska vrijednost. Skala plinskog termometra je apsolutna (T = 0, p = 0). Prilikom rješavanja praktičnih zadataka najčešće je potrebno koristiti ovu temperaturnu skalu.

Primjer 2

Prihvaćeno je da je sobna temperatura ugodna za osobu u rasponu od + 18 ° C do + 22 ° C. Potrebno je izračunati granice intervala temperature udobnosti prema termodinamičkoj skali.

Rješenje

Uzmimo kao osnovu omjer T (K) = t ° C + 273,15 ° C.

Izračunajmo donju i gornju granicu ugodne temperature na termodinamičkoj skali:

T = 18 + 273 ≈ 291 (K) ; T = 22 + 273 ≈ 295 (K) .

odgovor: Granice temperaturnog intervala udobnosti na termodinamičkoj skali su u rasponu od 291 K do 295 K.

Primjer 3

Potrebno je odrediti na kojoj temperaturi će očitanja termometra na Celzijusovoj i na Farenhajtovoj skali biti ista.

Rješenje

Slika 2

Uzmimo kao osnovu omjer t ° F = 1,8 t ° C + 32.

Prema uslovima zadatka, temperature su jednake, tada je moguće formulisati sledeći izraz:

x = 1,8 x + 32.

Definirajmo varijablu x iz rezultirajućeg zapisa:

x = - 32 0, 8 = - 40 °C.

odgovor: na temperaturi od -40°C (ili -40°F), očitavanja termometra na Celzijusovoj i Farenhajtovoj skali bit će ista.

Ako primijetite grešku u tekstu, označite je i pritisnite Ctrl+Enter

Napomena: Koncept skaliranja. Postojeći tipovi vage i područja njihove primjene. Razlozi za pojavu krljušti.

SHKA"LA, s, i. [latinski. scala - ljestve].- 1 . Lenjir s podjelama u raznim mjernim instrumentima. W. termometar. 2 . Niz količina, brojeva u rastućem ili opadajućem redoslijedu (posebno). Sh. Sh. Sh.

Vrste vaga:

Merne skale se obično klasifikuju prema tipovima mernih podataka, koji određuju matematičke transformacije prihvatljive za datu skalu, kao i tipove odnosa koje prikazuje odgovarajuća skala. Modernu klasifikaciju vaga predložio je 1946. Stanley Smith Stevens.

Skala imena (nominalna, klasifikacijska)

Koristi se za mjerenje vrijednosti atributa kvaliteta. Vrijednost takve karakteristike je ime klase ekvivalencije kojoj pripada predmetni objekt. Primjeri značenja kvalitativnih karakteristika su nazivi država, boje, marke automobila itd. Takve karakteristike zadovoljavaju aksiome identiteta:

Za veliki broj klasa koriste se hijerarhijske skale imenovanja. Većina poznatih primjera Takve skale su skale koje se koriste za klasifikaciju životinja i biljaka.

S vrijednostima izmjerenim u skali imena, možete izvršiti samo jednu operaciju - provjeru njihove podudarnosti ili nepodudarnosti. Na osnovu rezultata takve provjere moguće je dodatno izračunati učestalosti punjenja (vjerovatnosti) za različite klase koje se mogu koristiti za primjenu razne metode statistička analiza - Hi-kvadrat test slaganja, Cramerov test za testiranje hipoteze o odnosu kvalitativnih karakteristika itd.

Redna skala (ili rang skala)

Izgrađen na identitet i red. Predmeti na ovoj skali su rangirani. Ali ne mogu svi objekti biti predmet odnosa reda. Na primjer, nemoguće je reći koji je veći, krug ili trokut, ali se u ovim objektima može identificirati zajednička osobina – površina, pa se tako lakše uspostavljaju redni odnosi. Za ovu skalu, monotona transformacija je prihvatljiva. Takva skala je gruba jer ne uzima u obzir razlike između subjekata skale. Primjer takve skale: ocjene akademskog uspjeha (nezadovoljavajuće, zadovoljavajuće, dobro, odlično), Mohsova skala.

Intervalna skala

Ovdje postoji poređenje sa standardom. Konstrukcija takve skale dozvoljava većina svojstva postojećih numeričkih sistema pripisati brojevima dobijenim na osnovu subjektivnih procjena. Na primjer, konstruiranje intervalne skale za reakcije. Za ovu skalu, linearna transformacija je prihvatljiva. Ovo vam omogućava da svedete rezultate testa na uobičajene skale i na taj način uporedite indikatore. Primjer: Celzijeva skala.

Skala odnosa

U skali omjera vrijedi relacija “toliko puta više”. Ovo je jedina od četiri skale koja ima apsolutnu nulu. Nulta tačka karakteriše odsustvo merenog kvaliteta. Ovo skala dozvoljava transformaciju sličnosti (množenje konstantom). Određivanje nulte tačke je težak zadatak za istraživanje, što nameće ograničenja u upotrebi ove skale. Koristeći takve vage, mogu se izmjeriti masa, dužina, snaga i vrijednost (cijena). Primjer: Kelvinova skala (temperature mjerene od apsolutne nule, sa mjernom jedinicom odabranom po dogovoru stručnjaka - Kelvin).

Skala razlike

Početna tačka je proizvoljna, mjerna jedinica je navedena. Prihvatljive transformacije su pomaci. Primjer: mjerenje vremena.

Apsolutna skala

Sadrži dodatnu osobinu - prirodno i nedvosmisleno prisustvo mjerne jedinice. Ova skala ima jednu nultu tačku. Primjer: broj ljudi u publici.

Od razmatranih skala, prve dvije su nemetričke, a ostale su metričke.

Pitanje vrste skale direktno je povezano sa problemom adekvatnosti metoda za matematičku obradu rezultata merenja. Općenito, adekvatne statistike su one koje su invarijantne u odnosu na dozvoljene transformacije korištene mjerne skale.

Upotreba u psihometriji. Koristeći različite skale, mogu se izvršiti različita psihološka mjerenja. Prve metode psihološkog mjerenja razvijene su u psihofizici. Glavni zadatak psihofizičara bio je kako odrediti odnos između fizičkih parametara stimulacije i odgovarajućih subjektivnih procjena osjeta. Znajući ovu vezu, možete razumjeti koji osjećaj odgovara ovom ili onom znaku. Psihofizička funkcija uspostavlja odnos između numeričke vrijednosti fizičke mjerne skale stimulusa i numeričke vrijednosti psihološkog ili subjektivnog odgovora na taj stimulus.

Celzijus

1701. u Švedskoj. Oblast interesovanja: astronomija, opšta fizika, geofizika. Predavao je astronomiju na Univerzitetu u Upsali i tamo osnovao astronomsku opservatoriju.

Celzius je prvi izmjerio sjaj zvijezda i uspostavio vezu između sjevernog svjetla i fluktuacija u magnetskom polju Zemlje.

Učestvovao je u ekspediciji Laponije 1736-1737 za mjerenje meridijana. Po povratku iz polarne regije Celsius je započeo aktivan rad na organizaciji i izgradnji astronomske opservatorije u Uppsali i 1740. godine postao njen direktor. Anders Celzius je umro 25. marta 1744. godine. Mineral celzijan, vrsta barijumskog feldspata, nazvan je po njemu.

U tehnici, medicini, meteorologiji i svakodnevnom životu koristi se Celzijeva skala u kojoj je temperatura trostruke tačke vode 0,01, pa je stoga tačka smrzavanja vode pri pritisku od 1 atm 0. Trenutno je Celzijusova skala definisana kroz Kelvinovu skalu: stepen Celzijus je jednak kelvinu, . Tako je tačka ključanja vode, koju je Celzijus prvobitno izabrao kao referentnu tačku jednaku 100, izgubila svoju vrijednost, i moderne procjene Tačka ključanja vode pri normalnom atmosferskom pritisku je oko 99,975. Celzijusova skala je praktično vrlo zgodna jer je voda vrlo česta na našoj planeti i na njoj se zasniva naš život. nula Celzijusa - singularna tačka za meteorologiju, jer se povezuje sa smrzavanjem atmosferske vode. Skalu je predložio Anders Celsius 1742.

Fahrenheit

Gabriel Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) - njemački fizičar Rođen 24. maja 1686. godine u Dancigu (danas Gdanjsk, Poljska). Proživio je gotovo cijeli život u Holandiji u proizvodnji preciznih meteoroloških instrumenata 1709. godine napravio je alkoholni termometar, 1714. godine - živin termometar, koristeći novu metodu prečišćavanja žive Za živin termometar, Farenhajt je napravio skalu sa tri referentne tačke: odgovarala je temperaturi od mješavina voda - led -. amonijak, – tjelesna temperatura zdrava osoba, a vrijednost za tačku topljenja leda uzeta je kao referentna temperatura. Tačka ključanja čista voda na Farenhajtovoj skali bio je . Farenhajtova skala se koristi u mnogim zemljama engleskog govornog područja, iako postepeno ustupa mjesto Celzijusovoj skali. Osim izrade termometara, Fahrenheit je bio uključen u poboljšanje barometara i higrometara. Proučavao je i ovisnost promjene tačke ključanja tečnosti od atmosferskog pritiska i sadržaja soli u njoj, otkrio fenomen prehlađenja vode i sastavio tabele specifična težina tel. Farenhajt je umro u Hagu 16. septembra 1736. godine.

U Engleskoj, a posebno u SAD-u, koristi se Farenhajtova skala. Nula stepeni Celzijusa je 32 stepena Farenhajta, a stepen celzijusa je 5/9 stepeni Celzijusa.

Sljedeća definicija je trenutno prihvaćena Farenhajtova skala: Ovo je temperaturna skala, čiji je 1 stepen (1) jednak 1/180 razlike između tačke ključanja vode i tačke topljenja leda na atmosferskom pritisku, a tačka topljenja leda ima temperaturu od F Temperatura na Farenhajtovoj skali povezana je sa temperaturom na Celzijusovoj skali relacijom. Predložio G. Fahrenheit 1724. godine.

Reaumur skala

Rene Reaumur. Rene Antoin de Reaumur rođen je 28

Februara 1683. u La Rochelleu, francuski prirodnjak, strani počasni član Petrogradske akademije nauka (1737). Radovi na regeneraciji, fiziologiji, biologiji kolonija insekata. Predložio je temperaturnu skalu nazvanu po njemu. Poboljšao je neke metode pripreme čelika, bio je jedan od prvih koji je pokušao da naučno potkrijepi neke procese livenja i napisao je djelo “Umjetnost pretvaranja željeza u čelik”. Došao je do vrijednog zaključka: gvožđe, čelik, liveno gvožđe razlikuju se po količini neke nečistoće. Dodavanjem ove nečistoće u željezo, naugljičenjem ili legiranjem lijevanog željeza, Reaumur je dobio čelik. Godine 1814. K. Careten je dokazao da je ova nečistoća ugljenik.

Reaumur je dao metodu za pripremu mat stakla.

Danas sjećanje njegovo ime povezuje samo s izumom dugog

korištena temperaturna skala. U stvari, René Antoine Ferchant de Reaumur, koji je živio 1683-1757, uglavnom u Parizu, bio je jedan od tih naučnika. svestranost koje je u naše vrijeme – vrijeme uske specijalizacije – teško zamisliti. Reaumur je u isto vrijeme bio tehničar, fizičar i prirodnjak. Stekao je veliku slavu izvan Francuske kao entomolog. IN poslednjih godina Za života Reaumur je došao na ideju da potragu za misterioznom transformativnom moći treba voditi na onim mjestima gdje je njena manifestacija najočiglednija – tokom transformacije hrane u tijelu, tj. po njegovoj asimilaciji. Umro je 17. oktobra 1757. u dvorcu Bermovdiere kod Saint-Julien-du-Terrouxa (Mayenne).

Predložio ga je 1730. R. A. Reaumur, koji je opisao alkoholni termometar koji je izumio.

Jedinica je stupanj Reaumur (), jednak 1/80 temperaturnog intervala između referentnih tačaka - temperature topljenja leda () i kipuće vode ()

Trenutno je vaga izašla iz upotrebe, najduže je opstala u Francuskoj, u domovini autora.

Temperaturne skale, sistemi uporedivih numeričkih vrijednosti temperature. Temperatura nije direktno mjerljiva veličina; njegova vrijednost je određena promjenom temperature bilo kojeg pogodnog za mjerenje fizička svojstva termometrijska supstanca. Nakon odabira termometričke tvari i svojstva, potrebno je postaviti početnu referentnu tačku i veličinu jedinice temperature - stepeni. Tako se određuju empirijske temperaturne skale (u daljem tekstu T.s.). U T. sh. Obično se bilježe dvije glavne temperature, koje odgovaraju tačkama fazne ravnoteže jednokomponentnih sistema (tzv. referentne ili konstantne tačke), razmak između kojih se naziva glavni temperaturni interval skale. Koriste se sledeće referentne tačke: trostruka tačka vode, tačka ključanja vode, vodonika i kiseonika, tačka očvršćavanja srebra, zlata, itd. Veličina jediničnog intervala (temperaturne jedinice) postavlja se kao određeni deo glavni interval. Za početak brojanja T. sh. uzeti jednu od referentnih tačaka. Na ovaj način možete odrediti empirijski (uslovni) T. sh. za bilo koje termometrijsko svojstvo. Ako pretpostavimo da je odnos između i temperature linearan, tada temperatura, gdje je, i su numeričke vrijednosti svojstva na temperaturi, na početnoj i krajnjoj točki glavnog intervala, - veličina stepena, - broj podjela glavnog intervala.

U Celzijusovoj skali, na primjer, temperatura na kojoj se voda stvrdnjava (topi se led) uzima se kao polazna tačka, a glavni interval između tačaka skrućivanja i ključanja vode je podijeljen sa 100 jednaki dijelovi ().

T. sh. je dakle sistem uzastopnih temperaturnih vrijednosti linearno povezanih sa vrijednostima izmjerene fizičke veličine (ova veličina mora biti nedvosmislena i monotonska funkcija temperatura). Generalno, T. sh. mogu se razlikovati po termometrijskom svojstvu (to može biti toplinsko širenje tijela, promjena električnog otpora provodnika s temperaturom itd.), po termometrijskoj tvari (gas, tekućina, solidan), a zavise i od referentnih tačaka. U najjednostavnijem slučaju, T. sh. varirati numeričke vrijednosti, usvojeno za identične referentne tačke. Dakle, u Celzijusovim (), Reaumurovim () i Farenhajtovim () skalama, tačke topljenja leda i kipuće vode na normalan pritisak dodijeljene su različite temperature. Odnos za pretvaranje temperature s jedne skale na drugu:

Direktan ponovni proračun za T. sh., koji se razlikuje u osnovnim temperaturama, bez dodatnih eksperimentalnih podataka je nemoguć. T. sh., koji se razlikuju po termometrijskom svojstvu ili tvari, značajno se razlikuju. Moguć je neograničen broj empirijskih mjerenja temperature koja se međusobno ne poklapaju, budući da su sva termometrijska svojstva povezana s temperaturom nelinearno i stepen nelinearnosti je različit za različita svojstva, a stvarna temperatura izmjerena metodom empirijskog mjerenja temperature naziva se konvencionalna (temperatura „živa“, „platina“ itd.), njegova jedinica je konvencionalni stepen. Među empirijskim T. sh. posebno mjesto zauzimaju plinske vage u kojima plinovi služe kao termometričke tvari ("dušik", "vodonik", "helij" termometar). Ovi T. sh. ovise manje od drugih o korištenom plinu i mogu se (uvođenjem korekcija) dovesti do teorijskog plina T. sh. Avogadro, važi za idealan gas. Apsolutni empirijski T. sh. Oni nazivaju skalu, čija apsolutna nula odgovara temperaturi na kojoj je numerička vrijednost nekog fizičkog svojstva (na primjer, u teoriji plina Avogadro, apsolutna nula temperature odgovara nultom pritisku idealnog plina). temperature (prema empirijskom T. sh.) i (prema apsolutnom empirijskom T. sh.) povezane su relacijom. , gdje je apsolutna nula empirijskog T. sh. (uvođenje apsolutne nule je ekstrapolacija i ne podrazumijeva njenu implementaciju).

Osnovni nedostatak empirijskog T. sh. - njihova zavisnost od termometričke supstance - odsutna je u termodinamičkoj termodinamici, zasnovanoj na drugom zakonu termodinamike. Prilikom određivanja apsolutne termodinamičke temperature. (Kelvinova skala) potiču iz Carnotovog ciklusa. Ako u Carnotovom ciklusu tijelo koje završi ciklus apsorbira toplinu na temperaturi i oslobađa toplinu na temperaturi, tada je omjer ne zavisi od svojstava radnog fluida i omogućava određivanje apsolutne temperature korišćenjem količina dostupnih za merenje. U početku je glavni interval ove skale bio postavljen tačkama topljenja leda i tačke ključanja vode pri atmosferskom pritisku, jedinica apsolutna temperatura odgovara dijelu glavnog intervala, za početnu tačku uzeta je tačka topljenja leda. 1954. godine, X Generalna konferencija za utege i mjere uspostavila je termodinamički T. sh. sa jednom referentnom tačkom - trostrukom tačkom vode, čija se temperatura uzima kao 273,16 K (tačno), što odgovara . temperatura u apsolutnoj termodinamici T. sh. mjereno u kelvinima (K). Termodinamička temperaturna skala, u kojoj se temperatura uzima za tačku topljenja leda, naziva se Celzijeva. Odnosi između temperatura izraženih u Celzijusima i apsolutne termodinamičke T. skale:

tako da je veličina jedinica u ovim skalama ista. U SAD-u i nekim drugim zemljama gdje je uobičajeno mjerenje temperature na Farenhajtovoj skali, apsolutni T. sh. Rankin. Odnos između kelvina i Rankinovog stepena: , na Rankineovoj skali, tačka topljenja leda odgovara , tačka ključanja vode .

Bilo koji empirijski T. sh. svodi se na termodinamički T. sh. uvođenje korekcija uzimajući u obzir prirodu odnosa između termometričkih svojstava i termodinamičke temperature. Termodinamički T. sh. se ne provodi direktno (izvođenjem Carnotovog ciklusa s termometričkom tvari), već uz pomoć drugih procesa povezanih s termodinamičkom temperaturom. U širokom temperaturnom rasponu (otprilike od tačke ključanja helijuma do tačke očvršćavanja zlata), termodinamički T. sh. podudaraju se sa T. sh. Avogadro, pa se termodinamička temperatura određuje temperaturom plina, koja se mjeri plinskim termometrom. Na nižim temperaturama termodinamički T. sh. sprovedeno prema temperaturna zavisnost magnetna osetljivost paramagnetnih materijala, na višim nivoima - skala je nekoliko puta redefinisana (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90): referentne temperature i metode interpolacije su se promenile, ali je princip ostao isti - osnova skale je skup faznih prelaza čistih supstanci sa određenim vrednostima termodinamičkih temperatura i interpolacionih instrumenata kalibriranih u tim tačkama. Trenutno je na snazi ​​ITS-90 skala. Glavni dokument (Propisi na skali) utvrđuje definiciju Kelvina, vrijednosti temperatura faznog prijelaza (referentne tačke) i metode interpolacije.

Temperaturne skale koje se koriste u svakodnevnom životu – i Celzijusove i Farenhajtske (koriste se uglavnom u SAD-u) – nisu apsolutne i stoga nezgodne pri izvođenju eksperimenata u uslovima u kojima temperatura pada ispod tačke smrzavanja vode, zbog čega se temperatura mora izraziti negativan broj. Za takve slučajeve uvedene su apsolutne temperaturne skale.

Jedna od njih se zove Rankineova skala, a druga je apsolutna termodinamička skala (Kelvinova skala); njihove temperature se mjere u stepenima Rankine () i kelvina (K), respektivno. Obje skale počinju na temperaturi od apsolutne nule. Razlikuju se po tome što je Kelvin jednak stepenu Celzijusa, a Rankineov stepen jednak stepenu Farenhajta. Tačka smrzavanja vode pri standardnom atmosferskom pritisku odgovara , , .

Kelvinova skala je vezana za trostruku tačku vode (273,16 K), a Boltzmannova konstanta zavisi od nje. To stvara probleme s preciznošću interpretacije mjerenja visoke temperature. BIPM sada razmatra mogućnost prelaska na novu definiciju Kelvina i fiksiranje Boltzmannove konstante, umjesto pozivanja na temperaturu trostruke tačke.

Kratak sažetak: student se upoznaje sa klasifikacijom skala i njihovim opsegom.

Komplet za vežbu

Pitanja:

1. Kada i ko je predložena moderna klasifikacija skala?
2. Definirajte riječ SCALE.
3. Navedite sve vrste vaga koje poznajete i objasnite njihove razlike?
4. Zašto se skale koriste u psihometriji?
5. Koje se vage najviše koriste u Engleskoj i Americi?
6. Koja se od navedenih skala prva pojavila?
7. Koja je država najduže koristila Reaumurovu skalu?
8. Kako se mjeri temperatura na apsolutnoj termodinamičkoj temperaturnoj skali?
9. Navedite primjere apsolutnih temperaturnih skala.
10. Kakav je odnos između kelvina i stepena Rankine?

Vježbe

1. Nacrtajte dijagram koji prikazuje moderna klasifikacija vage Možete li kreirati skale prema hijerarhiji?
2. Odredite temperaturu na različitim temperaturnim skalama (Farenhajt, Kelvin)

Za šta koristi u fizici nekoliko skala za mjerenje temperature? Pa, postoji - "Celzijus" - to bi bilo dovoljno, inače - "po Farenhajtu", "po Reaumuru", "po Kelvinu", pa čak i "po Rankineu", "po Newtonu"... svi su htjeli da se bave istorijom i naukom.

Priča

Riječ "temperatura" nastala je u onim danima kada su ljudi vjerovali da više zagrijana tijela sadrže veću količinu posebne tvari - kalorijske - od manje zagrijanih. Stoga se temperatura doživljavala kao jačina mješavine tjelesne materije i kalorija. Zbog toga se mjerne jedinice za jačinu alkoholnih pića i temperaturu nazivaju isto - stepeni.

Budući da je temperatura kinetička energija molekula, jasno je da je najprirodnije mjeriti je u energetskim jedinicama (tj. u SI sistemu u džulima). Međutim, mjerenje temperature počelo je mnogo prije stvaranja molekularne kinetičke teorije, pa praktične vage mjere temperaturu u konvencionalnim jedinicama - stepenima.

Kelvinova skala (K)

Predložio ga je engleski naučnik 1848 William Thomson(aka Lord Kelvin) kao precizniji način mjerenja temperature. Na ovoj skali, nulta tačka, ili apsolutna nula, predstavlja najviše niske temperature, što je moguće, odnosno određeno teorijsko stanje supstance u kojem se njeni molekuli potpuno prestaju kretati. ova vrijednost je dobivena teorijskim proučavanjem svojstava plina pri nultom pritisku. Na skali Celzijusa, apsolutna nula, ili Kelvinova nula, odgovara -273,15ºC. Stoga se u praksi 0ºC može izjednačiti sa 273K. Do 1968. mjerna jedinica kelvin (K) zvala se stepen Kelvin (ºK). Koristi se u termodinamici.

Temperatura se mjeri od apsolutne nule (stanja koje odgovara minimalnoj teoretski mogućoj unutrašnjoj energiji tijela), a jedan kelvin je jednak 1/273,15 udaljenosti od apsolutne nule do trostruke tačke vode (stanje u kojem led, voda i vodena para su u ravnoteži). Boltzmannova konstanta se koristi za pretvaranje kelvina u energetske jedinice. Koriste se i izvedene jedinice: kilokelvin, megakelvin, milikelvin itd.

Celzijusova skala (ºC)

1742. švedski astronom Anders Celsius predložio je svoju skalu, u kojoj je temperatura mješavine vode i leda uzeta kao nula, a tačka ključanja vode izjednačena sa 100º. Stoti dio intervala između ovih referentnih tačaka uzima se kao stepen. Ova skala je racionalnija od Farenhajtove i Reaumurove skale i široko se koristi u nauci i svakodnevnom životu.

Pošto tačke smrzavanja i ključanja vode nisu dobro definisane, Celzijusova skala je trenutno definisana pomoću Kelvinove skale: stepen Celzijusa je jednak kelvinu, apsolutna nula se uzima kao -273,15 °C. Celzijusova skala je praktično vrlo zgodna jer je voda vrlo česta na našoj planeti i na njoj se zasniva naš život. Nula Celzijusa je posebna tačka za meteorologiju, jer smrzavanje atmosferske vode bitno sve mijenja.

Farenhajtova skala (ºF)

Predložio ga je njemački naučnik u zimu 1724. godine Gabriel Fahrenheit. Na ovoj skali, tačka do koje je jednog veoma hladnog zimskog dana (bilo je u Dancigu i živeo Farenhajt) pala živa u naučnikovom termometru uzeta je za nulu. Odabrao je temperaturu ljudskog tijela kao drugu polaznu tačku. Ovaj interval je podeljen na 100 stepeni. Prema ovom ne baš logičnom sistemu, tačka smrzavanja vode (tj. nula stepeni Celzijusa) na nivou mora je bila +32º, a tačka ključanja vode +212º. Skala je popularna u Velikoj Britaniji, a posebno u SAD-u.

Jedan stepen Farenhajta je jednak 5/9 stepeni Celzijusa.

Trenutna definicija Farenhajtove skale je sljedeća: to je temperaturna skala u kojoj je 1 stepen (1 °F) jednak 1/180 razlike između tačke ključanja vode i temperature topljenja leda pri atmosferskom pritisku, i tačka topljenja leda je +32 °F. Temperatura na Farenhajtovoj skali povezana je sa temperaturom na Celzijusovoj skali (t °C) omjerom t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C.

Reaumurova skala (ºR)

Godine 1731. francuski naučnik René Antoine de Reaumur predložio temperaturnu skalu zasnovanu na upotrebi alkohola, koja ima svojstvo širenja (zajedno s opisom alkoholnog termometra koji je izumio). Kao donja referentna tačka uzeta je tačka smrzavanja vode. Reaumurov stepen je proizvoljno definiran kao hiljaditi dio zapremine koju zauzima alkohol u rezervoaru i cijevi termometra u nultoj tački. U normalnim uslovima, tačka ključanja vode na ovoj skali je 80º. Reaumurova vaga je sada svuda izašla iz upotrebe.

Jedinica je stepen Reaumur (°R), 1 °R je jednak 1/80 temperaturnog intervala između referentnih tačaka - temperature topljenja leda (0 °R) i tačke ključanja vode (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

Trenutno je vaga izašla iz upotrebe, najduže je opstala u Francuskoj, u domovini autora.

Rankinova skala (ºRa)

Predložio ga je škotski inženjer i fizičar William Rankin (William John McQuorn Rankin (Rankine)). Njena nula poklapa se sa nulom termodinamičke temperature, a po veličini 1ºRa jednaka je 5/9 K. To jest, princip je isti kao u Kelvinovoj skali, samo što se po dimenzijama Rankineova skala ne poklapa sa Celzijusovom skalom, već sa Farenhajtovom skalom. Ovaj sistem Nisam primio nikakva mjerenja temperature distribucije.

Poređenje temperaturnih skala

¹ Normalna temperatura ljudskog tela je 36,6 °C ±0,7 °C, ili 98,2 °F ±1,3 °F. Uobičajena vrijednost od 98,6 °F je tačna konverzija u Fahrenheit njemačke vrijednosti od 37 °C iz 19. stoljeća. Jer ova vrijednost nije u rasponu normalna temperatura prema modernim idejama, možemo reći da sadrži preteranu (netačnu) tačnost. Neke vrijednosti u ovoj tabeli su zaokružene.

Poređenje Farenhajtovih i Celzijusovih skala

(o F- Farenhajtova skala, oC- Celzijeva skala)

SKALA TEMPERATURE

SKALA TEMPERATURE, graduirana skala za mjerenje temperature. Za stvaranje bilo koje temperaturne skale potreban je odabir termometrijskog parametra koji varira linearno s temperaturom (na primjer, zapremina plina pri konstantnom tlaku ili širenje tekućine u cijevi), dvije ili više fiksnih, lako ponovljivih tačaka (npr. na primjer, tačke ključanja i smrzavanja vode) i definiraju proizvoljne podjele (zvane stepeni) između fiksnih tačaka. Ekspanzija gasa, alkohola, žive, električni otpor i talasnu dužinu svetlosti. Najčešće temperaturne skale su FARENHEIT, CELSIUS (po Celzijusu) i KELVIN (ili apsolutni); oni su skraćeni kao °F, °C i K. U Farenhajtovoj skali kao fiksne tačke u početku je korištena tačka smrzavanja vode (smatrano 32°F) i temperatura ljudskog tijela (96°F, kasnije 98,6°F). Razmak između njih podijeljen je na 64 stepena; Tačka ključanja vode je određena ekstrapolacijom na 212°F. Celzijusova skala koristi tačke smrzavanja i ključanja vode kao 0°C i 100°C, respektivno; interval je podeljen sa 100 stepeni. Nula na Kelvinu, ili termodinamičkoj, skali (-273,15 °C, -459,67 °F)

Naučno-tehnički enciklopedijski rečnik.

Pogledajte šta je "TEMPERATURNA SKALA" u drugim rječnicima:

SKALA TEMPERATURE- niz numeričkih tačaka na skali termometra, raspoređenih unutar temperaturnog intervala ograničenog sa dvije tačke konstantne temperature, koje se uzimaju kao glavne glavne referentne tačke (obično za ista fizička stanja, na primjer temperatura... ... Velika politehnička enciklopedija

temperaturna skala- - [A.S. Goldberg. Englesko-ruski energetski rječnik. 2006] Teme: energija općenito EN temperaturna skala...

temperaturna skala- temperatūros skalė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Verčių, nurodančių atitinkamų temperatūros matavimo vienetų seką, visuma. atitikmenys: engl. temperaturna skala vok. Temperaturskala, f rus. temperaturna skala, f pranc. échelle de… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

temperaturna skala-temperaturna skala... Rječnik hemijskih sinonima I

Sada za mjerenje temperature zraka, vode, tijela itd. Koristimo CELZIJUSNU skalu u kojoj je jedan stepen jednak 1/100 razlike između temperatura kipuće vode i leda koji se topi. Postoji i REOMUR skala, u kojoj je stepen jednak 1/80... ... Enciklopedija ruskog života 19. veka

Kelvinova temperaturna skala- Termodinamička temperaturna skala (TC), u kojoj je 0°K=–273,16°C (1K=1°C). Syn.: apsolutna temperaturna skala; Kelvinova skala... Geografski rječnik

Farenhajtova temperaturna skala- Temperaturna skala sa tačkom smrzavanja vode od 32°F i tačkom ključanja od 212°F [pretvaranje u Celzijusovu (C) temperaturnu skalu vrši se pomoću formule: C=(F 32)5/9] ... Geografski rječnik

Celzijeva temperaturna skala- Temperaturna skala (t°C), koju je predložio švedski astronom A. Celsius, koja dijeli interval između tačke smrzavanja i tačke ključanja vode na 100 dijelova, tako da je tačka smrzavanja vode pri standardnom atmosferskom pritisku 0° C, i ... ... Geografski rječnik

Reaumurova temperaturna skala- Reaumur termometar - Teme industrija nafte i plina Sinonimi Reaumur termometar EN Reaumur skala ... Vodič za tehnički prevodilac

Rankineova temperaturna skala- - [A.S. Goldberg. Englesko-ruski energetski rječnik. 2006] Energetske teme općenito EN Rankine skale... Vodič za tehnički prevodilac