Histoire de l'invention du thermomètre et types de températures. Travail de projet "Échelles de température"

Échelles de température

Le premier appareil créé pour mesurer la température est considéré comme le thermomètre à eau de Galilée (1597). Le thermomètre de Galilée n'avait pas d'échelle et n'était essentiellement qu'un indicateur de température. Un demi-siècle plus tard, en 1641, un auteur inconnu de nous fabriquait un thermomètre avec une échelle à divisions arbitraires. Un demi-siècle plus tard, Renaldini proposa pour la première fois de prendre les points de fusion de la glace et de l'eau bouillante comme points constants caractérisant l'équilibre thermique. Dans le même temps, l’échelle de température n’existait pas encore. La première échelle de température a été proposée et mise en œuvre par D.G. Fahrenheit (1724). Les échelles de température ont été établies en choisissant arbitrairement le zéro et d’autres points constants et en prenant arbitrairement l’intervalle de température comme unité. Fahrenheit n'était pas un scientifique. Il se consacrait à la fabrication de verrerie. Il a appris que la hauteur du baromètre à mercure dépend de la température. Cela lui a donné l’idée de créer un thermomètre à mercure en verre avec une échelle en degrés. Il a basé son échelle sur trois points : 1 - « le point de froid extrême (zéro absolu) », obtenu en mélangeant de l'eau, de la glace et de l'ammoniac dans certaines proportions, et pris par lui comme le zéro (selon notre échelle moderne, égal à environ -17, 8°С); 2 est le point de fusion de la glace, noté +32°, et 3 est la température normale du corps humain, noté +96° (sur notre échelle +35,6°C). Le point d'ébullition de l'eau n'a pas été initialement standardisé et n'a été fixé que plus tard à +212° (à température normale pression atmosphérique).

Quelques années plus tard, en 1731, R.A. Réaumur a proposé d'utiliser de l'alcool d'une concentration telle pour les thermomètres en verre qu'à la température de fusion de la glace, il remplirait un volume de 1 000 unités de volume et qu'à la température d'ébullition, il se dilaterait jusqu'à 1 080 unités. En conséquence, Réaumur proposa de désigner initialement le point de fusion de la glace comme 1000° et le point d'ébullition de l'eau comme 1080 0 (plus tard 0° et 80°).

En 1742, A. Celsius, utilisant du mercure dans des thermomètres en verre, désigna le point de fusion de la glace à 100° et le point d'ébullition de l'eau à 0°. Cette désignation s'est avérée peu pratique et, trois ans plus tard, Stremer (ou peut-être K. Linnaeus) a proposé de modifier les désignations initialement adoptées par Celsius par l'inverse. Un certain nombre d'autres échelles ont été proposées. M.V. Lomonosov a proposé un thermomètre à liquide avec une échelle de 150° allant du point de fusion de la glace au point d'ébullition de l'eau.

I.G. Lambert (1779) a proposé un thermomètre à air avec une échelle de 375°, prenant le millième de l'expansion du volume d'air comme 1°. Il existe également des tentatives connues pour créer des thermomètres basés sur l'expansion de solides (P. Muschenbroek, 1725)

Toutes les échelles de température proposées ont été construites (à de rares exceptions près) de la même manière : deux (au moins) points constants se sont vu attribuer certaines valeurs numériques et il a été supposé que la propriété thermométrique apparente de la substance utilisée dans le thermomètre était linéairement liée à température. Mais plus tard, il s'est avéré que les thermomètres construits à base de diverses substances thermométriques avec une échelle de degrés uniforme donnaient des lectures différentes à des températures différentes des températures de points constants. Ce dernier est devenu particulièrement visible à des températures élevées (beaucoup supérieures au point d’ébullition de l’eau) et très basses.

En 1848, Kelvin (W. Thomson) proposa de construire une échelle de température sur une base thermodynamique, prenant la température du zéro absolu comme zéro et désignant la température de fonte de la glace comme +273,1°. L'échelle de température thermodynamique est basée sur la deuxième loi de la thermodynamique. Comme on le sait, le travail dans le cycle de Carnot est proportionnel à la différence de température et ne dépend pas de la substance thermométrique. Un degré sur l'échelle thermodynamique correspond à une augmentation de température qui correspond à 1/100 du travail effectué sur le cycle de Carnot entre les points de fusion de la glace et le point d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique normale. L'échelle thermodynamique est identique à l'échelle gaz parfait, basé sur la dépendance de la pression du gaz parfait à la température. Les lois de changement de pression avec la température pour les gaz réels s'écartent des lois idéales, mais les corrections pour les écarts des gaz réels sont faibles et peuvent être établies avec haut degré précision. Ainsi, en observant l’expansion des gaz réels et en introduisant des corrections, il est possible d’estimer la température sur une échelle thermodynamique.

À mesure que les observations scientifiques se multiplient et se développent production industrielle un besoin naturel s'est fait sentir d'établir une sorte d'échelle de température unifiée. La première tentative dans ce sens a eu lieu en 1877, lorsque le Comité international des poids et mesures a adopté l'échelle d'hydrogène centigrade comme échelle de température principale. Le point de fusion de la glace a été fixé à zéro et le point d’ébullition de l’eau à une pression atmosphérique normale de 760 mm a été fixé à 100°. art. Art. La température a été déterminée par la pression de l'hydrogène dans un volume constant. Le repère zéro correspondait à une pression de 1000 mm. art. Art. Les degrés de température sur cette échelle coïncidaient très étroitement avec les degrés de l'échelle thermodynamique, cependant utilisation pratique le thermomètre à hydrogène était limité en raison de la petite plage de température d'environ -25 à +100°. Au début du 20ème siècle. les échelles Celsius (ou Fahrenheit - dans les pays anglo-américains) et Réaumur étaient largement utilisées, et dans travaux scientifiques- également des échelles Kelvin et hydrogène.

Échelle de température internationale

Avec des besoins fortement accrus en matière d'évaluation précise de la température, les conversions d'une échelle à une autre ont créé de grandes difficultés et ont conduit à un certain nombre de malentendus. Ainsi, après plusieurs années de préparation et de décisions provisoires préliminaires, la VIIIe Conférence générale des poids et mesures a décidé en 1933 d'introduire l'Échelle internationale de température (ITS). Cette décision a été légalement approuvée à la majorité pays développés paix. En URSS, l'échelle internationale de température a été introduite le 1er octobre 1934 (norme de toute l'Union OST VKS 6954).

L'échelle internationale de température est une mise en œuvre pratique de l'échelle de température thermodynamique centigrade, dans laquelle le point de fusion de la glace et le point d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique normale sont respectivement désignés par 0° et 100°. L'ITS est basé sur un système de températures d'équilibre constantes et précisément reproductibles (points constants), auxquelles sont attribuées des valeurs numériques. Pour déterminer les températures intermédiaires, on utilise des dispositifs d'interpolation, calibrés en ces points constants. Les températures mesurées à l'échelle internationale sont désignées SS. Contrairement à l'échelle des degrés Celsius - qui est également basée sur les points de fusion de la glace et le point d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique normale et porte les désignations 0° et 100°C, mais construite sur une base différente (sur une relation linéaire entre la température et l'expansion du mercure dans le verre), les degrés selon l'échelle internationale ont commencé à être appelés « degrés internationaux » ou « degrés de l'échelle centigrade ». Les principaux points constants de l'ITS et les valeurs numériques des températures qui leur sont attribuées à pression atmosphérique normale sont donnés ci-dessous : (voir aussi Fig. N°1) :

a) température d'équilibre entre l'oxygène liquide et gazeux (point d'ébullition de l'oxygène) - 182,96°

b) la température d'équilibre entre la glace et l'eau, saturé d'air(point de fusion de la glace) 0,000°

c) la température d'équilibre entre l'eau liquide et sa vapeur (point d'ébullition de l'eau) 100 000°

d) la température d'équilibre entre le soufre liquide et sa vapeur (point d'ébullition du soufre) 414,60°

e) température d'équilibre entre l'argent solide et l'argent liquide (point de solidification de l'argent) 961,93°

f) température d'équilibre entre l'or solide et l'or liquide (point de solidification de l'or) 1064,43°

Riz. Échelle de température internationale n°1

Le contenu de cet article donne une idée d'un concept aussi important que la température. Donnons une définition, considérons le principe du changement de température et le schéma de construction des échelles de température.

Quelle est la température

Température est une grandeur physique scalaire qui décrit l'état d'équilibre thermodynamique d'un système macroscopique de corps.

La notion de température est également utilisée comme quantité physique, qui détermine le degré d'échauffement du corps, cependant, une telle interprétation seule ne suffit pas pour comprendre le sens du terme. Tous les concepts physiques sont liés à certaines lois fondamentales et n'ont de sens que conformément à ces lois. Dans ce cas, le terme température est associé à la notion d’équilibre thermique et à la loi d’irréversibilité macroscopique.

Le phénomène d'équilibre thermodynamique des corps qui composent le système indique la présence de la même température de ces corps. La température ne peut être mesurée qu'indirectement, en prenant comme base la dépendance à la température de propriétés physiques des corps pouvant être mesurées directement.

Définition 2

Les substances ou corps utilisés pour obtenir une valeur de température sont appelés thermométrique.

Disons que deux corps isolés thermiquement sont mis en contact thermique. Un corps va transférer un flux d’énergie à un autre : le processus de transfert de chaleur va démarrer. Dans ce cas, le corps dégageant de la chaleur a une température proportionnellement plus élevée que le corps « recevant » le flux de chaleur. Il est évident qu'après un certain temps, le processus de transfert de chaleur s'arrêtera et un équilibre thermique se produira : on suppose que les températures des corps sont égalisées les unes par rapport aux autres, leurs valeurs se situeront quelque part dans l'intervalle entre les valeurs de température initiales . Ainsi, la température sert de marqueur de l’équilibre thermique. Il s'avère que toute valeur t qui répond aux exigences :

1. t 1 > t 2 , lorsque le transfert de chaleur se produit du premier corps au second ;
2. t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2 , lorsque l'équilibre thermique est établi, il peut être considéré comme une température.

On remarque également que l'équilibre thermique des corps est soumis à la loi de transitivité.

Définition 3

Loi de transitivité: lorsque deux corps sont en équilibre avec un troisième, alors ils sont en équilibre thermique entre eux.

Une caractéristique importante de cette définition de la température est son ambiguïté. En choisissant différentes quantités pour répondre aux exigences établies (qui affecteront la manière dont la température est mesurée), il est possible d'obtenir des échelles de température divergentes.

Définition 4

Échelle de température est une méthode permettant de diviser un intervalle de température en parties.

Regardons un exemple.

Exemple 1

Un appareil bien connu pour mesurer la température est un thermomètre. À titre de réflexion, prenons les thermomètres de divers appareils. La première est représentée par une colonne de mercure dans le capillaire du thermomètre, et la valeur de la température est ici déterminée par la longueur de cette colonne, qui remplit les conditions 1 et 2 indiquées ci-dessus.

Et une autre façon de mesurer la température : à l'aide d'un thermocouple - un circuit électrique avec un galvanomètre et deux jonctions de métaux différents (Figure 1 ).

Image 1

Une jonction se trouve dans un environnement à température fixe (dans notre exemple, il s'agit de glace qui fond), l'autre est dans un environnement dont il faut déterminer la température. Ici, un signe de température est la force électromotrice du thermocouple.

Ces méthodes de mesure de la température ne donneront pas les mêmes résultats. Et pour passer d'une température à une autre, il faut construire une courbe d'étalonnage qui établira la dépendance de la force électromotrice du thermocouple sur la longueur de la colonne de mercure. Dans ce cas, l'échelle uniforme d'un thermomètre à mercure est convertie en une échelle inégale d'un thermocouple (ou vice versa). Les échelles de mesure de température uniformes d'un thermomètre à mercure et d'un thermocouple créent deux échelles de température complètement différentes sur lesquelles un corps dans le même état aura des températures différentes. Il est également possible de considérer des thermomètres de conception identique, mais possédant des « corps thermiques » différents (par exemple, le mercure et l'alcool) : on n'observera pas dans ce cas les mêmes échelles de température. Le graphique de la longueur de la colonne de mercure en fonction de la longueur de la colonne d'alcool ne sera pas linéaire.

De ce qui précède, nous pouvons conclure que le concept de température, basé sur les lois de l'équilibre thermique, est ambigu. Cette température est empirique et dépend de la méthode de mesure. Un point arbitraire est considéré comme le « zéro » de l’échelle empirique de température. Selon la définition empirique de la température, signification physique ne porte qu'une différence de température ou son changement. Toute échelle de température empirique est convertie en échelle de température thermodynamique à l'aide de corrections prenant en compte la nature de la relation entre la propriété thermométrique et la température thermodynamique.

Afin de construire une échelle de température pour la mesure, deux points de référence fixes sont attribués à deux valeurs numériques de température. Après cela, la différence entre les valeurs numériques attribuées aux points de référence est divisée en nombre requis de pièces choisies au hasard, ce qui donne une unité de mesure de température.

Les valeurs initiales utilisées comme point de départ et unité de mesure sont les températures de transition de substances chimiquement pures d'un état d'agrégation à un autre, par exemple la température de fusion de la glace t 0 et le point d'ébullition de l'eau t k à la normale pression atmosphérique (Pa ≈ 10 5 Pa ) . Les quantités t 0 et t k ont différentes significations V divers typeséchelles de mesure de la température :

• Selon l'échelle Celsius (échelle centigrade) : le point d'ébullition de l'eau tk = 100°C, le point de fusion de la glace t0 = 0°C. Dans l'échelle Celsius, la température du point triple de l'eau est de 0,01°C à une pression de 0,06 atm.

Triple point d'eau- une température et une pression auxquelles les trois peuvent exister simultanément en équilibre état d'agrégation eau : liquide, solide (glace) et vapeur.

• Selon l'échelle Fahrenheit : le point d'ébullition de l'eau tk = 212 °F ; température de fonte de la glace t 0 = 32°C.

La différence de températures exprimée en degrés Celsius et Fahrenheit est nivelée selon l'expression suivante :

t°C 100 = t°F - 32 180 ou t°F = 1,8°C + 32.

Zéro sur cette échelle est défini comme le point de congélation d'un mélange d'eau, d'ammoniac et de sel, pris dans un rapport 1 : 1 : 1.

• D'après l'échelle Kelvin : point d'ébullition de l'eau t k = 373 K ; température de fonte de la glace t 0 = 273 K. Ici, la température est mesurée à partir du zéro absolu (t = 273,15°C) et est appelée température thermodynamique ou absolue. T = 0 K – cette valeur de température correspond à l'absence absolue de fluctuations thermiques.

Les valeurs de température sur l'échelle Celsius et sur l'échelle Kelvin sont liées entre elles selon l'expression suivante :

T(K) = t°C + 273,15°C.

• D'après l'échelle de Réaumur : point d'ébullition de l'eau tk = 80°R ; température de fonte de la glace t 0 = 0°R. Le thermomètre de Réaumur utilisait de l'alcool ; pour le moment, la balance n’est presque pas utilisée.

Les températures exprimées en degrés Celsius et degrés Réaumur sont liées comme suit :

1°C = 0,8°R.

• D'après l'échelle de Rankine : point d'ébullition de l'eau t k = 671,67° R a ; température de fonte de la glace t0 = 491,67° R a. Le début de l'échelle correspond au zéro absolu. Le nombre de degrés entre les points de référence de l'eau de congélation et de l'eau bouillante sur l'échelle de Rankine est identique à l'échelle Fahrenheit et est égal à 180.

Les températures Kelvin et Rankine sont liées par :

°R a = °F + 459,67.

Les degrés Fahrenheit peuvent être convertis en degrés Rankine selon la formule :

°R a = °F + 459,67.

Très applicable dans la vie quotidienne et appareils techniquesÉchelle Celsius (l'unité d'échelle est le degré Celsius, noté °C).

En physique, ils utilisent la température thermodynamique, ce qui est non seulement pratique, mais a également une signification physique profonde, puisqu'elle est définie comme la moyenne énergie cinétique molécules. L'unité de température thermodynamique est le degré Kelvin (jusqu'en 1968) ou maintenant simplement le Kelvin (K), qui est l'une des unités de base du CI. La température T = 0 K est appelée température zéro absolue, comme mentionné ci-dessus.

En général, la thermométrie moderne est basée sur l'échelle des gaz parfaits : la pression est prise comme valeur thermométrique. L'échelle du thermomètre à gaz est absolue (T = 0, p = 0). Lors de la résolution de problèmes pratiques, il est le plus souvent nécessaire d'utiliser cette échelle de température.

Exemple 2

Il est admis qu'une température ambiante confortable pour une personne est comprise entre + 18 ° C et + 22 ° C. Il est nécessaire de calculer les limites de l'intervalle de température de confort selon l'échelle thermodynamique.

Solution

Prenons comme base le rapport T(K) = t°C + 273,15°C.

Calculons les limites inférieure et supérieure de la température de confort sur une échelle thermodynamique :

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

Répondre: Les limites de l'intervalle de température de confort sur l'échelle thermodynamique sont comprises entre 291 K et 295 K.

Exemple 3

Il est nécessaire de déterminer à quelle température les lectures du thermomètre sur l'échelle Celsius et sur l'échelle Fahrenheit seront les mêmes.

Solution

Figure 2

Prenons comme base le rapport t°F = 1,8 t°C + 32.

Selon les conditions du problème, les températures sont égales, alors il est possible de formuler l'expression suivante :

x = 1,8 x + 32.

Définissons la variable x à partir de l'enregistrement résultant :

x = - 32 0, 8 = - 40°C.

Répondre:à une température de - 40 ° C (ou - 40 ° F), les lectures du thermomètre sur les échelles Celsius et Fahrenheit seront les mêmes.

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Annotation: Le concept de mise à l'échelle. Types existants balances et leurs domaines d'application. Raisons de l'apparition des écailles.

SHKA"LA, s, et. [Latin. scala - échelle].- 1 . Règle avec divisions dans divers instruments de mesure. W. thermomètre. 2 . Une série de quantités, de nombres par ordre croissant ou décroissant (spécial). Sh. la température du patient. Sh. maladies. Sh. salaire.

Types d'échelles:

Les échelles de mesure sont généralement classées selon les types de données mesurées, qui déterminent les transformations mathématiques acceptables pour une échelle donnée, ainsi que les types de relations affichées par l'échelle correspondante. La classification moderne des échelles a été proposée en 1946 par Stanley Smith Stevens.

Échelle des noms (nominale, classification)

Utilisé pour mesurer les valeurs des attributs de qualité. La valeur d'une telle caractéristique est le nom de la classe d'équivalence à laquelle appartient l'objet en question. Des exemples de significations de caractéristiques qualitatives sont les noms d'états, les couleurs, les marques de voitures, etc. De telles caractéristiques satisfont aux axiomes d'identité :

Pour un grand nombre de classes, des échelles de dénomination hiérarchiques sont utilisées. La plupart exemples célèbres Ces échelles sont les échelles utilisées pour classer les animaux et les plantes.

Avec les valeurs mesurées dans l'échelle des noms, vous ne pouvez effectuer qu'une seule opération : vérifier leur coïncidence ou non-coïncidence. Sur la base des résultats d'un tel contrôle, il est possible de calculer en outre les fréquences de remplissage (probabilités) pour différentes classes pouvant être utilisées pour l'application. diverses méthodes analyse statistique - Test de concordance du Chi carré, test de Cramer pour tester l'hypothèse sur la relation entre les caractéristiques qualitatives, etc.

Échelle ordinale (ou échelle de rang)

Construit sur identité et commande. Les sujets de cette échelle sont classés. Mais tous les objets ne peuvent pas être soumis à la relation d’ordre. Par exemple, il est impossible de dire lequel est le plus grand, un cercle ou un triangle, mais on peut identifier une propriété commune à ces objets - l'aire, et il devient ainsi plus facile d'établir des relations ordinales. Pour cette échelle, une transformation monotone est acceptable. Une telle échelle est rudimentaire car elle ne prend pas en compte les différences entre les sujets de l’échelle. Un exemple d'une telle échelle : scores de performance académique (insatisfaisant, satisfaisant, bon, excellent), échelle de Mohs.

Échelle d'intervalle

Ici, il y a une comparaison avec la norme. La construction d'une telle échelle permet la plupart propriétés des systèmes numériques existants à attribuer aux nombres obtenus sur la base d'évaluations subjectives. Par exemple, construire une échelle d’intervalle pour les réactions. Pour cette échelle, une transformation linéaire est acceptable. Cela vous permet de réduire les résultats des tests à des échelles communes et ainsi de comparer les indicateurs. Exemple : échelle Celsius.

Échelle de relation

Dans l’échelle des ratios, la relation « tant de fois plus » s’applique. C'est la seule des quatre échelles qui possède un zéro absolu. Le point zéro caractérise l'absence de la mesure qualité. Ce l'échelle permet une transformation de similarité (multiplication par une constante). La détermination du point zéro est une tâche difficile pour la recherche, imposant des restrictions sur l'utilisation de cette échelle. À l’aide de telles échelles, la masse, la longueur, la résistance et la valeur (prix) peuvent être mesurées. Exemple : échelle Kelvin (températures mesurées à partir du zéro absolu, avec l'unité de mesure choisie d'un commun accord entre experts - Kelvin).

Échelle de différence

Le point de départ est arbitraire, l'unité de mesure est précisée. Les transformations acceptables sont des changements. Exemple : mesurer le temps.

Échelle absolue

Il contient une caractéristique supplémentaire : la présence naturelle et sans ambiguïté d'une unité de mesure. Cette échelle a un seul point zéro. Exemple : nombre de personnes dans le public.

Parmi les échelles considérées, les deux premières sont non métriques et les autres sont métriques.

La question du type d'échelle est directement liée au problème de l'adéquation des méthodes de traitement mathématique des résultats de mesure. En général, les statistiques adéquates sont celles qui sont invariantes par rapport aux transformations admissibles de l'échelle de mesure utilisée.

Utilisation en psychométrie. En utilisant différentes échelles, différentes mesures psychologiques peuvent être effectuées. Les toutes premières méthodes de mesure psychologique ont été développées en psychophysique. La tâche principale des psychophysiciens était de déterminer la relation entre les paramètres physiques de stimulation et les évaluations subjectives correspondantes des sensations. Connaissant cette connexion, vous pouvez comprendre quelle sensation correspond à tel ou tel signe. La fonction psychophysique établit une relation entre la valeur numérique de l'échelle de mesure physique d'un stimulus et la valeur numérique de la réponse psychologique ou subjective à ce stimulus.

Celsius

1701 en Suède. Son domaine d'intérêt : l'astronomie, physique générale, géophysique. Il a enseigné l'astronomie à l'Université d'Uppsala et y a fondé un observatoire astronomique.

Celsius a été le premier à mesurer la luminosité des étoiles et à établir la relation entre les aurores boréales et les fluctuations du champ magnétique terrestre.

Il participa à l'expédition de Laponie de 1736-1737 pour mesurer le méridien. Au retour de régions polaires Celsius a commencé à travailler activement à l'organisation et à la construction d'un observatoire astronomique à Uppsala et en est devenu le directeur en 1740. Anders Celsius est décédé le 25 mars 1744. Le minéral celsien, un type de feldspath baryté, porte son nom.

En technologie, en médecine, en météorologie et dans la vie quotidienne, on utilise l'échelle Celsius, dans laquelle la température du point triple de l'eau est de 0,01, et donc le point de congélation de l'eau à une pression de 1 atm est de 0. Actuellement, l'échelle Celsius est définie par l'échelle Kelvin : un degré Celsius est égal à un kelvin, . Ainsi, le point d'ébullition de l'eau, initialement choisi par Celsius comme point de référence égal à 100, a perdu sa valeur, et estimations modernes Le point d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique normale est d'environ 99,975. L'échelle Celsius est pratiquement très pratique car l'eau est très présente sur notre planète et notre vie est basée sur elle. Zéro Celsius - point singulier pour la météorologie, car elle est associée au gel de l'eau atmosphérique. L'échelle a été proposée par Anders Celsius en 1742.

Fahrenheit

Gabriel Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) - Physicien allemand. Né le 24 mai 1686 à Dantzig (aujourd'hui Gdansk, Pologne). Il a étudié la physique en Allemagne, aux Pays-Bas et en Angleterre. Il a vécu presque toute sa vie en Hollande, où il a été engagé. dans la fabrication d'instruments météorologiques de précision En 1709, il fabriqua un thermomètre à alcool, en 1714 - un thermomètre à mercure, en utilisant une nouvelle méthode de purification du mercure. Pour le thermomètre à mercure, Fahrenheit construisit une échelle à trois points de référence : elle correspondait à la température de le mélange eau - glace - ammoniac, - température corporelle personne en bonne santé, et la valeur du point de fusion de la glace a été prise comme température de référence. Température d'ébullition eau propre sur l'échelle Fahrenheit était . L'échelle Fahrenheit est utilisée dans de nombreux pays anglophones, même si elle cède progressivement la place à l'échelle Celsius. En plus de fabriquer des thermomètres, Fahrenheit a participé à l'amélioration des baromètres et des hygromètres. Il a également étudié la dépendance des changements du point d'ébullition d'un liquide sur la pression atmosphérique et la teneur en sel de celui-ci, a découvert le phénomène de surfusion de l'eau et a compilé des tableaux densité spécifique tél. Fahrenheit mourut à La Haye le 16 septembre 1736.

En Angleterre et notamment aux USA, l'échelle Fahrenheit est utilisée. Zéro degré Celsius équivaut à 32 degrés Fahrenheit et un degré Fahrenheit équivaut à 5/9 degrés Celsius.

La définition suivante est actuellement acceptée Échelle Fahrenheit: Il s'agit d'une échelle de température dont 1 degré (1) est égal à 1/180 de la différence entre le point d'ébullition de l'eau et le point de fusion de la glace à pression atmosphérique, et le point de fusion de la glace a une température de F La température sur l'échelle Fahrenheit est liée à la température sur l'échelle Celsius par la relation. Proposé par G. Fahrenheit en 1724.

Échelle de Réaumur

René Réaumur. René Antoine de Réaumur est né le 28

Né en février 1683 à La Rochelle, naturaliste français, membre honoraire étranger de l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg (1737). Travaux sur la régénération, la physiologie, la biologie des colonies d'insectes. Il a proposé une échelle de température qui porte son nom. Il a amélioré certaines méthodes de préparation de l'acier, il a été l'un des premiers à tenter de justifier scientifiquement certains processus de coulée et a écrit l'ouvrage « L'art de transformer le fer en acier ». Il est arrivé à une conclusion intéressante : le fer, l'acier et la fonte diffèrent par la quantité d'impuretés. En ajoutant cette impureté au fer, par cémentation ou alliage avec la fonte, Réaumur obtenait l'acier. En 1814, K. Careten prouva que cette impureté était du carbone.

Réaumur a donné une méthode pour préparer le verre dépoli.

Aujourd'hui, la mémoire associe son nom uniquement à l'invention d'un long

échelle de température utilisée. En effet, René Antoine Ferchant de Réaumur, qui vécut entre 1683 et 1757, principalement à Paris, fut l'un de ces scientifiques Polyvalence ce qui, à notre époque – une époque de spécialisation étroite – est difficile à imaginer. Réaumur était à la fois technicien, physicien et naturaliste. Il acquit une grande renommée hors de France en tant qu'entomologiste. DANS dernières années Au cours de sa vie, Réaumur a eu l'idée que la recherche du mystérieux pouvoir transformateur devait être menée là où sa manifestation est la plus évidente - lors de la transformation des aliments dans le corps, c'est-à-dire lors de son assimilation. Il meurt le 17 octobre 1757 au château de la Bermovdière près de Saint-Julien-du-Terroux (Mayenne).

Proposé en 1730 par R. A. Réaumur, qui décrit le thermomètre à alcool qu'il a inventé.

L'unité est le degré Réaumur (), égal à 1/80 de l'intervalle de température entre les points de référence - la température de la glace fondante () et de l'eau bouillante ()

Actuellement, l’échelle est tombée en désuétude ; c’est en France, pays d’origine de l’auteur, qu’elle a survécu le plus longtemps.

Échelles de température, systèmes de valeurs numériques comparables de température. La température n’est pas une quantité directement mesurable ; sa valeur est déterminée par le changement de température de tout élément pratique pour mesurer propriétés physiques substance thermométrique. Après avoir choisi une substance et une propriété thermométriques, il est nécessaire de définir le point de référence initial et la taille de l'unité de température - les degrés. Ainsi, des échelles empiriques de température (ci-après appelées T.s.) sont déterminées. Dans T. sh. Habituellement, deux températures principales sont enregistrées, correspondant aux points d'équilibre de phase des systèmes à un composant (les points dits de référence ou constants), dont la distance est appelée l'intervalle de température principal de l'échelle. Les points de référence suivants sont utilisés : le point triple de l'eau, le point d'ébullition de l'eau, de l'hydrogène et de l'oxygène, le point de solidification de l'argent, de l'or, etc. La taille d'un intervalle unitaire (unité de température) est définie comme une certaine fraction de l'intervalle principal. Pour le début du décompte T. sh. prenez l'un des points de référence. C'est ainsi que vous pouvez déterminer le T. sh empirique (conditionnel). pour toute propriété thermométrique. Si nous supposons que la relation entre et température est linéaire, alors température , où , et sont les valeurs numériques de la propriété à température , aux points de début et de fin de l'intervalle principal, - taille du degré, - nombre de divisions de l'intervalle principal.

Sur l'échelle Celsius, par exemple, on prend comme point de départ la température à laquelle l'eau se solidifie (fonte des glaces) ; l'intervalle principal entre le point de solidification et le point d'ébullition de l'eau est divisé par 100. parts égales ().

T. sh. est ainsi un système de valeurs de température successives liées linéairement aux valeurs de la grandeur physique mesurée (cette grandeur doit être univoque et fonction monotone température). En général, T. sh. peuvent différer dans les propriétés thermométriques (elles peuvent être dilatation thermique corps, évolution de la résistance électrique des conducteurs avec la température, etc.), par substance thermométrique (gaz, liquide, solide), et dépendent également de points de référence. Dans le cas le plus simple, T. sh. varier valeurs numériques, adopté pour des repères identiques. Ainsi, dans les échelles Celsius (), Réaumur () et Fahrenheit (), les points de fusion de la glace et de l'eau bouillante à pression normale différentes températures sont attribuées. Relation pour convertir la température d'une échelle à une autre :

Un recalcul direct pour T. sh., différant par les températures de base, sans données expérimentales supplémentaires est impossible. T. sh., différant par leur propriété ou leur substance thermométrique, sont significativement différents. Un nombre illimité de mesures empiriques de température qui ne coïncident pas les unes avec les autres est possible, car toutes les propriétés thermométriques sont liées à la température de manière non linéaire et le degré de non-linéarité est différent pour différentes propriétés, et la température réelle mesurée à l'aide de la méthode de mesure empirique de la température est appelée conventionnelle (température « mercure », « platine », etc.), son unité est le degré conventionnel. Parmi les T. sh. endroit spécial occupent des échelles de gaz dans lesquelles les gaz servent de substances thermométriques (thermomètre "azote", "hydrogène", "hélium"). Ces T. sh. moins que d'autres dépendent du gaz utilisé et peuvent être (en introduisant des corrections) ramenés au gaz théorique T. sh. Avogadro, valable pour un gaz parfait. T. empirique absolu T. sh. Ils appellent une échelle dont le zéro absolu correspond à la température à laquelle est prise la valeur numérique d'une propriété physique (par exemple, dans la théorie des gaz d'Avogadro, le zéro absolu de température correspond à la pression nulle d'un gaz parfait). les températures (selon la T. sh. empirique) et (selon la T. sh. empirique absolue) sont liées par la relation , où est le zéro absolu du T. sh empirique. (l'introduction du zéro absolu est une extrapolation et n'implique pas sa mise en œuvre).

L'inconvénient fondamental de l'étude empirique de T. sh. - leur dépendance à l'égard de la substance thermométrique - est absente de la thermodynamique thermodynamique, basée sur la deuxième loi de la thermodynamique. Lors de la détermination de la température thermodynamique absolue. (échelle Kelvin) proviennent du cycle de Carnot. Si dans le cycle de Carnot un corps qui termine le cycle absorbe de la chaleur à température et libère de la chaleur à température, alors le rapport ne dépend pas des propriétés du fluide de travail et permet de déterminer la température absolue à l'aide des grandeurs disponibles pour les mesures. Initialement, l'intervalle principal de cette échelle était fixé par les points de fusion de la glace et le point d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique, unité température absolue correspondait à une partie de l'intervalle principal, le point de fonte des glaces a été pris comme point de départ. En 1954, la Xe Conférence générale des poids et mesures a établi le T. sh. avec un point de référence - le point triple de l'eau, dont la température est prise à 273,16 K (exactement), ce qui correspond à . température en thermodynamique absolue T. sh. mesuré en kelvins (K). L'échelle de température thermodynamique, dans laquelle la température est prise pour le point de fusion de la glace, est appelée centigrade. Relations entre les températures exprimées en Celsius et l'échelle thermodynamique absolue T. :

la taille des unités dans ces échelles est donc la même. Aux États-Unis et dans certains autres pays où il est d'usage de mesurer la température sur l'échelle Fahrenheit, la T. sh. Rankine. La relation entre le kelvin et le degré Rankine : , sur l'échelle de Rankine, le point de fusion de la glace correspond à , point d'ébullition de l'eau .

Tout T. sh. est réduit à thermodynamique T. sh. introduction de corrections tenant compte de la nature de la relation entre la propriété thermométrique et la température thermodynamique. Thermodynamique T. sh. s'effectue non pas directement (en effectuant un cycle de Carnot avec une substance thermométrique), mais à l'aide d'autres processus associés à la température thermodynamique. Dans une large plage de températures (environ du point d'ébullition de l'hélium au point de solidification de l'or), la thermodynamique T. sh. coïncider avec T. sh. Avogadro, la température thermodynamique est donc déterminée par la température du gaz, qui est mesurée avec un thermomètre à gaz. À des températures plus basses, le T. sh. thermodynamique. réalisée en fonction de la dépendance en température de la susceptibilité magnétique des matériaux paramagnétiques, à des valeurs plus élevées l'échelle a été redéfinie à plusieurs reprises (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90) : les températures de référence et les méthodes d'interpolation ont changé, mais le principe est resté le même - la base de l'échelle est un ensemble de substances à transitions de phase pures avec certaines valeurs de températures thermodynamiques et d'instruments d'interpolation calibrés à ces points. L'échelle ITS-90 est actuellement en vigueur. Le document principal (Règlement sur l'échelle) établit la définition du Kelvin, les valeurs des températures de transition de phase (points de référence) et les méthodes d'interpolation.

Les échelles de température utilisées dans la vie quotidienne - Celsius et Fahrenheit (utilisées principalement aux États-Unis) - ne sont pas absolues et sont donc peu pratiques pour mener des expériences dans des conditions où la température descend en dessous du point de congélation de l'eau, c'est pourquoi la température doit être exprimée en négatif. nombre. Pour de tels cas, des échelles de température absolues ont été introduites.

L'une d'elles s'appelle l'échelle de Rankine et l'autre est l'échelle thermodynamique absolue (échelle Kelvin) ; leurs températures sont mesurées respectivement en degrés Rankine () et kelvins (K). Les deux échelles commencent à la température zéro absolue. Ils diffèrent en ce sens qu’un Kelvin est égal à un degré Celsius et qu’un degré Rankine est égal à un degré Fahrenheit. Le point de congélation de l'eau à pression atmosphérique standard correspond à , , .

L'échelle Kelvin est liée au point triple de l'eau (273,16 K) et la constante de Boltzmann en dépend. Cela crée des problèmes avec la précision de l’interprétation des mesures hautes températures. Le BIPM envisage actuellement la possibilité de passer à une nouvelle définition de Kelvin et de fixer la constante de Boltzmann, au lieu de faire référence à la température du point triple.

Bref résumé: l'étudiant s'est familiarisé avec la classification des échelles et leur portée.

Trousse de pratique

Des questions:

1. Quand et par qui la classification moderne des échelles a-t-elle été proposée ?
2. Définissez le mot ÉCHELLE.
3. Lister tous les types de balances que vous connaissez et expliquer leurs différences ?
4. Pourquoi les échelles sont-elles utilisées en psychométrie ?
5. Quelles échelles sont les plus utilisées en Angleterre et en Amérique ?
6. Laquelle des échelles ci-dessus est apparue en premier ?
7. Quel pays utilise l’échelle de Réaumur depuis le plus longtemps ?
8. Comment la température est-elle mesurée sur l’échelle de température thermodynamique absolue ?
9. Donnez des exemples d’échelles de température absolues.
10. Quelle est la relation entre le kelvin et le degré Rankine ?

Des exercices

1. Dessinez un diagramme montrant classement moderne Balance Pouvez-vous créer des échelles selon la hiérarchie ?
2. Déterminer la valeur de la température dans différentes échelles de température (Fahrenheit, Kelvin)

Pour quoi utilisé en physique plusieurs échelles de mesure de température? Eh bien, il y a - "Celsius" - ce serait suffisant, sinon - « d'après Fahrenheit », « d'après Réaumur », « d'après Kelvin », et même « d'après Rankine », « d'après Newton »... tout le monde voulait s'impliquer dans l'histoire et la science.

Histoire

Le mot « température » est apparu à l'époque où les gens croyaient que les corps plus chauffés contenaient une plus grande quantité d'une substance spéciale - calorique - que les corps moins chauffés. Par conséquent, la température était perçue comme la force d’un mélange de matière corporelle et de calories. Pour cette raison, les unités de mesure du titre des boissons alcoolisées et de la température sont appelées les mêmes degrés.

Puisque la température est l’énergie cinétique des molécules, il est clair qu’il est plus naturel de la mesurer en unités d’énergie (c’est-à-dire dans le système SI en joules). Cependant, la mesure de la température a commencé bien avant la création de la théorie de la cinétique moléculaire, de sorte que les échelles pratiques mesurent la température en unités conventionnelles - les degrés.

Échelle Kelvin (K)

Il a été proposé en 1848 par un scientifique anglais William Thomson(alias Seigneur Kelvin) comme moyen plus précis de mesurer la température. Sur cette échelle, le point zéro, ou zéro absolu, représente le plus basse température, ce qui est possible, c'est-à-dire un certain état théorique d'une substance dans lequel ses molécules cessent complètement de bouger. cette valeur a été obtenue en étudiant théoriquement les propriétés du gaz à pression nulle. Sur l'échelle centigrade, le zéro absolu, ou zéro Kelvin, correspond à -273,15ºC. Par conséquent, en pratique, 0ºC peut être assimilé à 273K. Jusqu'en 1968, l'unité de mesure kelvin (K) s'appelait degré Kelvin (ºK). Utilisé en thermodynamique.

La température est mesurée à partir du zéro absolu (l'état correspondant à l'énergie interne minimale théoriquement possible d'un corps), et un kelvin est égal à 1/273,15 de la distance du zéro absolu au point triple de l'eau (l'état dans lequel la glace, l'eau et la vapeur d'eau sont en équilibre). La constante de Boltzmann est utilisée pour convertir les kelvins en unités d'énergie. Des unités dérivées sont également utilisées : kilokelvin, mégakelvin, millikelvin, etc.

Échelle Celsius (ºC)

En 1742, un astronome suédois Anders Celsius a proposé sa propre échelle, dans laquelle la température d'un mélange d'eau et de glace était considérée comme nulle et le point d'ébullition de l'eau était assimilé à 100º. La centième partie de l'intervalle entre ces points de référence est prise en degré. Cette échelle est plus rationnelle que les échelles Fahrenheit et Réaumur et est largement utilisée en science et dans la vie quotidienne.

Les points de congélation et d'ébullition de l'eau n'étant pas bien définis, l'échelle Celsius est actuellement définie à l'aide de l'échelle Kelvin : un degré Celsius est égal à un kelvin, le zéro absolu étant égal à −273,15 °C. L'échelle Celsius est pratiquement très pratique car l'eau est très présente sur notre planète et notre vie est basée sur elle. Zéro Celsius est un point particulier pour la météorologie, car le gel de l'eau atmosphérique change tout de manière significative.

Échelle Fahrenheit (ºF)

Il a été proposé à l'hiver 1724 par un scientifique allemand Gabriel Fahrenheit. Sur cette échelle, le point auquel, lors d’une journée d’hiver très froide (c’était à Dantzig et à Fahrenheit), le mercure dans le thermomètre du scientifique a chuté a été considéré comme zéro. Il a choisi la température du corps humain comme autre point de départ. Cet intervalle est divisé en 100 degrés. Selon ce système peu logique, le point de congélation de l'eau (c'est-à-dire zéro degré Celsius) au niveau de la mer s'est avéré être de +32º et le point d'ébullition de l'eau de +212º. Cette balance est populaire au Royaume-Uni et surtout aux États-Unis.

Un degré Fahrenheit équivaut à 5/9 degrés Celsius.

La définition actuelle de l'échelle Fahrenheit est la suivante : c'est une échelle de température dans laquelle 1 degré (1 °F) est égal à 1/180ème de la différence entre le point d'ébullition de l'eau et la température de fonte de la glace à pression atmosphérique, et le point de fusion de la glace est de +32 °F. La température sur l'échelle Fahrenheit est liée à la température sur l'échelle Celsius (t °C) par le rapport t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C.

Échelle de Réaumur (ºR)

En 1731, un scientifique français René Antoine de Réaumur a proposé une échelle de température basée sur la consommation d'alcool, qui a la propriété de s'étendre (accompagnée d'une description du thermomètre à alcool qu'il a inventé). Le point de congélation de l’eau a été pris comme point de référence inférieur. Le degré Réaumur a été arbitrairement défini comme le millième du volume occupé par l'alcool dans le réservoir et le tube du thermomètre au point zéro. Dans des conditions normales, le point d'ébullition de l'eau sur cette échelle est de 80º. L’échelle de Réaumur est désormais tombée en désuétude partout.

L'unité est le degré Réaumur (°R), 1 °R est égal à 1/80 de l'intervalle de température entre les points de référence - la température de fonte de la glace (0 °R) et le point d'ébullition de l'eau (80 °R).

1 °R = 1,25 °C.

Actuellement, l’échelle est tombée en désuétude ; c’est en France, pays d’origine de l’auteur, qu’elle a survécu le plus longtemps.

Échelle de Rankin (ºRa)

A été proposé par un ingénieur et physicien écossais William Rankin (William John McQuorn Rankin (Rankine)). Son zéro coïncide avec le zéro de la température thermodynamique et, en taille, 1ºRa est égal à 5/9 K. C'est-à-dire que le principe est le même que dans l'échelle Kelvin, seulement en dimension l'échelle Rankine ne coïncide pas avec l'échelle Celsius, mais avec l'échelle Fahrenheit. Ce système Je n'ai reçu aucune mesure de température de distribution.

Comparaison des échelles de température

¹ La température normale du corps humain est de 36,6 °C ±0,7 °C ou 98,2 °F ±1,3 °F. La valeur communément citée de 98,6 °F est une conversion exacte en Fahrenheit de la valeur allemande du 19e siècle de 37 °C. Parce que cette valeur n'est pas dans la plage température normale selon les idées modernes, on peut dire qu'il contient une précision excessive (incorrecte). Certaines valeurs de ce tableau ont été arrondies.

Comparaison des échelles Fahrenheit et Celsius

(de-Échelle Fahrenheit, oC- échelle Celsius)

ÉCHELLE DE TEMPÉRATURE

ÉCHELLE DE TEMPÉRATURE, échelle graduée pour mesurer la température. Créer une échelle de température nécessite la sélection d'un paramètre thermométrique qui varie linéairement avec la température (par exemple, le volume d'un gaz à pression constante ou la dilatation d'un liquide dans un tube), deux ou plusieurs points fixes et facilement reproductibles (par exemple exemple, les points d'ébullition et de congélation de l'eau) et définir des divisions arbitraires (appelées degrés) entre points fixes. La dilatation du gaz, de l'alcool, du mercure, etc. est généralement utilisée comme paramètres thermométriques. résistance électrique et la longueur d'onde de la lumière. Les échelles de température les plus courantes sont FARENHEIT, CELSIUS (centigrade) et KELVIN (ou absolue) ; ils sont abrégés en °F, °C et K. Dans l'échelle Fahrenheit comme points fixes initialement, le point de congélation de l'eau (considéré comme 32°F) et la température du corps humain (96°F, plus tard 98,6°F) ont été utilisés. L'intervalle qui les séparait était divisé en 64 degrés ; Le point d’ébullition de l’eau est déterminé par extrapolation à 212°F. L'échelle Celsius utilise les points de congélation et d'ébullition de l'eau comme étant respectivement de 0°C et 100°C ; l'intervalle est divisé par 100 degrés. Zéro sur l'échelle Kelvin, ou thermodynamique, (-273,15 °C, -459,67 °F)

Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique.

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