Открытия и гипотезы, 2014 №12
Шрифт:
Механические термометры действуют по принципу расширения или сжатия металлической или биметаллической спирали.
Оптические термометры позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров при изменении температуры. Например, широко распространены инфракрасные измерители температуры тела.
В процессе исследования теплоты члены Парижской «Академии опытов», желая доказать, что все тела расширяются
Иметь термометр и понимать, что он показывает это разные вещи. Поэтому одновременно с изобретением разных типов термометров видоизменялись и температурные шкалы.
Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина.
Используемые в быту температурные шкалы не являются абсолютными и поэтому неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды, из-за чего температуру приходится выражать отрицательным числом. Шкала Кельвина лишена этого недостатка.
Температуре замерзания воды при стандартном атмосферном давлении соответствуют 273,15 К или 0 °C или 32 F.
Масштаб шкалы Кельвина привязан к тройной точке воды, при этом от неё зависит постоянная Больцмана. Это создаёт проблемы с точностью интерпретации измерений высоких температур. Сейчас Международное бюро мер и весов рассматривает возможность перехода к новому определению кельвина, основанному на фиксации численного значения постоянной Больцмана, вместо привязки к температуре тройной точки замерзания воды.
Температуры абсолютного нуля достичь невозможно. Наиболее низкая температура (450±80)•10– 12К конденсата Бозе-Эйнштейна атомов натрия была получена в 2003 г. исследователями из МТИ.
В 1954 году X Генеральная конференция по мерам и весам установила термодинамическую температурную шкалу с тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °C, так что по шкале Цельсия абсолютному нулю соответствует температура — 273,15 С.
В 1742 году шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий разработал новую температурную шкалу. Первоначально в ней за ноль была принята точка кипения воды, а за 100 °C — температура замерзания воды (точка плавления льда). Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники — ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер — использовали эту шкалу в перевёрнутом виде (за 0 °C стали принимать температуру таяния льда, а за 100 °C — кипения воды). В таком виде шкала и используется до нашего времени.
В настоящее время в системе СИ термодинамическую шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: t(°C) = Т(К) — 273,15 (точно), т. е. цена одного деления в шкале Цельсия равна цене деления шкалы Кельвина. По шкале Цельсия температура тройной точки воды равна
Что касается температуры кипения воды то, если быть точным, температура кипения при нормальном атмосферном давлении в термодинамической шкале Цельсия составляет около 99,975 С.
Шкала очень удобна с практической точки зрения, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь.
Тройная точка воды — строго определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз — в твердом, жидком и газообразном состояниях.
Среднегодовая температура по всему миру.
Габриэль Даниэль Фаренгейт изготовлял ртутные и спиртовые термометры той формы, которая применяется и сейчас. Успех его термометров следует искать во введенном им новом методе очищения ртути; кроме того, перед запаиванием он кипятил жидкость в трубке. Его термометрическая шкала во втором варианте, принятом с 1714 г.) имела три фиксированные точки: 0° соответствовал температуре смеси воды, льда и нашатыря, 96° — температуре тела здорового человека (под мышкой или во рту). В качестве контрольной температуры для сверки различных термометров было принято значение 32° для точки таяния льда.
Эта шкала используется в основном в США.
Рене Антуан Фершо де Реомюр не одобрял применения ртути в термометрах вследствие малого коэффициента расширения ртути. В 1730 г. он предложил применять в термометрах спирт и ввел шкалу, построенную не произвольным образом, как шкала Фаренгейта, а в соответствии с тепловым расширением спирта. И поскольку Реомюр нашел, что применяемый им спирт, смешанный в пропорции 5:1 с водой, расширяется в отношении 1000:1080 при изменении температуры от точки замерзания до точки кипения воды, то предложил шкалу от 0 до 80°.
Единица — градус Реомюра (°Re). 1 Re равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 Re) и кипения воды (80 Re)
1 Re = 1,25 С.
В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.
История установления метрической системы служит наглядным примером того, как трудно остановиться на какой-либо системе мер, преодолев для этого силу традиций, различие интересов изготовителей и национальные чувства. Практичность зачастую уступает место традиции, нежеланию переучиваться и финансовым затратам с этим связанным. Поэтому до сих пор в некоторых странах измеряют температуру в Фаренгейтах, расстояние в милях, а вес в фунтах.