Температура (от лат.
temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел. Живые существа способны воспринимать ощущения тепла и холода непосредственно, с помощью органов чувств. Однако точное определение температуры требует, чтобы температура измерялась объективно, с помощью приборов. Такие приборы называются
термометрами.
В теории тепловых явлений температура – основная величина. Единицы величин начали появляться с того момента, когда у человека возникла необходимость выражать что-либо количественно. До изобретения такого обыденного и простого для нашей повседневной жизни измерительного прибора как термометр о тепловом состоянии люди могли судить только по своим непосредственным ощущениям: тепло или прохладно, горячо или холодно.
Температура, которая когда-то оценивалась чисто топологически по шкале порядка (холодное – теплое – горячее), можно связать с различной степенью нагретости тел.
История термодинамики началась, когда в 1592 году
Галилео Галилей создал первый прибор для наблюдений за изменениями температуры, назвав его термоскопом.
У термоскопа Галилея не было шкалы, он представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной стеклянной трубкой. Шарик нагревали, а конец трубки опускали в воду. Когда шарик охлаждался, давление в нем уменьшалось, и вода в трубке под действием атмосферного давления поднималась на определенную высоту вверх. При потеплении уровень воды в трубки опускался вниз. Недостатком прибора было то, что по нему можно было судить только об относительной степени нагрева или охлаждения тела.
Позднее флорентийские ученые усовершенствовали термоскоп Галилея, добавив к нему шкалу из бусин и откачав из шарика воздух.
В 17 веке флорентийским учёным
Торричелли воздушный термоскоп был преобразован в спиртовой. Прибор был перевернут шариком вниз, сосуд с водой удалили, а в трубку налили спирт.
Действие прибора основывалось на расширении спирта при нагревании, – теперь показания не зависели от атмосферного давления. Это был один из первых жидкостных термометров.
На тот момент показания приборов еще не согласовывались друг с другом, поскольку никакой конкретной системы при градуировке шкал не учитывалось. Для того чтобы ввести шкалу, необходимо установить постоянные точки фиксированной температуры.
Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах – градусах. Из того, что температура – это средняя кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Вместо
Т ввести величину
Q, так чтобы
Q = 3/2 × k × T (где постоянная Больцмана
k связывает величину температуры, выражаемую в энергетических единицах, с температурой, выраженной в градусах).
О шкале измерения температуры
В 1694 году Карло Ренальдини (рис. ниже)предложил принять в качестве двух крайних фиксированных точек термометра температуру таяния льда и температуру кипения воды. Предложил деления шкалы термометра на 12 равных частей и другое деление, основанное на определении температуры смеси воды, близкой к замерзанию, с кипящей водой в разных отношениях.
В 1714 году
Д. Г. Фаренгейт (рис. ниже) изготовил ртутный термометр.
На шкале Фаренгейта точка таяния льда равна +32 °F, а точка кипения воды + 212 °F (при нормальном атмосферном давлении). При этом один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур. Ноль на этой шкале определяется по температуре замерзания смеси воды, льда и нашатыря, а за 100 °F принята нормальная температура человеческого тела (однако Фаренгейт ошибся в последнем измерении: нормальная температура человеческого тела составляет 97,9 °F).
По одной из версий за 100 градусов температурной шкалы Фаренгейт принял температуру тела своей жены, которая в момент измерения температуры была больна лихорадкой – именно этим и обусловлено смещение стоградусной точки на 2,1 °F, а не погрешностью самого измерения.
Термометром Фаренгейта пользовались в англоязычных странах вплоть до 70-х годов 20 века, а в США пользуются и до сих пор. Ноль градусов Цельсия – это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 9/5 градуса Цельсия.
Еще одна шкала была предложена французским ученым Р.А.Реомюром (рис.ниже) в 1730 году.
Он делал опыты со спиртовым термометром и пришел к выводу, что шкала может быть построена в соответствии с тепловым расширением спирта. Приняв за 0 ° температуру таяния льда, а за 80° температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении.
Единица – градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками – температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R): 1 °R = 1,25 °C.
В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.
В 1742 шведский ученый
Андрес Цельсий (рис.ниже) опубликовал работу с описанием стоградусной шкалы термометра, в которой температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении была принята за 0 °, а температура таяния льда – за 100 °.
Позже шведский биолог
К. Линней «перевернул» эту шкалу, приняв за 0 ° температуру таяния льда. Этой шкалой мы пользуемся до сих пор, называя ее шкалой Цельсия. В 1948 она была принята как международная.
М. В. Ломоносовым (рис. ниже) был предложен жидкостный термометр, имеющий шкалу со 150 делениями от точки плавления льда до точки кипения воды.
К концу 18 века количество различных температурных шкал значительно увеличилось. По данным «Пилометрии» Ламберта на тот момент их насчитывалось 19.
Температурные шкалы, о которых шла речь выше, отличает то, что точка отсчета для них была выбрана произвольно.
В 1848 году английским учёным
лордом Кельвином (рис. ниже) была предложена абсолютная термодинамическая шкала.
Одновременно Кельвин обосновал понятие абсолютного нуля, обозначив им температуру, при которой прекращается тепловое движение молекул. По Цельсию это – 273,15 °С, т.е. один кельвин (обозначение: K) равен 1/273,16 термодинамической температуры тройной точки воды. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём.
Пересчет в градусы Цельсия: °С = K – 273,15
Абсолютный нуль температур – температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Абсолютный нуль температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале – шкале Кельвина.
Термометр (
греч. терме – тепло, метрео – измеряю) – прибор для измерения температуры: воздуха, воды, почвы, тела человека и других физических тел. Термометры применяются в метеорологии, гидрологии, медицине и других науках и отраслях хозяйства.
На сегодняшний день используются термометры со шкалой Цельсия, Фаренгейта (в США), а также со шкалой Кельвина в научных исследованиях.
В настоящее время температуру измеряют с помощью приборов, действие которых основано на различных термометрических свойствах жидкостей, газов и твёрдых тел.
© greenmile
Источник:
Festival.1september.Ru.
В начало
