Дата публикации 08.02.2013 02:51
Измерять температуру человечество научилось примерно 400 лет назад. Но первые приборы, напоминающие нынешние термометры, появились только в ХVIII веке. Изобретателем первого градусника стал ученый Габриэль Фаренгейт. Всего в мире было изобретено несколько разных температурных шкал, одни из них были более популярны и используются до сих пор, другие постепенно вышли из употребления.
Температурные шкалы – это системы температурных значений, которые возможно сопоставить между собой. Так как температура не относится к величинам, подлежащим непосредственному измерению, то значение ее связывают с изменением температурного состояния какого-либо вещества (например, воды). На всех температурных шкалах, как правило, фиксируют две точки, соответствующие температурам перехода выбранного термометрического вещества в разные фазы. Это так называемые реперные точки. Примерами реперных точек может служить точка закипания воды, точка твердения золота и т. п. Одну из точек принимают за начало отсчета. Интервал между ними делят на определенное количество равных отрезков, являющихся единичными. За единицу измерения температуры повсеместно принят один градус.
Наиболее популярные и получившие самое широкое распространение в мире шкалы температур – шкала Цельсия и Фаренгейта. Впрочем, рассмотрим по порядку имеющиеся шкалы и попробуем сравнить их с точки зрения удобства использования и практической пользы. Наиболее известных шкал пять:
1. Шкала Фаренгейта была изобретена Фаренгейтом, немецким ученым. В один из холодных зимних дней 1709 года ртуть в термометре ученого опустилась до очень низкой температуры, которую он предложил принять за нуль по новой шкале. Другой реперной точкой стала температура человеческого тела. Температурой замерзания воды по его шкале стали +32°, а температурой кипения +212°. Шкала Фаренгейта не является особенно продуманной и удобной. Ранее она широко применялась в англоязычных странах, в настоящее время – практически только в США.
2. По шкале Реомюра , изобретенной французским ученым Рене де Реомюром в 1731 году, нижней реперной точкой служит точка замерзания воды. Шкала основана на использовании спирта, который расширяется при нагревании, за градус была принята тысячная часть объема спирта в резервуаре и трубке при нуле. Сейчас эта шкала вышла из употребления.
3. По шкале Цельсия (предложена шведом Андерсом Цельсием в 1742 году) за нуль принята температура смеси льда и воды (температура, при которой тает лед), другая основная точка – температура, при которой вода закипает. Интервал между ними решено было поделить на 100 частей, и одна часть принята за единицу измерения – градус Цельсия. Эта шкала более рациональна, чем шкала Фаренгейта и шкала Реомюра, и сейчас используется повсеместно.
4. Шкала Кельвина изобретена в 1848 году лордом Кельвином (английский ученый У. Томсон). На ней нулевая точка соответствовала самой низкой возможной температуре, при которой прекращается движение молекул вещества. Это значение было теоретически вычислено при изучении свойств газов. По шкале Цельсия это значение соответствует приблизительно – 273°С, т.е. нуль по Цельсию равняется 273 К. Единицей измерения новой шкалы стал один кельвин (первоначально именовался «градус Кельвина»).
5. Шкала Ранкина (по фамилии шотландского физика У. Ранкина) имеет тот же принцип, что у шкалы Кельвина, а размерность ту же, что шкала Фаренгейта. Эта система практически не получила распространения.
Значения температур, которые дает нам шкала Фаренгейта и Цельсия, могут быть легко переведены друг в друга. При переводе «в уме» (т. е. быстро, не пользуясь специальными таблицами) значений по Фаренгейту в градусы Цельсия нужно исходную цифру уменьшить на 32 единицы и умножить на 5/9. Наоборот (из шкалы Цельсия в Фаренгейта) – умножить исходное значение на 9/5 и добавить 32. Для сравнения: температура абсолютного нуля по Цельсию – 273,15 °, по Фаренгейту– 459,67°.
Даниэль Габриэль Фаренгейт (24.05.1686 - 16.09.1736) - немецкий физик. Родился в Данциге (ныне Гданьск). С 1707 года путешествовал по Германии, приобрел профессию изготовителя различных инструментов. В 1717 году переехал в Амстердам, где утвердился как мастер по изготовлению инструментов и приборов. Большую часть своей жизни прожил в Голландии.
Фаренгейт встречался и переписывался с ведущими учеными своего времени, в частности с П. Мушенбруком, В. Гравезандом и др. Организовал механическую мастерскую, в которой изготавливал термометры, барометры, ареометры и другие физические и астрономические инструменты. В 1709 году изготовил спиртовой термометр, в 1714 году - ртутный. Предложил (1710 или 1714) температурную шкалу (шкала Фаренгейта), в которой температурный интервал между точками таяния льда и кипения воды был разделен на 180 частей (градусов) и точке таяния льда отвечало значение 32oF, а точке кипения воды - 212oF. Термометры Фаренгейта были первыми практически пригодными термометрами.
Фаренгейт исследовал явление переохлаждения воды (1721) и зависимость температуры кипения жидкости от давления и содержания растворенных в ней солей. Сконструировал термометр, дающий возможность по данным точки кипения находить давление. Определял температуру смеси горячей и холодной воды. Усовершенствовал весовой ареометр, составил таблицы удельных весов тел (1724).
Член Лондонского Королевского общества (1724).
Гра́дус Фаренге́йта - единица измерения температуры с линейной шкалой. Долгое время шкала Фаренгейта была основной в англоговорящих странах, но в конце 1960-х - начале 1970-х годов она была практически вытеснена шкалой Цельсия. Только на Ямайке, в США и Белизе шкала Фаренгейта до сих пор широко используется в бытовых целях[источник не указан 335 дней].
Шкала названа в честь предложившего её в 1724 году немецко-польского учёного Габриеля Фаренгейта.
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. Диапазон 0°…+100° по шкале Фаренгейта примерно соответствует диапазону −18°…+38° по шкале Цельсия. 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[источник не указан 335 дней] - именно этим, а не погрешностью самого измерения, и обусловлено смещение стоградусной точки на 2,1 °F.
На показатели температуры ориентируются не только ученые в научных трудах, но и обычные люди, планирующие выйти на улицу и не знающие, какую одежду предпочесть. В разных странах существуют свои, более популярные системы измерения. Российским обывателям знакома шкала Цельсия, в Америке больше на слуху разработка Фаренгейта.
Измерение в Цельсиях
В России и большинстве стран Европы, говоря о температурных показателях, люди имеют в виду измерение по Цельсию. Температурную шкалу изобрел в 1742 г. Александр Цельсий. Это был незаурядный человек, создавший учебник по арифметике, принявший участие в 4-летнем путешествии и посетивший известные астрономические учреждения. Все же фамилия шведского ученого не сходит с наших уст благодаря его знаменитой шкале, имеющей 100 делений и разработанной благодаря анализу возможных состояний воды.
В основу теории положены особенности видоизменения воды
. Вода замерзает при показателях, расположенных ниже нулевой отметки. Температурные показатели, соответствующие процессу превращения воды в лед, названы отрицательными. Процесс закипания воды возможен при отметке в 100% (привычный вид шкале придал Линней, по задумке Цельсия вода закипала при 0 градусов, а таяла – при 100-градусном показателе). Указанные полярные отметки дали ученому возможность рассчитать показатель, равный 1 градусу.
Потом в обиход вошла шкала Кельвина, берущая в учет минимальную температуру, составляющую 0 градусов. Указанные шкалы были приведены в соответствие. Чтобы назвать температурный показатель вещества, высчитанный в Цельсиях, нужно к температурной отметке по шкале, разработанной Кельвином, прибавить 273,15 .
Температура по Фаренгейту
Измерение по данной шкале – обычное явление. Часто зарубежные медицинские приборы и метеорологические разработки измеряют температуру по шкале Фаренгейта. Данной системе температурных измерений мы обязаны голландскому ученому Фаренгейту; в числе его разработок можно назвать спиртовые и ртутные термометры.
В 20-х годах XVIII в. физик представил Лондонскому Королевскому Обществу собственную температурную шкалу. В начальном варианте за базовую точку принималась температура солевого раствора (вода, лед и хлорид аммония в равных частях). Стабильных показателей можно было добиться при нулевой отметке (-17,78 Градусов по системе Цельсия). При отметке, указаннойФаренгейтом как 32 градуса, смесь начинала плавиться. Третий показатель указывал на оптимальную температуру человека, равную 96 градусам.
Как объяснить наличие дробных показателей? Возможно, они получены по причине того, что нулевая отметка была выбрана в зимний период в городе Гданьске. Впоследствии голландскому ученому пришлось потренироваться для получения хорошо воспроизводимой величины; тогда начал использоваться соляной раствор. У ученого не было возможности получить для работы качественный солевой раствор. Указанные недочеты не смогли помешать популярности температурной шкалы.
Особой любовью шкала Фаренгейта пользовалась в середине прошлого века у англоязычных ученых, ею пользовались промышленности, медицине. Затем европейцы стали отдавать предпочтение системе, разработанной Цельсием. До сих пор американцы измеряют температуру Фаренгейтами; для них понятно, что лучше придерживаться в помещении температуры в 68 °F .
Британские издания в метеорологических сводках придерживаются такого подхода: указывают показатели в Цельсиях и дают перевод для шкалы Фаренгейта. Это позволяет людям самостоятельно выбирать систему отсчета градусов и склоняться к разработке одного из ученых мужей прошлых веков.
Как соотносятся температуры по разным шкалам
Существуют удобные формулы, позволяющие осуществлять быстрый перевод показателей. Чтобы понять, каким значением по шкале Фаренгейта является температурная отметка по Цельсию, стоит применить особые формулы. Температуру по системе Цельсия можно вычислить так – отметка шкалы Фаренгейта – 32 умножить полученное значение на 5/9. Так, 120 градусов Фаренгейта равны 48,9 в системе Цельсия.
Как рассчитать температуру Фаренгейта по имеющимся данным у Цельсия? Производим следующую математическую операцию: значение шкалы Цельсия * 9/5 прибавить 32. 20 градусов европейской системы измерения температур равны 60 градусам по шкале Фаренгейта.
