Проектная работа "Температурные шкалы". Первые термометры

Существует несколько различных единиц измерения температуры.

Наиболее известными являются следующие:

Градус Цельсия - применяется в Международной системе единиц (СИ) наряду с кельвином.

Градус Цельсия назван в честь шведского учёного Андерса Цельсия, предложившего в 1742 году новую шкалу для измерения температуры.

Первоначальное определение градуса Цельсия зависело от определения стандартного атмосферного давления, потому что и температура кипения воды и температура таяния льда зависят от давления. Это не очень удобно для стандартизации единицы измерения. Поэтому после принятия кельвина K, в качестве основной единицы измерения температуры, определение градуса Цельсия было пересмотрено.

Согласно современному определению, градус Цельсия равен одному кельвину K, а ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге, шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15:

В 1665 году голландский физик Христиан Гюйгенс вместе с английским физиком Робертом Гуком впервые предложили использовать в качестве отсчетных точек температурной шкалы точки таяния льда и кипения воды.

В 1742 году шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий (1701-1744) на основе этой идеи разработал новую температурную шкалу. Первоначально в ней 0° (нулём) была точка кипения воды, а 100° - 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° стали принимать температуру таяния льда, а за 100° - кипения воды). В таком виде шкала и используется до нашего времени.

По одним сведениям, Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера. По другим сведениям, шкалу перевернул Карл Линней в 1745 году. А по третьим - шкалу перевернул преемник Цельсия Мортен Штремер, и в XVIII веке такой термометр был широко распространён под названием «шведский термометр», а в самой Швеции - под именем Штремера, но известнейший шведский химик Йёнс Якоб Берце́лиус в своем труде «Руководство по химии» назвал шкалу «Цельсиевой» и с тех пор стоградусная шкала стала носить имя Андерса Цельсия.

Градус Фаренгейта.

Назван в честь немецкого учёного Габриеля Фаренгейта, предложившего в 1724 году шкалу для измерения температуры.

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 °F по шкале Фаренгейта примерно соответствует диапазону −18…+38 °C по шкале Цельсия. Ноль на этой шкале определяется по температуре замерзания смеси воды, соли и нашатыря (1:1:1), а за 96 °F принята нормальная температура человеческого тела.

Кельвин (до 1968 года градус Кельвина) - единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Предложена в 1848 году. 1 кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём.

Пересчёт в градусы Цельсия: °С = K−273,15 (температура тройной точки воды - 0,01 °C).

Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин (River Kelvin), протекающей через территорию университета в Глазго.

Градус Реомюра - единица измерения температуры, в которой температура замерзания и кипения воды приняты за 0 и 80 градусов, соответственно. Предложен в 1730 году Р. А. Реомюром. Шкала Реомюра практически вышла из употребления.

Градус Рёмера - неиспользуемая ныне единица температуры.

Температурная шкала Рёмера была создана в 1701 году датским астрономом Оле Кристенсеном Рёмером. Она стала прообразом шкалы Фаренгейта, который посещал Рёмера в 1708 году.

За ноль градусов берётся температура замерзания солёной воды. Вторая реперная точка - температура человеческого тела (30 градусов по измерениям Рёмера, то есть 42 °C). Тогда температура замерзания пресной воды получается как 7,5 градусов (1/8 шкалы), а температура кипения воды - 60 градусов. Таким образом, шкала Рёмера - 60-градусная. Такой выбор, по-видимому, объясняется тем, что Рёмер прежде всего астроном, а число 60 было краеугольным камнем астрономии со времён Вавилона.

Градус Ранкина – единица температуры в абсолютной температурной шкале, названа по имени шотландского физика Уильяма Ранкина (1820-1872). Используется в англоязычных странах для инженерных термодинамических расчётов.

Шкала Ранкина начинается при температуре абсолютного нуля, точка замерзания воды соответствует 491,67°Ra, точка кипения воды 671,67°Ra. Число градусов между точками замерзания и кипения воды по шкале Фаренгейта и Ранкина одинаково и равно 180.

Соотношение между кельвином и градусом Ранкина: 1 K = 1,8 °Ra, градусы Фаренгейта переводятся в градусы Ранкина по формуле °Ra = °F + 459,67.

Градус Делиля - ныне неупотребляемая единица измерения температуры. Была изобретена французским астрономом Жозефом Николя Делилем (1688-1768). Шкала Делиля схожа с температурной шкалой Реомюра. Использовалась в России до XVIII века.

Петр Первый пригласил французского астронома Жозефа Николя Делиля в Россию, учреждая Академию Наук. В 1732 году Делиль создал термометр, использующий ртуть в качестве рабочей жидкости. В качестве нуля была выбрана температура кипения воды. За один градус было принято такое изменение температуры, которое приводило к уменьшению объема ртути на одну стотысячную.

Таким образом, температура таяния льда составила 2400 градусов. Однако позже столь дробная шкала показалась избыточной, и уже зимой 1738 года коллега Делиля по петербургской академии, медик Йозиас Вайтбрехт (1702-1747), уменьшил число ступеней от температуры кипения до температуры замерзания воды до 150.

«Перевернутость» этой шкалы (как и изначального варианта шкалы Цельсия) по сравнению с принятыми в настоящее время обычно объясняют чисто техническими трудностями, связанными с градуировкой термометров.

Шкала Делиля получила достаточно широкое распространение в России, и его термометры использовались около 100 лет. Этой шкалой пользовались многие российские академики, в том числе Михаил Ломоносов, который, однако «перевернул» её, расположив ноль в точке замерзания, а 150 градусов - в точке кипения воды.

Градус Гука - историческая единица температуры. Шкала Гука считается самой первой температурной шкалой с фиксированным нулём.

Прообразом для созданной Гуком шкалы стал попавший к нему в 1661 термометр из Флоренции. В изданной через год «Микрографии» Гука встречается описание разработанной им шкалы. Гук определил один градус как изменение объёма спирта на 1/500, т. е. один градус Гука равен примерно 2,4 °C.

В 1663 году члены Королевского общества согласились использовать термометр Гука в качестве стандартного и сравнивать с ним показания других термометров. Голландский физик Христиан Гюйгенс в 1665 г. вместе с Гуком предложил использовать температуры таяния льда и кипения воды для создания шкалы температур. Это была первая шкала с фиксированным нулём и отрицательными значениями.

Градус Дальтона – историческая единица температуры. Он не имеет определённого значения (в единицах традиционных температурных шкал, таких как шкала Кельвина, Цельсия или Фаренгейта), поскольку шкала Дальтона - логарифмическая.

Шкала Дальтона была разработана Джоном Дальтоном для проведения измерений при высоких температурах, поскольку обычные термометры с равномерной шкалой давали ошибку из-за неравномерного расширения термометрической жидкости.

Нуль шкалы Дальтона соответствует нулю Цельсия. Отличительной чертой шкалы Дальтона является то, что в ней абсолютный нуль равен − ∞°Da, т. е. он является недостижимой величиной (что на самом деле так, согласно теореме Нернста).

Градус Ньютона - не используемая ныне единица температуры.

Температурная шкала Ньютона была разработана Исааком Ньютоном в 1701 году для проведения теплофизических исследований и стала, вероятно, прообразом шкалы Цельсия.

В качестве термометрической жидкости Ньютон использовал льняное масло. За ноль градусов Ньютон взял температуру замерзания пресной воды, а температуру человеческого тела он обозначил как 12 градусов. Таким образом, температура кипения воды стала равна 33 градусам.

Лейденский градус - историческая единица температуры, использовавшаяся в начале XX века для измерения криогенных температур ниже −183 °C.

Эта шкала происходит из Лейдена, где с 1897 года находилась лаборатория Камерлинг-Оннеса. В 1957 году Х. ван Дийк и М. Дюро ввели шкалу L55.

За ноль градусов бралась температура кипения стандартного жидкого водорода (−253 °C), состоящего на 75 % из ортоводорода и на 25 % из параводорода. Вторая реперная точка - температура кипения жидкого кислорода (−193 °C).

Планковская температура , названная в честь немецкого ученого-физика Макса Планка, единица температуры, обозначаемая T P , в Планковской системе единиц. Это одна из планковских единиц, которая представляет фундаментальный предел в квантовой механике. Современная физическая теория не способна описать что-либо более горячее из-за отсутствия в ней разработанной квантовой теории гравитации. Выше планковской температуры энергия частиц становится настолько большой, что гравитационные силы между ними становятся сравнимы с остальными фундаментальными взаимодействиями. Это температура Вселенной в первый момент (Планковское время) Большого взрыва в соответствии с текущими представлениями космологии.

05.06.2015 15:00 Фактически все страны на Земле, исключая США, измеряют температуру по шкале Цельсия. Это вполне логично: шкала Цельсия очень разумно определяет 0 градусов как температуру замерзания воды и 100 градусов - как температуру ее кипения. По шкале Фаренгейта этим значениям соответствуют 32 и 212 градусов.

Это не просто вопрос эстетики. Упрямое нежелание американцев отказаться от измерения температуры по шкале Фаренгейта и перейти к метрической системе имеет целый ряд вполне реальных последствий.

Одна ошибка при переводе из американской системы измерений в метрическую привела к крушению зонда NASA, стоимость которого составляла $125 млн, в атмосфере Марса. Так почему же США продолжают использовать эту устаревшую систему измерений?

В этом можно винить два исторических феномена: британский колониализм и американский конгресс.

Шкала Фаренгейта - отличный вариант 300 лет назад

Еще в молодости он был увлечен идеей измерения температуры. Сейчас это может показаться странным, однако в то время измерить температуру было довольно сложно. Никто в то время еще не изобрел последовательной, надежной системы, с помощью которой можно было бы измерять температуру.

В возрасте всего 28 лет Фаренгейт смог изготовить два термометра, которые показывали одинаковые значения. Никому до него не удавалось сделать этого.

Так как Фаренгейт был самым первым изобретателем термометра, то ему пришлось самому изобретать шкалу, с помощью которой он смог бы обозначать значения разных температур. И именно эта шкала сейчас известна как шкала Фаренгейта.

Фаренгейт установил нулевую отметку на самой низкой температуре, которую он мог получить, измеряя температуру воды с солью. Затем он сделал вторую отметку - 96 градусов, это средняя температура человеческого тела. В результате температура кипения оказалась 212 градусов, а температура замерзания воды - 32 градуса.

В 1724 г. Фаренгейт стал членом Королевского общества.

Именно потому, что он вошел в Британское Королевское общество, его система измерений широко распространилась в Британии.

По мере того как Британия завоевывала новые территории в XVIII и XIX веках, они распространяла эту систему на завоеванных территориях. В то время шкала Фаренгейта стала стандартом при измерении температуры на многих территориях земного шара.

Почему Америка до сих пор использует эту систему

Шкалу Цельсия изобрел в 1742 г. шведский астроном Андерс Цельсий. Он впервые провел эксперименты, направленные на определение международной измерительной системы на научной основе, и опубликовал их результаты.

Около 1790 г. шкала Цельсия была внедрена в метрическую систему. Простота и научная функциональность помогли этой системе получить широкое распространение во всем мире. Англоговорящие страны тоже стали применять эту систему во второй половине XX века. Даже Великобритания начала процесс перехода на метрическую систему в 1965 г. Страна до сих пор в полной мере не перешла на эту систему.

Фактически каждая страна, которая в прошлом была британской колонией, также перешла на метрическую систему. Некоторые страны сделали это даже раньше Великобритании (например, Индия), некоторые - уже после нее (такие как Канада, Австралия и ЮАР). Эти процессы, происходящие в разных странах, вынудили США также задуматься о возможности перехода на метрическую систему.

Переход на метрическую системы выглядит вполне разумным шагом, так как эта система более удобна, а также потому, что переход на единую систему с другими странами приведет к тому, что научное сотрудничество с ними станет проще.

Конгресс принял закон - 1975 Metric Conversion Act, согласно которому теоретически страна должна была начать процесс перехода на метрическую систему. Была даже создана специальная комиссия, которая должна была контролировать процесс перехода.

Однако этот закон так и не был до конца реализован. Так как, согласно закону, переход на метрическую систему должен был стать добровольным, а не обязательным, то мнение общества в этом вопросе стало решающим. А людям не очень-то хотелось напрягаться и учить новую систему измерений.

Автовладельцы выступили против идеи дорожных знаков с указанием расстояния в километрах, синоптики выступили против идеи прогнозов по температуре по шкале Цельсия, а покупатели - против перспективы покупки в килограммах. Профсоюзы выступили резко против этой идеи, иначе бы работникам пришлось изучать новую систему измерений.

Президент Рейган распустил Метрическую комиссию в 1982 г. Поэтому такое неудачное внедрение закона обеспечило Америке приверженность системе Фаренгейта.

На сегодняшний день США не единственная страна в мире, которая не использует метрическую систему, только Бирма и Либерия придерживаются системы Фаренгейта помимо них, при том, что в 2013 г. Бирма объявила о своем намерении перейти на метрическую систему.

Страны мира, в которых используется шкала Фаренгейта

Как США вредят сами себе

На напитках присутствуют обозначения и в метрической, и в традиционной для США системах величин. Эту индустрию считают "мягко метрической". Метрическая система используется в США также производителями пленки, инструментов и велосипедов. В остальном в США предпочитают мерить по старинке: в древних дюймах и фунтах. И это касается даже такой молодой индустрии, как высокие технологии.

Что же мешает весьма развитой индустриально стране перейти на общепринятую на нашей планете систему мер и весов? Этому есть ряд причин.

Одной из причин являются те затраты, которые пришлось бы понести экономике страны в случае перехода на систему СИ. Ведь пришлось бы переработать технические чертежи и инструкции к сложнейшему оборудованию. Это потребовало бы немалого труда высокооплачиваемых специалистов. А следовательно, денег.

Например, инженеры NASA сообщили, что перевод в единицы метрической системы чертежей космических шаттлов, программного обеспечения и документации обошлось бы в $370 млн, то есть примерно в половину стоимости обычного запуска космического шаттла.

Устаревшая система измерений, которая используется в США, включая шкалу Фаренгейта, негативно влияет на науку и научное сотрудничество США с другими странами, а также, как полагают многие, на ведение бизнеса и на сотрудничество в деловой сфере на международном уровне.

Американским компаниям приходится тратить дополнительные средства на выпуск двух наборов продуктов - один для США и другой для стран, пользующихся метрической системой.

Родители и сиделки могут легко ошибиться при переводе из одних единиц в другие, когда они дают медикаменты детям или больным - двум категориям лиц, которые особенно чувствительны к передозировке.

Кроме того, американским студентам приходится учить две системы измерений, что делает саму систему обучения более сложной.

Поэтому, несмотря на то что Даниэль Фаренгейт сделал миру большое одолжение, когда изобрел первый надежный термометр, его система измерений давно устарела. И поэтому многие полагают, что Америке давно пора перейти на метрическую систему и пользоваться, в частности, шкалой Цельсия для измерения температур.

www.vestifinance.ru/articles/58353

ДОКЛАД ПО ФИЗИКЕ

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ШКАЛЫ, ТЕРМОМЕТРЫ

И ИХ ИЗОБРЕТАТЕЛИ

Температурные шкалы. Существует несколько градуированных температурных шкал, и за точки отсчета в них обычно взяты температуры замерзания и кипения воды. Сейчас самой распространенной в мире является шкала Цельсия. В 1742 шведский астроном Андерс Цельсий предложил 100-градусную шкалу термометра, в которой за 0 градусов принимается температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а за 100 градусов - температура таяния льда. Деление шкалы составляет 1/100 этой разницы. Когда стали использовать термометры, оказалось удобнее поменять местами 0 и 100 градусов. Возможно, в этом участвовал Карл Линней (он преподавал медицину и естествознание в том же Упсальском университете, где Цельсий - астрономию), который еще в 1838 году предложил за 0 температуры принять температуру плавления льда, но, похоже, не додумался до второй реперной точки. К настоящему времени шкала Цельсия несколько изменилась: за 0°C по-прежнему принята температура таяния льда при нормальном давлении, которая от давления не очень зависит. Зато температура кипения воды при атмосферном давлении теперь равна 99,975°C, что не отражается на точности измерения практически всех термометров, кроме специальных прецизионных. Известны также температурные шкалы Фаренгейта, Кельвина, Реомюра и др. Температурная шкала Фаренгейта (во втором варианте, принятом с 1714 г.) имеет 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. Шкала Фаренгейта широко распространена в англоязычных странах, но ею почти не пользуются в научной литературе. Для перевода температуры по Цельсию (С) в температуру по Фаренгейту (F) существует формула F = (9/5)C + 32, а для обратного перевода - формула C = (5/9)(F32). Обе шкалы - как Фаренгейта, так и Цельсия, - весьма неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды и выражается отрицательным числом. Для таких случаев были введены абсолютные шкалы температур, в основе которых лежит экстраполяция к так называемому абсолютному нулю - точке, в которой должно прекратиться молекулярное движение. Одна из них называется шкалой Ранкина, а другая - абсолютной термодинамической шкалой; температуры по ним измеряются в градусах Ранкина (Rа) и кельвинах (К). Обе шкалы начинаются при температуре абсолютного нуля, а точка замерзания воды соответствует 491,7 R и 273,16 K. Число градусов и кельвинов между точками замерзания и кипения воды по шкале Цельсия и абсолютной термодинамической шкале одинаково и равно 100; для шкал Фаренгейта и Ранкина оно тоже одинаково, но равно 180. Градусы Цельсия переводятся в кельвины по формуле K = C + 273,16, а градусы Фаренгейта - в градусы Ранкина по формуле R = F + 459,7. в Европе долгое время была распространена шкала Реомюра, введённая в 1730 г Рене Антуаном де Реомюром. Она построена не произвольным образом, как шкала Фаренгейта, а в соответствии с тепловым расширением спирта (в отношении 1000:1080). 1 градус Реомюра равен 1/80 части температурного интервала между точками таяния льда (0°R) и кипения воды (80°R), т. е. 1°R = 1.25°С, 1°C = 0.8°R., но в настоящее время вышла из употребления.

После введения Международной системы единиц (СИ) к применению рекомендованы две температурные шкалы. Первая шкала - термодинамическая, которая не зависит от свойств используемого вещества (рабочего тела) и вводится посредством цикла Карно. Единицей измерения температуры в этой температурной шкале является один кельвин (1 К) - одна из основных единиц в системе СИ. Эта единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина), который разрабатывал эту шкалу и сохранил величину единицы измерения температуры такой же, как и в температурной шкале Цельсия. Вторая рекомендованная температурная шкала - международная практическая. Эта шкала имеет 11 реперных точек - температуры фазовых переходов ряда чистых веществ, причём значения этих температурных точек постоянно уточняются. Единицей измерения температуры в международной практической шкале также является 1 К.

В настоящее время основной реперной точкой, как термодинамической шкалы, так и международной практической шкалы температур является тройная точка воды. Эта точка соответствует строго определенным значениям температуры и давления, при которых вода может одновременно существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Причем, если состояние термодинамической системы определяется только значениями температуры и давления, то тройная точка может быть только одна. В системе СИ температура тройной точки воды принята равной 273.16 К при давлении 609 Па.

Кроме задания реперных точек, определяемых с помощью эталона температуры, необходимо выбрать термодинамическое свойство тела, описывающееся физической величиной, изменение которой является признаком изменения температуры или термометрическим признаком. Это свойство должно быть достаточно легко воспроизводимо, а физическая величина - легко измеряемой. Измерение указанной физической величины позволяет получить набор температурных точек (и соответствующих им значений температуры), промежуточных по отношению к реперным точкам.

Соотношение температурной шкалы Фаренгейта и Цельсия

шкала Фаренгейта шкала Цельсия

Точка кипения 212° 100°

Точка замерзания 32° 0°

Температура абсолютного нуля -459,67° -273,15°

При переводе из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия из исходной цифры вычитают 32 и умножают на 5/9.

При переводе из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта исходную цифру умножают на 9/5 и прибавляют 32.

Термометры. Решающий вклад в развитие конструкции термометров внёс немец Габриэль Даниэль Фаренгейт. В1709 году он изобрёл спиртовой термометр, а в 1714 - ртутный. Он придал им ту же форму, что применяется и сейчас. Успех его термометров следует искать во введенном им новом методе очищения ртути; кроме того, перед запаиванием он кипятил жидкость в трубке.

Рене Антуан де Реомюр не одобрял применения ртути в термометрах вследствие малого коэффициента расширения ртути. В 1730 г. он предложил применять в термометрах спирт, а. В 1731 году изобрёл водно-спиртовой термометр. 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°.

Учёные. Андерс Цельсий. Андерс Цельсий (Anders Celsius) родился 27 ноября 1701 года в Швеции. Область его интересов: астрономия, общая физика, геофизика.

Преподавал в Упсальском университете астрономию, основал там астрономическую обсерваторию.

Цельсий первым измерил яркость звезд, установил взаимосвязь между северным сиянием и колебаниями в магнитном поле Земли.

Он принимал участие в Лапландской экспедиции 1736-1737 годов по измерению меридиана. По возвращении из полярных областей Цельсий начал активную работу по организации и строительству астрономической обсерватории в Упсале и в 1740 стал ее директором. Умер Андерс Цельсий 25 марта 1744 года.

В честь него назван минерал цельзиан - разновидность бариевого полевого шпата.

Габриэль Фаренгейт. Даниэль Габриэль Фаренгейт (Daniel Gabriel Fahrenheit) (1686-1736) - немецкий физик. Родился 24 мая 1686 в Данциге (ныне Гданьск, Польша). Изучал физику в Германии, Голландии и Англии. Почти всю жизнь прожил в Голландии, где занимался изготовлением точных метеорологических приборов. В 1709 изготовил спиртовой, в 1714 - ртутный термометр, использовав новый способ очистки ртути. Для ртутного термометра Фаренгейт построил шкалу, имеющую три реперные точки: 0° соответствовал температуре смеси вода - лед - нашатырный спирт, 96° - температуре тела здорового человека, а в качестве контрольной температуры было принято значение 32° для точки таяния льда. Температура кипения чистой воды по шкале Фаренгейта составила 212°. Шкала Фаренгейта применяется во многих англоязычных странах, хотя постепенно уступает место шкале Цельсия. Помимо изготовления термометров, Фаренгейт занимался усовершенствованием барометров и гигрометров. Исследовал также зависимость изменения температуры кипения жидкости от атмосферного давления и содержания в ней солей, обнаружил явление переохлаждения воды, составил таблицы удельных весов тел. Умер Фаренгейт в Гааге 16 сентября 1736.

Рене Реомюр. Рене Антуан де Реомюр (Rene Antoin de Reaumur) родился 28 февраля 1683 года в Ла-Рошель, французский естествоиспытатель, иностранный почетный член Петербургской АН (1737). Труды по регенерации, физиологии, биологии колоний насекомых. Предложил температурную шкалу, названную его именем. Он усовершенствовал некоторые способы приготовления стали, им, одним из первых, были сделаны попытки научного обоснования некоторых процессов литья, написал работу "Искусство превращения железа в сталь". Он пришел к ценному выводу, железо, сталь, чугун, различаются по количеству некоторой примеси и добавляя эту примесь к железу, путем цементации или сплавления с чугуном Реомюр получал сталь. В 1814 году К. Каретен доказал, что этой примесью является углерод.

Реомюр дал способ приготовления матового стекла.

Сегодня память связывает его имя только лишь с изобретением долго использовавшейся температурной шкалы. На самом же деле Рене Антуан Фершант де Реомюр, живший в 1683-1757 годах, главным образом, в Париже, относился к тем учёным, универсальность которых в наше время - время узкой специализации - трудно себе представить. Реомюр был одновременно техником, физиком и естествоиспытателем. Большую известность за пределами Франции он приобрёл как энтомолог. В последние годы своей жизни Реомюр пришёл к идее, что поиски таинственной преобразующей силы следует вести в тех местах, где её проявление наиболее очевидно - при преобразовании пищи в организме, т.е. при её усвоении.

Уильям Ранкин. Уильям Джон Макуорн Ранкин (Ренкин) (William John M. Rankine) (1820-72) , шотландский инженер и физик, один из создателей технической термодинамики. Предложил теоретический цикл парового двигателя (цикл Ранкина), температурную шкалу (шкала Ранкина), нуль которой совпадает с нулем термодинамической температуры, а по размеру 1 град Р. (°R) равен 5/9 К (шкала широкого распространения не получила).

Первый зафиксированный шаг (относящийся к 1597 г. - Ред.) в развитии числовой температурной шкалы связан с термоскопом Галилея, который схематически показан на рис. 2.1. Когда верхняя часть сосуда соприкасается с теплым телом, воздух расширяется и вытесняет жидкость вниз. Наоборот, если сосуд охлаждается, воздух сжимается и жидкость поднимается по трубке. Таким образом, изменение высоты столба жидкости указывает на изменение температуры колбы. Как мы скоро узнаем, расширение и сжатие газа при изменении температуры в конце концов легло в основу современной стандартной шкалы температур. Однако прибор Галилея оставлял желать много лучшего. Во времена Галилея не знали о барометрах. Но мы сейчас понимаем, что высота жидкости в трубке зависит от атмосферного давления. Следовательно, при одной и той же температуре показания такого прибора на вершине горы отличались бы от показаний у ее подножия. Изменение атмосферного давления в течение суток также вносило бы ошибки. В общем, прибор Галилея мог указывать температуру и ее изменения, но не очень подходил для ее измерения. Поэтому его лучше назвать термоскопом, а не термометром.

Почти у каждого из нас слово термометр ассоциируется с градуированной тонкой стеклянной трубочкой с шариком на одном конце, содержащим жидкость. Таким термометром мама измеряла вам в детстве температуру, когда вы болели. Такой термометр висит на стене почти в каждом жилом помещении. Нет химической лаборатории, в которой не было бы нескольких термометров. Этот вездесущий прибор с жидкостью внутри стеклянной трубки был изобретен в середине XVII в. во Флорентийской академии наук и поэтому долгое время назывался флорентийским термометром (рис. 2.2). Первые термометры были несколько больше современных и состояли из стеклянного шарика, наполненного жидкостью, обычно спиртом; шарик присоединялся к стеклянной трубке, имеющей один и тот же внутренний диаметр по всей длине и размеченной через равные интервалы. Первоначально предполагалось, что объем трубки между двумя метками должен быть равен 1/1000 объема шарика. Это условие требует очень высокого искусства стеклодувов, и вскоре шкалу стали наносить после сборки и заполнения термометра. Одна метка наносилась в том месте, где находился уровень жидкости при одной фиксированной, или реперной, температуре шарика, вторая - при другой фиксированной температуре. Расстояние между двумя рвперными метками затем делилось дополнительными метками на равные интервалы, или «градусы».

Выбор реперных температур имеет интересную историю. В 1701 г. Исаак Ньютон предложил в качестве нижней фиксированной точки отсчета взять точку замерзания воды и приписать ей нулевое значение, а в качестве верхней такой точки - температуру «здорового мужчины», приписав ей значение 12. Несколько лет спустя Габриэль Давид Фаренгейт, немецкий механик, занимавшийся изготовлением приборов (он, кстати, первым использовал в термометре ртуть), предложил принять за нулевую точку низшую температуру, которую можно получить, используя смесь льда и соли. При этом температура человеческого тела по-прежнему оставалась равной 12. Такой большой «градус» был несколько неудобным, и потому его скоро разделили на восемь частей и получили 96 градусов между температурой смеси соли и льда и нормальной температурой тела человека.

Рис. 2.1. Термоскоп Галилея. Он способен указывать измерения температуры, но не может с хорошей точностью измерять их.

Рис. 2.2. Флорентийский термометр со шкалой, предложенной Ньютоном.

Фаренгейт показал, что температура смеси льда и воды постоянна и воспроизводима (т. е. всегда одна и та же). Он показал также, что температура, при которой кипит вода, при неизменном давлении всегда одинакова. На одном из его термометров, имеющем шкалу, линейно экстраполированную за температуру тела человека, точка кипения воды соответствовала градусной отметке 212, а точка замерзания воды - градусной отметке 32. Вскоре после смерти Фаренгейта две эти фиксированные точки были приняты повсеместно в качестве реперных. Шкала Фаренгейта, в которой точке замерзания воды соответствует значение 32, а точке кипения - значение 212, получила широкое распространение. Она до сих пор является самой употребительной температурной шкалой в англоязычных странах. Вас может удивить, что сейчас нормальная температура тела по этой шкале равна 98,6°, а не 96°. Нормальная температура за это время, конечно, не изменилась. Температура, которая является повышенной для нас, вероятно, была бы повышенной и для Чарли, хотя мы и не можем это экспериментально доказать. Различие, вероятно, вызвано недостаточной однородностью внутреннего диаметра трубки в первом термометре Фаренгейта. (Правда, у него могла быть понижена температура в тот день, когда он калибровал термометр!)

Франция вышла на сцену, когда великий французский естествоиспытатель Р. А. Ф. де Реомюр предложил разделить интервал между точками замерзания и кипения воды на 80 градусов. Его шкала еще используется в некоторых странах Европы, но не она обозначается буквой R. Если обозначение R относится к температурной шкале, то оно является сокращением фамилии Рэнкин - шотландского инженера, в чью честь названа абсолютная шкала Фаренгейта (о ней мы расскажем позже).

Деление интервала между точками замерзания и кипения воды на 100 градусов для получения 100-градусной шкалы было предложено несколькими учеными, но стало ассоциироваться с именем шведского астронома Андерса Цельсия.

С 1954 г. по решению 10-й Международной конференции по мерам и весам шкала, в которой нулевой отсчет соответствует точке замерзания воды, а отсчет 100 - точке кипения воды, официально называется шкалой Цельсия. Символ °С теперь означает «градусы Цельсия» и не является больше сокращением слов «градусы стоградусной шкалы». Несколько странно, что эта честь была оказана именно Цельсию. На шкале, которую предложил он, точка кипения воды была равна нулю, а точка замерзания 100!

27 ноября 1701 года родился шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий — человек, чью фамилию мы слышим каждый день. К этой дате мы вспоминаем о трёх главных открытиях этого учёного.

2013-11-27 15:42

Андерс Цельсий родился в Уппсале (Швеция) 27 ноября 1701 года. Его отец Нильс Цельсий и оба деда, Магнус Цельсий и Андерс Споул, были профессорами университета. Учёными были и многие другие родственники Цельсия, в том числе его дядя Улоф Цельсий — теолог, ботаник, историк и востоковед.

Маленький Андерс с детства живо интересовался окружающим миром и науками. Свою страсть к знаниям будущий астроном реализовал, поступив в Уппсальский университет - старейший центр образования в Скандинавии.

В те времена метеорология и геология входили в курс астрономии, который блестяще освоил Андерс Цельсий. Уже в 1730 году ему присвоили учёную степень профессора, и он начал преподавать в своей альма-матер. В 1741 году Цельсий основал Уппсальскую астрономическую обсерваторию.

Умер великий учёный в 1744 году в возрасте 42 лет от туберкулёза.

Цельсиева температурная шкала

Система измерения температуры обессмертила имя шведского астронома. Человечество применяет её уже почти три века подряд. Градус Цельсия вписан в Международную систему единиц (СИ).

В 1665 году голландский физик Христиан Гюйгенс вместе с английским физиком Робертом Гуком впервые предложили использовать в качестве отсчётных точек температурной шкалы точки таяния льда и кипения воды.

В 1742-м Андерс Цельсий на основе этой идеи разработал новую температурную шкалу. Первоначально в ней нулём была точка кипения воды, а -100 градусов - температура замерзания воды или плавления льда.

Уже после смерти Цельсия, в 1747 году, его соотечественники ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер перевернули шкалу. Так ноль градусов стал нулём в его современном смысле, а температуру кипения приравняли к 100 градусам.

Несколько лет спустя шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус в своём труде «Руководство по химии» назвал шкалу «Цельсиевой», и с тех пор стоградусная шкала температуры носит имя Андерса Цельсия.

Изучение формы Земли

Чтобы точно измерить размеры и форму земного шара, учёным требовалось знать длину отрезка астрономического меридиана в один градус на земной поверхности у экватора и на полюсе. До Северного или Южного полюса добраться при тогдашнем уровне развития технологий было невозможно, поэтому Цельсий решил провести исследования в Лапландии - самой северной части тогдашней Швеции.

Измерения были произведены совместно с французским астрономом Пьером Луи Моро де Мопертюи. Андерс Цельсий лично участвовал в экспедиции. Аналогичная работа была проделана на экваторе, на территории нынешнего Эквадора.

Сравнив результаты, Андерс Цельсий подтвердил предположение Ньютона о том, что Земля представляет собой эллипсоид, сплюснутый у полюсов.

Магнитная природа северных сияний

Всю свою жизнь Андерс Цельсий интересовался этим природным феноменом. Его поражали космический масштаб и скрытая мощь северных сияний. Всего учёный описал более трёхсот наблюдений - своих и чужих.

Андерс Цельсий первым обратил внимание на то, что интенсивность сияний в реальном времени коррелирует с отклонениями стрелки компаса, и предположил, что природа северных сияний связана с земным магнетизмом. Потомки подтвердили эту теорию гениального астронома.