Vidy-temperaturnyh-shkal (2)

1.

Виды температурных шкал
Доклад подготовлен студентом 4 курса 143 группы Томилиным Валерием
Валериевичем.
В данном обзоре мы рассмотрим историю создания и принципы
функционирования пяти наиболее известных температурных шкал, которые
сыграли ключевую роль в развитии науки и техники. Мы углубимся в
биографии ученых, стоявших у истоков этих открытий, и проанализируем их
вклад в наше понимание температуры.

2.

Введение в температурные шкалы
Температура является одной из фундаментальных физических величин, характеризующих тепловое состояние тел. Ее точное измерение имеет огромное значение для
различных областей науки, промышленности и повседневной жизни. На протяжении истории человечества было предложено множество способов измерения температуры,
что привело к появлению различных температурных шкал. Мы сосредоточимся на пяти наиболее значимых из них:
1
Шкала Цельсия (°C)
Стоградусная шкала, широко используемая по всему миру для повседневных измерений.
2
Шкала Фаренгейта (°F)
Преимущественно используемая в США и некоторых других странах для метеорологических и бытовых нужд.
3
Шкала Кельвина (K)
Абсолютная термодинамическая шкала, фундаментальная для научных исследований, особенно в физике и химии.
4
Шкала Реомюра (°R)
Историческая шкала, которая была популярна в Европе, но сейчас вышла из употребления.
5
Шкала Ранкина (°Ra)
Абсолютная температурная шкала, аналогичная шкале Кельвина, но использующая градус Фаренгейта в качестве единицы измерения.

3.

Габриель Даниель Фаренгейт (1686-1736)
Габриель Даниель Фаренгейт, выдающийся физик и изобретатель, родился 24 мая 1686 года в
Данциге (ныне Гданьск, Польша). Его семья была зажиточной и занималась торговлей, однако
трагическая гибель родителей в 1701 году вынудила его начать самостоятельную жизнь.
В раннем возрасте Фаренгейт проявил глубокий интерес к науке и механике. Он много
путешествовал, изучая физику в различных научных центрах Европы, включая Германию,
Голландию и Англию. Эти путешествия позволили ему познакомиться с передовыми
научными идеями и технологиями того времени.
Большую часть своей жизни Фаренгейт провел в Голландии, где посвятил себя разработке и
изготовлению точных метеорологических приборов, в частности термометров и барометров.
Он был первым, кто стал использовать ртуть в термометрах вместо спирта, что значительно
повысило точность измерений.
Его вклад в метрологию и термометрию остается неоценимым, а созданная им
температурная шкала, хоть и уступившая место шкале Цельсия в большинстве стран, попрежнему активно используется в некоторых регионах мира.

4.

Шкала Фаренгейта: История и Принципы
Шкала Фаренгейта была предложена Габриелем Даниелем Фаренгейтом зимой 1709 года, однако ее окончательная версия была стандартизирована в
1724 году. Эта шкала отличалась от предшествующих необычным выбором опорных точек, что отражало эмпирический подход изобретателя.
За нулевую точку (0°F) Фаренгейт принял температуру смеси льда, воды и хлорида аммония (соли), которая являлась самой низкой температурой,
которую он мог воспроизвести в своей лаборатории. Эта смесь позволяла достичь стабильной, очень низкой температуры.
В качестве второй опорной точки (32°F) была выбрана температура замерзания чистой воды при нормальном атмосферном давлении. А третья опорная
точка (96°F) первоначально соответствовала нормальной температуре человеческого тела. Позже, чтобы получить более удобные значения для точек
кипения и замерзания воды, шкала была немного перекалибрована, и нормальная температура человеческого тела стала составлять 98.6°F.
По этой системе точка замерзания воды на уровне моря оказалась равной +32°F, а точка кипения воды +212°F. Таким образом, интервал между
замерзанием и кипением воды составляет 180 градусов.
Шкала Фаренгейта получила широкое распространение и до сих пор популярна в США и Великобритании, где она используется в повседневной жизни,
метеорологии и некоторых отраслях промышленности. Несмотря на ее историческое значение, во многих странах мира она была вытеснена более
удобной и научно обоснованной шкалой Цельсия.

5.

Андерс Цельсий (1701-1744)
Андерс Цельсий, выдающийся шведский астроном, физик и математик, родился 27 ноября 1701
года в Упсале, Швеция. Он происходил из семьи ученых: его дед был профессором математики, а
отец — профессором астрономии в Упсальском университете.
Цельсий получил блестящее образование в Упсальском университете, который окончил с
отличием. В 1730 году, в возрасте 29 лет, он был назначен профессором астрономии в том же
университете, где и проработал до конца своей жизни. Его научные интересы были обширны и
включали не только астрономию, но и геодезию, геофизику и метеорологию.
Одной из наиболее значимых заслуг Андерса Цельсия стало его активное участие в организации
Упсальской обсерватории, которая стала одним из ведущих научных центров Европы. С 1740 года
он занимал должность директора этой обсерватории, проводя важные исследования и
наблюдения.
Цельсий также известен своими геодезическими работами, в ходе которых он участвовал в
экспедиции по измерению длины дуги меридиана в Лапландии, что подтвердило теорию
Ньютона о сплющенности Земли у полюсов. Однако самым известным его вкладом, безусловно,
является создание стоградусной температурной шкалы, которая впоследствии была названа в его
честь.

6.

Развитие шкалы Цельсия
В 1742 году Андерс Цельсий представил свою революционную стоградусную шкалу термометра, которая значительно упростила измерение температуры
и способствовала унификации научных данных. Однако первоначальная версия шкалы Цельсия отличалась от той, что мы используем сегодня.
В своей оригинальной шкале Цельсий принял за нуль градусов температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а за сто градусов
— температуру таяния льда.
Это было весьма необычное расположение, так как оно означало, что показания термометра увеличивались при охлаждении и уменьшались при
нагревании. Такая инверсия могла создавать путаницу в интерпретации результатов.
Современная шкала Цельсия, в которой 0°C соответствует температуре таяния льда, а 100°C — температуре кипения воды при нормальном атмосферном
давлении, была введена несколько позже, после смерти Андерса Цельсия.
Существует несколько версий того, кто именно "перевернул" шкалу. Наиболее распространенные теории приписывают это изменение либо шведскому
ботанику Карлу Линнею, либо астроному Мортену Штремеру, коллеге Цельсия. Независимо от того, кто именно внес это изменение, оно сделало шкалу
более интуитивно понятной и удобной в использовании.
Сегодня шкала Цельсия является международным стандартом для большинства повседневных и многих научных измерений, благодаря своей простоте и
логичности.

7.

Лорд Кельвин (Уильям Томсон) (1824-1907)
Уильям Томсон, более известный как лорд Кельвин, был одним из величайших ученых XIX века, чьи
работы оказали огромное влияние на физику, математику и инженерное дело. Он родился 26 июня 1824
года в Белфасте, Ирландия, в семье Джеймса Томсона, преподавателя математики.
Томсон был необыкновенно одаренным ребенком. В возрасте всего десяти лет он поступил в
Университет Глазго, демонстрируя поразительные способности к математике и естественным наукам.
После окончания Глазго он продолжил обучение в Кембриджском университете, где углубил свои
знания в области математической физики.
Уже в юном возрасте Томсон опубликовал свою первую научную работу по теории теплопроводности,
что свидетельствовало о его раннем интересе к термодинамике.
В 1846 году, в возрасте всего двадцати двух лет, Уильям Томсон был назначен профессором на кафедре
естественной философии в Университете Глазго. Эту должность он занимал в течение невероятно
продолжительного срока — пятидесяти трех лет, до 1899 года. За эти годы он превратил Глазго в один
из ведущих центров физических исследований в Европе.
Его научные интересы были чрезвычайно широки: от термодинамики и электричества до теории
упругости и океанографии. Он был пионером в области электрической телеграфии, сыграв ключевую
роль в прокладке трансатлантического кабеля.
За свои выдающиеся научные заслуги и вклад в развитие науки и техники Уильям Томсон в 1892 году
получил баронский титул лорда Кельвина, названный в честь реки Кельвин, протекающей мимо его
лаборатории в Глазго.

8.

Абсолютная шкала Кельвина
В 1848 году Уильям Томсон (лорд Кельвин) опубликовал работу «Об абсолютной термометрической шкале», в которой предложил принципиально
новую модель построения температурной шкалы, основанную на фундаментальных принципах термодинамики и кинетической энергии молекул.
Ключевой идеей Кельвина было то, что существует абсолютный предел охлаждения, или «абсолютный нуль». Он предположил, что при достижении
этой температуры прекращается всякое тепловое движение атомов и молекул вещества, то есть их кинетическая энергия становится равной нулю.
Поскольку кинетическая энергия не может быть отрицательной, невозможно охладить вещество еще больше.
Температура в −273.15 градусов по шкале Цельсия соответствует абсолютному нулю (0 K).
В шкале Кельвина за начало взят абсолютный нуль (0 K), а каждое деление, или один кельвин, равно одному градусу Цельсия по размеру. Это
означает, что изменение температуры на 1 K эквивалентно изменению на 1°C.
Шкала Кельвина не использует символа градуса (°), так как является абсолютной шкалой. Она является стандартной единицей измерения
температуры в Международной системе единиц (СИ) и широко используется во всех областях науки и техники, особенно в физике, химии,
астрономии и криогенике. Ее фундаментальность заключается в том, что она не зависит от свойств какого-либо конкретного вещества и напрямую
связана с энергией частиц.

9.

Рене Антуан Реомюр (1683-1757)
Рене Антуан Фершо де Реомюр, выдающийся французский естествоиспытатель, родился
28 февраля 1683 года в Ла-Рошели в семье нотариуса. Его многогранные таланты
проявились уже в юности, что привело его к изучению различных наук.
Первоначальное образование Реомюр получил в иезуитской школе в Пуатье, где проявил
себя как прилежный и способный ученик. С 1699 года он изучал право и математику в
университете Бурже, а затем, в 1703 году, продолжил свои исследования в Париже,
углубляясь в математику и физику.
Уже в 1708 году, после публикации своих первых трех работ по математике, Реомюр был
принят в члены престижной Парижской академии наук, что свидетельствовало о его
значительном научном потенциале. Он активно занимался исследованиями в самых
разных областях, включая энтомологию, металлургию, зоологию и, конечно же,
термометрию.
Реомюр был известен своими новаторскими идеями и изобретениями, а его работы
оказали значительное влияние на развитие науки XVIII века.

10.

Шкала Реомюра и Шкала Ранкина
Шкала Реомюра (°R)
Шкала Ранкина (°Ra)
В 1730 году Реомюр описал изобретённый им спиртовой термометр,
Шотландский инженер и физик Уильям Джон Макуорн Ранкин (1820-
шкала которого определялась точками кипения и замерзания воды.
За нуль градусов (0 °R) он принял температуру таяния льда, а за 80
градусов (80 °R) — температуру кипения воды при нормальном
атмосферном давлении. Таким образом, интервал между этими
двумя точками был разделен на 80 равных частей. Соотношение с
1872), один из создателей технической термодинамики, предложил
свою абсолютную температурную шкалу. Нуль шкалы Ранкина
совпадает с нулём термодинамической температуры, то есть с
абсолютным нулем (0 °Ra = −459.67 °F = −273.15 °C). По размеру один
градус Ранкина равен одному градусу Фаренгейта, что означает, что
шкалой Цельсия следующее: 1 °R = 1.25 °С, а 1 °C = 0.8 °R. Шкала
изменение температуры на 1 °Ra эквивалентно изменению на 1 °F. Это
Реомюра долгое время была распространена в Европе, особенно во
делает ее аналогом шкалы Кельвина, но для системы Фаренгейта.
Франции и Германии, но в настоящее время вышла из употребления,
Данная система измерения температуры распространения не
уступив место шкалам Цельсия и Фаренгейта.
получила широкого применения и в основном используется в
некоторых инженерных расчетах в англоязычных странах.
Обе эти шкалы, хоть и были значимыми в свое время, показывают эволюцию и разнообразие подходов к измерению температуры, а также их постепенное
вытеснение более универсальными и согласованными системами.

11.

Список литературы
1.
Википедия. Температура. https://ru.wikipedia.org/wiki/Температура
2. Википедия. Шкала Цельсия. https://ru.wikipedia.org/wiki/Шкала_Цельсия
3. Википедия. Шкала Фаренгейта. https://ru.wikipedia.org/wiki/Шкала_Фаренгейта
4. Википедия. Шкала Кельвина. https://ru.wikipedia.org/wiki/Шкала_Кельвина
5. Википедия. Шкала Реомюра. https://ru.wikipedia.org/wiki/Шкала_Реомюра
6. Википедия. Шкала Ранкина. https://ru.wikipedia.org/wiki/Шкала_Ранкина
7. Кондратов, Н. К. География и гидрометеорология. Шкала Цельсия vs Шкала Фаренгейта. Мойа Планета, 2023.
8. Драчкова, Л. К. История развития температурных шкал. Кафедра географии и гидрометеорологии, 2023.
9. История создания термометра. Randewy.ru. http://www.randewy.ru/nav/histor7.html
10. Томсон, У. (Лорд Кельвин). Об абсолютной термометрической шкале. 1848.
11. Цельсий, А. О построении стоградусной шкалы термометра. 1742.
12. Фаренгейт, Г. Д. Описание ртутного термометра. 1709.