Температурные шкалы - это то, как мы сообщаем о погоде, измеряем безопасность и комфорт и объясняем физический мир. Существует три широко используемые системы измерения: по Фаренгейту, Цельсию и Кельвину.
Температура - это энергия, измеряемая с помощью инструмента, называемого термометром, который происходит от греческих слов "термос" (горячий) и "метрон" (мера).
Другое определение говорит, что температура является мерой средней кинетической энергии - энергии движущейся массы.
Фаренгейт. Первый точный термометр
В 1714 году голландский физик польского происхождения, изобретатель и производитель научных приборов Даниэль Габриэль Фаренгейт представил термометр на основе ртути.
Ртуть - жидкий металл, который расширяется и сжимается в зависимости от температуры окружающей среды, когда Фаренгейт поместил ртуть в закрытую трубку, отмеченную пронумерованной шкалой, он увидел, как ртуть поднимается и опускается при воздействии различных температур. Это был первый в мире известный практический точный термометр.
Фаренгейт основал свое изобретение на термометре датского ученого Оле Ремера, который был на спиртовой основе. Термометр Фаренгейта, однако, был гораздо точнее. Он использовал те же точки замерзания и кипения, что и шкала Ремера. В своих работах он называл их "Экстремально холодными" и "Экстремально горячими", но грубо умножил шкалу на четыре, чтобы разделить каждый маркер на шкале на более мелкие приращения. По шкале Фаренгейта были четыре контрольные точки:
0 (при общей температуре замерзания рассола);
30 (температура замерзания обычной воды);
90 (температура тела);
240 (температура кипения воды).
После смерти Фаренгейта в 1736 году шкала Фаренгейта была перекалибрована, чтобы сделать ее немного более точной. Точные точки замерзания и кипения обычной воды, за вычетом соли, были отмечены при 32 и 212 градусах по Фаренгейту соответственно. Нормальная температура человеческого тела была отмечена на уровне 98,6.
Однако сегодня лишь в нескольких странах по-прежнему используется градус Фаренгейта для измерения температуры. Самой крупной из них является США.
Цельсий
Андерс Цельсий должен быть признан первым, кто провел и опубликовал тщательные эксперименты, направленные на определение международной шкалы температур на научных основаниях.
В 1742 году Цельсий предложил шкалу, основанную на двух фиксированных точках:
0 (точка кипения воды);
100 (точка замерзания воды).
После смерти Цельсия в 1744 году известный шведский таксономист Карл Линней предложил переключить фиксированные точки, где 0 указывает точку замерзания воды и 100-температуру ее кипения.
Шкала Цельсия является частью метрической системы, иначе известной как Международная система единиц измерения (СИ). Температура в градусах Цельсия может быть выражена в нескольких градусах, за которыми следуют символы ℃ или просто C.
Шкала Цельсия показывает 100 градусов между кипением и замерзанием воды, в то время как по Фаренгейту 180 градусов. Это означает, что один градус Цельсия равен 1,8 градусу по Фаренгейту. При -40° обе шкалы имеют одинаковое значение: -40 C = -40 F.
Кельвин. Абсолютная шкала
В 1848 году британский математик и ученый Уильям Томсон (также известный как лорд Кельвин) предложил шкалу абсолютной температуры, которая не зависела от свойств вещества, такого как лед или человеческое тело. Он предположил, что диапазон возможных температур во Вселенной намного превышает те, которые предлагаются по Цельсию и Фаренгейту. Концепция абсолютной минимальной температуры не была новой, но Кельвин обозначил ее точным числом:
0 кельвинов равно -273,15 ° C.
Абсолютный ноль наступает при -273,15 ° C или -459,67 ° F. До недавнего времени ученые думали, что люди не смогут воссоздать эту температуру (потому что, чтобы стать такой холодной, в систему необходимо добавить энергию для ее охлаждения, а это означает, что система будет теплее абсолютного нуля). Но в 2013 году немецким физикам удалось подтолкнуть частицы к парадоксальным температурам ниже абсолютного нуля.
Один кельвин называется единицей измерения, а не градусом, и равен одному градусу по шкале Цельсия. Шкала Кельвина в основном используется учеными.
Что лучше?
Наилучшая шкала для измерения температуры может варьироваться в зависимости от обстоятельств, а именно от сообщества, с которым вы делитесь информацией. Исторически сложилось так, что американцы используют шкалу Фаренгейта в повседневной жизни, в том числе для определения погоды и приготовления пищи, поэтому лучше всего использовать измерения по Фаренгейту в Соединенных Штатах. Но большинство стран используют градусы Цельсия, поэтому лучше использовать эту шкалу по всему миру, а также при общении на международном уровне. В конечном счете, наилучшая шкала для повседневного использования зависит от условностей и того, что используют окружающие вас люди.
Но какой масштаб является наиболее точным?
Точность на самом деле не является особенностью шкалы. Скорее всего, точность измерения зависит от приращений, задаваемых используемым термометром, и техники человека, который его использует. Число может быть измерено с произвольной точностью в любом масштабе. Но только кельвин основан на физике, а это значит, что это самая точная шкала.
Шкала Кельвина, основанная на физических свойствах любого газа, может быть точно откалибрована в любой точке Вселенной при наличии надлежащего оборудования и универсальной постоянной. Вот почему ученые часто предпочитают использовать шкалу Кельвина в своих экспериментах.