Реферат температурні шкали і термометри
ДОПОВІДЬ З ФІЗИКИ
ТЕМПЕРАТУРНІ ШКАЛИ, ТЕРМОМЕТРИ
І ЇХ ВИНАХІДНИКИ
Температурні шкали. Існує кілька градуйованих температурних шкал, і за точку відліку в них зазвичай взяті температури замерзання і кипіння води. Зараз найпоширенішою в світі є шкала Цельсія. У 1742 шведський астроном Андерс Цельсій запропонував 100-градусну шкалу термометра, в якій за 0 градусів приймається температура кипіння води при нормальному атмосферному тиску, а за 100 градусів - температура танення льоду. Розподіл шкали становить 1/100 цієї різниці. Коли стали використовувати термометри, виявилося зручніше поміняти місцями 0 і 100 градусів. Можливо, в цьому брав участь Карл Лінней (він викладав медицину і природознавство в тому ж Упсальському університеті, де Цельсій - астрономію), який ще в 1838 році запропонував за 0 температури прийняти температуру плавлення льоду, але, схоже, не додумався до другої крапки репера. До теперішнього часу шкала Цельсія дещо змінилася: за 0 ° C і раніше прийнята температура танення льоду при нормальному тиску, яка від тиску не надто залежить. Зате температура кипіння води при атмосферному тиску тепер дорівнює 99,975 ° C, що не відбивається на точності вимірювання практично всіх термометрів, крім спеціальних прецизійних. Відомі також температурні шкали Фаренгейта, Кельвіна, Реомюра і ін. Температурна шкала Фаренгейта (у другому варіанті, прийнятому з 1714 г.) має три фіксовані точки: 0 ° відповідав температурі суміші води, льоду і нашатирю, 96 ° - температурі тіла здорової людини ( під пахвою або в роті). В якості контрольної температури для звірки різних термометрів було прийнято значення 32 ° для точки танення льоду. Шкала Фаренгейта широко поширена в англомовних країнах, але нею майже не користуються в науковій літературі. Для перекладу температури за Цельсієм (# 61616; С) в температуру за Фаренгейтом (# 61616; F) існує формула # 61616; F = (9/5) # 61616; C + 32, а для зворотного перекладу - формула # 61616; C = (5/9) (# 61616; F # 61485; 32). Обидві шкали - як Фаренгейта, так і Цельсія, - дуже незручні при проведенні експериментів в умовах, коли температура опускається нижче точки замерзання води і виражається негативним числом. Для таких випадків були введені абсолютні шкали температур, в основі яких лежить екстраполяція до так званого абсолютного нуля - точці, в якій повинно припинитися молекулярний рух. Одна з них називається шкалою Ранкіна, а інша - абсолютної термодинамічної шкалою; температури по ним вимірюються в градусах Ранкіна (# 61616; R а) і кельвінах (К). Обидві шкали починаються при температурі абсолютного нуля, а точка замерзання води відповідає 491,7 # 61616; R і 273,16 K. Число градусів і кельвінів між точками замерзання і кипіння води за шкалою Цельсія і абсолютної термодинамічної шкалою однаково і дорівнює 100; для шкал Фаренгейта і Ранкіна воно теж однаково, але так само 180. Градуси Цельсія переводяться в Кельвіна за формулою K = # 61616; C + 273,16, а градуси Фаренгейта - в градуси Ранкіна за формулою # 61616; R = # 61616; F + 459,7. в Європі довгий час була поширена шкала Реомюра, введена в 1730 р Рене Антуаном де Реомюром. Вона побудована не довільним чином, як шкала Фаренгейта, а відповідно до тепловим розширенням спирту (щодо 1000: 1080). 1 градус Реомюра дорівнює 1/80 частини температурного інтервалу між точками танення льоду (0 ° R) і кипіння води (80 ° R), т. Е. 1 ° R = 1.25 ° С, 1 ° C = 0.8 ° R. але в даний час вийшла з ужитку.
Після введення Міжнародної системи одиниць (СІ) до застосування рекомендовані дві температурні шкали. Перша шкала - термодинамічна, яка не залежить від властивостей речовини, що використовується (робочого тіла) і вводиться за допомогою циклу Карно. Одиницею вимірювання температури в цій температурній шкалі є один кельвін (1 К) - одна з основних одиниць в системі СІ. Ця одиниця названа на честь англійського фізика Вільяма Томсона (лорда Кельвіна), який розробляв цю шкалу і зберіг величину одиниці виміру температури такий же, як і в температурній шкалі Цельсія. Друга рекомендована температурна шкала - міжнародна практична. Ця шкала має 11 реперних точок - температури фазових переходів ряду чистих речовин, причому значення цих температурних точок постійно уточнюються. Одиницею вимірювання температури в міжнародній практичній шкалою також є 1 К.
В даний час основний реперною точкою, як термодинамічної шкали, так і міжнародній практичній шкали температур є потрійна точка води. Ця точка відповідає строго визначеним значенням температури і тиску, при яких вода може одночасно існувати в твердому, рідкому і газоподібному станах. Причому, якщо стан термодинамічної системи визначається тільки значеннями температури і тиску, то потрійна точка може бути тільки одна. В системі СІ температура потрійної точки води прийнята рівною 273.16 С при тиску 609 Па.
Крім завдання реперних точок, що визначаються за допомогою еталона температури, необхідно вибрати термодинамічне властивість тіла, яка описує фізичною величиною, зміна якої є ознакою зміни температури або термометричною ознакою. Це властивість має бути досить легко відтворено, а фізична величина - легко вимірюється. Вимірювання зазначеної фізичної величини дозволяє отримати набір температурних точок (і відповідних їм значень температури), проміжних по відношенню до реперних точок.
Співвідношення температурної шкали Фаренгейта і Цельсія
шкала Фаренгейта шкала Цельсія
Точка кипіння 212 ° 100 °
Точка замерзання 32 ° 0 °
Температура абсолютного нуля -459,67 ° -273,15 °
При перекладі з шкали Фаренгейта в шкалу Цельсія з вихідної цифри віднімають 32 і множать на 5/9.
При перекладі з шкали Цельсія в шкалу Фаренгейта вихідну цифру множать на 9/5 і додають 32.
Термометри. Вирішальний внесок у розвиток конструкції термометрів вніс німець Габріель Даніель Фаренгейт. В1709 році він винайшов спиртовий термометр, а в 1714 - ртутний. Він надав їм ту ж форму, що застосовується і зараз. Успіх його термометрів слід шукати у введеному їм новий метод очищення ртуті; крім того, перед Запевняю він кипить рідина в трубці.
Рене Антуан де Реомюр не схвалював застосування ртуті в термометрах внаслідок малого коефіцієнта розширення ртуті. У 1730 році він запропонував застосовувати в термометрах спирт, а. 1731 року винайшов водно-спиртової термометр. І оскільки Реомюр знайшов, що застосовуваний ним спирт, змішаний в пропорції 5: 1 з водою, розширюється відносно 1000: 1080 на зміну температури від точки замерзання до точки кипіння води, то запропонував шкалу від 0 до 80 °.
Викладав в Упсальському університеті астрономію, заснував там астрономічну обсерваторію.
Цельсій першим виміряв яскравість зірок, встановив взаємозв'язок між північним сяйвом і коливаннями в магнітному полі Землі.
На честь нього названий мінерал Цельзіан - різновид барієвого польового шпату.
Реомюр дав спосіб приготування матового скла.
Сьогодні пам'ять пов'язує його ім'я тільки з винаходом довго використовувалася температурної шкали. Насправді ж Рене Антуан Фершант де Реомюр, що жив в 1683-1757 роках, головним чином, в Парижі, ставився до тих вченим, універсальність яких в наш час - час вузької спеціалізації - важко собі уявити. Реомюр був одночасно техніком, фізиком і натуралістом. Велику популярність за межами Франції він придбав як ентомолог. В останні роки свого життя Реомюр прийшов до ідеї, що пошуки таємничої перетворюючої сили слід вести в тих місцях, де її прояв найбільш очевидно - при перетворенні їжі в організмі, тобто при її засвоєнні.
Вільям Ранкин. Вільям Джон Макуорн Ранкин (Ренкін) (William John M. Rankine) (1820-72). шотландський інженер і фізик, один з творців технічної термодинаміки. Запропонував теоретичний цикл парового двигуна (цикл Ранкіна), температурну шкалу (шкала Ранкіна), нуль якої збігається з нулем термодинамічної температури, а за розміром 1 град Р. (° R) дорівнює 5/9 К (шкала широкого поширення не отримала).