<<Предыдущая страница.

Е.А. Царева 

Раздел 3. Мир теплоты.

� 3.6. Измерение температуры.

Измерение теплового состояния тел начал Галилео Галилей. В 1597 году он демонстрировал на своих лекциях первый термометр, или, как его называли, термоскоп. Он представлял собой стеклянную трубку с расширением в верхней части, опущенную в сосуд с жидкостью (Рис. ) Нагревание или охлаждение трубки вызывало изменение высоты столба жидкости. Это устройство (комбинация термометра с барометром) фиксировало только изменение температуры, но не могло измерить ни температуру, ни давление.

В 1702 году Гийом Амонтон усовершенствовал термометр Галилея: U - образная трубка наполнялась ртутью, один конец трубки был открыт, другой соединялся с баллоном, содержащим воздух (Рис. ). Это был первый газовый термометр. Температура измерялась по высоте столбика ртути.

Были и другие термометры. В частности, одним из первых конструкторов был итальянский врач Санторио, который применял свой прибор для измерения температуры у больных. Это было, вероятно, первое практическое применение термометра.

Несмотря на успехи в конструировании термометров, эти приборы были весьма несовершенны: не было установлено общей температурной шкалы, каждый конструктор устанавливал ее по-своему, поэтому термометры показывали при одних и тех же условиях разные температуры.

Впервые пригодные для практических целей термометры стал изготавливать мастер - стеклодув из Голландии Фаренгейт в начале 18 века. К этому времени физики уже знали, что некоторые физические процессы протекают всегда при одной и той же степени нагретости тела. Так было замечено, что один и тот же термометр всегда дает одно и то же показание, если его опускать в смесь воды и льда, или в кипящую воду. Поэтому ученые предположили, что процессы плавления льда и кипения жидкости протекают всегда при одной и той же температуре.

Ртутные и спиртовые термометры Фаренгейта имели ту же форму, что и современные. Для построения своей шкалы он использовал следующие основные температурные точки: первая температурная точка - температура смеси нашатырного спирта, льда и поваренной соли  - 0⁰F (полагая, что это самая низкая температура, которую можно получить искусственно, Фаренгейт принял ее за ноль); вторая температурная точка - температура смеси льда и воды, т.е. температура таяния льда, - 32⁰ F.

Температура тела по шкале Фаренгейта получилась равной 96⁰F. Эту температуру Фаренгейт считал третьей основной точкой своей шкалы. Температуру кипения воды он не брал в качестве основной температурной точки. Будучи измерена по его шкале, она получилась равной 212⁰F.

Шкала Фаренгейта применяется в некоторых странах (Англия, США) до сих пор. После Фаренгейта были предложены многие другие шкалы и конструкции термометров. Из всех шкал до нашего времени дошли только две. Первая шкала: 0⁰ - температура смеси льда и воды, и 80⁰ - температура кипения воды - была предложена французским ученым Р. Реомюром в 1730 году и носит его имя. Вторая шкала не совсем правильно носит имя шведского физика и астронома Цельсия. Цельсий использовал ртутный термометр, у которого промежуток между точками таяния льда и кипения воды был разделен на 100⁰. Чтобы избежать отрицательных температур, при измерении низких температур, он принял точку замерзания воды за 100⁰, а точку кипения за 0⁰. Однако более удобной оказалась "перевернутая" шкала, на которой температура таяния льда 0⁰С, а температура кипения воды 100⁰С. Именно таким прибором впервые пользовались шведский ботаник Линней и астроном Штремер. Эта шкала получила широкое распространение и, применяется до сих пор, нося имя Цельсия..

Нулевая точка на шкалах термометров Фаренгейта, Реомюра и Цельсия  выбиралась произвольно. В 1848 году английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, нулевая точка которой не зависит от свойств воды или вещества, заполняющего термометр. Эта точка соответствует температуре -273,15⁰С (0⁰ К). При этой температуре невозможно дальнейшее охлаждение системы.

Величина градуса по шкале Цельсия совпадает с величиной градуса по абсолютной шкале температур, а различаются значения основных температурных точек, то для того, чтобы перевести показания шкалы Цельсия в показания абсолютной шкалы температур, необходимо к этим показаниям прибавить 273⁰. Если температуру по шкале Цельсия обозначить t, а соответствующую ей абсолютную температуру Т, то можно написать такое соотношение: . Следует помнить, что .

Покажем, как перевести показания температуры по Фаренгейту в привычные нам градусы по Цельсию. Между точками замерзания  и кипения воды размещено 180 градусов по Фаренгейту и только 100⁰ Цельсия. Это значит, что один градус Фаренгейта соответствует 100/180, или 5/9 градуса Цельсия. Наоборот, градус Цельсия соответствует 9/5 градуса Фаренгейта. Отметим так же, что и нулевые точки на этих двух шкалах не совпадают.

С учетом всего вышесказанного можно вывести формулу для перевода:

,                                (8)

где С- температура по шкале Цельсия, а  - по шкале Фаренгейта. Попробуйте решить это уравнение относительно .

Необходимо помнить, что показания ниже 0⁰ каждой шкалы надо считать отрицательными и вводить их в уравнение согласно правилам алгебры.

Следующая станица>>