Знать температуру своего тела, воздуха за окном, воды, наполняющей ванну или бассейн, и множества других явлений и предметов, окружающих современного человека, стало делом привычным, а процесс измерения - простым и доступным каждому. Если задать вопрос о том, какая температура у кого-то или чего-то, едва ли цифры, названные в ответ, вызовут недоумение, оказавшись абсолютно нехарактерными.
Причиной этому - распространенная практически во всем измерения данной физической величины по шкале Цельсия. Однако в США, Канаде, Англии и ряде других стран распространено в быту определение температуры по системе Фаренгейта. Чтобы понимать друг друга, достаточно представлять диапазон каждой шкалы и их соотношение по Фаренгейту и Цельсию.
Объект измерения, или что такое температура?
Термин происходит от слова temperature (в переводе с латинского - "нормальное состояние/смещение"). С точки зрения физики - это величина, которая характеризует подвижность молекул вещества, его внутреннюю энергию. Чем быстрее движутся частицы, чем больше они сталкиваются друг с другом - тем выше температурное значение. Отсюда и общеизвестный факт, что при нагревании объем тел и веществ увеличивается. Но температура и тепло - не тождественные понятия. Разогретые до одинаковых температурных показателей тела обладают разной способностью нагревать сторонние объекты (пример - отличие скорости закипания чайника на маленькой и большой конфорке).
Изобретение Даниэля Габриэля Фаренгейта
Голландский физик, родившийся в 1686 году в польском городе Гданьске, рано начал научную деятельность. Он собственноручно собирал измерительные приборы и в возрасте 23 лет изобрел а спустя 5 лет - ртутный. В 1724 году Фаренгейт предложил научному сообществу свою систему измерения температур. Позже она претерпела некоторые изменения. Целью ученого было создать шкалу без отрицательного значения, поэтому за ноль он принял самую низкую температуру, известную в то время - плавления смеси льда, воды и нашатырного спирта. Для определения одного деления на термометре - градуса - физик использовал диапазон между показателем таяния льда и кипения воды, разделив его на 180 равных частей.
Система Андреса Цельсия
Родившийся в 1701 году в Швеции астроном, геолог и метеоролог предложил свою шкалу в 1742 году. В качестве ноля изначально использовалась температура кипения воды, а за 100 градусов - ее таяния. Направление самой распространенной ныне в мире шкалы было изменено современником Цельсия Карлом Линнеем в год смерти ее автора - 1744. Таким образом она приобрела свой актуальный вид. Температуры более низкие, чем точка таяния льда, измеряются по такому же принципу, как и высокие, но имеют отрицательное значение.
Соотношение шкалы Фаренгейта и Цельсия
Показательными для сравнения двух систем будут известные всем стандарты температур - кипение воды, таяния льда, норма для здорового человеческого тела.
Цифры будут следующими - 100°, 0° и примерное среднее значение в диапазоне от 36 до 37° на шкале Цельсия. По Фаренгейту соотношение будет следующим - 212°, 32° и приблизительно 98°. Одним из ключевых понятий в измерении температуры является абсолютный ноль - теоретическое значение, являющейся точкой отсчета и эталоном для любых использования систем. Эта величина характеризуется отсутствием движения частиц материи. В соотношении Цельсия и Фаренгейта это показатели равные -273,15 и -459,67 градуса.
Осуществить перевод значений одной системы в другую достаточно просто. Для такого арифметического преобразования существует формула, используемая в двух направлениях (в зависимости от изначального показателя). Соотношение и Цельсия равно 1: 5/9.
Таким образом, для перевода показаний термометра Фаренгейта в систему Цельсия необходимо от исходного значения отнять 32 и умножить на 5/9.
Соответственно, обратное преобразование осуществляется по формуле в которой данные шкалы Цельсия умножают на 5/9 и прибавляют 32.
Для понимания обеих систем и использования их в быту совсем не обязательно применять математические расчеты каждый раз. Если использование малознакомой системы необходимо - достаточно немного попрактиковаться, и примерное значение данных в соотношении Фаренгейта и Цельсия будет легко определяться «на слух».
Самыми известными, на данный момент, температурными шкалами являются шкалы Фаренгейта, Цельсия и Кельвина.
Температурная шкала Фаренгейта наиболее популярна в США. Измеряется температура в градусах, например, 48,2°F(сорок восемь и два градуса по Фаренгейту), символ F указывает, что используется шкала Фаренгейта.
Европейцы привыкли к температурной шкале Цельсия , которая измеряет температуру также в градусах, например, 48,2°C (сорок восемь и два градуса по Цельсию), символ С указывает, что используется шкала Цельсия.
Ученым более привычно оперировать с температурной шкалой Кельвина . До 1968 года кельвин официально именовался градусом Кельвина, потом было принято решение именовать значение температуры, измеренной по шкале Кельвина, просто в кельвинах (без градусов), например, 48,2 К (сорок восемь и два кельвина).
Даниель Габриель Фаренгейт свою шкалу изобрел в 18 веке, занимаясь изготовлением термометров в Амстердаме. За нулевую точку температуры Фаренгейт взял температуру замороженного раствора соли, который в то время использовался для получения низких температур в лабораторных условиях. Значение в 32°F немецкий физик установил для температуры плавления льда и замораживания воды (при повышении и понижении температуры соответственно). В соответствии с полученной шкалой, температура закипания воды равна 212°F.
В том же 18 веке шведский ученый Андерс Цельсий изобрел свою температурную шкалу, в основе которой лежит температура замерзания (0°C) и закипания (100°C) чистой воды при нормальном атмосферном давлении.
Шкала Кельвина была изобретена в 19 веке британским ученым Уильямом Томсоном , который впоследствии получил почетный титул барона Кельвина. В основу своей температурной шкалы Томсон положил понятие абсолютного нуля. Позднее шкала Кельвина стала основной в физике, и сейчас через нее определяются системы Фаренгейта и Цельсия.
По своей сути температура любого объекта характеризует меру движения его молекул - чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура объекта, и наоборот. Чем ниже температура, тем молекулы движутся медленнее. При абсолютном нуле (0 К) молекулы останавливаются (чего в природе быть не может). По этой причине, достичь температуры абсолютного нуля или еще более низких температур невозможно.
Надо сказать, что градуировка шкал Кельвина и Цельсия совпадают (один градус Цельсия равен одному кельвину), а 0 К = -273,15°C.
Таким образом, связать температурные шкалы Кельвина и Цельсия очень просто:
K = C+273,15 C = K-273,15
Попробуем связать шкалы Цельсия и Фаренгейта.
Как известно, вода замерзает при 32°F и 0°C: 32°F=0°C . Закипает вода при 212°F и 100°C: 212°F=100°C .
Таким образом, на 180 градусов шкалы Фаренгейта приходится 100 градусов шкалы Цельсия (соотношение 9/5): 212°F-32°F=100°C-0°C.
Также следует учесть, что нулевая точка шкалы Цельсия соответствует 32-градусной точке шкалы Фаренгейта.
Учитывая вышеизложенные соответствия двух шкал, выводим формулу перевода температуры из одной шкалы в другую:
С = (5/9)·(F-32) F = (9/5)·C+32
Если решить данную систему уравнений, можно узнать, что -40°C = -40°F - это единственная температура, при которой значение обеих шкал совпадают.
Действуя аналогичным образом, связываем шкалы Кельвина и Фаренгейта:
F = (9/5)·(K-273,15)+32 = (9/5)K-459,67 K = (5/9)·(F+459,67)
Измерять температуру человечество научилось примерно 400 лет назад. Но первые приборы, напоминающие нынешние термометры, появились только в Х V III веке. Изобретателем первого градусника стал ученый Габриэль Фаренгейт. Всего в мире было изобретено несколько разных температурных шкал, одни из них были более популярны и используются до сих пор, другие постепенно вышли из употребления.
Температурные шкалы - это системы температурных значений, которые возможно сопоставить между собой. Так как температура не относится к величинам, подлежащим непосредственному измерению, то значение ее связывают с изменением температурного состояния какого-либо вещества (например, воды). На всех температурных шкалах, как правило, фиксируют две точки, соответствующие температурам перехода выбранного термометрического вещества в разные фазы. Это так называемые реперные точки. Примерами может служить точка закипания воды, точка твердения золота и т. п. Одну из точек принимают за начало отсчета. Интервал между ними делят на определенное количество равных отрезков, являющихся единичными. За единицу повсеместно принят один градус.
Наиболее популярные и получившие самое широкое распространение в мире шкалы температур - шкала Цельсия и Фаренгейта. Впрочем, рассмотрим по порядку имеющиеся шкалы и попробуем сравнить их с точки зрения удобства использования и практической пользы. Наиболее известных шкал пять:
1. Шкала Фаренгейта была изобретена Фаренгейтом, немецким ученым. В один из холодных зимних дней 1709 года ртуть в термометре ученого опустилась до очень низкой температуры, которую он предложил принять за нуль по новой шкале. Другой реперной точкой стала температура человеческого тела. Температурой замерзания воды по его шкале стали +32°, а температурой кипения +212°. Шкала Фаренгейта не является особенно продуманной и удобной. Ранее она широко применялась в в настоящее время - практически только в США.
2. По шкале Реомюра, изобретенной французским ученым Рене де Реомюром в 1731 году, нижней реперной точкой служит точка замерзания воды. Шкала основана на использовании спирта, который расширяется при нагревании, за градус была принята тысячная часть объема спирта в резервуаре и трубке при нуле. Сейчас эта шкала вышла из употребления.
3. По шкале Цельсия (предложена шведом в 1742 году) за нуль принята температура смеси льда и воды (температура, при которой тает лед), другая основная точка - температура, при которой вода закипает. Интервал между ними решено было поделить на 100 частей, и одна часть принята за единицу измерения - градус Цельсия. более рациональна, чем шкала Фаренгейта и шкала Реомюра, и сейчас используется повсеместно.
4. Шкала Кельвина изобретена в 1848 году лордом Кельвином (английский ученый У. Томсон). На ней нулевая точка соответствовала самой низкой возможной температуре, при которой прекращается движение молекул вещества. Это значение было теоретически вычислено при изучении свойств газов. По шкале Цельсия это значение соответствует приблизительно - 273°С, т. е. нуль по Цельсию равняется 273 К. Единицей измерения новой шкалы стал один кельвин (первоначально именовался «градус Кельвина»).
5. (по фамилии шотландского физика У. Ранкина) имеет тот же принцип, что у шкалы Кельвина, а размерность ту же, что шкала Фаренгейта. Эта система практически не получила распространения.
Значения температур, которые дает нам шкала Фаренгейта и Цельсия, могут быть легко переведены друг в друга. При переводе «в уме» (т. е. быстро, не пользуясь специальными таблицами) значений по Фаренгейту в градусы Цельсия нужно исходную цифру уменьшить на 32 единицы и умножить на 5/9. Наоборот (из шкалы Цельсия в Фаренгейта) - умножить исходное значение на 9/5 и добавить 32. Для сравнения: температура по Цельсию - 273,15 °, по Фаренгейту- 459,67°.
История
Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества - теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково - градусами.
Из того, что температура - это кинетическая энергия молекул, ясно, что наиболее естественно измерять её в энергетических единицах (т.е. в системе СИ в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах - градусах.
Шкала Кельвина
В термодинамике используется шкала Кельвина, в которой температура отсчитывается от абсолютного нуля (состояние, соответствующее минимальной теоретически возможной внутренней энергии тела), а один кельвин равен 1/273.16 расстояния от абсолютного нуля до тройной точки воды (состояния, при котором лёд, вода и водяной пар находятся в равновесии). Для пересчета кельвинов в энергетические единицы служит постоянная Больцмана. Используются также производные единицы: килокельвин, мегакельвин, милликельвин и т.д.
Шкала Цельсия
В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за −273,15 °C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. Ноль Цельсия - особая точка для метеорологии , поскольку замерзание атмосферной воды существенно всё меняет.
Шкала Фаренгейта
В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. В этой шкале на 100 градусов раздёлен интервал от температуры самой холодной зимы в городе, где жил Фаренгейт, до температуры человеческого тела. Ноль градусов Цельсия - это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.
В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F - 32), то есть изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °С. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724.
Шкала Реомюра
Предложенна в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр.
Единица - градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками - температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R)
1 °R = 1,25 °C.
В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.
|
Пересчёт температуры между основными шкалами |
|||
|
Кельвин |
Цельсий |
Фаренгейт |
|
|
Кельвин (K) |
С + 273,15 |
= (F + 459,67) / 1,8 |
|
|
Цельсий (°C) |
K − 273,15 |
= (F − 32) / 1,8 |
|
|
Фаренгейт (°F) |
K · 1,8 − 459,67 |
C · 1,8 + 32 |
|
Сравнение температурных шкал
|
Описание |
Кельвин | Цельсий |
Фаренгейт |
Ньютон | Реомюр |
|
Абсолютный ноль |
−273.15 |
−459.67 |
−90.14 |
−218.52 |
|
|
Температура таяния смеси Фаренгейта (соли и льда в равных количествах) |
255.37 |
−17.78 |
−5.87 |
−14.22 |
|
| Температура замерзания воды (нормальные условия) |
273.15 |
||||
|
Средняя температура человеческого тела ¹ |
310.0 |
36.8 |
98.2 |
12.21 |
29.6 |
|
Температура кипения воды (нормальные условия) |
373.15 |
||||
| Температура поверхности Солнца |
5800 |
5526 |
9980 |
1823 |
4421 |
¹ Нормальная температура человеческого тела - 36.6 °C ±0.7 °C, или 98.2 °F ±1.3 °F. Приводимое обычно значение 98.6 °F - это точное преобразование в шкалу Фаренгейта принятого в Германии в XIX веке значения 37 °C. Поскольку это значение не входит в диапазон нормальной температуры по современным представлениям, можно говорить, что оно содержит избыточную (неверную) точность. Некоторые значения в этой таблице были округлены.
Сопоставление шкал Фаренгейта и Цельсия
( o F - шкала Фаренгейта, o C - шкала Цельсия)
|
o F |
o C |
o F |
o C |
o F |
o C |
o F |
o C |
|||
|
459.67 |
273.15 |
60 |
51.1 |
4 |
20.0 |
20 |
6.7 |
Для перевода градусов цельсия в кельвины необходимо пользоваться формулой T=t+T 0 где T- температура в кельвинах, t- температура в градусах цельсия, T 0 =273.15 кельвина. По размеру градус Цельсия равен Кельвину.
Во всем мире для измерения температуры применяется шкала Цельсия, но есть некоторые страны, в которых до сих пор используют Фаренгейт.
К ним относится Англия и США. Эта шкала была полезной примерно 300 лет назад, но сейчас ее применение стало сложнее. Ведь для этого требуется делать перевод Фаренгейта в Цельсия и обратно.
Чтобы правильно перевести градусы Фаренгейта в Цельсия стоит рассмотреть специальную формулу.
Она бывает двух видов:
- °C = (°F – 32) /1,8. Из показателей шкалы Фаренгейта в показатели шкалы Цельсия.
- °F = 1,8°C + 32. Из показателей шкалы Цельсия в показатели шкалы Фаренгейта.
Согласно формулам, чтобы найти точный перевод Фаренгейта в Цельсия, требуется от исходного показателя шкалы Фаренгейт отнять 32 и разделить на 1,8.
Чтобы было понятно, стоит рассмотреть пример определения Цельсиев в 90 Фаренгейтах:
(90-32)/1,8, получается около 32,20С.
А вот формула нахождения Фаренгейтов в 25 Цельсиях производится обратно:
1,8*25+32=77 F0
Обратите внимание! Значение 1,8 считается равноценным показателем разницы температур в 10С.
Из этого следует, что разница в один градус по Цельсию будет тем же самым, что и разница в 1,8 градуса по Фаренгейту.
Как переводить температуру тела человека
По шкале Цельсия температура человека в норме составляет 36,60С.
Эти данные следует подставить в формулу и получаем:
1,8*36,6+32=97,88. Полученный показатель близок к значению 100. Если Фаренгейт за нормальную температуру брал значение 37, то выходит так: 1,8*37+32=98,6. Все равно выходит меньше 1000.
Еще более простой способ перевода, однако, менее точный – показатели температуры по шкале Цельсия умножить на 2 и прибавить 30.
Если рассматривать на примере показатель в 23° C, то получится: 23*2 + 30=76°F.
Как можно наблюдать из прошлого примера, погрешность составляет 2°F, поэтому данный способ может предоставить примерные сведения.
Производя расчеты, наоборот – из Фаренгейта в Цельсия, нужно применить обратную формулу: (76-30)/2 = 23°C.
Соотношение градусов
В качестве показательных соотношений двух шкал измерения температуры можно взять за основу стандартные величины температур – кипения воды, таяния льда, норма температуры тела здорового человека.
По Цельсию они будут – 1000, 00, 36,60 или 370. А по шкале Фаренгейта данные показатели будут уже другими — 2120, 320 и приблизительно 980.
Ключевым понятием в измерении температур является абсолютный ноль – это теоретическое значение, которое является точкой отсчета и эталоном для использования любых систем.
Эта величина характеризуется отсутствием движения частиц материи. В соотношении Цельсия и Фаренгейта это показатели равные -273,15 и -459,67 градуса.
Шкала отличий между измерениями в таблице
Чтобы понять, чем отличается шкала Фаренгейт от шкалы Цельсия стоит рассмотреть соотношение величин.
Таблица с показателями поможет сделать пересчет и определить отличие между градусами:
Если рассматривать две шкалы, то можно отметить, что шкала Цельсия будет впереди. Это говорит даже, то, что ее используют во всех странах по всему миру. Это объясняется ее простотой и точностью.
Чтобы понять, в чем состоит разница, стоит обратить внимание на некоторые особенности:
- Шкала Фаренгейта имеет нижнюю отметку, равную температуре плавления льда и нашатырного спирта.
Наименьший показатель шкалы Цельсия является температура таяния льда и замерзания воды.
- Числовые показатели по шкале Фаренгейта от 1 до 100 градусов равнозначны значениям шкалы Цельсия от -18 до 38 градусов.
- Градус Фаренгейта, также как Кельвина, относится к устаревшим единицам измерения.
Ее привыкли применять в теплых странах, где нет сильных перепадов температуры, и термометры не показывают отрицательные значения.
А вот шкала Цельсия способна точно показывать самые низкие минусовые показатели, поэтому ее применяют для измерения температуры у людей и животных.
- Показатель 320F равен 00С, поэтому шкала Цельсия наиболее удобная для восприятия.
- Температура отношения горения бумаги составляет 451 градус по Цельсию.
Раннее в 1953 году писатель Рэй Брэдбери создал роман «451 градус по Фаренгейту», но он ошибся, потому что воспламенение бумаги происходит при 451 градусе по Цельсию, но не по Фаренгейту.
Интересно! В Британии, описывая температуру, применяется и Цельсий и Фаренгейт, разница между ними указывается в таблице перевода.
Также у них принято указывать отрицательные температуры в градусах Цельсия, а положительные – по Фаренгейту.
Сколько равен ноль градусов Цельсия по Фаренгейту
Сколько равен ноль градусов Цельсия по Фаренгейту? Как было сказано выше точка замерзания воды и таяния льда по Фаренгейту равна 320. Из этого следует 00С = 320F.
Шкала Фаренгейта необычна. Так, точка таяния льда на ней равна +32°F, в то время как точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении — +212°F.
И если на шкале Цельсия за 0 градусов принимается температура замерзания чистой воды, то Фаренгейт использовал не воду, а смесь воды, нашатыря и соли в отношении 1:1:1.
Для многих шкала Фаренгейт является непонятной и сложной. Конечно, ведь на ней градусы указаны совсем по-другому, непривычно.
А перевод, сравнение может отнять много времени, да и не всегда он может быть точен.
По этой причине примерно в конце 60-х, 70-х годов от нее полностью отказались многие страны, и перешли на измерение температуры по шкале Цельсия.
Полезное видео
Загрузка...
