3.2: Температурні шкали I

Last updated
Save as PDF

Page ID: 76394

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

У повсякденній практиці ми використовуємо або шкали температури за Цельсієм, або за Фаренгейтом, залежно від того, до чого ми звикли, або моди дня, або того, що наш уряд говорить нам, що ми повинні використовувати. За шкалою Фаренгейта температура замерзання води становить 32 ^o F, а температура кипіння - 212 ^o F, так що між двома фіксованими точками є 180 F ^o. За шкалою Цельсія температура замерзання води становить 0 ^o C, а температура кипіння - 100 ^o C, так що між двома фіксованими точками є 100° C ^o. (Коли Цельсій спочатку ввів свою шкалу, він встановив температуру окропу як 0, а температуру танення льоду - 100. Це було скасовано протягом декількох років!) Шкала Цельсія раніше називалася «шкалою» за Цельсієм, але, імовірно, будь-яка шкала зі 100 градусами між двома фіксованими точками може називатися шкалою за Цельсієм, тому ми тепер називаємо її (або повинні називати її) шкалою Цельсія.

Конверсія, очевидно,

\[ \text{F} = 1.8 \text{C} + 32\]

\[ \text{C} = \frac{ \text{F} - 32}{1.8} = \frac{5}{9}( \text{F} - 32).\]

Зверніть увагу, що «температура стільки градусів за шкалою Фаренгейта» записується ^o F, а «температура стільки градусів за шкалою Цельсія» записується ^o C; тоді як «інтервал температури стільки градусів Фаренгейта» пишеться F ^o і «температура інтервал стільки градусів Цельсія» написано C ^o. У будь-якому випадку символ градусів (^o) є обов'язковим.

У науковій роботі ми зазвичай використовуємо температурну шкалу Кельвіна. Дві фіксовані точки на шкалі Кельвіна - це абсолютний нуль температури, якому присвоюється температура 0 К, і потрійна точка системи вода-лід-пара, якій присвоюється температура 273,16 К. Таким чином, можна обґрунтовано сказати, що шкала Кельвіна не є шкалою за Цельсієм, оскільки вона не мають 100 градусів між двома фіксованими точками. Однак розмір градуса за шкалою Кельвіна майже точно такий же, як і розмір градуса Цельсія, тому що абсолютний нуль температури становить близько —273,15 ^o С, а температура потрійної точки - близько 0,01 ^о С. Визначення шкали Кельвіна, однак, не дає згадати шкалу Цельсія, і тому, хоча розмір градусів приблизно однаковий на обох шкалах, це не властиво визначенню. Можна міркувати про те, що може статися в далекому майбутньому, якщо люди більше не використовують шкалу Цельсія, і вона повністю забута. Тоді люди будуть дивуватися, що змусило нас розділити шкалу Кельвіна на 273,16 поділів між двома фіксованими точками!

Було б недостатньо добре визначити верхню фіксовану точку шкали Кельвіна як температуру «танення льоду», оскільки це залежить від тиску. Потрійна точка - це температура, при якій лід, вода і пар знаходяться в рівновазі, і виникає вона при температурі близько 0,01 ^о С і рівно 273,16 К, і тиску близько 610,6 Па.

Шкала Кельвіна починається з нуля при найнижчій мислимій температурі. Кельвін (K) тому розглядається як одиниця температури, так само, як метр розглядається як одиниця довжини, або кілограм як одиниця маси. Тому один не говорить про температуру стільки «градусів Кельвіна», більше, ніж можна було б говорити про довжину стільки «градусів метр» або масу стільки «градусів кілограм». Тому при використанні шкали Кельвіна ми говоримо просто про температуру «280 кельвінів» або «280 К». Ми не використовуємо слово «ступінь», а також не використовуємо символ ^o.

У Британській інженерній системі агрегатів, яка використовується виключно в США і ніколи не використовувалася в Британії, використовується шкала Ренкіна. Нижня фіксована точка - абсолютний нуль температури, і їй присвоюється температура 0 R, а розмір Ренкіна дорівнює розміру градуса Фаренгейта. Танення льоду при 0 ^о С має температуру 459,67 Р, а потрійна точка має температуру 459,688 Р.

Я сумніваюся, чи шкала Реомюра використовувалася десь за останні 50 років, але вона, ймовірно, використовувалася в останніх 100. Це було танення льоду при 0 o R і пара при 80 ^o R. Я згадую це лише для того, щоб вказати, що якщо ви бачите температуру, задану стільки ^o R, ви можете не знати, чи призначена шкала Ренкіна чи Реомюра! (Строго, °R означало б градуси Реомюра, тоді як R означало б ранкіни - але чи можете ви довіряти цьому?)

У цих примітках шкала Кельвіна буде шкалою, яка зазвичай використовується. Може бути випадкове використання шкали Цельсія, але ми не будемо використовувати шкали Фаренгейта, Ренкіна або Реомюра.