Открытия и гипотезы, 2014 №12 - [2]
Существуют различные виды температурных измерителей: Жидкостные термометры, описанные выше, основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды.
В связи с запретом применения ртути во многих областях деятельности ведется поиск альтернативных наполнений для бытовых термометров. Например, такой заменой может быть сплав галинстан (68,5 % галлия, 21,5 % индия и 10 % олова).
Принцип работы электрических термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды. Электрические термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры).
Механические термометры действуют по принципу расширения или сжатия металлической или биметаллической спирали.
Оптические термометры позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров при изменении температуры. Например, широко распространены инфракрасные измерители температуры тела.
В процессе исследования теплоты члены Парижской «Академии опытов», желая доказать, что все тела расширяются при нагревании, предложили опыт, который и сейчас повторяется в школах и известен как «кольцо Гравезанда», но вместо шара, который в холодном состоянии может пройти сквозь кольцо, а в горячем не проходит, члены Академии применяли цилиндр. Они показали также, что тепловое расширение жидкостей больше, чем твердых тел, и имели ясное понятие о теплоемкости.
Иметь термометр и понимать, что он показывает это разные вещи. Поэтому одновременно с изобретением разных типов термометров видоизменялись и температурные шкалы.
Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина.
Используемые в быту температурные шкалы не являются абсолютными и поэтому неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды, из-за чего температуру приходится выражать отрицательным числом. Шкала Кельвина лишена этого недостатка.
Температуре замерзания воды при стандартном атмосферном давлении соответствуют 273,15 К или 0 °C или 32 F.
Масштаб шкалы Кельвина привязан к тройной точке воды, при этом от неё зависит постоянная Больцмана. Это создаёт проблемы с точностью интерпретации измерений высоких температур. Сейчас Международное бюро мер и весов рассматривает возможность перехода к новому определению кельвина, основанному на фиксации численного значения постоянной Больцмана, вместо привязки к температуре тройной точки замерзания воды.
Температуры абсолютного нуля достичь невозможно. Наиболее низкая температура (450±80)∙10>-12К конденсата Бозе-Эйнштейна атомов натрия была получена в 2003 г. исследователями из МТИ.
В 1954 году X Генеральная конференция по мерам и весам установила термодинамическую температурную шкалу с тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °C, так что по шкале Цельсия абсолютному нулю соответствует температура — 273,15 С.
В 1742 году шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий разработал новую температурную шкалу. Первоначально в ней за ноль была принята точка кипения воды, а за 100 °C — температура замерзания воды (точка плавления льда). Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники — ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер — использовали эту шкалу в перевёрнутом виде (за 0 °C стали принимать температуру таяния льда, а за 100 °C — кипения воды). В таком виде шкала и используется до нашего времени.
В настоящее время в системе СИ термодинамическую шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: t(°C) = Т(К) — 273,15 (точно), т. е. цена одного деления в шкале Цельсия равна цене деления шкалы Кельвина. По шкале Цельсия температура тройной точки воды равна приблизительно 0.01 С, и, следовательно, точка замерзания воды при давлении в 1 атм очень близка к 0 С.
Что касается температуры кипения воды то, если быть точным, температура кипения при нормальном атмосферном давлении в термодинамической шкале Цельсия составляет около 99,975 С.
Шкала очень удобна с практической точки зрения, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь.
Тройная точка воды — строго определенные значения температуры и давления, при которых вода может одновременно и равновесно существовать в виде трёх фаз — в твердом, жидком и газообразном состояниях.
Среднегодовая температура по всему миру.
Габриэль Даниэль Фаренгейт изготовлял ртутные и спиртовые термометры той формы, которая применяется и сейчас. Успех его термометров следует искать во введенном им новом методе очищения ртути; кроме того, перед запаиванием он кипятил жидкость в трубке. Его термометрическая шкала во втором варианте, принятом с 1714 г.) имела три фиксированные точки: 0° соответствовал температуре смеси воды, льда и нашатыря, 96° — температуре тела здорового человека (под мышкой или во рту). В качестве контрольной температуры для сверки различных термометров было принято значение 32° для точки таяния льда.
