Историята на термометъра. Доклад: Температурни везни и термометри

СЪДЪРЖАНИЕ:   ДОКЛАД ЗА ФИЗИКА: ТЕМПЕРАТУРНИ СКАЛИ, ТЕРМОМЕТРИ И ТЕХНИТЕ ИЗТОЧНИЦИ Температурни скали. Има няколко градуирани температурни скали, а точките на замръзване и кипене на водата обикновено се приемат за отправни точки. Сега най-често срещаната в света е по Целзий. През 1742 г. шведският астроном Андерс Целзий предложи 100-градусова термометърна скала, в която точката на кипене на водата при нормално атмосферно налягане се приема за 0 градуса, а разтопяването на леда е 100 градуса.

ФИЗИЧЕСКИ ДОКЛАД

ТЕМПЕРАТУРНИ СКАЛИ, ТЕРМОМЕТРИ

И ТЕХНИТЕ ИЗТОЧНИЦИ

Температурни везни. Има няколко градуирани температурни скали, а точките на замръзване и кипене на водата обикновено се приемат за отправни точки. Сега най-често срещаната в света е по Целзий. През 1742 г. шведският астроном Андерс Целзий предложи 100-градусова термометърна скала, в която точката на кипене на водата при нормално атмосферно налягане се приема за 0 градуса, а разтопяването на леда е 100 градуса. Делението на мащаба е 1/100 от тази разлика. Когато започнаха да използват термометри, се оказа, че е по-удобно да сменяте 0 и 100 градуса. Може би Карл Лини е взел участие в това (той преподава медицина и естествени науки в същия университет в Упсала, където Целзий е астрономия), който през 1838 г. предлага температурата на топене на леда да се приема при 0 ° С, но като че ли не е помислила за втората референтна точка. Към днешна дата скалата на Целзий се е променила до известна степен: температурата на топене на леда при нормално налягане, която не зависи много от налягането, все още се приема за 0 ° С. Но точката на кипене на водата при атмосферно налягане сега е 99,975 ° C, което не влияе върху точността на измерване на почти всички термометри, с изключение на специалните прецизни термометри. Известни са също температурните скали на Фаренхайт, Келвин, Реаумюр и др. Температурната скала на Фаренхайт (във втория вариант, приет след 1714 г.) има три неподвижни точки: 0 ° съответства на температурата на вода, лед и амоняк, 96 ° - телесната температура на здравия човек ( под ръката или устата). Като референтна температура за проверка на различни термометри, беше взета стойност от 32 ° за точката на топене на леда. Скалата на Фаренхайт е широко разпространена в англоговорящите страни, но почти не се използва в научната литература. За превръщане на температурата на Целзий ()С) в температура на Фаренхайт (температуриF), има формула =F = (9/5) +C + 32, а за обратен превод - формулата C = (5/9) (F) 32). И двете скали, както по Фаренхайт, така и по Целзий, са много неудобни при провеждане на експерименти при условия, при които температурата пада под точката на замръзване на водата и се изразява с отрицателно число. За такива случаи са въведени абсолютни температурни скали, които се основават на екстраполация на така наречената абсолютна нула - точката, в която молекулярното движение трябва да спре. Една от тях се нарича скала на Ранкин, а другата е абсолютната термодинамична скала; температурата се измерва в градуси ранкин (Rа) и келвин (К). И двете скали започват при абсолютна нулева температура, а точката на замръзване на водата съответства на 491,7 R и 273,16 K. Броят на градусите и келвините между точката на замръзване и точката на кипене на водата по скалата на Целзий и абсолютната термодинамична скала са еднакви и равни на 100; за скалите на Фаренхайт и Ранкин също е същото, но то е 180. Градусите по Целзий се превръщат в Келвин с помощта на формулата К = С + 273.16, а градусите по Фаренхайт се конвертират в градуси Ранкин с помощта на формулата =R = F + 459.7. В Европа скалата Реаумър, въведена през 1730 г. от Рене Антоан дьо Реамюр, се разпространява дълго време. Тя не е построена произволно, като скалата на Фаренхайт, а в съответствие с термичното разширение на алкохола (в съотношение 1000: 1080). 1 степен Reaumur е равен на 1/80 от температурния интервал между точките на топене на лед (0 ° R) и кипяща вода (80 ° R), т.е. 1 ° R = 1,25 ° C, 1 ° C = 0,8 ° R. в момента не се използва.

След въвеждането на Международната система от единици (SI) се препоръчват две температурни скали. Първата скала е термодинамична, която не зависи от свойствата на използваното вещество (работна среда) и се въвежда през цикъла на Карно. Единицата за температура в тази температурна скала е един келвин (1 K) - една от основните единици в системата SI. Тази единица е кръстена на английския физик Уилям Томсън (лорд Келвин), който разработи тази скала и поддържаше единицата за измерване на температурата същата като на температурната скала на Целзий. Втората препоръчвана температурна скала е международна практическа. Тази скала има 11 референтни точки - температурите на фазовите преходи на редица чисти вещества, а стойностите на тези температурни точки постоянно се усъвършенстват. Единицата за измерване на температурата в международен практически мащаб също е 1 K.

Понастоящем основната отправна точка както на термодинамичната скала, така и на международната практическа скала на температурата е тройната точка на водата. Тази точка съответства на строго определени стойности на температура и налягане, при които водата може да съществува едновременно в твърди, течни и газообразни състояния. Освен това, ако състоянието на термодинамичната система се определя само от стойностите на температурата и налягането, то тройната точка може да бъде само една. При системата SI температурата на тройната точка на водата се приема за 273,16 К при налягане 609 Ра.

В допълнение към определянето на референтните точки, определени от температурния стандарт, е необходимо да се избере термодинамичното свойство на тялото, описано от физическа величина, чиято промяна е знак за промяна на температурата или термометричен знак. Това свойство трябва да бъде сравнително лесно възпроизводимо, а физическата - лесно измерена. Измерването на посочената физическа величина позволява да се получи набор от температурни точки (и съответните температурни стойности), междинни по отношение на референтните точки.

Съотношението на температурната скала по Фаренхайт и Целзий

мащаб по Целзий

Точка на кипене 212 ° 100 °

32 ° 0 ° точка на замръзване

Температура на абсолютната нула -459.67 ° -273.15 °

Когато конвертирате от Фаренхайт на Целзий, извадете 32 от първоначалния номер и го умножете по 5/9.

Когато се конвертира от Целзий в Фаренхайт, първоначалният номер се умножава по 9/5 и се добавя 32.

Термометри. Немски Габриел Даниел Фаренхайт направи решаващ принос за развитието на дизайна на термометрите. През 1709 той изобретява алкохолен термометър, а през 1714 г. - живачен термометър. Той им даде същата форма, която се прилага и сега. Успехът на неговите термометри трябва да се търси в новия метод за пречистване на въведения от него живак; Освен това, преди запояване, той свари течността в тръбата.

Rene Antoine de Reaumur не одобрява използването на живак в термометрите поради ниския коефициент на разширяване на живака. През 1730 г. той предлага да се използва и алкохол в термометри. През 1731 г. той изобретява водо-алкохолен термометър. И тъй като Реомур установи, че използваният от него алкохол, смесен в съотношение 5: 1 с вода, се разширява в съотношение 1000: 1080, когато температурата се променя от замръзване до точка на кипене на вода, и предлага скала от 0 до 80 °.

Учените. Андерс Целзий. Андерс Целсий е роден на 27 ноември 1701 г. в Швеция. Областите му на интерес: астрономия, обща физика, геофизика.

Той преподава астрономия в университета в Упсала, основава астрономическа обсерватория там.

Целзий първо измерва яркостта на звездите, установява връзката между северните светлини и вибрациите в магнитното поле на Земята.

Той участва в експедицията на Лапландия от 1736-1737 г., за да измерва меридиана. След завръщането си от полярните региони, Целзий започва активна работа по организацията и изграждането на астрономическата обсерватория в Упсала, а през 1740 г. става директор. Андерс Целзий починал на 25 март 1744 година.

Минералът, наречен Celsins, е кръстен на него - вид бариев фелдшпат.

Габриел Фаренхайт. Даниел Габриел Фаренхайт (1686–1736) - немски физик. Роден на 24 май 1686 г. в Данциг (сега Гданск, Полша). Учи физика в Германия, Холандия и Англия. Почти през целия си живот живее в Холандия, където се занимава с производството на точни метеорологични инструменти. През 1709 той прави алкохол, през 1714 г. - живачен термометър, използвайки нов метод за пречистване на живак. За живачен термометър Фаренхайт е построил скала с три референтни точки: 0 ° съответства на температурата на водата - лед - амоняк, 96 ° на телесната температура на здравия човек и 32 ° за точката на топене на леда е взета като референтна температура. Температурата на кипене на чиста вода по скалата на Фаренхайт е 212 °. Мащабът по Фаренхайт се използва в много англоговорящи страни, въпреки че постепенно отстъпва на скалата на Целзий. В допълнение към производството на термометри, Фаренхайт се занимава с подобряването на барометрите и хигрометрите. Той също така изследва зависимостта на промяната в точката на кипене на течност от атмосферното налягане и съдържанието на сол в нея, открива феномена на свръхохлаждане на водата и съставя таблиците на специфичните тежести на телата. Фаренхайт умира в Хага на 16 септември 1736 година.

Рене Реумър. Рене Антоан дьо Реаумюр (Rene Antoin de Reaumur) е роден на 28 февруари 1683 г. в Ла Рошел, френски натуралист, чуждестранен почетен член на Санкт Петербургската академия на науките (1737). Работи по регенерация, физиология, биология на колонии от насекоми. Той предложи температурна скала, наречена на негово име. Той усъвършенства някои методи за получаване на стомана, един от първите опити за научно обосноваване на някои от процесите на леене, той пише творбата „Изкуството да трансформира желязото в стомана”. Той стигна до ценно заключение, че желязото, стоманата, чугунът, се различават по количеството на някои примеси и чрез добавяне на тази смес към желязото, чрез циментиране или сливане с желязо Reomur получава стомана. През 1814 г. K. Careten доказва, че въглеродът е примес.

Reaumur даде метод за производство на матирано стъкло.

Днес паметта свързва неговото име само с изобретяването на отдавна използвана температурна скала. Всъщност Рене Антоан Фершант де Реумюр, който е живял през 1683-1757, главно в Париж, е принадлежал на онези учени, чиято универсалност в нашето време - време на тясна специализация - е трудно да си представим. Reaumur е едновременно техник, физик и натуралист. Той спечели голяма слава извън Франция като ентомолог. В последните години от живота си Реамур стигна до идеята, че търсенето на тайнствената трансформираща сила трябва да се извършва в местата, където неговото проявление е най-очевидно - когато се трансформира храната в тялото, т.е. с нейната асимилация.

Уилям Ранкин. Уилям Джон Маккуарн Ранкин (Уилям Джон Ранкин) (1820-72), шотландски инженер и физик, един от създателите на техническата термодинамика. Той предлага теоретичен цикъл на парния двигател (цикъл на Ранкин), температурна скала (скала на Ранкин), чиято нула съвпада с нулевата термодинамична температура, а в размер 1 градус R. (° R) е 5/9 K (скалата не е широко разпространена).

ФИЗИЧЕСКИ ДОКЛАД

ТЕМПЕРАТУРНИ СКАЛИ, ТЕРМОМЕТРИ

И ТЕХНИТЕ ИЗТОЧНИЦИ

Температурни везни. Има няколко градуирани температурни скали, а точките на замръзване и кипене на водата обикновено се приемат за отправни точки. Сега най-често срещаната в света е по Целзий. През 1742 г. шведският астроном Андерс Целзий предложи 100-градусова термометърна скала, в която точката на кипене на водата при нормално атмосферно налягане се приема за 0 градуса, а разтопяването на леда е 100 градуса. Делението на мащаба е 1/100 от тази разлика. Когато започнаха да използват термометри, се оказа, че е по-удобно да сменяте 0 и 100 градуса. Може би Карл Лини е взел участие в това (той преподава медицина и естествени науки в същия университет в Упсала, където Целзий е астрономия), който през 1838 г. предлага температурата на топене на леда да се приема при 0 ° С, но като че ли не е помислила за втората референтна точка. Към днешна дата скалата на Целзий се е променила до известна степен: температурата на топене на леда при нормално налягане, която не зависи много от налягането, все още се приема за 0 ° С. Но точката на кипене на водата при атмосферно налягане сега е 99,975 ° C, което не влияе върху точността на измерване на почти всички термометри, с изключение на специалните прецизни термометри. Известни са също температурните скали на Фаренхайт, Келвин, Реаумюр и др. Температурната скала на Фаренхайт (във втория вариант, приет след 1714 г.) има три неподвижни точки: 0 ° съответства на температурата на вода, лед и амоняк, 96 ° - телесната температура на здравия човек ( под ръката или устата). Като референтна температура за проверка на различни термометри, беше взета стойност от 32 ° за точката на топене на леда. Скалата на Фаренхайт е широко разпространена в англоговорящите страни, но почти не се използва в научната литература. За превръщане на температурата на Целзий ()С) в температура на Фаренхайт (температуриF), има формула =F = (9/5) +C + 32, а за обратен превод - формулата C = (5/9) (F) 32). И двете скали, както по Фаренхайт, така и по Целзий, са много неудобни при провеждане на експерименти при условия, при които температурата пада под точката на замръзване на водата и се изразява с отрицателно число. За такива случаи са въведени абсолютни температурни скали, които се основават на екстраполация на така наречената абсолютна нула - точката, в която молекулярното движение трябва да спре. Една от тях се нарича скала на Ранкин, а другата е абсолютната термодинамична скала; температурата се измерва в градуси ранкин (Rа) и келвин (К). И двете скали започват при абсолютна нулева температура, а точката на замръзване на водата съответства на 491,7 R и 273,16 K. Броят на градусите и келвините между точката на замръзване и точката на кипене на водата по скалата на Целзий и абсолютната термодинамична скала са еднакви и равни на 100; за скалите на Фаренхайт и Ранкин също е същото, но то е 180. Градусите по Целзий се превръщат в Келвин с помощта на формулата К = С + 273.16, а градусите по Фаренхайт се конвертират в градуси Ранкин с помощта на формулата =R = F + 459.7. В Европа скалата Реаумър, въведена през 1730 г. от Рене Антоан дьо Реамюр, се разпространява дълго време. Тя не е построена произволно, като скалата на Фаренхайт, а в съответствие с термичното разширение на алкохола (в съотношение 1000: 1080). 1 степен Reaumur е равен на 1/80 от температурния интервал между точките на топене на лед (0 ° R) и кипяща вода (80 ° R), т.е. 1 ° R = 1,25 ° C, 1 ° C = 0,8 ° R. в момента не се използва.

След въвеждането на Международната система от единици (SI) се препоръчват две температурни скали. Първата скала е термодинамична, която не зависи от свойствата на използваното вещество (работна среда) и се въвежда през цикъла на Карно. Единицата за температура в тази температурна скала е един келвин (1 K) - една от основните единици в системата SI. Тази единица е кръстена на английския физик Уилям Томсън (лорд Келвин), който разработи тази скала и поддържаше единицата за измерване на температурата същата като на температурната скала на Целзий. Втората препоръчвана температурна скала е международна практическа. Тази скала има 11 референтни точки - температурите на фазовите преходи на редица чисти вещества, а стойностите на тези температурни точки постоянно се усъвършенстват. Единицата за измерване на температурата в международен практически мащаб също е 1 K.

Понастоящем основната отправна точка както на термодинамичната скала, така и на международната практическа скала на температурата е тройната точка на водата. Тази точка съответства на строго определени стойности на температура и налягане, при които водата може да съществува едновременно в твърди, течни и газообразни състояния. Освен това, ако състоянието на термодинамичната система се определя само от стойностите на температурата и налягането, то тройната точка може да бъде само една. При системата SI температурата на тройната точка на водата се приема за 273,16 К при налягане 609 Ра.

В допълнение към определянето на референтните точки, определени от температурния стандарт, е необходимо да се избере термодинамичното свойство на тялото, описано от физическа величина, чиято промяна е знак за промяна на температурата или термометричен знак. Това свойство трябва да бъде сравнително лесно възпроизводимо, а физическата - лесно измерена. Измерването на посочената физическа величина позволява да се получи набор от температурни точки (и съответните температурни стойности), междинни по отношение на референтните точки.

Съотношението на температурната скала по Фаренхайт и Целзий

мащаб по Целзий

Точка на кипене 212 ° 100 °

32 ° 0 ° точка на замръзване

Температура на абсолютната нула -459.67 ° -273.15 °

Когато конвертирате от Фаренхайт на Целзий, извадете 32 от първоначалния номер и го умножете по 5/9.

Когато се конвертира от Целзий в Фаренхайт, първоначалният номер се умножава по 9/5 и се добавя 32.

Термометри. Немски Габриел Даниел Фаренхайт направи решаващ принос за развитието на дизайна на термометрите. През 1709 той изобретява алкохолен термометър, а през 1714 г. - живачен термометър. Той им даде същата форма, която се прилага и сега. Успехът на неговите термометри трябва да се търси в новия метод за пречистване на въведения от него живак; Освен това, преди запояване, той свари течността в тръбата.

Rene Antoine de Reaumur не одобрява използването на живак в термометрите поради ниския коефициент на разширяване на живака. През 1730 г. той предлага да се използва и алкохол в термометри. През 1731 г. той изобретява водо-алкохолен термометър. И тъй като Реомур установи, че използваният от него алкохол, смесен в съотношение 5: 1 с вода, се разширява в съотношение 1000: 1080, когато температурата се променя от замръзване до точка на кипене на вода, и предлага скала от 0 до 80 °.

Учените. Андерс Целзий. Андерс Целсий е роден на 27 ноември 1701 г. в Швеция. Областите му на интерес: астрономия, обща физика, геофизика.

Той преподава астрономия в университета в Упсала, основава астрономическа обсерватория там.

Целзий първо измерва яркостта на звездите, установява връзката между северните светлини и вибрациите в магнитното поле на Земята.

Той участва в експедицията на Лапландия от 1736-1737 г., за да измерва меридиана. След завръщането си от полярните региони, Целзий започва активна работа по организацията и изграждането на астрономическата обсерватория в Упсала, а през 1740 г. става директор. Андерс Целзий починал на 25 март 1744 година.

Минералът, наречен Celsins, е кръстен на него - вид бариев фелдшпат.

Габриел Фаренхайт. Даниел Габриел Фаренхайт (1686–1736) - немски физик. Роден на 24 май 1686 г. в Данциг (сега Гданск, Полша). Учи физика в Германия, Холандия и Англия. Почти през целия си живот живее в Холандия, където се занимава с производството на точни метеорологични инструменти. През 1709 той прави алкохол, през 1714 г. - живачен термометър, използвайки нов метод за пречистване на живак. За живачен термометър Фаренхайт е построил скала с три референтни точки: 0 ° съответства на температурата на водата - лед - амоняк, 96 ° на телесната температура на здравия човек и 32 ° за точката на топене на леда е взета като референтна температура. Температурата на кипене на чиста вода по скалата на Фаренхайт е 212 °. Мащабът по Фаренхайт се използва в много англоговорящи страни, въпреки че постепенно отстъпва на скалата на Целзий. В допълнение към производството на термометри, Фаренхайт се занимава с подобряването на барометрите и хигрометрите. Той също така изследва зависимостта на промяната в точката на кипене на течност от атмосферното налягане и съдържанието на сол в нея, открива феномена на свръхохлаждане на водата и съставя таблиците на специфичните тежести на телата. Фаренхайт умира в Хага на 16 септември 1736 година.

Рене Реумър. Рене Антоан дьо Реаумюр (Rene Antoin de Reaumur) е роден на 28 февруари 1683 г. в Ла Рошел, френски натуралист, чуждестранен почетен член на Санкт Петербургската академия на науките (1737). Работи по регенерация, физиология, биология на колонии от насекоми. Той предложи температурна скала, наречена на негово име. Той подобри някои методи за подготовка на стоманата, един от първите опити за научно обосноваване на някои от процесите на леене, той е написал творбата „Изкуството да трансформира желязото в стомана”. Той стигна до ценно заключение, че желязото, стоманата, чугунът, се различават по количеството на някои примеси и чрез добавяне на тази смес към желязото, чрез циментиране или сливане с желязо Reomur получава стомана. През 1814 г. K. Careten доказва, че въглеродът е примес.

Reaumur даде метод за производство на матирано стъкло.

Днес паметта свързва неговото име само с изобретяването на отдавна използвана температурна скала. Всъщност Рене Антоан Фершант де Реумюр, който е живял през 1683-1757, главно в Париж, е принадлежал на онези учени, чиято универсалност в нашето време - време на тясна специализация - е трудно да си представим. Reaumur е едновременно техник, физик и натуралист. Той спечели голяма слава извън Франция като ентомолог. В последните години от живота си Реамур стигна до идеята, че търсенето на тайнствената трансформираща сила трябва да се извършва в местата, където неговото проявление е най-очевидно - когато се трансформира храната в тялото, т.е. с нейната асимилация.

Уилям Ранкин. Уилям Джон Маккуарн Ранкин (Уилям Джон Ранкин) (1820-72), шотландски инженер и физик, един от създателите на техническата термодинамика. Той предлага теоретичен цикъл на парния двигател (цикъл на Ранкин), температурна скала (скала на Ранкин), чиято нула съвпада с нулевата термодинамична температура, а в размер 1 градус R. (° R) е 5/9 K (скалата не е широко разпространена).