Температурна шкала Фаренгейта, Цельсія, Кельвіна
Найвідомішими на даний момент температурними шкалами є шкали Фаренгейта, Цельсія і Кельвіна.
Температурна шкала Фаренгейта
Даніель Габріель Фаренгейт свою шкалу винайшов у 18 столітті, займаючись виготовленням термометрів в Амстердамі. За нульову точку температури Фаренгейт взяв температуру замороженого розчину солі, який тоді використовувався для отримання низьких температур в лабораторних умовах. Значення в 32°F німецький фізик встановив для температури плавлення льоду та заморожування води (при підвищенні та зниженні температури відповідно). Відповідно до отриманої шкали, температура закипання води дорівнює 212°F.
Температурна шкала Фаренгейта найпопулярніша у США. Вимірюється температура в градусах Фаренгейта, наприклад, 48,2°F (сорок вісім і два градуси за Фаренгейтом), символ F вказує, що використовується шкала Фаренгейта.
Температурна шкала Цельсія
У тому ж 18 столітті шведський вчений Андерс Цельсій винайшов свою температурну шкалу, в основі якої лежить температура замерзання (0°C) та закипання (100°C) чистої води за нормального атмосферного тиску.
Європейці звикли до температурної шкали Цельсія, яка вимірює температуру також у градусах, наприклад, 48,2°C (сорок вісім і два градуси за Цельсієм), символ С показує, що використовується шкала Цельсія.
Температурна шкала Кельвіна
Шкала Кельвіна була винайдена у 19 столітті британським ученим Вільямом Томсоном, який згодом отримав почесний титул барона Кельвіна. В основі своєї температурної шкали Томсон поклав поняття абсолютного нуля. Пізніше шкала Кельвіна стала основною у фізиці, і зараз через неї визначаються системи Фаренгейта та Цельсія.
Вченим звичніше оперувати з температурною шкалою Кельвіна. До 1968 року кельвін офіційно іменувався градусом Кельвіна, потім було прийнято рішення назвати значення температури, виміряної за шкалою Кельвіна, просто в кельвінах (без градусів), наприклад, 48,2 К (сорок вісім і два кельвіни).
Що таке температура
За своєю суттю температура будь-якого об’єкта характеризує міру руху його молекул – що швидше рухаються молекули, то вище температура об’єкта, і навпаки. Чим нижча температура, тим молекули рухаються повільніше. При абсолютному нулі (0 К) молекули зупиняються (чого в природі не може бути). З цієї причини досягти температури абсолютного нуля або ще нижчих температур неможливо.
Як пов’язані між собою температурні шкали
Слід сказати, що градуювання шкал Кельвіна і Цельсія збігаються (один градус Цельсія дорівнює одному кельвіну). При цьому: 0 К = -273,15°C.
Таким чином, зв’язати температурні шкали Кельвіна та Цельсія дуже просто:
Спробуємо зв’язати шкали Цельсія та Фаренгейта.
- Вода замерзає при 32°F та 0°C: 32°F=0°C.
- Закипає вода при 212°F та 100°C: 212°F=100°C.
Таким чином, на 180 градусів шкали Фаренгейта припадає 100 градусів шкали Цельсія (співвідношення 9/5): 212°F-32°F=100°C-0°C.
Також слід зважити, що нульова точка шкали Цельсія відповідає 32-градусній точці шкали Фаренгейта.
Враховуючи вищевикладені відповідності двох шкал, виводимо формулу переведення температури з однієї шкали до іншої:
Якщо розв’язати цю систему рівнянь, можна дізнатися, що -40°C = -40°F – це єдина температура, коли значення обох шкал збігаються.
Діючи аналогічним чином, пов’язуємо шкали Кельвіна та Фаренгейта:
