Тройная точка воды — состояние равновесного сосуществования трех ее фаз: твердого — лёд, жидкого — вода и газообразного — пар. При нормальном атмосферном давлении — 760 мм рт ст. численно равняется:
Кельвин Томсон Уильям (1824— 1907) — английский физик, за научные заслуги получил титул барона Кельвина (1892), предложил абсолютную температурную шкалу (1848), ныне называемую Международной практической температурной шкалой — МПТШ-68, термодинамической температурной шкалой, или шкалой Кельвина, измерение температуры по которой внесено в основные единицы Международной системы единиц — СИ (SI, Systeme International d’Unites, 1960 г).
Начало отсчета предложено им от абсолютного нуля температуры, по шкале Цельсия равного — 273°С, интервал до 0°С разделен на 273 равные части, которые по шкале неограниченно продолжены в зону плюсовых температур. Одна часть шкалы — единица температуры — ранее измерялась в градусах Кельвина, °К, в настоящее время измеряется в кельвинах, К. Кельвину соответствует градус Цельсия или 1,8 градусов Фаренгейта.
Цельсий Андерс (1701 — 1744) — шведский астроном и физик, предложил (1742) температурную шкалу, имеющую в мировой практике очень широкое распространение ввиду ее наглядности. В этой шкале в качестве постоянных реперных точек выбраны температуры кипения воды и таяния льда. Температурный интервал между температурой кипения воды, принятой за сто градусов, и температурой таяния льда, принятой за ноль градусов, разделен на 100 частей, эти деления продолжены вверх и вниз от этого интервала. Единица измерения температуры — градус Цельсия, °С. По размеру градус Цельсия равен одному кельвину или 1,8 градусов Фаренгейта.
Фаренгейт Габриель (1686 — 1736) — немецкий физик, предложил (1724) температурную шкалу, в которой этот же интервал между температурами кипения воды и таяния льда разделен на 180 частей — градусов Фаренгейта, °F, причем точке таяния льда им присвоено значение 32°F, а точке кипения воды — соответственно 212°F. Единица измерения температуры — градус Фаренгейта, °F, по размеру градус Фаренгейта равняется 0,556 кельвинам или 0,556 градусов Цельсия.
© 2014 – 2019 СанТехСервис – проектирование и монтаж инженерных систем под ключ
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)
В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.
Пересчёт температуры между основными шкалами
Ке́львин (русское обозначение: К; международное: K) — единица термодинамической температуры в Международной системе единиц (СИ), одна из семи основных единиц СИ. Предложена в 1848 году. Определяется через значение постоянной Больцмана: 1,380649 × 10 -23 Дж / К. До 2019 года определялся как 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды [1] . Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём.
t C = t K − 273 , 15 <displaystyle t_
Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин [en] , протекающей через территорию университета Глазго.
До 1968 года кельвин официально именовался градусом Кельвина [2] .
Содержание
История [ править | править код ]
1848 [ править | править код ]
Уильям Томсон, будущий лорд Кельвин, в своей работе «Об абсолютной термометрической шкале» («On an Absolute Thermometric Scale») пишет о необходимости шкалы, нулевая точка которой будет соответствовать предельной степени холода (абсолютному нулю), а ценой деления будет градус Цельсия [3] . Эта абсолютная шкала на сегодняшний день известна как термодинамическая шкала Кельвина. Значение «минус 273» было получено как обратное от 0,00366 — коэффициента расширения газа на градус Цельсия.
1954 [ править | править код ]
Третья резолюция Х Генеральной конференции по мерам и весам (ГКМВ) дала шкале Кельвина современное определение, взяв температуру тройной точки воды в качестве второй опорной точки и приняв, что её значение составляет ровно 273,16 кельвина («градуса Кельвина» в терминологии того времени) [4] .
1967/1968 [ править | править код ]
В соответствии с третьей резолюцией XIII Генеральной конференции по мерам и весам единица измерения термодинамической шкалы была переименована в «кельвин», а обозначением стал «К» (ранее единица называлась «градус Кельвина», её обозначением был «°K»). Кроме того величина единицы была определена более явно — как равная 1/273,16 тройной точки воды [5] .
2005 [ править | править код ]
В обязательном Техническом приложении к тексту Международной температурной шкалы МТШ‑90 Консультативный комитет по термометрии установил требования к изотопному составу воды при реализации температуры тройной точки воды [6] . Международный комитет мер и весов подтвердил, что определение кельвина относится к воде, чей изотопный состав определён следующими соотношениями:
- 0,000 155 76 моля 2 H на один моль 1 Н
- 0,000 379 9 моля 17 О на один моль 16 О
- 0,002 005 2 моля 18 О на один моль 16 О [7] .
2018 [ править | править код ]
На 26-ой генеральной конференции по мерам и весам была принята резолюция о значительном переопределении основных единиц СИ, которое, в частности включало в себя переопределение кельвина через значение постоянной Больцмана, которая равна 1,380649 × 10 -23 Дж / К.
Произошедшее переопределение [ править | править код ]
Недостатком старого определения кельвина являлось то, что при практической реализации величина кельвина оказывалась зависящей от чистоты и изотопного состава используемой воды. Исходя из стремления устранить этот недостаток, XXIV ГКМВ, состоявшаяся 17—21 октября 2011 года, приняла резолюцию [8] , в которой, в частности, было предложено в будущей ревизии Международной системы единиц переопределить кельвин, связав его величину со значением постоянной Больцмана. При этом предполагалось, что значение постоянной Больцмана будет зафиксировано, то есть будет считаться определённым точно. В связи с этим в резолюции XXIV ГКМВ по поводу кельвина сформулировано [8] :
Кельвин останется единицей термодинамической температуры; но его величина будет устанавливаться фиксацией численного значения постоянной Больцмана равным в точности 1,380 6X⋅10 −23 , когда она выражена единицей СИ м 2 ·кг·с −2 ·К −1 , что эквивалентно Дж·К −1 .
Таким образом, стало выполняться точное равенство k =1,380 6X⋅10 −23 Дж/К [9] . Следствием этого явилось то, что кельвин стал равным изменению температуры, которое приводит к изменению энергии, приходящейся на одну степень свободы k T 2 <displaystyle <frac
В своей резолюции XXIV ГКМВ отметила также, что непосредственно после переопределения кельвина температура тройной точки воды останется равной 273,16 К, но при этом её значение приобретёт погрешность и в дальнейшем будет определяться экспериментально [8] .
XXV ГКМВ, состоявшаяся в 2014 году, приняла решение продолжить работу по подготовке новой ревизии СИ, включающей переопределение кельвина, и наметила закончить эту работу к 2018 году с тем, чтобы заменить существующую редакцию Международной системы единиц (СИ) обновлённым вариантом на XXVI ГКМВ в том же году [10] .
Кратные и дольные единицы [ править | править код ]
В соответствии с полным официальным описанием СИ, содержащемся в действующей редакции Брошюры СИ (фр. Brochure SI , англ. The SI Brochure ), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ), десятичные кратные и дольные единицы кельвина образуются с помощью стандартных приставок СИ [11] . «Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», принятое Правительством Российской Федерации, предусматривает использование в РФ тех же приставок, но переведённых на русский язык [12] .