какая шкала измерения температуры существует

Существует несколько шкал для измерения температуры, каждая из которых имеет свою историю, особенности и область применения. Рассмотрим их в развернутом виде:

1. Шкала Цельсия (°C)

• История: Названа в честь шведского ученого Андреаса Цельсия, который в 1742 году предложил шкалу, основанную на точках плавления льда и кипения воды.

• Определение: На шкале Цельсия температура 0°C — это температура плавления льда, а 100°C — температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении (1 атмосфера).

• Особенности:

  • Шкала линейная, деления равные.

  • Широко используется в повседневной жизни, науке и медицине.

  • Важные точки: 0°C — замерзание воды, 100°C — кипение воды.

  • В некоторых странах Цельсий является основным стандартом для измерения температуры (например, в Европе, России).

2. Шкала Фаренгейта (°F)

• История: Предложена немецким ученым Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом в 1724 году. Она была основана на температуре замерзания воды (32°F) и температуре кипения воды (212°F) при нормальном давлении.

• Определение:

  • 0°F — это температура смеси льда, воды и поваренной соли.

  • 32°F — температура замерзания воды.

  • 212°F — температура кипения воды.

• Особенности:

  • Шкала довольно старомодная и была более популярна в странах, таких как США, до 1960-х годов, когда в большинстве стран мира перешли на шкалу Цельсия.

  • Деления на шкале Фаренгейта более мелкие, что делает ее удобной для измерения температур в более узком диапазоне (например, в бытовых условиях в США).

  • Преимущество шкалы — она дает более подробную градацию температуры в пределах человеческого восприятия (например, температура тела в Фаренгейтах составляют около 98.6°F, что точно соответствует норме для здоровья человека).

3. Шкала Кельвина (K)

• История: Шкала Кельвина была предложена в 1848 году британским физиком Лордом Кельвином. Это абсолютная шкала температуры.

• Определение:

  • 0 K — абсолютный ноль, теоретически это температура, при которой молекулы прекращают все движения.

  • Кельвин использует те же интервалы, что и шкала Цельсия, но с другими нулевыми точками (0 K соответствует -273,15°C).

  • Температурные изменения на шкале Кельвина такие же, как на шкале Цельсия, но не существует отрицательных температур в Кельвинах.

• Особенности:

  • Шкала используется в научных и инженерных расчетах, особенно в термодинамике и физике.

  • Это важная шкала для выражения абсолютных температур, например, температура планет или звёзд в астрономии.

  • Применяется в вычислениях, где температура не может быть отрицательной.

4. Шкала Ранкина (°R)

• История: Шкала Ранкина была предложена в 1859 году, ее автор — американский инженер и физик Вильям Ранкин.

• Определение:

  • Шкала Ранкина представляет собой шкалу температуры, аналогичную шкале Кельвина, но с использованием шкалы Фаренгейта для измерения интервалов.

  • 0 °R — это абсолютный ноль, то есть температура, при которой вся тепловая активность прекращается.

  • 1 °R — это один градус Ранкина, который равен одному градусу по шкале Фаренгейта.

• Особенности:

  • Используется в основном в термодинамике, инженерии и некоторых областях химии.

  • Шкала Ранкина реже применяется в быту, в отличие от шкал Кельвина и Фаренгейта.

5. Шкала Ньютона (°N)

• История: Шкала была предложена Исааком Ньютоном в 1701 году.

• Определение:

  • 0°N — температура замерзания воды, а 100°N — температура кипения воды.

  • Между этими точками деления шкалы Ньютон устанавливал в зависимости от физических свойств вещества.

• Особенности:

  • Очень редко используется, в основном в старинных научных работах.

  • Не имеет широкого применения, так как была вытеснена более точными шкалами.

6. Шкала Лейбница

• История: Эта шкала была предложена Готфридом Вильгельмом Лейбницем в XVII веке.

• Определение:

  • Шкала Лейбница была основана на простых физических явлениях, таких как изменения в объемах воздуха.

  • 0°C — это температура, при которой вода замерзает, но в остальном шкала не имеет фиксированных точек, и она использовалась в ограниченном контексте.

Сравнение температурных шкал

Преобразование между шкалами

1. Цельсий → Фаренгейт:

   $$F=\frac{9}{5}C+32$$

2. Фаренгейт → Цельсий:

   $$C=\frac{5}{9}(F-32)$$

3. Цельсий → Кельвин:

   $$K=C+273.15$$

4. Кельвин → Цельсий:

   $$C=K-273.15$$

5. Цельсий → Ранкин:

   $$R=\frac{9}{5}C+491.67$$

6. Ранкин → Цельсий:

   $$C=\frac{5}{9}(R-491.67)$$

Заключение

Каждая шкала температуры имеет свою специфическую область применения и историческую значимость. Для большинства бытовых нужд используется шкала Цельсия, в то время как шкала Кельвина важна для научных и инженерных расчетов. Шкала Фаренгейта продолжает использоваться в США, а шкала Ранкина и другие имеют ограниченное применение в специализированных областях науки и техники.