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)
1 °R = 1,25 °C.
В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.
|
Пересчёт температуры между основными шкалами |
|||
|
Кельвин |
Цельсий |
Фаренгейт |
|
|
Кельвин (K) |
С + 273,15 |
= (F + 459,67) / 1,8 |
|
|
Цельсий (°C) |
K − 273,15 |
= (F − 32) / 1,8 |
|
|
Фаренгейт (°F) |
K · 1,8 − 459,67 |
C · 1,8 + 32 |
|
Сравнение температурных шкал
|
Описание |
Кельвин | Цельсий |
Фаренгейт |
Ньютон | Реомюр |
|
Абсолютный ноль |
−273.15 |
−459.67 |
−90.14 |
−218.52 |
|
|
Температура таяния смеси Фаренгейта (соли и льда в равных количествах) |
255.37 |
−17.78 |
−5.87 |
−14.22 |
|
| Температура замерзания воды (нормальные условия) |
273.15 |
||||
|
Средняя температура человеческого тела ¹ |
310.0 |
36.8 |
98.2 |
12.21 |
29.6 |
|
Температура кипения воды (нормальные условия) |
373.15 |
||||
| Температура поверхности Солнца |
5800 |
5526 |
9980 |
1823 |
4421 |
¹ Нормальная температура человеческого тела - 36.6 °C ±0.7 °C, или 98.2 °F ±1.3 °F. Приводимое обычно значение 98.6 °F - это точное преобразование в шкалу Фаренгейта принятого в Германии в XIX веке значения 37 °C. Поскольку это значение не входит в диапазон нормальной температуры по современным представлениям, можно говорить, что оно содержит избыточную (неверную) точность. Некоторые значения в этой таблице были округлены.
Сопоставление шкал Фаренгейта и Цельсия
( o F - шкала Фаренгейта, o C - шкала Цельсия)
|
o F |
o C |
o F |
o C |
o F |
o C |
o F |
o C |
|||
|
459.67 |
273.15 |
60 |
51.1 |
4 |
20.0 |
20 |
6.7 |
Для перевода градусов цельсия в кельвины необходимо пользоваться формулой T=t+T 0 где T- температура в кельвинах, t- температура в градусах цельсия, T 0 =273.15 кельвина. По размеру градус Цельсия равен Кельвину.
Наверняка, вы не раз видели термометры с обозначением градусов по Фаренгейту: на них наряду с одной шкалой, которая измеряет температуру по Цельсию, есть еще одна с буквой F. И, наверняка, вы не раз удивлялись, почему эта шкала Фаренгейта такая странная, почему там температура выше нашей, к которой мы привыкли — например, 0 градусов у нас по Фаренгейту будет 32 градуса. Этот вопрос мы еще разберем, а пока разберемся с тем, как переводить из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия и наоборот — переводить температуру по Цельсию в систему Фаренгейта.
Как переводить из Фаренгейта в Цельсия?
Переводить градусы из Фаренгейта в Цельсий несложно, делается это по формуле:
(F — 32) : 1,8 = С
где F — это температура по Фаренгейту, а С — по Цельсию. Например, 68 градусов по Фаренгейту — сколько это по-нашему, по Цельсию? Вычисляем по формуле:
(68 — 32) : 1,8 = 20
Итак, 68 градусов по Фаренгейту — это 20 градусов Цельсия.
Для интереса возьмем еще одно число. У американского фантаста Рэя Бредбери есть роман под названием «451 градус по Фаренгейту». Сколько это будет?
(451 — 32) : 1,8 = 232,77
Ответ на вопрос, почему роман так называется, будет чуть ниже.
Как переводить из Цельсия в Фаренгейт?
Теперь формула для перевода градусов Цельсия в градусы по Фаренгейту:
(С * 1,8) + 32 = F
Давайте вычислим температуру здорового человеческого тела — 36,6 ° C — в градусах Фаренгейта:
(36,6 * 1,8) + 32 = 97,88
То есть, температура здорового человека в градусах Фаренгейта будет составлять 97,88.
Как говорится, а в Фаренгейтах мы гораздо теплее!
Ну и для тех, кто хочет быстро, без всякой математики, вычислить необходимую температуру в фаренгейтах и цельсиях, проект «Даю справку!» предлагает калькулятор перевода температур Фаренгейта в Цельсий и наоборот.
Калькулятор Фаренгейт-Цельсий
Почему и где используют Фаренгейт?
Пользуясь различными приборами, мы даже и не задумываемся, что совсем недавно многих из них не существовало. Современные термометры, градусники появились исследованиям, таланту выдающихся ученых прошлого, таких, как Габриель Фаренгейт и Андерс Цельсий.
В 1665 двум ученым — голландскому физику Христиану Гюйгенсу и английскому естествоиспытателю, изобретателю Роберту Гуку — пришла идея использовать для создания температурной шкалы температуру таяния льда (точка замерзания воды) и кипения воды. Все дальнейшие исследователи и изобретатели шли по этому пути.
В 1724 году немецкий физик Даниель Габриель Фаренгейт (нем. Daniel Gabriel Fahrenheit, годы жизни 1686 — 1736) - немецкий физик предложил изобретенные им термометр и шкалу на суд общества. В том же году он стал членом Королевского общества — ведущего научного сообщества Великобритании. Шкала Фаренгейта была принята официально по всей Англии и во всех ее колониях.
Даниель Габриель Фаренгейт (нем. Daniel Gabriel Fahrenheit, годы жизни 1686 — 1736)
Потребность в другой шкале, такой как Цельсия, появилась впоследствии из-за неточности, непродуманности шкалы Фаренгейта. Интересно, что для создания шкалы Г. Фаренгейт использовал три отправные точки, две из которых изначально были неточны. За ноль он принял зимнюю температуру 1709 года в своем родном городе Данциге, которая была необычайно холодной — для этого он погружал изобретенный им термометр в смесь снега с нашатырем и солью.
А 100 градусов в его шкале соответствовали температуре здорового человека. Однако, как мы вычисляли выше, эта температура составляет чуть больше 97 градусов, а не 100. Дело в том, что за температуру тела здорового человека он принял температуру жены, у которой в тот момент начинался воспалительный процесс из-за начинавшейся простуды, т.е. ее температура в тот момент была несколько выше температуры тела здорового человека.
Третья отправная точка — температура таяния льда — соответствовала 32 градусам.
18 лет спустя, в 1742 году шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий (швед. Anders Celsius, годы жизни 1701-1744) предложил новую температурную шкалу. Однако, она отличалась от нашей тем, что за 0 принималась температура кипения воды, а за 100 градусов — точка ее замерзания. Также шкала первоначально не называлась по имени ее создателя, а просто была «стоградусной шкалой», что по французски и английски звучало как Centigrade.
Шкалу наоборот перевернул другой шведский ученый Карл Линней в 1745 году. Теперь в ней ноль был точкой замерзания воды, а 100 градусов — температурой ее закипания.
Почему же при неточностях шкалы Фаренгейта она до сих пор используется? Все дело в консерватизме американцев и… желании сэкономить. Америка когда-то была британской колонией и как следствие — восприняла шкалу Фаренгейта. Теперь США являются ведущей страной мира и задают тон во многих областях жизни, в том числе и такой, казалось бы, малозаметной, как производство термометров. Именно в США преимущественно используется шкала Фаренгейта. Также шкала Фаренгейта используется на Багамах, на Каймановых островах, в Палау, Белизе, однако они погоды не делают. В США в 70-80 годы работала комиссия по переходу на метрическую систему, в которой используется в том числе и градус Цельсия, а не Фаренгейта. Даже Конгресс издал специальный акт о переходе на метрическую систему. Однако, экономисты подсчитали, что переобучение персонала, переписывание учебников, чертежей, различной технической документации, знаков и много другого потребует миллиарды долларов. Рекомендации комиссии не носили обязательного характера — предполагалось, что переход на метрическую систему будет осуществляться добровольно. А впоследствии комиссия и вовсе была распущена.
Почему книга «451 градус по Фаренгейту» так называется?
Рэй Бредбери и «451 градус по Фаренгейту»
Название книги расшифровывается в ее эпиграфе: «451 градус по Фаренгейту — температура, при которой воспламеняется и горит бумага» . Мы уже выяснили, что 451 градус по Фаренгейту — это примерно 232,77 по Цельсию. Более точную цифру вам покажет калькулятор перевода шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия, который имеется в статье выше по тексту.
Произведение американского фантаста Рэя Бредбери описывает мир будущего, в котором книги под запретом, они сжигаются специальными бригадами пожарных. При этом, любого, у кого обнаружат книгу, арестовывают, отправляют в сумасшедшие дома, а дом такого «преступника» также сжигается. Людям подается только визуальная информация, через телевидение — это общество, которое разучилось думать и потеряло душевную связь друг с другом. Сам автор говорит, что своим произведением он предупреждает об опасности государственной цензуры, одуряющем влиянии СМИ.
Температура в градусах Фаренгейта это сейчас не экзотика. Она очень часто обозначается на многих заграничных приборах, особенно на медицинских и метеорологических термометрах. Шкала Фаренггейта - это самая популярная температурная шкала вне системы СИ. Мы решили немного копнуть в историю и изложить для любознательных читателей нашего портала историю создания этой очень старой, но все еще популярной в некоторых странах температурной шкалы.
Во многих справочниках, в том числе в русской Википедии, Даниэль Габриель Фаренгейт упоминается как немецкий физик. Однако согласно энциклопедии «Британника», он был голландским физиком, родившимся в Польше в г. Гданьске 24 мая 1686 г. Фаренгейт сам изготавливал научные инструменты и в 1709 г. изобрел спиртовой термометр, а в 1714 г. ртутный термометр.
В 1724 г. Фаренгейт стал членом Лондонского Королевского Общества и представил ему свою шкалу температур. Шкала была построена на основе трех опорных точек. В первоначальном варианте (который в дальнейшем был изменен) за нулевую точку он принял температуру соляного раствора (лед, вода и хлорид аммония в соотношении 1:1:1). Стабилизация температуры такого раствора происходила при 0 °F (-17.78 °C). Вторая точка 32 °F была точкой плавления льда, т.е. температурой смеси льда и воды в соотношении 1:1 (0 °C). Третья точка - это нормальная температура человеческого тела, которой он приписал 96 °F.
Почему были выбраны такие странные, некруглые цифры? Согласно одной из историй, Фаренгейт первоначально выбрал за ноль своей шкалы самую низкую температуру, измеренную в его родном городе Гданьске зимой 1708/09 г. Позже, когда стало необходимо сделать эту температуру хорошо воспроизводимой, он использовал для ее воспроизведения соляной раствор. Одно из объяснений неточности полученной температуры в том, что Фаренгейт не имел возможности сделать хороший соляной раствор, чтобы получить точный эвтектический равновесный состав хлорида аммония (то есть, он, возможно, растворял несколько солей, причем не полностью).
Еще одна интересная история связана с письмом Фаренгейта его другу Герману Бурхавэ. Согласно письму, его шкала была создана на основе работы астронома Олофа Рёмера, с которым Фаренгейт ранее общался. В шкале Рёмера соляной раствор замерзает при нуле градусов, вода при 7,5 градусах, температура тела человека принята за 22,5 градуса и вода кипит при 60 градусах (есть мнение, что это по аналогии с 60 сек. в часе). Фаренгейт умножил каждое из чисел на четыре, чтобы убрать дробную часть. При этом точка плавления льда оказалась равной 30 град. , а температура человека 90 град. Он пошел дальше и сдвинул шкалу так, чтобы точка льда была равна 32 град., а температура тела человека 96 град. Таким образом появилась возможность разбить интервал между этими двумя точками, составивший 64 град., простым многократным делением промежутка пополам. (64 это 2 в шестой степени).
При измерении своими отградуированными термометрами температуры кипения воды Фаренгейт получил значение около 212 °F . В дальнейшем ученые решили немного переопределить шкалу, приписав точное значение двум хорошо воспроизводимым реперным точкам: температуре плавления льда 32 °F и температуре кипения воды 212 °F. При этом нормальная температура человека по такой шкале после новых, более точных измерений получилась около 98 °F , а не 96 °F.
Шкала Фаренгейта существует уже 290 лет. В англоязычных странах она была приоритетной шкалой в промышленности, медицине и метеорологии до 60-х годов 20 века. В последствии страны Европы перешли на шкалу Цельсия. Но по-прежнему особенная привязанность к шкале Фаренгейта отмечается в США. Часто дети или домохозяйки в Америке не представляют, что такое температура воздуха 20 °С. Много это или мало? Другое дело 68 ° F. Всем все становится ясно. Поэтому прогноз погоды в Америке всегда содержит температуру в градусах Фаренгейта.
Британские газеты, как правило, указывают температуру воздуха в градусах Цельсия, но при этом приводят таблицу перевода в градусы Фаренгейта. В заголовках новостей британской прессы принято указывать градусы Цельсия для отрицательных температур и Фаренгейта для положительных. В феврале 2006 г. в крупнейшей газете The Times была опубликована статья о психологии восприятия прогнозов погоды, в которой говорилось, что -6 °С звучит для человека холоднее, чем 21 °F, а 94 °F звучит более впечатляюще, чем 34 °С.
Перевод градусов Фаренгейта в градусы Цельсия и наоборот дело не сложное. Для Вашего удобства внизу главной страницы сайта есть он-лайн калькулятор температуры, мгновенно переводящий градусы Фаренгейта в градусы Цельсия.
Знать температуру своего тела, воздуха за окном, воды, наполняющей ванну или бассейн, и множества других явлений и предметов, окружающих современного человека, стало делом привычным, а процесс измерения - простым и доступным каждому. Если задать вопрос о том, какая температура у кого-то или чего-то, едва ли цифры, названные в ответ, вызовут недоумение, оказавшись абсолютно нехарактерными.
Причиной этому - распространенная практически во всем измерения данной физической величины по шкале Цельсия. Однако в США, Канаде, Англии и ряде других стран распространено в быту определение температуры по системе Фаренгейта. Чтобы понимать друг друга, достаточно представлять диапазон каждой шкалы и их соотношение по Фаренгейту и Цельсию.
Объект измерения, или что такое температура?
Термин происходит от слова temperature (в переводе с латинского - "нормальное состояние/смещение"). С точки зрения физики - это величина, которая характеризует подвижность молекул вещества, его внутреннюю энергию. Чем быстрее движутся частицы, чем больше они сталкиваются друг с другом - тем выше температурное значение. Отсюда и что при нагревании объем тел и веществ увеличивается. Но температура и тепло - не тождественные понятия. Разогретые до одинаковых температурных показателей тела обладают разной способностью нагревать сторонние объекты (пример - отличие скорости закипания чайника на маленькой и большой конфорке).
Изобретение Даниэля Габриэля Фаренгейта
Голландский физик, родившийся в 1686 году в польском городе Гданьске, рано начал научную деятельность. Он собственноручно собирал измерительные приборы и в возрасте 23 лет изобрел а спустя 5 лет - ртутный. В 1724 году Фаренгейт предложил научному сообществу свою систему измерения температур. Позже она претерпела некоторые изменения. Целью ученого было создать шкалу без отрицательного значения, поэтому за ноль он принял самую низкую температуру, известную в то время - плавления смеси льда, воды и нашатырного спирта. Для определения одного деления на термометре - градуса - физик использовал диапазон между показателем таяния льда и кипения воды, разделив его на 180 равных частей.
Система Андреса Цельсия
Родившийся в 1701 году в Швеции астроном, геолог и метеоролог предложил свою шкалу в 1742 году. В качестве ноля изначально использовалась температура кипения воды, а за 100 градусов - ее таяния. Направление самой распространенной ныне в мире шкалы было изменено современником Цельсия Карлом Линнеем в год смерти ее автора - 1744. Таким образом она приобрела свой актуальный вид. Температуры более низкие, чем точка таяния льда, измеряются по такому же принципу, как и высокие, но имеют отрицательное значение.
Соотношение шкалы Фаренгейта и Цельсия
Показательными для сравнения двух систем будут известные всем стандарты температур - кипение воды, таяния льда, норма для здорового человеческого тела.
Цифры будут следующими - 100°, 0° и примерное среднее значение в диапазоне от 36 до 37° на шкале Цельсия. По Фаренгейту соотношение будет следующим - 212°, 32° и приблизительно 98°. Одним из ключевых понятий в измерении температуры является абсолютный ноль - теоретическое значение, являющейся точкой отсчета и эталоном для любых использования систем. Эта величина характеризуется отсутствием движения частиц материи. В соотношении Цельсия и Фаренгейта это показатели равные -273,15 и -459,67 градуса.
Осуществить перевод значений одной системы в другую достаточно просто. Для такого арифметического преобразования существует формула, используемая в двух направлениях (в зависимости от изначального показателя). Соотношение и Цельсия равно 1: 5/9.
Таким образом, для перевода показаний термометра Фаренгейта в систему Цельсия необходимо от исходного значения отнять 32 и умножить на 5/9.
Соответственно, обратное преобразование осуществляется по формуле в которой данные шкалы Цельсия умножают на 5/9 и прибавляют 32.
Для понимания обеих систем и использования их в быту совсем не обязательно применять математические расчеты каждый раз. Если использование малознакомой системы необходимо - достаточно немного попрактиковаться, и примерное значение данных в соотношении Фаренгейта и Цельсия будет легко определяться «на слух».