Измерения и меры

ПРИ КАКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ КИПИТ ВОДА?

Как известно, степень нагретости вещества характеризуется особой величиной — температурой.

С изменением температуры меняются многие свойства тел. При определённых температурах вещества переходят из твёрдого состояния в жидкое, из жидкого в газообразное и т. д. При повышении температуры большинство тел расширяется. Если наглухо закупорить какой-нибудь сосуд и начать его нагревать, то воздух, стремясь расшириться и не находя выхода, будет всё сильнее давить на стенки сосуда.

Таким образом, по изменению свойств тела можно судить о его температуре.

Но прежде нужно условиться, от какой точки и каким образом вести отсчёт температур. Ещё в XVI веке было замечено, что вода замерзает и кипит при совершенно определённых температурах. Но как обозначить эти температуры — вопрос весьма условный. Не удивительно, что долгое время разные учёные обозначали их по-разному.

Шведский учёный Андерс Цельсий (1701–1744 гг.) температуру кипения воды пометил нулём, а температуру замерзания — числом 100. Лишь впоследствии эти обозначения поменяли местами. Немецкий физик Габриель Даниель Фаренгейт (1686–1736 гг.) предложил считать, что вода кипит при температуре 212 градусов, а замерзает при тридцати двух. Нулём же он обозначил точку плавления смеси поваренной соли, нашатыря и льда. Наконец, Исаак Ньютон предложил такую температурную шкалу, в которой точка кипения воды оказалась между 33 и 34 градусами. Существовали и другие шкалы.

В шкале Цельсия промежуток между температурами замерзания и кипения воды разделён на 100 частей — градусов, в шкале Фаренгейта — на 180 градусов, а в шкале французского учёного Рене Антуана Реомюра (1683–1757 гг.) — на 80. Во избежание путаницы после числа, означающего температуру, и знака ° (градус) стали ставить букву, показывающую, о какой шкале идёт речь. Буква Ц означает Цельсия, Ф — Фаренгейта и Р — Реомюра.

Наибольшее распространение получила шкала Цельсия. Температуры, более низкие, чем точка замерзания воды, обозначаются в ней отрицательными числами (например, — 1°Ц, — 30° Ц и т. д.).

Существование нескольких температурных шкал мешало развитию науки и техники. Необходимо было узаконить какую-либо одну шкалу.

В 1889 году на Международной конференции по мерам и весам была утверждена так называемая стоградусная термометрическая шкала. В её основу положена наиболее распространённая шкала Цельсия. Две основные точки стоградусной шкалы (0° и +100°) совпадают с соответствующими точками шкалы Цельсия, но промежуточные точки несколько разнятся. В 1927, 1933 и 1948 годах стоградусная шкала уточнялась и исправлялась.

Градусы международной температурной шкалы обозначаются так:°C.

Стоит рассказать ещё об одной шкале, которая применяется в научных исследованиях. Это — так называемая абсолютная шкала или шкала Кельвина. Она была предложена в середине XIX века английским физиком Томпсоном (он же лорд Кельвин). Эта шкала называется абсолютной потому, что температуры отсчитываются в ней не от какой-либо условной точки (например, точки замерзания воды), как в других шкалах, а от абсолютного нуля — самой низкой температуры, которая может существовать в природе.

В абсолютной шкале нет отрицательных температур, как, например, в стоградусной шкале. Абсолютный нуль соответствует такому состоянию вещества, когда тепловое движение молекул, как полагают, прекращается. Поэтому холоднее вещество стать уже никак не может.

Температура абсолютного нуля, будучи выражена в градусах стоградусной шкалы, близка к —273,16 °C. Значит, чтобы найти значение температуры в градусах шкалы Кельвина (°К), нужно к —273,16 прибавить величину температуры в °C.

Приборы для измерения температуры — термометры — строятся на различных принципах, но чаще всего используется свойство жидкостей (воды, спирта, ртути и т. д.) изменять объём при нагреве и охлаждении. Такой термометр показан на рис. 31.

Долгое время роль эталонных термометров играли ртутные термометры.

Рис. 31. Термометр.

Затем стали использоваться так называемые водородные термометры, в которых температура определялась по давлению водорода в закрытом сосуде. С повышением температуры давление, как мы уже упоминали, повышается.

В наши дни эталоном температуры служит группа особых электрических термометров, на устройстве которых мы останавливаться не будем.