PoradnikiKrótka historia skal temperatury
Krótka historia skal temperatury
Od wczesnych termoskopów po stopnie Celsjusza, Fahrenheita, Kelvina i Newtona — jak ewoluowały skale temperatury i dlaczego w konwerterach wciąż pojawia się wiele skal.
Przed standardowymi stopniami
Wczesne termoskopy pokazywały rozszerzanie się powietrza lub cieczy pod wpływem ciepła, ale brakowało im wspólnych skal numerycznych. Bez ustalonych punktów uzgodnionych między miastami lektura nie mogłaby podróżować z listem lub artykułem naukowym. Powtarzalność, a nie wygoda, popchnęła twórców instrumentów w kierunku wspólnych punktów odniesienia.
Twórcy instrumentów zaczęli oznaczać stałe punkty, takie jak topniejący lód, wrząca woda lub temperatura ludzkiego ciała. Wybór stałych punktów i liczba stopni, które należy umieścić między nimi, stworzył konkurencyjne skale. Nawet kierunek numeracji (którego koniec wynosił zero) zmieniał się, zanim ustaliły się konwencje.
Ta historyczna konkurencja wyjaśnia, dlaczego konwerterzy nadal wymieniają skale, których większość ludzi nigdy nie używa na co dzień: stanowią one część dokumentalnego zapisu nauki i czasami pojawiają się w starszych tekstach. Spotkanie z nieznaną skalą w archiwum jest mniej zastraszające, gdy wiesz, że jest to zwykle kolejne mapowanie afiniczne w skali Kelwina.
Praktyczna skala Fahrenheita
Na początku XVIII wieku Daniel Gabriel Fahrenheit wyprodukował niezawodne termometry rtęciowe oraz skalę, która umieszczała w dogodnych liczbach znaną pogodę i temperaturę ciała. Zamrożenie wody w temperaturze 32 i wrzenie w temperaturze 212 dało 180 podziałów między tymi punktami. Liczby te były w równym stopniu wyborem inżynieryjnym, jak i naukowym.
Skala Fahrenheita rozprzestrzeniła się wraz z handlem instrumentami i pozostaje zakorzeniona w amerykańskiej kulturze pogodowej i niektórych praktykach przemysłowych. Jego wielkość w stopniach jest mniejsza niż stopnie Celsjusza, co może wydawać się bardziej szczegółowe w przypadku codziennych rozmów o pogodzie. Dzięki temu wpływowi kultury prognozy dwuskalowe są nadal przydatne dla międzynarodowych odbiorców.
Współczesny Fahrenheit jest definiowany przez dokładną konwersję na stopnie Celsjusza/Kelwina, a nie na podstawie oryginalnych eksperymentów referencyjnych Fahrenheita – metrologia poszła dalej, nazwa pozostała. Nawracając się dzisiaj, posługujecie się współczesną definicją, a nie rekonstrukcją osiemnastowiecznych eksperymentów z solanką.
Celsjusza i Celsjusza
Anders Celsjusza zaproponował stostopniową skalę pomiędzy temperaturą zamarzania i wrzenia wody. Nowoczesna orientacja (0 przy zamarzaniu, 100 przy wrzenia) stała się potoczną metryczną skalą temperatury.
Słowo „stopień” historycznie opisywało skalę stustopniową; Obecnie stopień Celsjusza jest preferowaną nazwą w komunikacji naukowej, formalnie powiązaną z Kelwinem.
Celsjusz podbił międzynarodowe raporty pogodowe, gotowanie poza USA i większość edukacji inżynieryjnej. Dopasowanie do rozmiaru w stopniach Kelvina sprawia, że konwersja naukowa jest uporządkowana.
Kelvin i temperatura bezwzględna
William Thomson (Lord Kelvin) rozwinął absolutną temperaturę termodynamiczną. Kelwin zaczyna się od zera absolutnego i ma tę samą wielkość co stopnie Celsjusza. Równania zachowania gazu i mechanika statystyczna preferują skale absolutne, ponieważ stosunki i wartości bezwzględne zachowują się czysto, bez arbitralnych przesunięć.
SI definiuje kelwin za pomocą podstawowych stałych we współczesnej metrologii, kończąc podróż od łaźni lodowych do standardów kwantowych. Zwykli użytkownicy nadal przeliczają stopnie Celsjusza dla intuicji. Notebooki laboratoryjne powinny nadal rejestrować skalę emitowaną przez oprogramowanie czujnika — przyjęte tutaj założenia powodują wielostopniowe odchylenia.
Odczyty ujemnych stopni Celsjusza są normalne; Ujemne wartości Kelvina nie są stosowane w przypadku zwykłych temperatur termodynamicznych. Dziwactwa historyczne i błędne twierdzenia pop-naukowe czasami mylą tę kwestię. Jeśli konwersja daje ujemny kelwin z wiarygodnej ścieżki wejściowej Celsjusza, implementacja jest błędna.
Newton i inne skale historyczne
Izaak Newton eksperymentował ze skalą temperatury opartą na swobodnie schładzających się materiałach i innych odniesieniach. Skala Newtona pojawia się w niektórych konwerterach jako ciekawostka historyczna z zerem w pobliżu zamarzania i mniejszym stopniem wrzenia.
Réaumur, Rankine, Delisle i inni również pozostawili ślady w archiwach i wyspecjalizowanych dziedzinach inżynierii (Rankine nadal pojawia się w niektórych amerykańskich naukach o termodynamice jako bezwzględna skala wielkości Fahrenheita).
Znajomość tych skal pomaga w czytaniu starszych artykułów, ale w przypadku nowych prac preferuj stopnie Celsjusza do komunikacji i Kelvina do absolutnych wielkości termodynamicznych.
Czego historia uczy konwerterów
Konwersja temperatury jest afiniczna, ponieważ dla wygody wybrano zera. Jednostki długości rzadko wymagają przesunięć; temperatura prawie zawsze oznacza stopnie Celsjusza i Fahrenheita.
Dokument, którego skala używa zbiór danych. Historyczne zapisy pogodowe mogą wymagać metadanych stacji, a nawet rekonstrukcji skali przed porównaniem z nowoczesnymi seriami stopni Celsjusza.
Kiedy na liście jednostek widzisz temperaturę Newtona obok siły Newtona, przeczytaj uważnie etykietę z ilością – kolizje nazw są wypadkiem historycznym. Dobre konwertery grupują najpierw według ilości, więc temperatura Newtona nigdy nie dorównuje Newtonowi siły w sposób zachęcający do kliknięcia niewłaściwego narzędzia.
Powiązane konwertery
Często zadawane pytania
Dlaczego nadal używamy stopni Fahrenheita, skoro stopnie Celsjusza są liczbami międzynarodowymi?
Inercja kulturowa i infrastrukturalna. Usługi pogodowe, termostaty i oczekiwania społeczne w niektórych krajach nadal opierają się na stopniach Fahrenheita. Nauka i większość krajów używa stopni Celsjusza lub Kelvina.
Czy Kelvin jest zapisywany symbolem stopnia?
Nie. Styl nowoczesny zapisuje 300 K bez symbolu stopnia, w przeciwieństwie do °C i °F. Jednostką jest kelwin.
Do czego obecnie używana jest skala temperatury Newtona?
Prawie nic w codziennej praktyce. Pojawia się głównie w dyskusjach historycznych i konwerterach kompleksowych. W nowych pracach naukowych używaj stopni Celsjusza lub Kelvina.