РуководстваКраткая история температурных шкал
Краткая история температурных шкал
От первых термоскопов до Цельсия, Фаренгейта, Кельвина и Ньютона — как развивались температурные шкалы и почему в преобразователях до сих пор появляются множественные шкалы.
До стандартных градусов
Ранние термоскопы показывали расширение воздуха или жидкости под воздействием тепла, но не имели общих числовых шкал. Без фиксированных точек, согласованных между городами, чтение не могло сопровождаться письмом или научной статьей. Воспроизводимость, а не удобство, подтолкнула производителей приборов к общим ориентирам.
Производители инструментов начали отмечать фиксированные точки, такие как тающий лед, кипящая вода или температура человеческого тела. Выбор фиксированных точек и количества градусов, которые нужно разместить между ними, создал конкурирующие шкалы. Даже направление нумерации (конец которой был нулевым) менялось до того, как установились условности.
Эта историческая конкуренция объясняет, почему конвертеры до сих пор перечисляют шкалы, которые большинство людей никогда не используют ежедневно: они являются частью документальных записей науки и иногда появляются в старых текстах. Встреча с незнакомой шкалой в архиве не так пугает, если вы знаете, что обычно это просто еще одно аффинное отображение на Кельвин.
Практическая шкала Фаренгейта
Дэниел Габриэль Фаренгейт в начале восемнадцатого века изготовил надежные ртутные термометры и весы, которые отображали привычную погоду и температуру тела в удобных цифрах. Замерзание воды при 32 и кипение при 212 дали 180 делений между этими точками. Эти цифры были не только научными, но и инженерными решениями.
Шкала Фаренгейта распространилась вместе с торговлей приборами и остается неотъемлемой частью метеорологической культуры США и некоторых промышленных практик. Его размер в градусах меньше, чем у Цельсия, что может показаться более детальным для повседневных разговоров о погоде. Именно культурная хватка является причиной того, что прогнозы двойной шкалы остаются полезными для международной аудитории.
Современный градус Фаренгейта определяется точным преобразованием в градусы Цельсия/Кельвина, а не оригинальными эталонными экспериментами по Фаренгейту — метрология развивалась, название осталось. Когда вы конвертируете сегодня, вы используете современное определение, а не реконструируете эксперименты с рассолом восемнадцатого века.
Цельсия и Цельсия
Андерс Цельсий предложил стоградусную шкалу между точками замерзания и кипения воды. Современная ориентация (0 при замерзании, 100 при кипении) стала повседневной метрической температурной шкалой.
Слово «стоградусный» исторически обозначало стоградусную шкалу; сегодня Цельсий является предпочтительным названием в научной коммуникации, формально привязанным к Кельвину.
Цельсий покорил международные прогнозы погоды, кулинарию за пределами США и большую часть инженерного образования. Его соответствие размеру градусов Кельвина делает научное преобразование аккуратным.
Кельвин и абсолютная температура
Уильям Томсон (лорд Кельвин) выдвинул абсолютную термодинамическую температуру. Кельвин начинается с абсолютного нуля и использует тот же размер градусов, что и Цельсий. Уравнения поведения газа и статистическая механика предпочитают абсолютные масштабы, поскольку соотношения и абсолютные значения ведут себя четко, без произвольных смещений.
SI определяет кельвин через фундаментальные константы современной метрологии, завершая путь от ледяных бань к квантовым стандартам. Повседневные пользователи по-прежнему переходят в градусы Цельсия для интуиции. Лабораторные ноутбуки по-прежнему должны записывать масштабы, излучаемые прошивкой датчика — предположения здесь вызывают многоградусные погрешности.
Отрицательные значения Цельсия являются нормальными; отрицательные значения Кельвина не используются для обычных термодинамических температур. Исторические странности и научно-популярные искажения иногда сбивают с толку этот вопрос. Если преобразование дает отрицательный результат в Кельвинах из вероятного входного пути Цельсия, реализация неверна.
Ньютон и другие исторические шкалы
Исаак Ньютон экспериментировал с температурной шкалой, основанной на свободно охлаждающихся материалах и других источниках. Шкала Ньютона появляется в некоторых конвертерах как историческая диковина с нулем около точки замерзания и меньшим количеством градусов до точки кипения.
Реомюр, Рэнкин, Делиль и другие также оставили следы в архивах и специализированных инженерных областях (Рэнкин до сих пор фигурирует в некоторых термодинамических учениях США как абсолютная шкала размером с Фаренгейт).
Знание о существовании этих шкал помогает при чтении старых статей, но для новых работ отдавайте предпочтение Цельсию для связи и Кельвину для абсолютных термодинамических величин.
Чему история учит конвертеров
Преобразование температуры является аффинным, поскольку для удобства были выбраны нули. Единицы длины редко требуют смещения; температура почти всегда соответствует шкале Цельсия и Фаренгейта.
Документ, в котором масштаб используется набором данных. Историческим данным о погоде могут потребоваться метаданные станции и даже масштабная реконструкция перед сравнением с современными рядами значений Цельсия.
Когда вы видите температуру Ньютона рядом с силой Ньютона в списке единиц измерения, внимательно прочитайте этикетку с количеством: столкновение названий — историческая случайность. Хорошие преобразователи сначала группируются по количеству, поэтому Ньютон температуры никогда не соседствует с Ньютоном силы таким образом, что это приводит к выбору неправильного инструмента.
Связанные конвертеры
Часто задаваемые вопросы
Почему мы до сих пор используем градусы Фаренгейта, если Цельсий является международным?
Культурная и инфраструктурная инерция. Метеослужбы, термостаты и общественные ожидания в некоторых странах по-прежнему основаны на градусах Фаренгейта. Наука и большинство стран используют градусы Цельсия или Кельвина.
Обозначается ли Кельвин символом градуса?
Нет. В современном стиле 300 К пишут без символа градуса, в отличие от °C и °F. Единица измерения — кельвин.
Какая температурная шкала Ньютона используется сегодня?
Почти ничего в повседневной практике. Он появляется в основном в исторических дискуссиях и комплексных преобразователях. Используйте градусы Цельсия или Кельвина для новой научной работы.