Какие существуют термодинамические шкалы температур в чем их различие
О различных температурных шкалах
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.
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
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.
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)
В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.
Пересчёт температуры между основными шкалами
Температурные шкалы
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.
Поскольку температура — это кинетическая энергия молекул, наиболее естественно измерять ее в энергетических единицах (в системе СИ — в джоулях). Однако измерение температуры началось задолго до создания молекулярно-кинетической теории, поэтому практические шкалы измеряют температуру в условных единицах — градусах.
Существует шесть наиболее известных температурных шкал: стоградусная, или шкала Цельсия (°С); Фаренгейта (°F); абсолютная, или шкала Кельвина (К); Реомюра (°R); Ньютона; Ранкина (°Ra).
Шкала Фаренгейта была предложена зимой 1709 г. немецким ученым Габриэлем Фаренгейтом. По этой шкале за нуль принималась точка, до которой в один очень холодный зимний день (дело было в Данциге) опустилась ртуть в термометре ученого. В качестве другой отправной точки он выбрал температуру человеческого тела. По этой не слишком логичной системе точка замерзания воды на уровне моря оказалась равной +32 °F, а точка кипения воды — +212 °F. Шкала популярна в США и Великобритании.
Шкала Реомюра. В 1731 г. французский ученый Рене де Реомюр предложил температурную шкалу, основанную на использовании спирта, обладающего свойством расширяться. За нижнюю реперную точку была принята точка замерзания воды. Градус Реомюр произвольно определил как одну тысячную от объема, который занимает спирт в резервуаре и трубке термометра при нулевой точке. При нормальных условиях точка кипения воды по этой шкале составляет 80°R. Шкала Реомюра ныне повсеместно вышла из употребления.
Шкала Цельсия. В 1742 г. шведский астроном Андерс Цельсий предложил шкалу, в которой за нуль принималась температура смеси воды и льда, а температура кипения воды приравнивалась к 100 °С. За градус принимается сотая часть интервала между этими реперными точками. Эта шкала более рациональна, чем шкалы Фаренгейта и Реомюра, и широко используется в науке. Шкала Цельсия очень удобна, поскольку вода широко распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь.
Шкала Ньютона была разработана Исааком Ньютоном в 1701 г. для проведения теплофизических исследований и стала, вероятно, прообразом шкалы Цельсия. В качестве термометрической жидкости Ньютон использовал льняное масло. За 0° Ньютон взял температуру замерзания пресной воды, а температуру человеческого тела он обозначил как 12°. Таким образом, температура кипения воды стала равна 33°.
Шкала Ранкина была предложена шотландским инженером и физиком Уильямом Ранкином. Нуль ее совпадает с нулем термодинамической температуры, а по размеру 1 °Ra равен 5/9 К. То есть принцип тот же, что и в шкале Кельвина, только по размерности шкала Ранкина совпадает не со шкалой Цельсия, а со шкалой Фаренгейта. Эта система измерения температуры распространения не получила.
Температура
Хаотическое тепловое движение на плоскости частиц газа таких как атомы и молекулы
Содержание
Молекулярно-кинетическое определение
Температура с молекулярно-кинетической точки зрения — физическая величина, характеризующая интенсивность хаотического, теплового движения всей совокупности частиц системы и пропорциональная средней кинетической энергии поступательного движения одной частицы.
Связь между кинетической энергией, массой и скоростью выражается следующей формулой:
Ek = 1 /2m • v 2
Таким образом частицы одинаковой массы и имеющие одинаковую скорость имеют и одинаковую температуру.
Средняя кинетическая энергия частицы связана с термодинамической температурой постоянной Больцмана :
Eср = i/2kBT
где:
i — число степеней свободы kB = 1.380 6505(24) × 10 −23 Дж/K — постоянная Больцмана T — температура;
Термодинамическое определение
Температура — величина, обратная изменению энтропии (степени беспорядка) системы при добавлении в систему единичного количества теплоты: 1/T = ΔS/ΔQ.
История термодинамического подхода
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.
В равновесном состоянии температура имеет одинаковое значение для всех макроскопических частей системы. Если в системе два тела имеют одинаковую температуру, то между ними не происходит передачи кинетической энергии частиц ( тепла ). Если же существует разница температур, то тепло переходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой, потому что суммарная энтропия при этом возрастает.
Температура связана также с субъективными ощущениями «тепла» и «холода», связанными с тем, отдает ли живая ткань тепло или получает его.
Некоторые квантовомеханические системы могут находится в состоянии, при котором энтропия не возрастает, а убывает при добавлении энергии, что формально соответствует отрицательной абсолютной температуре. Однако такие состояния находятся не «ниже абсолютного нуля», а «выше бесконечности», поскольку при контакте такой системы с телом, обладающим положительной температурой, энергия передается от системы к телу, а не наоборот (подробнее см. Квантовая термодинамика ).
Свойства температуры изучает раздел физики — термодинамика. Температура также играет важную роль во многих областях науки, включая другие разделы физики, а также химию и биологию.
Измерение температуры
Для измерения температуры выбирается некоторый термодинамический параметр термометрического вещества. Изменение этого параметра однозначно связывается с изменением температуры. На практике для измерения температуры используют
Единицы и шкала измерения температуры
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 температур Кельвина
Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина или термодинамической температурной шкалой. Единица абсолютной температуры — кельвин (К).
Абсолютная шкала температуры называется так, потому что мера основного состояния нижнего предела температуры — абсолютный ноль, то есть наиболее низкая возможная температура, при которой в принципе невозможно извлечь из вещества тепловую энергию.
Абсолютный ноль определён как 0 K, что приблизительно равно −273.15 °C.
Температуре замерзания воды при стандартном атмосферном давлении соответствуют 273,15 K. Число градусов Цельсия и кельвинов между точками замерзания и кипения воды одинаково и равно 100. Поэтому градусы Цельсия переводятся в кельвины по формуле K = °C + 273,15.
Шкала Цельсия
Шкала Фаренгейта
В Англии и, в особенности, в США используется шкала Фаренгейта. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия.
Энергия теплового движения при абсолютном нуле
Когда материя охлаждается, многие формы тепловой энергии и связанные с ней эффекты одновременно уменьшаются по величине. Вещество переходит от менее упорядоченного состояния к более упорядоченному. Газ превращается в жидкость и затем кристаллизуется в твёрдое тело (гелий и при абсолютном нуле остается в жидком состоянии при атмосферном давлении). Движение атомов и молекул замедляется, их кинетическая энергия уменьшается. Сопротивление большинства металлов падает из-за уменьшения рассеяния электронов на колеблющихся с меньшей амплитудой атомах кристаллической решётки. Таким образом даже при абсолютном нуле электроны проводимости движутся между атомами со скоростью Ферми порядка 1×10 6 м/с.
Температура, при которой частицы вещества имеют минимальное количество движения, сохраняющееся только благодаря квантовомеханическому движению, — это температура абсолютного нуля (Т = 0К).
Температура с термодинамической точки зрения
Существует множество различных шкал температур. Когда-то температура определялась очень произвольно. Мерой температуры служили метки, нанесённые на равных расстояниях на стенах трубочки, в которой при нагревании расширялась вода. Потом решили измерить температуру ртутным термометром и обнаружили, что градусные расстояния не одинаковы. В термодинамике дается определение температуры, не зависящее от каких-либо частных свойств вещества.
, которая не зависит от свойств вещества. Из термодинамики следует, что если какая-то тепловая машина, поглощая количество теплоты
при
выделяет тепло
при
, выделяет то же самое тепло
при температуре в один градус, то машина, поглощающая
при
должна при температуре
выделять тепло
. Конечно, между теплом
и температурой
существует зависимость и тепло
должно быть пропорционально
. Таким образом, каждому количеству тепла
, выделенного при температуре в один градус, соответствует количество тепла, поглощённого машиной при температуре
, равное
, умноженному на некоторую возрастающую функцию
температуры:
Поскольку найденная функция возрастает с температурой, то можно считать, что она сама по себе измеряет температуру, начиная со стандартной температуры в один градус. Это означает, что можно найти температуру тела, определив количество тепла, которое поглощается тепловой машиной, работающей в интервале между температурой тела и температурой в один градус. Полученная таким образом температура называется абсолютной термодинамической температурой и не зависит от свойств вещества. Таким образом, для обратимой тепловой машины выполняется равенство:
— энтропия:
Для системы, в которой энтропия
может быть функцией
её энергии
, термодинамическая температура определяется как:
Температура и излучение
При повышении температуры растёт энергия, излучаемая нагретым телом. Энергия излучения абсолютно чёрного тела описывается законом Стефана — Больцмана
Шкала Реомюра
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)
Переходы из разных шкал
| в\из | Кельвин | Цельсий | Фаренгейт |
|---|---|---|---|
| Кельвин (K) | = K | = С + 273,15 | = (F + 459,67) / 1,8 |
| Цельсий (° C) | = K − 273,15 | = C | = (F − 32) / 1,8 |
| Фаренгейт (°F) | = K · 1,8 − 459,67 | = C · 1,8 + 32 | = F |
Сравнение температурных шкал
| Описание | Кельвин | Цельсий | Фаренгейт | Ранкин | Делиль | Ньютон | Реомюр | Рёмер |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Абсолютный ноль | 0 | −273.15 | −459.67 | 0 | 559.725 | −90.14 | −218.52 | −135.90 |
| Температура таяния смеси Фаренгейта ( соль и лёд в равных количествах) | 255.37 | −17.78 | 0 | 459.67 | 176.67 | −5.87 | −14.22 | −1.83 |
| Температура замерзания воды (Нормальные условия) | 273.15 | 0 | 32 | 491.67 | 150 | 0 | 0 | 7.5 |
| Средняя температура человеческого тела ¹ | 310.0 | 36.6 | 98.2 | 557.9 | 94.5 | 12.21 | 29.6 | 26.925 |
| Температура кипения воды (Нормальные условия) | 373.15 | 100 | 212 | 671.67 | 0 | 33 | 80 | 60 |
| Плавление титана | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
| Поверхность Солнца | 5800 | 5526 | 9980 | 10440 | −8140 | 1823 | 4421 | 2909 |
Накопительный водонагреватель
Накопительный водонагреватель, или бойлер (от англ. boiler) представляет собой сравнительно большую ёмкость с размещенным в ней или, реже, под ней, источником тепла. Нагрев может производиться при помощи парового или водяного теплообменника — в нём циркулирует горячая вода в замкнутом контуре, нагреваемая, например, с помощью отопительного котла. Такие бойлеры называют бойлерами (водонагревателями) косвенного нагрева. [2]
Некоторые значения в этой таблице были округлены.
Характеристика фазовых переходов
Для описания точек фазовых переходов различных веществ используют следующие значения температуры:
Измерение температуры
Для измерения температуры выбирается некоторый термодинамический параметр термометрического вещества. Изменение этого параметра однозначно связывается с изменением температуры. На практике для измерения температуры используют
Температурные шкалы
Немного бесполезной информации.
Все элементарное просто, но все простое не всегда элементарно. Все мы слышали про различные температурные шкалы, но не все мы знаем, что их на самом деле несколько больше, чем те три, что у всех на слуху. Итак, начнем с самым распространенных, а закончим рассолом.
Шкала Цельсия (Цельсий, Celsius, °C)
Используется в быту, но не везде (вспомним Фаренгейта). 0° — точка замерзания воды, 100° — точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Придумана Андерсом Цельсием аж в 1742 году.
Шкала Фаренгейта (Фаренгейт, Fahrenheit, °F)
Используется в быту, но не везде, а в основном в Англии и США. Определение ее такое (из Википедии) — это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при нормальном атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Придумал Габриэль Фаренгейт в 1724 году.
Формула перевода в градусы Цельсия:
Шкала Кельвина (Кельвин, Kelvin, K)
В быту как-то не очень. Родилась от желания получить шкалу с абсолютным нулем (отсутствием термодинамической энергии).
Названа в честь Уильяма Томсона. Казалось бы — причем здесь Кельвин. А вот Уильям Томсон был Lord Kelvin, вот так вот.
А в 1954 году на десятой главной конференции мер и весов (Conférence Générale des Poids et Mesures, CGPM) решили, что фиксированной точкой шкалы Кельвина будет тройная точка воды (нашел старенький пост @Chemicat, ), и температура ее будет 273.16K.
Кстати, K пишется без значка градуса с 1968 года после 13 главной конференции, и градус после этой конференции стал 1/273.16 температуры тройной точки воды (ну как бы все равно тот же один градус как у Цельсия получился, только теперь научно).
Шкала Ранкина (Ранкин, Rankine, °Ra)
Шкала Делиля (Делиль, Delisle, °De)
Уже давно не используется, но была когда-то. Придумал в 1732 году Жозеф Николя Делиль. Ноль — температура кипения воды, а один градус это минус две трети градуса Цельсия (потому что температура замерзания воды по этой шкале 150°De).
Отсчет положительных значений идет в противоположном направлении таковому у Цельсия.
Вообще, это не очень удивительно — у Цельсия все тоже было сначала наоборот, но производители термометров развернули. А до Делиля руки не добрались — быстро как-то эта шкала зачахла.
Формула перевода в градусы Цельсия:
Шкала Реомюра (Реомюр, Réaumur, °Ré, °Re)
Предложил Рене Антуан Реомюр в 1730 году. Собственно точка замерзания воды — 0°Re, точка кипения воды 80°Re.
Почему 80 — потому что 80 можно было делить пополам 4 раза, и все время получать целое число. Очень было модно у французов.
Формула перевода в градусы Цельсия:
Шкала Рёмера (Рёмер, Rømer, °Rø)
Почему же все эти забавные шкалы (ну, кроме верхних трех, с натяжкой, четырех) отвалились? Потому что французы, когда изобретали метрическую систему, решили что десятки — это то, что нам надо, и приняли судьбоносное решение использовать шкалу Цельсия. Так метрическая система, в лице Цельсия, заборола всех остальных.
Такую историю я слышал в школе.
0° — точка замерзания воды, 100° — точка кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Придумана Андерсом Цельсием аж в 1742 году.
В той шкале, что Андерс Цельсий придумал, 0° ― был точкой кипения, а 100° ― тройная точка воды.
То что сейчас используется ― это шкала Цельсия-Линнея от 1745-го.
До сих пор не понимаю, почему наглосаксы не перешли на Цельсия и ед. измерения СИ
Типа: «еб%%ие шакалы же есть, почему бы не быть температурным».
Вполне соответствовало первому предложению поста, кстати.
Праздники градусов
Подставим в формулу:
х = 1 681,2972625 = 1681 год, 19 апреля.
В это время ни один из этих ученых еще не родился. Фаренгейту было минус 5 лет и 35 дней, Цельсию минус 20 лет и 222 дня.
После этого решено было посчитать такую же дату для Фаренгейта/Кельвина.
Подставим в формулу:
х = 2 571,688615 = 2571 год, 8е сентября.
Добавление дней в расчеты сместило праздничную дату на 1 год.
Все, упоротый расчет закончен.
То же самое
Как зубы чувствуют холод
Зубные клетки реагируют на резкий холод с помощью собственного температурного рецептора.
Зубы болят от холода потому, что у них повреждена эмаль – из-за бактерий ли, или из-за пищевых кислот. В эмали образуются впадины, полости, выемки, которые делают зубы сверхчувствительными к низкой температуре. Связь между повреждениями эмали и повышенной чувствительностью к холоду была известна давно, но как именно зубы его чувствуют, долгое время оставалось загадкой.
Предполагалось, что здесь всё дело в крохотных каналах с жидкостью, которые пронизывают зуб: от перепада температуры жидкость двигается, и вот это движение жидкости воспринимается как холодовая боль. Но всё упирается в то, где у зубов холодовые рецепторы. Всё-таки зубы – не кожа, обычных терморецепторов на эмали у них нет, и в дентине, который лежит под эмалью, тоже нет. Но где-то они должны быть.
Любой рецептор – это белок (или комплекс белков), который встроен в мембрану сенсорной клетки и который работает как ионный канал. Рецептор реагирует на определённые воздействия – например, на понижение температуры. Когда становится холодно, белок-рецептор открывает поток ионов между наружной и внутренней стороной мембраны. Электрические параметры мембраны из-за этого мгновенно меняются, и возникает электрохимический импульс, который бежит к мозгу.
Около пятнадцати лет назад сотрудники Медицинского института Говарда Хьюза обнаружили ионный канал TRPC5, который оказался сверхчувствителен к холоду. Но обнаружили его как ген и соответствующий ему белок. Где в теле находится TRPC5, было неясно. Точно не в коже: мыши, у которых выключали ген TRPC5, продолжали чувствовать холод. Но тут кто-то вспомнил, что есть ещё один орган, который чувствует холод – это зубы.
Дальнейшие эксперименты на мышах показали, что TRPC5 действительно находится в зубах: у животных с отключённым геном TRPC5 никаких болевых сигналов в ответ на холод от зубов не передавалось. Точно также не было болевых сигналов, если ионный канал TRPC5 блокировали химически, чтобы он не работал. Кстати, вещества, что блокируют канал TRPC5, содержатся в гвоздичном масле – в старые (да и не в очень старые) времена его широко использовали, чтобы снять зубную боль.
Вместе с коллегами из Университета Эрлангена – Нюрнберга и других научных центров исследователи опубликовали статью в Science Advances, в которой говорится, что рецептор TRPC5 несут на себе клетки одонтобласты. Они сидят не границе между пульпой зуба и дентином; собственно, одонтобласты дентин и производят. У них есть длинные отростки, которые заполняет канальцы внутри дентина – те самые канальцы, о которых шла речь выше. Канальцы вместе с отростками одонтобластов могут достигать эмали. И если эмаль повреждена, отросток клетки легко почувствует резкий холод с помощью рецептора TRPC5. Одонтобласты соединены с нейронами, и потому сразу отправляют болевой импульс в мозг.
Конечно, лучше всего, когда сам следишь за зубами и не допускаешь, чтобы бактерии и кислота разрушали их эмаль. Но зубы у всех разные, и у кого-то они всю жизнь остаются плохими, несмотря на все усилия. Может быть, с новыми данными об одонтобластах и их рецепторах у нас появятся эффективные средства, которые позволят людям с холодочувствительными зубами спокойно есть мороженое.
Автор: Кирилл Стасевич
90 градусов
Дорожный знак во время жары в Юте
Это температура воздуха, а не лимит скорости
Даже в Кельвинах проще
Высокий интеллект
Градусы
Такие разные градусы
Сколько сегодня градусов? Как часто вы задаетесь этим вопросом, особенно перед тем как выйти из дома. Температура воздуха (наряду с наличием или отсутствием осадков) стала для нас ключевым параметром текущей погоды, а термометр – привычной частью быта. Но еще несколько столетий назад люди вообще не заботились измерением температуры воздуха, а термометры встречались лишь в немногочисленных научных лабораториях (да и то с XVI века). В этом плане, термометр и телескоп практически ровесники, но сравните, как часто вы пользуетесь телескопом и термометром…И редко задумываемся о том, что термометр имеет свою весьма занимательную историю.
Отличать тепло от холода умеет большинство живых организмов, это мы не можем записать в «актив» достижений человеческого разума. Но еще в древности люди заметили, что при нагревании воздух расширяется. Используя это свойство, александрийский математик и инженер Герон еще во II веке до н.э. построил систему поднятия воды путем нагревания.
Очевидным следующим шагом было научиться измерять степень нагревания/охлаждения воздуха. И, полтысячелетия спустя, другой математик, Филон Византийский якобы сконструировал некий прибор для измерения температуры воздуха и воды. По крайней мере, об этом есть упоминания в некоторых трактатах того времени. Но ни прибор, ни его чертежи так и не найдены, равно как нет информации о попытках повторить работу Филона. Поэтому эту попытку создания термометра мы не засчитываем. Пока не будет доказано иное.
Тысячу лет с лишним подвижек к решению этой задачи (измерения температуры) не было, а затем просто понеслось. Понеслось не случайно: в позднем Средневековье естествознание переживает очередной расцвет, растут университеты, открываются научные лаборатории. И им позарез нужна приборная база. В частности, инструмент, который мог бы точно измерить, как меняется температура (воздуха, растворов и проч.). Над созданием такого инструмента работали многие и сегодня лавры создателя термометра приписывают сразу нескольким ученым.
Перечислю лишь некоторых.
Итальянский физик Галилео Галилей. Сам он такой прибор не описывал, но его ученики засвидетельствовали, что в 1597 году он создал термоскоп.
Он представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой, которая помещалась в жидкость. Воздух в стеклянном шаре посредством горелки или простым растиранием ладонями нагревался, в результате чего он начинал вытеснять жидкость в стеклянной трубке, показывая тем самым степень увеличения температуры: чем тоньше была трубка, тем выше была «точность» прибора. Считается, что на эти изыскания Галилея вдохновили описания устройств Герона.
Итальянский же врач Санторио, много лет занимавшийся изучением анатомии и физиологии. Кстати, он преподавал в Падуанском университете примерно в те же годы, когда там обучался Уильям Гарвей, человек, объяснивший, как работает сердце. Для своих опытов Санторио сам придумывал и изготавливал оборудование. Так в 1626 году он построил ртутный термометр, который мог измерять температуру человеческого тела. Прибор мало напоминал современные градусники: имело форму шара и продолговатую извилистую трубку, на которой были нарисованы деления, свободный конец трубки заполняли подкрашенной жидкостью. Измерения были грубыми, но, с точки зрения медицины, главным достижением Санторио было то, что он установил: у здорового человека должна быть постоянная температура тела. Нам это кажется очевидным, но до Санторио врачи об этом не задумывались.
Были и другие претенденты. На протяжении определенного времени, усовершенствования термометров касались их формы и содержимого, но не точности. Голландец Ван-Дребель доработал термоскоп, сделав его более чувствительным и окрасил воду, что облегчило работу с ним. В Флорентийской академии научились делать термометры, не зависящие от атмосферного давления: вместо воды, термометры стали заполнять подкрашенным спиртом, а верх стеклянной трубки запаивать. Но чем больше становилось термометров, тем острее вставал вопрос их «стандартизации», появления общепринятых единиц измерения температуры.
В 1672 году немецкий физик и, по совместительству, бургомистр города Марбурга Отто фон Герике создал семиметровый прибор измерения температуры с восемью делениями, от «великого холода» до «великой жары».
Термометр Герике. Иллюстрация из книги Otto von Guericke’s Experimenta Nova Magdeburgica.
Текущую температуру на шкале указывала подвижная фигурка ангела, а в качестве начальной точки (того самого «великого холода») он взял температуру первых осенних заморозков. Проблема в том, это была величина переменная, а приборам в качестве «точки отсчета» требуется константа.
Примерно в те же годы известный физик Роберт Бойль (1627—1691) предложил принять за исходную точку температуру замерзания воды. Однако вскоре обнаружили, что для построения шкалы одной исходной точки недостаточно. Сначала, с подачи Гюйгенса в качестве второй точки стали брать температуру кипения воды. Далее Ньютон сделал еще более подробную шкалу с шестью температурными отметками: 1° – тающего льда, 2° – человеческой крови, 3° – плавления воска, 4° – кипения воды, 5° – плавления сплава свинца, висмута и олова и 6° – плавления чисто свинца.
Есть и криптоисторическая версия о том, что Фаренгейт был масоном и имел в ложе степень посвящения «32 градуса». Отсюда, дескать, и взята разница в 32 градуса между нулем на его шкале и точкой таяния льда, ставшая отправной для определения всех последующих констант.
Что там было на самом деле с масонами, история темная. Но достоверно известно, что достижения Фаренгейта были отмечены принятием в члены Лондонского королевского общества (одной из первых европейских Академий наук), а его шкала используется по сей день (главным образом в Великобритании и США). Есть относительно несложный способ перевести температуру по Фаренгейту в привычные нам градусы по Цельсию: следует от данного числа отнять предварительно 32, а затем полученный остаток помножить на 5/9. Соответственно, если требуется обратный перевод («из Цельсия в Фаренгейта»), градусы их следует помножить на 9/5 и к произведению прибавить 32.
Система Фаренгейта оказалась не единственной. В 1730 году французский ученый Рене Антуан Реомюр предложил свой вариант шкалы.
Некоторые дореволюционные термометры Реомюра благополучно дожили до наших дней
Реомюр построил ее в соответствии с тепловым расширением жидкости. Обнаружив, что при нагревании смесь воды со спиртом между температурами замерзания и кипения воды расширяется на 80 тысячных своего объема (современное значение — 0,084), Реомюр разделил этот интервал на 80 градусов. Термометры Реомюра были весьма распространены вплоть до начала ХХ века, пока их не вытеснили приборы, работающие по шкале Цельсия.
Свой вариант температурной шкалы шведский астроном Андреас Цельсий предложил еще в 1742 году. Он поделил расстояние между точками на 100 интервалов, цифрой 100 была отмечена точка таяния льда, а 0 — точка кипения воды. И на сегодня это самый распространенный способ измерять температуру.
А дальше произошел своеобразный повтор ситуации времен Галилея и Санторио – термометры изготавливали повсеместно, но использовали при этом самые разные шкалы, помимо упомянутых Фаренгейта, Реомюра и Цельсия был еще с десяток вариантов. Использованию в быту это сильно не мешало, другое дело в науке или на производстве (а термометры к тому времени перестали быть исключительно научным прибором). Ведь для того, чтобы воспроизвести процесс по чьим-то записям, предварительно требовалось «перевести» градусы, которыми пользовался автор в те, что были на вашем термометре. Кроме того, вскоре выяснилось, что даже тщательно проградуированные приборы с разными жидкостями показывают разную температуру. При 50° С по ртутному термометру спиртовой показывал 43 ° С, термометр с оливковым маслом – 49 ° С, а с соленой водой – 45,4 ° С.
В общем, требовалось довести процесс стандартизации до конца. И это успешно проделал другой известный физик У. Томсон (лорд Кальвин). В 1848 году он предложил измерять не температуру, а количество тепла, которое в определенном процессе, называемом циклом Карно, передается от горячего тела к холодному: оно определяется только их температурами и совершенно не зависит от нагреваемого вещества. В термодинамической, или абсолютной, шкале температур, построенной на этом принципе, единица температуры называется кальвин.С точки зрения науки шкала Кальвина была оптимальным решением. Но с позиций повседневной практики, весьма неудобной, да и воспроизвести цикл Карно вне метрологической лаборатории было затруднительно. Поэтому шкала Кельвина (доработанная в прошлом веке) востребована в основном в науке, а в остальных сферах человечество обходится шкалами Фаренгейта и Цельсия (а кое-где и шкалой Реомюра).
Ну и напоследок, еще один интересный факт из истории термометров. Внедрение их в широкую терапевтическую практику в нашей стране связано с именем знаменитого врача Сергея Петровича Боткина. Ко времени начала его работы в Императорской медико-хирургической академии уже были созданы предпосылки для перехода от эмпирической терапии к научной, с обоснованными объективными методами диагностики и лечения больных. Но именно он стал «локомотивом» этого процесса в русской медицине. В частности, методологически обосновал необходимость измерения температуры пациента, как при первичном осмотре, так и в процессе лечения.