Андерс Цельсий, шведский астроном, геолог и метеоролог

Астроном, сумасброд, путешественник: как на самом деле хотел измерять температуру астроном Андерс Цельсий

Андерс Цельсий, шведский астроном, геолог и метеоролог

В XVIII веке ученые пытались найти наиболее точный способ измерения температуры окружающего пространства и предложили более 30 различных шкал измерения. Чаще всего это были различные вариации двух основных идей — взять за эталон точку замерзания воды, впервые предложенную в 1665 году голландцем Христианом Гюйгенсом, или температуру тела здорового человека.

В 1724 году двое врачей, Габриэль Фаренгейт и Рене Ферхо де Реомюр, почти одновременно предложили шкалы измерения температуры. Фаренгейт в качестве эталона использовал температуру тела здорового человек, установленную на уровне 96 °F.  Реомюр предложил принять точку замерзания воды за 0°, а точку кипения — за 80 °Ré.

Через 20 лет Цельсий пересмотрел идею Реомюра — ученый также использовал в качестве эталонов воду в точках кипения и замерзания. Но в своей шкале Цельсий учел давление воздуха. Он провел многочисленные измерения на разных высотах, чтобы понять, какое влияние давление воздуха оказывает на точку кипения.

В результате он увеличил шкалу своего предшественника на 20° и перевернул ее, разместив точку кипения на уровне 0 °C, а замерзания — на 100 °C. Швед оправдал такое решение тем, что ему не хотелось, чтобы зимой температура опускалась ниже нуля. Оставь история шкалу Цельсия без изменений, мы бы радовались положительным зимним температурам.

Например, в Москве в день рождения Цельсия, 27 ноября 2018 года, по данным Гидрометцентра России, стоит настоящая «жара» — +103 °C.

Северное сияние, форма Земли и первый стоградусный термометр

Андерс Цельсий родился 27 ноября 1701 года в Уппсале, Швеция, в семье ученых: его отец и дед, Нильс и Магнус, были астрономами, а мать, Гунилла — дочерью астронома Андерса Споле. В то время в эту науку также входили геология и метеорология.

Талант Цельсия проявился в детстве — в 12 лет он решил все задачи в университетском учебнике по высшей математике. Церковный запрет на преподавание теории Коперника и отсутствие астрономических инструментов в Швеции вынудили Цельсия покинуть страну и завершить обучение за границей.

Его первой остановкой была новая обсерватория в Берлине, где он помогал Крисфриду Кирчу в наблюдении за планетами Солнечной системы. Затем вместе с учеными из французской академии наук он отправился в экспедицию на север Швеции, целью которой стало определение природы северного сияния.

Цельсий первым предположил, что причиной его возникновения является возмущение магнитного поля Земли — он заметил, что направление стрелки компаса искажается при этом явлении на несколько градусов.

Андерс Цельсий.

Ученый путешествовал по Европе. Он посетил Венецию, Падую, Болонью, Рим, а затем и Париж. Его приезд совпал с пиком дебатов о форме Земли. Исаак Ньютон утверждал, что осевое вращение Земли придает планете выпуклую форму на экваторе и сплющенную на полюсах.

В то же время теория вихря Рене Декарта предполагала, что Земля сплющена вокруг экватора и имеет выпуклую форму вдоль полярной оси.

Большинство членов Парижской академии наук поддерживали теорию Декарта, но математик Пьер Луи де Мопертюи высказался в поддержку Ньютона.

Для окончательного решения вопроса Мопертюи организовал экспедицию в Лапландию для измерения кривизны Земли. Цельсий, знакомый с математиком, предложил отправиться в шведский Торнио — и получил приглашение принять участие в экспедиции. Ее результаты подтвердили теорию Ньютона, ставшую краеугольным камнем в физике на столетия вперед.

В 1737 году Цельсий получил кафедру в Упсальском университете и начал строительство первой обсерватории в Швеции — до этого для наблюдений за небесными телами астрономам приходилось выезжать в другие страны Европы. Проект был закончен в 1742 году — за два года до смерти ученого от туберкулеза.

Во время работы в Швеции Цельсий также попытался определить величину звезд в созвездии Овна фотометрическими средствами, провел реформу преподавания астрономии в университетах и убедил правительство страны перейти с юлианского на более точный григорианский календарь.

Еще во время обучения в университете Цельсий начал делать метеорологические измерения. Однако получать точные данные о погоде и температуре мешала распространенная на тот момент система измерения, которая содержала множество погрешностей.

Ученый стремился создать более надежный инструмент, основанный на двух неизменных показателях — температуре замерзания и кипения воды. Он установил верхнюю точку на 0°, а нижнюю — на 100°, создав, таким образом, первый стоградусный термометр.

В работе «Наблюдения двух фиксированных положений на термометре» ученый рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура таяния льда (0 °C) не зависит от давления. При этом температура кипения воды под действием атмосферного давления варьируется, а откалибровать ее можно, зная, на каком уровне относительно моря находится термометр.

Новая шкала измерения температуры была представлена 25 декабря 1741 года и почти сразу принята научным сообществом. Правда, под названием «стоградус».

Спустя десять лет шкалу Цельсия перевернули: 0° стал точкой замерзания воды, а 100° — точкой кипения. Кто сделал это, неизвестно. Чаще всего эту заслугу приписывают коллеге Цельсия, создателю единой системы классификации животного и растительного мира Карлу Линнею.

Карл Линней.

Согласно другой версии, это сделал друг и ученого Мартин Стромэр. Есть и те, кто считает, что изобретение стоградусного термометра, начинающегося с 0°, принадлежит французу Жану Пьеру Кристиану. Сторонники этой теории полагают, что Цельсий был первым только в изобретении стоградусной шкалы, а Кристиан создал ее современный вариант.

Цельсий в системе СИ

«Стоградус» был общепринятой системой измерения температуры во всем мире, за исключением США, до 1948 года. От термина отказались из-за путаницы — в Испании и Франции «стоградус» использовался для измерения угла, равного 1/100 от прямого.

 Градусы Цельсия были определены общепринятым показателем температуры решением Генеральной конференции по методам и мерам, однако новый термин не использовался широко в течение следующих десяти лет.

Например, в прогнозах погоды на телеканале Би-Би-Си до 1958 года дикторы говорили «градусы», а не «градусы Цельсия».

Сейчас градус Цельсия — производная величина в Международной системе единиц измерения (СИ), которая равна одному кельвину. Ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 единиц: это значит, что абсолютный ноль по Кельвину равен –273,15 °C.

Изображение: NIST

Температура по Кельвину («термодинамическая температура») отличается от температуры по Цельсию методом измерения. Поэтому основные международные и российские документы, содержащие описание единиц СИ и регламентирующие их использование, называют градус Цельсия не единицей температуры, а единицей температуры Цельсия.

Цельсий и Фаренгейт

Еще больше температура по Цельсию отличается от температуры по Фаренгейту — последнюю шкалу, помимо США, используют жители Багам, Каймановых островов и Либерии.

Габриэль Фаренгейт установил в качестве эталона температуру тела здорового человека, равную 96 °F. Точка плавления льда по шкале немецкого ученого находится на уровне 36 °F, а температура кипения воды составляет 212 °F.

Один градус равен разнице 1/180 разности между точкой кипения воды и точкой плавления льда, а диапазон от 0° до 100 °F по шкале Фаренгейта равен диапазону  от минус 17,8° до 37,8 °C по шкале Цельсия. Шкалы пересекаются только в одной точке — при –40 °C системы измерения показывают одинаковую температуру.

Источник: https://hightech.fm/2018/11/27/celsius

Температура, взгляд изнутри..

Андерс Цельсий, шведский астроном, геолог и метеоролог
?

Cony Mac (conymac) wrote,
2011-03-29 17:15:00 Cony Mac
conymac
2011-03-29 17:15:00 Category:
Температура, все знают что это такое. Это когда холодно или тепло. Это когда нос красный и на работу не хочется.Все привыкли говорить «на улице тепло, +20 градусов» или же «дубааар, аж — 20».

Практически никто, в разговоре, не добавляет чего именно минус и каких именно градусов.А между прочем скажите американцу, что на улице тепло, аж целых +20, и он посмотрит на вас как на идиота, ведь для него это +20 градусов по Фаренгейту, т.е. «каток застыл вперед на лыжи!»Давайте разберемся сколько же сейчас в мире температурных шкал и как в них не путаться.

Начнем с более родного и близкого нам …. «Цельсия«…

Андерс Цельсий — шведский астроном, геолог и метеоролог. Профессор астрономии Упсальского университета (1730—1744). Он предложил шкалу Цельсия, в которой температура тройной точки воды1 принималась за 100, а температура кипения воды — за 0.

В 1745 году, уже после смерти Цельсия, шкала была перевернута Карлом Линнеем (за 0 стали принимать температуру плавления льда, а за 100 — кипения воды), и в таком виде используется до нашего времени.

Ну я практически уверен, что никого ничем не удивил тут. Ну разве, что тем что шкала сначала была «вверх ногами», ну да это детали.

А что за Фаренгейт то такой ? Тут есть побольше чего рассказать.

Тут уже легенды и истории появляются.

Гра́дус Фаренге́йта — единица измерения температуры с линейной шкалой. Долгое время шкала Фаренгейта была основной в англоговорящих странах, но в конце 1960-х — начале 1970-х годов она была практически вытеснена шкалой Цельсия. Только в США и Белизе шкала Фаренгейта до сих пор широко используется в бытовых целях.

Шкала названа в честь предложившего её в 1724 году немецкого учёного Габриеля Фаренгейта.

На шкале Фаренгейта точка таяния льда равна +32 °F, а точка кипения воды +212 °F (при нормальном атмосферном давлении). При этом один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур. Диапазон 0°…+100° по шкале Фаренгейта примерно соответствует диапазону −18°…+38° по шкале Цельсия.

Ноль на этой шкале определяется по температуре замерзания смеси воды, льда и нашатыря, а за 100 °F принята нормальная температура человеческого тела (однако Фаренгейт ошибся в последнем измерении: нормальная температура человеческого тела составляет 97,9 °F).

По одной из версий за 100 градусов температурной шкалы Фаренгейт принял температуру тела своей жены, которая в момент измерения температуры была больна лихорадкой — именно этим, а не погрешностью самого измерения, и обусловлено смещение стоградусной точки на 2,1 °F.

Однако, различие, по всей видимости, вызвано разными способами измерения температуры: во многих странах, включая США, температуру принято измерять в полости рта, а не в подмышечной области; разница между этими способами измерения как раз составляет примерно 1 °C (около 1,8 °F).

Вот в принципе вся история этого фаренгейта, немного сказок про больную жену и довольно кривая шкала измерения температуры готова. Почему кривая ? Да хотя бы из-за того, что за отсчет принята температура человеческого тела. Величина крайне не постоянная и более того, разная по всему телу!

Кстати, кто не знал, 36.

6 это обычная температура человеческой подмышки, но ни как не всего человека:) Пятки например имеют температуру 34-35 градусов цельсия, некоторые железы 37-38 и так далее… 36.6 даже не является _средней_ по телу, просто принятой для измерения, чего в принципе вполне достаточно. Ведь если человек заболел, температура в подмышках поднимется 😉

С историей — разобрались. Как же переводить одно в другое ??? Тут все очень просто.

Из шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта:

Из шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия:

Так как 5/9 и 1/2 довольно «близки» по значению, то можно делить на 2 (или умножать) Ошибка в пол градуса, не смертельна на бытовом уровне.

С бытовыми шкалами разобрались, но ученые же не могут пользоваться обычной и достаточной для большинства шкалой, им нада что нибудь особенно крутое. Правильное и точное.

И ведь действительно, одна шкала принимает за ноль температуру замерзания воды, а ведь эта температура может сильно изменятся в зависимости от условий (давление, примеси в воде…), другая вообще основана на температуре больной женщины…

Точность довольно сомнительная.Так ученые решили пользовать другую шкалу, назвав ее самой правильной (и этому есть причины) — шкалой Кельвина или же абсолютной шкалой Кельвина.

Кельвин (обозначение: K) — единица измерения температуры была предложена в 1848 году. Начало шкалы (0 К) совпадает с абсолютным нулём2.

Пересчет в градусы Цельсия: °С = K — 273,15.

Единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона, которому было пожаловано звание лорд Кельвин Ларгский из Айршира. В свою очередь, это звание пошло от реки Кельвин, протекающей через территорию университета в Глазго.Как видите все предельно просто и за основу взято «начало» температуры как физической характеристики.

Правда тут может возникнуть вопрос, а что вообще такое температура ? Википедия на этот вопрос дает вполне приемлимый ответ (замечание для любителей оспаривать правдивость википедии…).

Температура — скалярная физическая величина, характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. Или говоря людским языком — как быстро мечутся молекулы в теле, которое находится в состоянии равновесия.

Кстати важно заметить, что имеется ввиду броуновское движение (или кристаллическая «вибрация»), а не скорость самого тела (нельзя вскипятить чайник если быстро бегать с ним в обнимку)…Вот в принципе и все краткое описание трех используемых ныне температурных шкал. Остается, наверно, коснуться еще одной темы.

Раз мы затронули, хоть и вскользь, тему абсолютного нуля и сказали холоднее быть не может, то наверно будет справедливо упомянуть и верхнюю границу — когда и горячей уже не может быть. Как и абсолютный ноль, такая граница существует и называется Планковская температура.

Планковская температура, названная в честь немецкого ученого-физика Макса Планка, единица температуры, обозначаемая TP, в Планковской системе единиц. Это одна из планковских единиц, которая представляет фундаментальный предел в квантовой механике. Современная наука полагает, что бессмысленно рассуждать обо всем более горячем, так как планковская температура — это верхний предел температуры.

А численно это будет : 1.41679(11)×1032 K (или иначе говоря, температура Планка составляет 141 нониллион 679 октиллион (11) градусов).

Т.е. мы с вами живем в страшном холоде, самом начале температурной, абсолютной, шкалы. Наша «средняя температура» колеблется от 270 до 330 градусов Кельвина. А теперь перечитайте максимально возможную …. крайне впечетлительно…

не находите ? Правда на сколько я знаю, эта Планковская температура — температура первых мгновений большого взрыва… Но все равно прикольно …

1 — Температурная «точка» в которой вода может находится в любом из своих трех (обыкновенных) состояний — жидкость, лед, пар. Т.е. 0 Градусов по Цельсию.

2 — Абсолютный нуль температуры — это минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело. «something to read»

Источник: https://conymac.livejournal.com/296609.html

Booksm
Добавить комментарий