stringtranslate.com

Цельсий

Градус Цельсия — единица измерения температуры на температурной шкале Цельсия [1] (первоначально известной как стоградусная шкала за пределами Швеции), [2] одна из двух температурных шкал, используемых в Международной системе единиц (СИ), другая — тесно связанная шкала Кельвина . Градус Цельсия (символ: °C ) может относиться к определенной точке на температурной шкале Цельсия или к разнице или диапазону между двумя температурами. Он назван в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701–1744), который предложил первую версию шкалы в 1742 году. Единица называлась стоградусной на нескольких языках (от латинского centum , что означает 100, и gradus , что означает шаги) в течение многих лет. В 1948 году Международный комитет мер и весов [3] переименовал ее в честь Цельсия, а также для устранения путаницы с термином для одной сотой града в некоторых языках. Большинство стран используют эту шкалу ( шкала Фаренгейта до сих пор используется в США, некоторых островных территориях и Либерии ).

На протяжении всего XIX века шкала основывалась на 0 °C для точки замерзания воды и 100 °C для точки кипения воды при давлении 1  атм . (В первоначальном предложении Цельсия значения были обратными: точка кипения составляла 0 градусов, а точка замерзания — 100 градусов.)

В период с 1954 по 2019 год точные определения единицы градуса Цельсия и температурной шкалы Цельсия использовали абсолютный ноль и тройную точку воды. С 2007 года температурная шкала Цельсия определяется в терминах кельвина , базовой единицы термодинамической температуры в системе СИ (символ: К). Абсолютный ноль , самая низкая температура, теперь определяется как точно 0 К и −273,15 °C. [4]

Страны по использованию
  Цельсий (°С)
  Цельсия (°C) и Фаренгейта (°F)
  Фаренгейт (°F)

История

В оригинальном термометре Андерса Цельсия использовалась перевернутая шкала, где 100 соответствовало точке замерзания, а 0 — точке кипения воды.

В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий (1701–1744) создал температурную шкалу, которая была обратной шкале, известной сейчас как «Цельсий»: 0 представлял точку кипения воды, а 100 представлял точку замерзания воды. [5] В своей статье « Наблюдения за двумя постоянными градусами на термометре » он рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура таяния льда по существу не зависит от давления. Он также с удивительной точностью определил, как температура кипения воды изменялась в зависимости от атмосферного давления. Он предложил, чтобы нулевая точка его температурной шкалы, являющаяся точкой кипения, была откалибрована по среднему барометрическому давлению на среднем уровне моря. Это давление известно как одна стандартная атмосфера . 10-я Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) BIPM в 1954 году определила одну стандартную атмосферу как равную точно 1 013 250 дин на квадратный сантиметр (101,325  кПа ). [6]

В 1743 году лионский физик Жан-Пьер Кристин , постоянный секретарь Лионской академии , перевернул температурную шкалу Цельсия так, что 0 представлял точку замерзания воды, а 100 — точку кипения воды. Некоторые приписывают Кристину независимое изобретение перевернутой оригинальной шкалы Цельсия, в то время как другие полагают, что Кристин просто перевернул шкалу Цельсия. [7] [8] 19 мая 1743 года он опубликовал проект ртутного термометра , «Термометр Лиона», построенного мастером Пьером Казати, который использовал эту шкалу. [9] [10] [11]

В 1744 году, одновременно со смертью Андерса Цельсия, шведский ботаник Карл Линней (1707–1778) перевернул шкалу Цельсия. [12] Его изготовленный на заказ «термометр Линнея» для использования в его теплицах был изготовлен Даниэлем Экстрёмом, ведущим шведским производителем научных инструментов того времени, чья мастерская располагалась в подвале Стокгольмской обсерватории. Как часто случалось в эту эпоху до появления современных средств связи, многочисленным физикам, учёным и изготовителям инструментов приписывают независимую разработку этой же шкалы; [13] среди них были Пер Эльвиус, секретарь Королевской шведской академии наук (у которой была мастерская по изготовлению инструментов), с которым Линней вёл переписку; Даниэль Экстрём  [sv] , изготовитель инструментов; и Мартен Стрёмер (1707–1770), который изучал астрономию у Андерса Цельсия.

Первый известный шведский документ [14], сообщающий о температурах в этой современной «прямой» шкале Цельсия, — это статья Hortus Upsaliensis от 16 декабря 1745 года, которую Линней написал своему ученику Самуэлю Науклеру. В ней Линней перечислил температуры внутри оранжереи Ботанического сада Университета Уппсалы :

...  так как кальдарий (жаркая часть теплицы) под углом окон, только от солнечных лучей, получает такое тепло, что столбик термометра часто достигает 30 градусов, хотя любящий садовод обычно следит, чтобы он не поднимался выше 20-25 градусов, а зимой не ниже 15 градусов  ...

«Центиградус» против «Цельсия»

Начиная с XIX века научные и термометрические сообщества по всему миру использовали термин «шкала Цельсия», а температуру часто обозначали просто как «градусы» или, когда требовалась большая конкретность, как «градусы Цельсия» с обозначением °C.

Во французском языке термин «стоградус» также означает одну сотую градуса , когда используется для угловых измерений . Термин «сотенный градус» был позже введен для температур [15], но также был проблематичным, так как он означает «градиан» (одна сотых прямого угла) во французском и испанском языках. Риск путаницы между температурой и угловыми измерениями был устранен в 1948 году, когда 9-е заседание Генеральной конференции по мерам и весам и Международного комитета мер и весов (CIPM) официально приняло «градус Цельсия» для температуры. [16] [a]

В то время как «Celsius» обычно используется в научной работе, «centigrade» по-прежнему используется во франко- и англоязычных странах, особенно в неформальном контексте. Частота использования «centigrade» со временем снизилась. [17]

Из-за перехода на метрическую систему в Австралии после 1 сентября 1972 года прогнозы погоды в стране стали предоставляться исключительно в градусах Цельсия. [18] В Соединенном Королевстве прогнозы погоды BBC Weather были переведены с «стоградусных» на «цельсиальные» только в феврале 1985 года . [19]

Общие температуры

Эквивалентные температуры в градусах Кельвина (К), Ранкина (Р), Цельсия (°C) и Фаренгейта (°F)

Все фазовые переходы происходят в стандартной атмосфере . Цифры либо по определению, либо приближены из эмпирических измерений.

  1. ^ ab Точное значение, по определению кельвина в системе СИ
  2. ^ Общая справочная температура NIST, указанная в виде круглых чисел

Набор имени и символа

«Градус Цельсия» является единственной единицей СИ , полное название которой содержит заглавную букву с 1967 года, когда базовой единицей СИ для температуры стал кельвин , заменив заглавный термин градусы Кельвина . Множественное число — «градусы Цельсия». [24]

Общее правило Международного бюро мер и весов (BIPM) заключается в том, что числовое значение всегда предшествует единице измерения, а для отделения единицы от числа всегда используется пробел, например, «30,2 °C» (а не «30,2 °C» или «30,2 °C»). [25] Единственными исключениями из этого правила являются обозначения единиц измерения градуса , минуты и секунды для плоского угла (°, ′ и ″ соответственно), для которых между числовым значением и обозначением единицы измерения не оставляется пробела. [26] Другие языки и различные издательства могут следовать другим типографским правилам.

символ Юникода

Unicode предоставляет символ Цельсия в кодовой точке U+2103 ℃ DEGREE CELSIUS . Однако это символ совместимости, предусмотренный для двусторонней совместимости с устаревшими кодировками. Он легко позволяет корректно отображать вертикально написанные восточноазиатские письменности, такие как китайский. Стандарт Unicode явно не рекомендует использовать этот символ: «При обычном использовании лучше представлять градусы Цельсия „°C“ последовательностью U+00B0 ° DEGREE SIGN + U+0043 C LATIN CAPITAL LETTER C , а не U+2103 ℃ DEGREE CELSIUS . Для поиска рассматривайте эти две последовательности как идентичные». [27]

Температуры и интервалы

Градус Цельсия подчиняется тем же правилам, что и кельвин, в отношении использования названия его единицы и символа. Таким образом, помимо выражения конкретных температур по его шкале (например, « Галлий плавится при 29,7646 °C» и «Температура снаружи составляет 23 градуса Цельсия»), градус Цельсия также подходит для выражения температурных интервалов : разницы между температурами или их неопределенностей (например, «Выход теплообменника горячее на 40 градусов Цельсия» и «Наша стандартная неопределенность составляет ±3 °C»). [28] Из-за этого двойного использования нельзя полагаться на название единицы или ее символ, чтобы обозначить, что величина является температурным интервалом; оно должно быть недвусмысленным через контекст или явное утверждение, что величина является интервалом. [c] Иногда это решается путем использования символа °C (произносится как «градус Цельсия») для температуры и C° (произносится как «градус Цельсия») для температурного интервала, хотя такое использование нестандартно. [29] Другой способ выразить то же самое — «40 °C ± 3 K» , который часто встречается в литературе.

Измерение по Цельсию следует интервальной системе , но не системе отношений ; и оно следует относительной шкале, а не абсолютной шкале. Например, объект при 20 °C не имеет в два раза больше энергии, чем при 10 °C; и 0 °C не является самым низким значением по Цельсию. Таким образом, градусы Цельсия являются полезным интервальным измерением, но не обладают характеристиками мер отношения, такими как вес или расстояние. [30]

Сосуществование с Кельвином

В науке и технике шкалы Цельсия и Кельвина часто используются в сочетании в близких контекстах, например, «измеренное значение составило 0,01023 °C с неопределенностью 70 мкК». Такая практика допустима, поскольку величина градуса Цельсия равна величине кельвина. Несмотря на официальное одобрение, предоставленное решением № 3 Резолюции 3 13-й ГКМВ [31] , в котором говорилось, что «температурный интервал может быть также выражен в градусах Цельсия», практика одновременного использования как °C, так и K остается широко распространенной в научном мире, поскольку использование форм градуса Цельсия с префиксом SI (таких как «мк°C» или «микроградусы Цельсия») для выражения температурного интервала не получило широкого распространения.

Температуры плавления и кипения воды

Точки плавления и кипения воды больше не являются частью определения температурной шкалы Цельсия. В 1948 году определение было изменено для использования тройной точки воды . [32] В 2005 году определение было дополнительно уточнено для использования воды с точно определенным изотопным составом ( VSMOW ) для тройной точки. В 2019 году определение было изменено для использования постоянной Больцмана , полностью отделив определение кельвина от свойств воды . Каждое из этих формальных определений оставило числовые значения температурной шкалы Цельсия идентичными предыдущему определению в пределах точности метрологии того времени.

Когда точки плавления и кипения воды перестали быть частью определения, они стали измеряемыми величинами. Это также относится и к тройной точке.

В 1948 году, когда 9-я Генеральная конференция по мерам и весам ( CGPM ) в Резолюции 3 впервые рассмотрела использование тройной точки воды в качестве определяющей точки, тройная точка была настолько близка к тому, чтобы быть на 0,01 °C выше известной точки плавления воды, что она была просто определена как ровно 0,01 °C. Однако более поздние измерения показали, что разница между тройной точкой и точкой плавления VSMOW на самом деле очень немного (< 0,001 °C) больше, чем 0,01 °C. Таким образом, фактическая точка плавления льда очень немного (менее одной тысячной градуса) ниже 0 °C. Кроме того, определение тройной точки воды при 273,16 K точно определило величину каждого приращения на 1 °C в терминах абсолютной термодинамической температурной шкалы (относительно абсолютного нуля). Теперь отделенное от фактической точки кипения воды, значение «100 °C» горячее 0 °C – в абсолютном выражении – ровно в ⁠373.15/273.15⁠ (примерно на 36,61% термодинамически горячее). При строгом соблюдении двухточечного определения для калибровки точка кипения VSMOW при одной стандартной атмосфере давления фактически составляла 373,1339 К (99,9839 °C). При калибровке по ITS-90 (калибровочный стандарт, включающий множество точек определения и обычно используемый для высокоточных приборов) точка кипения VSMOW была немного ниже, около 99,974 °C. [33]

Эта разница в точке кипения в 16,1 милликельвина между первоначальным определением шкалы температур Цельсия и предыдущим (основанным на абсолютном нуле и тройной точке) имеет мало практического смысла в обычных повседневных приложениях, поскольку точка кипения воды очень чувствительна к изменениям барометрического давления . Например, изменение высоты всего на 28 см (11 дюймов) приводит к изменению точки кипения на один милликельвин. [ необходима ссылка ]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Согласно Оксфордскому словарю английского языка (OED), термин «термометр Цельсия» использовался по крайней мере еще в 1797 году. Кроме того, термин «термометр Цельсия или Стоградусный термометр» снова использовался в отношении определенного типа термометра по крайней мере еще в 1850 году. OED также цитирует это сообщение о температуре 1928 года: «Моя высота была около 5800 метров, температура была 28° Цельсия». Однако словари стремятся найти самое раннее использование слова или термина и не являются полезным ресурсом в отношении терминологии, используемой на протяжении всей истории науки. Согласно нескольким работам Терри Куинна , директора BIPM (1988–2004), включая «Температурные шкалы с первых дней термометрии до 21-го века» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 26 декабря 2010 года . Получено 31 мая 2016 г. (146  KiB ) а также Температура (2-е издание/1990/Academic Press/0125696817), термин Цельсий в связи со шкалой Цельсия не использовался научными или термометрическими сообществами до тех пор, пока CIPM и CGPM не приняли этот термин в 1948 году. BIPM даже не знало, что «градус Цельсия» использовался спорадически, не в научных целях до этого времени. Также примечательно, что в двенадцатитомном издании OED 1933 года даже не было списка для слова Цельсий (но были списки как для стоградусной , так и для сотенной шкалы в контексте измерения температуры). Принятие Цельсия в 1948 году достигло трех целей:
    1. Все распространённые температурные шкалы имели бы свои единицы, названные в честь кого-то, тесно с ними связанного; а именно: Кельвин, Цельсий, Фаренгейт, Реомюр и Ренкин.
    2. Несмотря на важный вклад Линнея, который придал шкале температур Цельсия ее современную форму, имя Цельсия было очевидным выбором, поскольку оно начиналось с буквы С. Таким образом, символ °C, который на протяжении столетий использовался в сочетании с названием « стоградус», мог оставаться в употреблении и одновременно унаследовал бы интуитивную ассоциацию с новым названием.
    3. Новое название устранило двусмысленность термина «стоградус», позволив ему ссылаться исключительно на французское название единицы измерения угла.
  2. ^ Для Венского стандарта средней морской воды при одной стандартной атмосфере (101,325 кПа) при калибровке исключительно по двухточечному определению термодинамической температуры. Более старые определения шкалы температур Цельсия когда-то определяли точку кипения воды при одной стандартной атмосфере как равную точно 100 °C. Однако текущее определение приводит к точке кипения, которая на самом деле на 16,1 мК меньше. Подробнее о фактической точке кипения воды см. VSMOW в измерении температуры . Другое приближение использует ITS-90 , который приближает температуру к 99,974 °C
  3. ^ В 1948 году Резолюция 7 9-й ГКМВ гласила: «Для обозначения температурного интервала или разности, а не температуры, необходимо использовать слово «градус» полностью или сокращение «градус». Эта резолюция была отменена в 1967/1968 годах Резолюцией 3 13-й ГКМВ, в которой говорилось, что [«Названия «градус Кельвина» и «градус», символы «°К» и «градус» и правила их использования, приведенные в Резолюции 7 9-й ГКМВ (1948 г.)], ...и обозначение единицы для выражения интервала или разности температур отменяются, но обычаи, вытекающие из этих решений, остаются допустимыми на данный момент». Следовательно, в настоящее время существует широкая свобода в использовании относительно того, как обозначать температурный интервал. Самое главное, чтобы намерение было ясным, и необходимо следовать основному правилу СИ; а именно, что название единицы или ее символ не должны использоваться для указания природы величины. Таким образом, если температурный интервал составляет, скажем, 10 К или 10 °C (что может быть записано как 10 кельвинов или 10 градусов Цельсия), то должно быть недвусмысленно через очевидный контекст или явное утверждение, что величина является интервалом. Правила, регулирующие выражение температур и интервалов, изложены в "Брошюре SI, 8-е издание" BIPM (PDF) . (1,39  МиБ ) .

Ссылки

  1. ^ Шкала температур Цельсия в Британской энциклопедии «Шкала температур Цельсия, также называемая стоградусной температурной шкалой, шкала, основанная на 0° для точки плавления воды и 100° для точки кипения воды при давлении 1 атм».
  2. ^ Helmenstine, Anne Marie (15 декабря 2014 г.). «В чем разница между градусами Цельсия и градусами Цельсия?». thoughtco.com . Архивировано из оригинала 27 ноября 2023 г. Получено 25 апреля 2020 г.
  3. ^ "Proceedings of the 42nd CIPM (1948), 1948, стр. 88". Международное бюро мер и весов. 1948. Получено 19 августа 2023 г.
  4. ^ "Брошюра SI, раздел 2.1.1.5". Международное бюро мер и весов . Архивировано из оригинала 26 сентября 2007 г. Получено 9 мая 2008 г.
  5. ^ Цельсий, Андерс (1742). «Наблюдение за двумя стабильными градусами на термометре». Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar (Труды Шведской королевской академии наук) (3): 171–180 и рис. 1.
  6. ^ Резолюция 4 10-го заседания CGPM — Определение стандартной атмосферы (Отчет). 1954. doi :10.59161/CGPM1954RES4E. hdl : 2060/19930080725 .
  7. ^ Риттнер, Д .; Бейли, Р.А. (2014). Энциклопедия химии. Словарь Facts on File Science. Facts On File, Incorporated. стр. 43. ISBN 978-1-4381-1002-8.
  8. ^ Смит, Жаклин (2009). "Приложение I: Хронология". Словарь фактов о погоде и климате . Infobase Publishing. стр. 246. ISBN 978-1-4381-0951-01743 Жан-Пьер Кристин переворачивает фиксированные точки шкалы Цельсия, создавая шкалу, используемую сегодня.
  9. ^ "МЕМУАР о расширении Mercure в термометре" . Mercure de France (на французском языке). Париж: Шобер; Жан де Нюлли, Писсо, Дюшен: 1609–1610. 1743.
  10. ^ Журнал helvétique (1743 г.): ЛЕВ. Imprimerie des Journalistes, Невшатель . стр. 308–310.
  11. ^ Memoires pour L'Histoire des Sciences et des Beaux Arts (1743): DE LYON. Шобер, Париж. стр. 2125–2128.
  12. ↑ Цитата: Университет Уппсалы (Швеция), Термометр Линнея
  13. ^ Ссылка на Кристину Лионскую: Le Moyne College, Glossary, (шкала Цельсия); ссылка на связь Линнея с Пером Эльвиусом и Даниэлем Экстрёмом: Uppsala University (Sweden), Linnaeus' thermometer; общая ссылка: The Uppsala Astronomical Observatory, History of the Celsius Temperature Scale Архивировано 22 июля 2009 г. на Wayback Machine
  14. ↑ Цитаты: Университет Висконсин-Мэдисон, Линней и его сад и; Университет Уппсалы, Термометр Линнея
  15. ^ Comptes rendus des séances de la cinquième conférence générale des Poids et Mesures, воссоединение в Париже в 1913 году. Международное бюро Poids et Mesures. 1913. С. 55, 57, 59 . Проверено 10 июня 2021 г. п. 60: ...при температуре 20°С.
  16. ^ "CIPM, 1948 и 9th CGPM, 1948". Международное бюро мер и весов . Архивировано из оригинала 5 апреля 2021 г. Получено 9 мая 2008 г.
  17. ^ "стоградусный, прил. и сущ.". Оксфордский словарь английского языка . Oxford University Press . Получено 20 ноября 2011 г.
  18. ^ "Temperature and Pressure go Metric" (PDF) . Бюро метеорологии Содружества. 1 сентября 1972 г. . Получено 16 февраля 2022 г. .
  19. ↑ 1985 BBC Special: Изменение погоды на YouTube
  20. ^ Лиде, DR, ред. (1990–1991). Справочник по химии и физике. 71-е изд. CRC Press. стр. 4–22.
  21. ^ Температура замерзания очищенной воды была измерена при0,000 089 (10) градусов Цельсия – см. Magnum, BW (июнь 1995 г.). "Воспроизводимость температуры точки замерзания при рутинных измерениях" (PDF) . Техническое примечание NIST . 1411 . Архивировано из оригинала (PDF) 10 июля 2007 г. . Получено 11 февраля 2007 г. .
  22. ^ "Единицы СИ – Температура". NIST Office of Weights and Measures. 2010. Получено 21 июля 2022 .
  23. ^ Элерт, Гленн (2005). «Температура здорового человека (температура тела)». The Physics Factbook . Получено 22 августа 2007 г.
  24. ^ "Единица термодинамической температуры (кельвин)". Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности: исторический контекст SI . Национальный институт стандартов и технологий (NIST) . 2000. Архивировано из оригинала 11 ноября 2004 г. Получено 16 ноября 2011 г.
  25. ^ BIPM, Брошюра SI, раздел 5.3.3.
  26. ^ Для получения дополнительной информации об условных обозначениях, используемых в технической документации, см. Информационные правила единиц СИ и условные обозначения стилей NIST , а также брошюру SI BIPM : Подраздел 5.3.3, Форматирование значения величины. Архивировано 5 июля 2014 г. на Wayback Machine
  27. ^ "22.2". Стандарт Unicode, версия 9.0 (PDF) . Маунтин-Вью, Калифорния, США: Консорциум Unicode. Июль 2016 г. ISBN 978-1-936213-13-9. Получено 20 апреля 2017 г. .
  28. ↑ Решение № 3 Резолюции 3 13-го CGPM.
  29. ^ HD Young, R. A. Freedman (2008). Университетская физика с современной физикой (12-е изд.). Addison Wesley. стр. 573.
  30. ^ Этот факт продемонстрирован в книге «Биостатистика: руководство по проектированию, анализу и открытию» Рональда Н. Фортхофера, Ын Сул Ли и Майка Эрнандеса.
  31. ^ "Резолюция 3 13-й ГКМВ (1967)".
  32. ^ "Резолюция 3 9-й ГКМВ (1948)". Международное бюро мер и весов . Получено 6 февраля 2024 г.
  33. ^ Цитата: Лондонский университет Южного берега, Структура и поведение воды, примечания c1 и c2.

Внешние ссылки

Словарное определение Цельсия в Викисловаре