Градус Цельсия — это единица температуры по шкале Цельсия [1] (первоначально известной как стоградусная шкала за пределами Швеции), [2] одна из двух температурных шкал , используемых в Международной системе единиц (СИ), другая — наиболее близкая к ней. родственная шкала Кельвина . Градус Цельсия (обозначение: °C ) может относиться к определенной температуре по шкале Цельсия или к разнице или диапазону между двумя температурами. Названа в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701–1744), предложившего первый ее вариант в 1742 году. На нескольких языках единица называлась стоградусной (от латинского centum , что означает 100, и gradus , что означает шаги). на протяжении многих лет. В 1948 году Международный комитет мер и весов [3] переименовал его в честь Цельсия, а также чтобы устранить путаницу с термином «одна сотая градиана» в некоторых языках. Эту шкалу использует большинство стран ( шкала Фаренгейта до сих пор используется в США, на некоторых островных территориях и в 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 для точных определений единицы градуса Цельсия и шкалы Цельсия использовались абсолютный ноль и тройная точка воды. С 2007 года шкала Цельсия определяется в кельвинах , базовой единице термодинамической температуры СИ (обозначение: К). Абсолютный ноль, самая низкая температура, теперь определяется как равная ровно 0 К и -273,15 °C. [4]
В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий (1701–1744) создал температурную шкалу, противоположную шкале, ныне известной как «Цельсий»: 0 представлял собой точку кипения воды, а 100 — температуру замерзания воды. [5] В своей статье «Наблюдения двух постоянных градусов на термометре» он рассказал о своих экспериментах, показывающих, что на точку плавления льда практически не влияет давление. Он также с поразительной точностью определил, как меняется температура кипения воды 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 МБМВ по мерам и весам (CGPM) в 1954 году определила, что одна стандартная атмосфера равна 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 шкалу Цельсия так, чтобы 0 представляло точку замерзания воды, а 100 — температуру кипения воды. Некоторые считают, что Кристина самостоятельно изобрела обратную исходную шкалу Цельсия, в то время как другие полагают, что Кристина просто перевернула шкалу Цельсия. [7] [8] 19 мая 1743 года он опубликовал проект ртутного термометра , «Лионского термометра», построенного мастером Пьером Казати, который использовал эту шкалу. [9] [10] [11]
В 1744 году, что совпало 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 это часто случалось в эпоху, когда еще не существовало современных средств связи, приписывают многочисленные физики, ученые и производители приборов, независимо друг от друга разработавшие эту шкалу; [13] среди них были Пер Эльвиус, секретарь Шведской королевской академии наук (у которой была инструментальная мастерская), с которым Линней вел переписку; Даниэль Экстрем [sv] , производитель инструментов; и Мортен Стрёмер (1707–1770), изучавший астрономию у Андерса Цельсия.
Первым известным шведским документом [14] , в котором сообщается о температуре в этой современной «прямой» шкале Цельсия, является статья Hortus Upsaliensis от 16 декабря 1745 года, которую Линней написал своему ученику Сэмюэлю Науклеру. В нем Линней описал температуру внутри оранжереи ботанического сада Уппсальского университета :
... поскольку кальдарий (горячая часть теплицы) под углом окон, просто от солнечных лучей, получает такое тепло, что термометр часто достигает 30 градусов, хотя опытный садовник обычно старается не допускать она поднимается более чем на 20-25 градусов, а зимой не ниже 15 градусов ...
С 19-го века научные и термометрические сообщества во всем мире использовали фразу «шкала Цельсия», и температуры часто обозначались просто как «градусы» или, когда требовалась большая конкретность, как «градусы Цельсия» с символом ° C.
На французском языке термин стоградусный также означает одну сотую градиана , когда он используется для измерения угла . Термин «сотенная степень» был позже введен для обозначения температур [15] , но он также был проблематичным, поскольку на французском и испанском языках он означает градиан (одну сотую прямого угла). Риск путаницы между измерением температуры и угла 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] [а]
Хотя «Цельсий» обычно используется в научной работе, «стоградусный» по-прежнему широко используется в англоязычных странах, особенно в неформальном контексте. [17]
В то время как в Австралии с 1 сентября 1972 года в сводках/прогнозах погоды приводятся только измерения температуры по шкале Цельсия, [18] только в феврале 1985 года прогнозы погоды, выпускаемые BBC, переключились с «стоградусного» на «по Цельсию». [19]
Все фазовые переходы происходят в стандартной атмосфере . Цифры либо по определению, либо аппроксимированы на основе эмпирических измерений.
«Градус Цельсия» был единственной единицей СИ , полное название которой содержит заглавную букву, с 1967 года, когда базовой единицей температуры в СИ стал кельвин , заменив термин «градусы Кельвина» , написанный с заглавной буквы . Форма множественного числа — «градусы Цельсия». [24]
Общее правило Международного бюро мер и весов (BIPM) заключается в том, что числовое значение всегда предшествует единице, а для отделения единицы от числа всегда используется пробел, например «30,2 °C» (а не «30,2 °C»). или «30,2°С»). [25] Единственными исключениями из этого правила являются символы единиц измерения градуса , минуты и секунды для плоского угла (°, ′ и ″ соответственно), для которых между числовым значением и символом единицы не остается пробела. [26] Другие языки и различные издательства могут следовать другим типографским правилам.
Unicode предоставляет символ Цельсия в кодовой точке U+2103 ℃ градус Цельсия . Однако это символ совместимости , предусмотренный для полной совместимости с устаревшими кодировками. Он легко позволяет корректно отображать вертикально написанные восточноазиатские сценарии, например китайские. Стандарт Unicode явно не рекомендует использовать этот символ: «При обычном использовании лучше представлять градусы Цельсия '°C' последовательностью U+00B0 ° DEGREE SIGN + U+0043 C ЛАТИНСКАЯ ЗАГЛАВНАЯ БУКВА C , а не U +2103 ℃ Градусов Цельсия . Для поиска считайте эти две последовательности идентичными». [27]
На градус Цельсия распространяются те же правила, что и на кельвин, в отношении использования названия и символа единицы измерения. Таким образом, помимо выражения конкретных температур по шкале (например, « Галлий плавится при 29,7646 °C» и «Температура снаружи составляет 23 градуса Цельсия»), градус Цельсия также подходит для выражения температурных интервалов : различий между температурами или их неопределенностей (например, «На выходе теплообменника температура выше на 40 градусов Цельсия» и «Наша стандартная погрешность составляет ±3 °C»). [28] Из-за такого двойного использования не следует полагаться на название единицы измерения или ее символ для обозначения того, что величина представляет собой температурный интервал; из контекста или явного утверждения должно быть однозначно, что величина является интервалом. [c] Иногда эту проблему можно решить, используя символ °C (произносится как «градусы Цельсия») для обозначения температуры и C° (произносится как «градусы Цельсия») для обозначения температурного интервала, хотя такое использование нестандартно. [29] Другой способ выразить то же самое — «40 °C ± 3 K» , который часто встречается в литературе.
Измерение Цельсия следует системе интервалов , а не системе отношений ; и он следует относительной шкале, а не абсолютной шкале. Например, объект при температуре 20 °C не имеет вдвое большей энергии, чем при температуре 10 °C; и 0 °C не является самым низким значением Цельсия. Таким образом, градусы Цельсия являются полезным интервальным измерением, но не обладают характеристиками мер соотношения, таких как вес или расстояние. [30]
В науке и технике шкалы Цельсия и Кельвина часто используются в сочетании в близких контекстах, например, «измеренное значение составило 0,01023 °C с погрешностью 70 мкК». Такая практика допустима, поскольку величина градуса Цельсия равна величине кельвина. Несмотря на официальное одобрение, предоставленное решением №. 3 Резолюции 3 13-й сессии ГКМВ [31] , в которой говорится, что «температурный интервал также может быть выражен в градусах Цельсия», практика одновременного использования как °C, так и K остается широко распространенной во всем научном мире, поскольку использование префикса SI формы градусов Цельсия (такие как «мк°С» или «микроградусы Цельсия») для выражения температурного интервала не получили широкого распространения.
Точки плавления и кипения воды больше не являются частью определения шкалы Цельсия. В 1948 году определение было изменено и теперь используется тройная точка воды . [32] В 2005 году определение было дополнительно уточнено, чтобы использовать воду с точно определенным изотопным составом (VSMOW) для тройной точки. В 2019 году определение было изменено на использование постоянной Больцмана , что полностью отделило определение кельвина от свойств воды . Каждое из этих формальных определений оставило числовые значения шкалы Цельсия идентичными предыдущему определению в пределах точности метрологии того времени.
Когда точки плавления и кипения воды перестали быть частью определения, вместо этого они стали измеряемыми величинами. Это также верно и в отношении тройной точки.
В 1948 году, когда 9-я Генеральная конференция по мерам и весам ( CGPM ) в Резолюции 3 впервые рассмотрела возможность использования тройной точки воды в качестве определяющей точки, тройная точка была настолько близка к тому, что на 0,01 °C превышала известную температуру плавления воды, что было просто определяется как ровно 0,01 °C. Однако более поздние измерения показали, что разница между тройной температурой и температурой плавления VSMOW на самом деле очень незначительно (<0,001 °C) превышает 0,01 °C. Таким образом, фактическая температура плавления льда лишь незначительно (менее тысячной доли градуса) ниже 0 °C. Кроме того, определение тройной точки воды при температуре 273,16 К точно определило величину каждого приращения на 1 ° C с точки зрения абсолютной термодинамической температурной шкалы (относительно абсолютного нуля). Теперь, без привязки к фактической температуре кипения воды, значение «100 °C» выше 0 °C – в абсолютном выражении – ровно в раз . 373,15/273,15(примерно на 36,61% термодинамически горячее). При строгом соблюдении двухточечного определения калибровки точка кипения VSMOW при давлении в одну стандартную атмосферу фактически составила 373,1339 К (99,9839 °C). При калибровке по ITS-90 (калибровочный стандарт, включающий множество точек определения и обычно используемый для высокоточных приборов) температура кипения VSMOW была немного меньше, около 99,974 ° C. [33]
Эта разница в температуре кипения в 16,1 милликельвина между исходным определением шкалы Цельсия и предыдущим (основанным на абсолютном нуле и тройной точке) не имеет большого практического значения в обычных ежедневных применениях, поскольку точка кипения воды очень чувствительна к изменениям барометрического давления . Например, изменение высоты всего на 28 см (11 дюймов) приводит к изменению температуры кипения на один милликельвин.
Температурная шкала Цельсия, также называемая стоградусной температурной шкалой, основана на отметке 0 ° для точки плавления воды и 100 ° для точки кипения воды при давлении 1 атм.
1743 г. Жан-Пьер Кристин инвертирует фиксированные точки шкалы Цельсия, чтобы получить шкалу, используемую сегодня.
...при температуре 20°С.
Словарное определение Цельсия в Викисловаре
