Шкала Фаренгейта ( / ˈ f æ r ə n ˌ h aɪ t , ˈ f ɑː r - / ) — это температурная шкала , основанная на шкале, предложенной в 1724 году европейским физиком Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом (1686–1736). [1] В качестве единицы измерения используется градус Фаренгейта (обозначение: °F ). Существует несколько отчетов о том, как он первоначально определил свою шкалу, но в оригинальной статье предполагается, что нижняя определяющая точка, 0 ° F, была установлена как температура замерзания раствора рассола, приготовленного из смеси воды, льда и хлорида аммония ( соль ). [2] [3] Другим установленным пределом была его лучшая оценка средней температуры человеческого тела , первоначально установленная на уровне 90 ° F, затем 96 ° F (примерно на 2,6 ° F меньше современного значения из-за более позднего переопределения шкалы). ). [2]
На протяжении большей части 20-го века шкала Фаренгейта определялась двумя фиксированными точками, разделенными друг от друга 180 ° F: температура, при которой замерзает чистая вода, определялась как 32 ° F, а температура кипения воды была определена как 212 ° F. как на уровне моря , так и при стандартном атмосферном давлении . Теперь он формально определяется с использованием шкалы Кельвина . [4] [5]
Он продолжает официально использоваться в Соединенных Штатах (включая их некорпоративные территории ), свободно ассоциированных с ними государствах в западной части Тихого океана ( Палау , Федеративные Штаты Микронезии и Маршалловы Острова ), на Каймановых островах и в бывшей американской колонии Либерии . .
Фаренгейт до сих пор широко используется наряду со шкалой Цельсия в других странах, которые используют метрологическую службу США , таких как Антигуа и Барбуда , Сент-Китс и Невис , Багамы и Белиз . Несколько британских заморских территорий , включая Виргинские острова , Монтсеррат , Ангилью и Бермудские острова, также до сих пор используют обе шкалы. [6] Все остальные страны теперь используют шкалу Цельсия («стоградусную» до 1948 года), которая была изобретена через 18 лет после шкалы Фаренгейта. [7]
Хотя в Соединенном Королевстве в метрологии градусы Фаренгейта перешли на градусы Цельсия, градусы Фаренгейта иногда все еще используются в заголовках газет, чтобы сделать сенсацию о волнах тепла. [8]
Исторически сложилось так, что по шкале Фаренгейта точка замерзания воды составляла 32 °F, а точка кипения — 212 °F (при стандартном атмосферном давлении ). Это привело к тому, что точки кипения и замерзания воды разошлись на 180 градусов. [9] Таким образом, градус по шкале Фаренгейта составлял 1/180 интервала между точкой замерзания и точкой кипения . Первоначально по шкале Цельсия точки замерзания и кипения воды находились на расстоянии 100 градусов. Температурный интервал в 1 °F был равен интервалу в 5/9 градусов Цельсия. Поскольку шкалы Фаренгейта и Цельсия теперь определяются в кельвинах , это соотношение сохранилось: температурный интервал 1 °F равен интервалу 5/9 К и 5/9 ° C . Шкалы Фаренгейта и Цельсия численно пересекаются при -40 в соответствующих единицах измерения (т.е. -40 °F ≘ -40 °C).
Абсолютный ноль равен 0 К, -273,15 °C или -459,67 °F. Температурная шкала Ренкина использует интервалы градусов того же размера, что и шкала Фаренгейта, за исключением того, что абсолютный ноль равен 0 °R – точно так же, как температурная шкала Кельвина соответствует шкале Цельсия, за исключением того, что абсолютный ноль равен 0 К. [9] ]
Комбинация символа градуса (°) и заглавной буквы F является общепринятым символом температурной шкалы Фаренгейта. Число, за которым следует этот символ (и отделенное от него пробелом), обозначает определенную температурную точку (например, « Галлий плавится при 85,5763 °F»). Разница между температурами или неопределенность температуры также традиционно записывается таким же образом, например: «Производительность теплообменника увеличивается на 72 °F» или «Наша стандартная неопределенность составляет ± 5 °F». Однако некоторые авторы вместо этого используют обозначение «Увеличение на 50 F °» (переворачивая порядок символов) для обозначения разницы температур. Аналогичные соглашения существуют и для шкалы Цельсия, см. § Цельсия «Температуры и интервалы» . [10] [11]
Для точного преобразования градусов Фаренгейта и Цельсия в кельвины определенной температурной точки можно применить следующие формулы. Здесь f — значение в градусах Фаренгейта, c — значение в градусах Цельсия, а k — значение в кельвинах:
Существует также точное преобразование между шкалами Цельсия и Фаренгейта с использованием соответствия –40 °F ≘ –40 °C. Опять же, f — числовое значение в градусах Фаренгейта, а c — числовое значение в градусах Цельсия:
При преобразовании температурного интервала между шкалой Фаренгейта и Цельсия используется только соотношение, без какой-либо константы (при этом интервал имеет то же числовое значение в кельвинах, что и в градусах Цельсия):
Фаренгейт предложил свою температурную шкалу в 1724 году, основываясь на двух точках отсчета температуры. В его первоначальной шкале (которая не является окончательной шкалой Фаренгейта) нулевая точка определялась путем помещения термометра в «смесь льда , воды и соли Armoniaci [примечание 1] [перевод хлорида аммония ] или даже морской соли». . [12] Эта комбинация образует эвтектическую систему , которая автоматически стабилизирует свою температуру: 0 ° F было определено как эта стабильная температура. Вторая точка, 96 градусов, соответствовала примерно температуре человеческого тела. [12] Третья точка, 32 градуса, была отмечена как температура льда и воды «без вышеупомянутых солей». [12]
Согласно немецкой истории, Фаренгейт фактически выбрал самую низкую температуру воздуха, измеренную в его родном городе Данциге (Гданьск, Польша ) зимой 1708–09 годов, как 0 ° F, и только позже у него возникла необходимость воспроизвести это значение с помощью рассола. [13] [ не удалось проверить ]
Согласно письму, которое Фаренгейт написал своему другу Герману Бурхааве , [14] его шкала была построена на работах Оле Рёмера , с которым он встречался ранее. По шкале Рёмера рассол замерзает при нуле, вода замерзает и тает при 7,5 градусах, температура тела 22,5, а вода закипает при 60 градусах. Фаренгейт умножил каждое значение на 4, чтобы исключить дроби и сделать шкалу более мелкозернистой . Затем он повторно откалибровал свою шкалу, используя температуру плавления льда и нормальную температуру человеческого тела (которая составляла 30 и 90 градусов); он настроил шкалу так, чтобы температура плавления льда составляла 32 градуса, а температура тела 96 градусов, так что их разделяли 64 интервала, что позволило ему отмечать градусные линии на своих приборах, просто разделив интервал пополам 6 раз (поскольку 64 = 2 6 ). [15] [16]
Вскоре после этого Фаренгейт заметил, что по этой шкале вода кипит при температуре около 212 градусов. [17] Использование температур замерзания и кипения воды в качестве фиксированных контрольных точек термометра стало популярным после работы Андерса Цельсия , и эти фиксированные точки были приняты комитетом Королевского общества под руководством Генри Кавендиша в 1776–77. [18] [19] В соответствии с этой системой шкала Фаренгейта немного переопределена, так что точка замерзания воды составляла ровно 32 ° F, а точка кипения была ровно 212 ° F, или на 180 градусов выше. Именно по этой причине нормальная температура человеческого тела составляет примерно 98,6 ° F (оральная температура) по пересмотренной шкале (тогда как по Фаренгейту, умноженному на Рёмера, она составляла 90 °, и 96 ° по его исходной шкале). [20]
В современной шкале Фаренгейта 0 ° F больше не соответствует эвтектической температуре рассола хлорида аммония, как описано выше. Вместо этого эта эвтектика имеет температуру примерно 4 ° F по окончательной шкале Фаренгейта. [заметка 2]
Температурная шкала Ренкина была основана на температурной шкале Фаренгейта, но вместо этого ее ноль представлял собой абсолютный ноль .
Шкала Фаренгейта была основным эталоном температуры для климатических, промышленных и медицинских целей в англоязычных странах до 1960-х годов. В конце 1960-х и 1970-х годах шкала Цельсия заменила шкалу Фаренгейта почти во всех этих странах — за заметным исключением США и в некоторых случаях Великобритании — обычно во время общего процесса метрики .
Фаренгейт используется в Соединенных Штатах, на их территориях и в ассоциированных штатах (все они обслуживаются Национальной метеорологической службой США ), а также на (Британских) Каймановых островах и в Либерии для повседневных целей. Например, прогнозы погоды в США, приготовление пищи и температура замерзания обычно указываются в градусах по Фаренгейту. Ученые, в том числе метеорологи, во всех странах используют градусы Цельсия или Кельвина. [21]
В начале 20-го века Хэлси и Дейл предположили, что причины сопротивления использованию стоградусной (ныне Цельсийской) системы в США включают больший размер каждого градуса Цельсия и более низкую нулевую точку в системе Фаренгейта; Иными словами, шкала Фаренгейта более интуитивно понятна, чем шкала Цельсия, для описания температуры наружного воздуха в умеренных широтах: 100 °F — это жаркий летний день, а 0 °F — холодный зимний день. [22]
Канада приняла закон в пользу Международной системы единиц , сохраняя при этом юридические определения традиционных канадских имперских единиц. [23] Сводки погоды в Канаде передаются в градусах Цельсия с редкими ссылками на градусы Фаренгейта, особенно для трансграничных передач . Фаренгейт до сих пор используется практически во всех канадских духовках. [24] Термометры, как цифровые, так и аналоговые, продаваемые в Канаде, обычно используют шкалу Цельсия и Фаренгейта. [25] [26] [27]
В Европейском Союзе обязательно использовать кельвины или градусы Цельсия при указании температуры для целей «экономики, общественного здравоохранения, общественной безопасности и административных целей», хотя градусы Фаренгейта могут использоваться наряду с градусами Цельсия в качестве дополнительной единицы. [28] Например, символы прачечной , используемые в Великобритании, соответствуют рекомендациям ISO 3758:2005 и показывают температуру воды в стиральной машине только в градусах Цельсия. [29] На эквивалентной этикетке в Северной Америке для обозначения температуры используется от одной до шести точек, при необходимости можно указать температуру в градусах Цельсия. [30] [31]
Хотя градусы Фаренгейта были самой популярной шкалой в Соединенном Королевстве, на протяжении многих лет основной используемой шкалой был градус Цельсия, и его преподавали в школах с 1970-х годов. [32] В нерегулируемых секторах, таких как журналистика, использование градусов Фаренгейта в Соединенном Королевстве не следует фиксированной схеме: градусы Фаренгейта иногда появляются рядом с градусами Цельсия. Daily Telegraph не упоминает градусы Фаренгейта на своей ежедневной странице погоды, [33] в то время как The Times также имеет полностью метрическую страницу ежедневной погоды, но имеет таблицу преобразования градусов Цельсия в градусы Фаренгейта. [34] При публикации новостей некоторые британские таблоиды стали использовать градусы Цельсия в заголовках и дискуссиях, касающихся низких температур, а Фаренгейта — для средних и высоких температур. [35] [ обсудить ] В феврале 2006 года автор статьи в The Times предположил, что причина заключалась в акценте: «-6 °C» звучит холоднее, чем «21 °F», а «94 °F» звучит холоднее, чем «21 °F», а «94 °F» звучит холоднее. впечатляет, чем «34 °C». [36]
Unicode предоставляет символ Фаренгейта в кодовой точке U+2109 ℉ ГРАДУС ПО ФАРЕНГЕЙТУ . Однако это символ совместимости , закодированный для полной совместимости с устаревшими кодировками. Стандарт Unicode явно не рекомендует использовать этот символ: «Последовательность U+00B0 ° DEGREE SIGN + U+0046 F ЛАТИНСКАЯ ЗАГЛАВНАЯ БУКВА F предпочтительнее U+2109 ℉ градуса по Фаренгейту , и эти две последовательности следует рассматривать как идентичные для поиска. ." [37]
«Госсекретарь, будучи министром, назначенным(а) для целей раздела 2(2) Закона о Европейских сообществах 1972(b) в отношении единиц измерения, которые будут использоваться в экономических, медицинских, безопасных или административных целях. , во исполнение полномочий, предоставленных настоящим подразделом, издает следующие Положения: