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]
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 ...
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]
.svg/1280px-Temperature_scales_comparison_(K,R,C,F).svg.png)
Все фазовые переходы происходят в стандартной атмосфере . Цифры либо по определению, либо приближены из эмпирических измерений.
«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.
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]
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]
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.
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 ]
Жан-Пьер Кристин переворачивает фиксированные точки шкалы Цельсия, создавая шкалу, используемую сегодня.
...при температуре 20°С.
Словарное определение Цельсия в Викисловаре
