• Главная
• Каталог
• Заказать
• Регионам
• FAQ (помощь)
• Контакты
• Карта сайта

Температура Ощущения тепла и прохлады, жары и холода присущи человеку и играют большую роль в его жизни. Однако понятие температура — трудное и тонкое понятие. Историю термодинамики, собственно говоря, можно начать с изобретения Г. Галилеем в 1592 г. простого устройства — термоскопа. Человечество должно быть глубоко благодарно Галилею за его гениальную идею — судить об изменениях температуры по изменениям других свойств тела. Сам Галилей предложил измерять температуру по расширению воздуха. В его первом термоскопе показания искажались изменением барометрического давления. Вскоре был изобретён газовый термоскоп постоянного объёма, он оказался значительно более чувствительным и более точным. Вместо воздуха трубку стали заполнять жидкостью: сначала водой, потом спиртом и, наконец, ртутью. Ртуть оказалась настолько удобной, что один физик XVIII столетия заявил в порыве восторга: «Определенно, природа создала ртуть для изготовления термометров...» Триста лет назад флорентийские академики открыли, что в смеси воды и льда температура постоянна. Спустя 50 лет стеклодув Д. Фаренгейт установил, что температура кипения воды остаётся постоянной, если давление не меняется. Эти две постоянные температурные точки дали возможность прокалибровать термоскоп, что и превратило его в термометр.

Воздушный термоскоп постоянного объёма, изобретённый в 1702 г. Воздух в шаре (его диаметр примерно 8 см) отсечен от внешнего воздуха ртутью, находящейся в нижней части шара и в узкой трубке (её диаметр примерно 1 мм). Давление в шаре изменялось, когда изменялась температура. Происходило это практически при постоянном объёме воздуха. Современные гелиевые термометры работают тоже при постоянном объёме.

Жидкостные термоскопы XVII в.
Двести лет назад приборы, отмечавшие изменение температуры, делались красивыми, но форма шарика у резервуара для жидкости была неудачна. Такая форма замедляет наступление термического равновесия между термоскопом и исследуемым телом. При заданном объёме шар из всех геометрических фигур имеет наименьшую поверхность. «Шарик» современных жидкостных термометров — сплющенный вытянутый цилиндр.

    Первое время, чтобы измерять высоту столбика жидкости, расширяющейся при нагревании, делили расстояние между двумя точками — от точки плавления льда до точки кипения воды — на произвольное число равных частей. В 1742 г. А. Цельсий предложил делить расстояние между этими точками ровно на сто частей. Он обозначил температуру плавления льда как сто градусов, а температуру кипения воды как нуль градусов. Но вскоре эти обозначения поменяли местами. Этой шкалой пользуются уже более 200 лет почти во всём мире. Она удобна, проста и практична.
    Что же показывает термометр? Кажется, что это всем ясно — температуру! А что такое температура? Очень хорошо сказал по этому поводу один физик: «Гораздо легче производить измерения, чем точно знать, что измеряется». И почти три сотни лет измеряли повсюду температуру, но только совсем недавно, в конце XIX столетия, стало окончательно ясно, что такое температура.
    А в самом деле, что же показывает термометр? Стоит ешё раз проследить, как возникло понятие «температура». Когда–то думали: если становится жарко, то это потому, что в теле повышается содержание теплорода. Латинское слово «температура» означало «смесь». Под температурой тела понимали смесь из материи тела и теплорода тела. Затем понятие самого теплорода было отброшено как ошибочное, а слово «температура» осталось.
   Добрые две сотни лет в науке сохранялось странное положение: случайно выбранным свойством (расширение) случайно выбранного вещества (ртуть) и шкалой, установленной по случайно выбранным постоянным точкам (плавление льда и кипение воды), измерялась величина (температура), а смысл слова «температура», строго говоря, никому не был понятен.
    Но ведь термометр все–таки что–то показывает? Если от ответа потребовать необходимую строгость и точность, то на такой вопрос придется ответить так: ничего, кроме удлинения в столбике нагретой ртути.
   Ну а если ртуть заменить другим веществом: газом или каким–либо твердым телом, которое также расширяется при нагревании — что будет тогда? Что будут показывать построенные на иной основе термометры?
   Представим себе, что такие термометры мы сделали. Одни из них мы заполнили ртутью, воздухом, другие изготовили целиком из железа, меди, стекла. Точно установим на каждом термометре постоянные точки: в тающем льду 0° С, в кипящей воде 100° С.
   Попробуем теперь измерять температуру. Окажется, что, когда воздушный термометр покажет, например, 300° С, другие термометры будут показывать: ртутный 314,1° С, железный 372,6° С, медный 328,8° С, стеклянный 352,9° С
   Какая же из этих «температур» правильна: «воздушная», «ртутная», «железная», «медная» или «стеклянная»? Ведь каждое из испытанных нами веществ показывает свою собственную температуру.
   Еще интереснее повел бы себя «водяной» термометр. В пределах от 0 до 4 °С он показывал бы при нагревании понижение температуры.
   Можно, конечно, попытаться выбрать вместо теплового расширения какое–нибудь другое свойство вещества, изменяющееся при нагревании. Можно, например, построить термометры на основе изменения (при нагревании) давления пара жидкости (например, спирта), изменения электрического сопротивления (например, платины), термоэлектродвижущей силы (термопара). В наше время такие термометры широко применяются в технике.
   При условии предварительной калибровки по двум постоянным точкам такие термометры, например, при 200° С будут показывать: спиртовой (по давлению пара) — 1320° С, платиновый (по сопротивлению) — 196° С, спай платины и сплава её с родием (термопара) — 222° С.
   Так какая же из всех этих разных «температур» настоящая? Как и чем нужно измерять температуру?
   Прежде чем ответить на эти вопросы, следует уяснить себе самое важное в них — их точное содержание и смысл: «Чем нужно измерять температуру?» Почему такой «простой» вопрос вообще может возникать?
   В каких единицах мы измеряем длину? В метрах. В чем мы измеряем объёмы? Можно измерять в литрах. Литр — это объём, равный одному кубическому дециметру. А чем мы измеряем температуру? Эти вопросы совершенно сходны, но ответы на них принципиально различны. Если мы сольем в бочку несколько ведер холодной воды, то бочка будет заполнена водой. Сумма объёмов воды в ведрах будет равна объёму бочки. Но сколько бы холодной воды вы ни влили в бочку, горячей воды при этом не получится. Рассуждение это совсем не смешно и не наивно, и факт этот вовсе не очевиден сам собой. Это очень важный закон природы, к которому мы просто привыкли, потому что знаем его из опыта. Из нескольких коротких палок можно составить одну длинную, соединив их между собой встык. Но нельзя сложить температуру раскаленного угля из печи и температуру куска льда. Раскалённый уголь от этого не станет более горячим.
    Измерять температуру, подобно тому как измеряют длину, объём, массу, нельзя потому, что температуры не складываются. Невозможна такая единица температуры, которой можно непосредственно измерять любую температуру, подобно тому как метром измеряют любую длину. Объём, длина, масса — примеры экстенсивных (количественных) свойств системы. Если железный стержень разделить на несколько частей, температура каждой из них от этого не изменится. Температура — пример интенсивных (качественных) свойств системы. Непосредственно установить числовое соотношение между различными температурами невозможно и бессмысленно.
    Но ведь измерять температуру необходимо. Так как же её измерять, если её нельзя измерить методом, пригодным для измерения экстенсивных величин?
    Для этого возможен только один путь —использовать объективную связь между температурой и любой экстенсивной величиной: изменением объёма, длины, отклонением стрелки гальванометра и т.п.
    Поэтому ответ на вопрос: «Какая из перечисленных выше различных «температур» настоящая?» — может показаться с первого раза странным: все они равноправны. Любое свойство системы, зависящее от температуры, может быть выбрано для её характеристики и измерения.
    Термодинамика сумела указать способ и вещество, которое позволяет осуществить температурные измерения наиболее целесообразно. Это идеальный газ. По его расширению при постоянном давлении или по росту давления при постоянном объёме могут быть проведены наиболее целесообразно измерения температуры. При таком способе измерения бесчисленные выражения для любых закономерностей в природе становятся наиболее простыми.
    Но у идеального газа есть один существенный недостаток: такого газа нет в природе.

Термометры, приборы для измерения температуры на основе зависимости какого–либо свойства тела , см. Жидкостный термометр, цифровые электронные термометры, Биметаллические термометры, Газовый термометр, Термометр сопротивления.
   Термометры также различаются по назначению: термометры оконные, для пластиковых окон, цифровые электронные термометры для дома и улицы, для бань и саун, комнатные, для воды, для консервирования, для чая, для вина, для пива, для аквариума, фасадные, для холдильных витрин и погребов, автомобильные, для почвы, для инкубаторов, термометр-гигрометр психрометрический, а также технические термометры (для отопительных систем, нефтепродуктов, со специальными диапазонами температур).

Терморецепторы (от термо... и рецепторы), чувствительные нервные окончания, реагирующие на изменения температуры (тела и окружающей среды); сосредоточены преимущественно в коже.

Температура, (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние), физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия системы. Температура всех частей изолированной системы, находящейся в равновесии, одинакова. Если система не находится в равновесии, то между её частями, имеющими различную темперетуру, происходит теплообмен. Более высокой температурой обладают те тела, у которых ср. кинетическая энергия молекул, атомов выше. Измеряют температуру термометрами на основе зависимости какого–либо свойства тела (объёма, электрического сопротивления и т.п.) от температуры. Теоретически температура определяется на основе второго начала термодинамики как производная от энергии тела по его энтропии. Так определяемая температура всегда положительна, её называют абсолютной температурой или температурой по термодинамической шкале (обозначается Т). За единицу абсолютной температуры в СИ принят кельвин (К). Значения температуры по шкале цельсия (t, ºС) связаны с абсолютной температурой соотношением t = T − 273,15 K (1 °C = 1 K).

Температурные шкалы, системы сопоставимых численных значений температуры. Существуют абсолютная термодинамическая шкала (Кельвина шкала) и различные эмпирические температурные шкалы, реализуемые при помощи свойств вещества, зависящие от температуры (тепловое расширение, изсенение электрического сопротивления с температурой и др.). Эмпирические температурные шкалы различаются начальными точками отсчета и размером применяемой единицы температуры: °C (шкала Цельсия), °R (шкала Реомюра), °F (шкала Фаренгейта), 1 °R = 1,25 °С, 1 К = 1 °C, 1 °F = 5/9 °C. Температурная шкала, практически воспроизводящая термодинамическую температурную шкалу, называется международной практической температурной шкалой.

Кельвин, единица термодинамической температуры, равная 1/273,15 части термодинамической температуры тройной точки воды. Обозначается К, до 1968 именовалась градус Кельвина (°К), названная в честь У. Томсона (Кельвина). Применяется как единица международной практич. температурной шкалы (Кельвина шкала); одна из основных единиц СИ. 1 К = 1 °С.

Кельвина шкала, часто применяемое наименование термодинамической температурной шкалы. Названа по имени У. Томсона (Кельвина), впервые (в 1848) предложившего принцип построения такой шкалы.

Реомюр (Reaumur) Рене Антуан (1683 — 1757), французский естествоиспытатель, иностранный почетный член Петербургской АН (1737). Труды по регенерации, физиологии, биологии колоний насекомых. Предложил (1730) температурную шкалу (шкала Реомюра), названную его именем.

Реомюра шкала, предложенная Р. Реомюром (1730) температурная шкала, 1 градус которой (1 °R) равен 1/80 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, 1 °R = ⁵/₄ °C. Практически вышла из употребления.

Фаренгейт (Fahrenheit) Габриэль Даниэль (1686 — 1736), немецкий физик. Работал в Великобритании и Нидерландах. Изготовил спиртовой (1709) и ртутный (1714) термометры. Предложил температурную шкалу, названную его именем (шкала Фаренгейта).

Фаренгейта шкала, температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру 32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по Цельсия шкале (t °C) соотношением t °C= (t °F − 32)*5/9, 1 °F = 5/9 °C. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724. Названа его именем.

Цельсий (Celsius) Андерс (1701 — 44), шведский астроном и физик. Участник Лапландской экспедиции по измерению дуги меридиана (1736 — 37). В 1742 г. предложил температурную шкалу (шкала Цельсия).

Цельсия шкала, температурная шкала, в которой 1 градус (1 °C) равен 1/100 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, точка таяния льда принята за 0 °C, кипения воды — за 100 °C. Названа в честь А. Цельсия.

Термометр сопротивления, прибор для измерения температуры, действие которого основано на изменении электрического сопротивления металлов полупроводников с температурой.

Терморезистор (термистор), полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого существенно убывает или возрастает с ростом температуры. Используется в измерителях мощности, устройства для измерения и регулирования температуры и др. Нашли широкое применение в быту при производстве электронных термометров, в качестве выносного датчика которых применяют также термопару.

Термопара, состоит из последовательно соединенных или спаянных между собой проводников или полупроводников. Если спаи находятся при разных температурах, то в цепи Т. возникает ЭДС (термоэдс), величина которой однозначно связана с разностью температур «горячего» и «холодного» контактов.

Жидкостный термометр, прибор для измерения температуры, действие которого основано на термическом расширении жидкости. В зависимости от температурной области применения Ж.т. заполняют этиловым спиртом (от −80 до + 80 ºС), ртутью (от −35 до +750 ºС) и др. жидкостями (пентан, толуол, метанол и т.д.). Примеры Ж.т.: комнатный и уличный спиртовые термометры, медицинский ртутный термометр и др. Рабочим элементом Ж.т. является капилляр. Широко используются в быту. Большинство производимых термометров именно жидкостного типа. Вопреки устоявшемуся мнению все бытовые термометры (за исключением медицинского ртутного максимального термометра) делаются без применения ртути с наполнителями на основе подкрашенных жидкостей: метанола (древесный спирт, t _{кипения} = 64,5 °C, применяется в уличных и комнатных термометрах), толуола (продукт нефтепереработки, t _{кипения} = 110,6 °C, применяется, например, в термометрах для консервирования), керосина (продукт нефтепереработки, t _{кипения} = 150 — 300 °C, применяется в банных термометрах). Все эти жидкости содержатся в капиллярах термометров (запаянная стеклянная трубка с внутренним диаметром в доли миллиметра) в очень малых количествах и не могут нанести вред здоровью.
Примечание: ни один термометр, из представленных на нашем сайте, не содержит ртути!

Капилляр (от латинского capillaris — волосяной) трубки с очень узким каналом; система сообщающихся пор (например в горных породах, пенопластах и др.). К. нашли применение в жидкостных термометрах. Конструктивно состоят из запаянного сосуда с окрашенной рабочей жидкостью определенного объёма, который переходит в капилляр из специального термометрического стекла с определенными свойствами. При нагревании термометрическая жидкость (окрашенный спирт, керосин, толуол, метилкарбитол и др.) расширяется и заполняет определенный объём капилляра, пропорциональный температуре) (Анат.) мельчайшие сосуды, пронизывающие органы и ткани у многих животных и человека.
    Прогресс не стоит на месте и технологии производства капилляров термометров непрерывно совершенствуются. Так, например, был изобретён «призматический капилляр», который имеет в сечении форму треугольника. Показания термометра с таким капилляром видны с большего расстояния, поскольку глаз видит не тонкий столбик с окрашенной жидкостью, например, красного или синего цвета, но широкую полосу окрашенной жидкости. Единственным недостатком такой конструкции капилляра можно считать меньший, в сравнении с традиционной конструкцией, угол обзора.
    Считывание показаний можно ещё улучшить, если применить т.н. капилляр с «подсветкой». На самом деле дополнительных источников света для этого создавать не требуется. Просто две стороны из трёх призматического капилляра, обращённые внутрь термометра, покрывают специальной светлой краской с высокой отражающей способностью. Свет, прошедший внутрь капилляра, многократно отражается и усиливается в направлении считывания показаний (к третьей, неокрашенной стороне капилляра). При этом необходима минимальная освещённость для того, чтобы различить показания термометра.

Газовый термометр, прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления или объёма газа от температуры. Заполненный гелием, азотом или водородом баллон, соединенный при помощи капилляра с манометром, помещают в среду, температуру которой измеряют. По измененному объёму или давлению газа, используя его уравнение состояния, определяют температуру. В быту практически не используется.

Биметалл (от би… и металл), материал из двух слоев разнородных металлов или сплавов (например, сталь и алюминий). Изготовляют главным образом одновременной прокаткой или прессованием двух заготовок. Применяют для повышения прочности и жаростойкости конструкций, снижения их массы или как материал со специальными свойствами. Нашел широкое применение в быту при изготовлении биметаллических термометров.

Биметаллический термометр, прибор для измерения температуры, действие которого основано на свойстве биметаллов изменять форму под действием температуры (и восстанавливать ее). Биметаллическая лента, свернутая в пружину и подвергнутая термической обработке в печи, «запоминает» свою форму. При увеличении температуры пружина раскручивается (или скручивается) в зависимости от разности коэффициента теплового расширения биметаллов. К корпусу прикреплен внутренний конец пружины, а ко второму ее концу приварена стрелка, которая отклоняется пропорционально изменению температуры. По ее отклонению измеряют температуру. При изготовлении применяются технологии «простаривания» (термически обработанную пружину подвергают нескольким циклам нагрева и охлаждения в рабочем диапазоне температур) путем погружения в кипящую и ледяную воду (или другим методом), а затем тарированию (т.е. обрезают лишние витки пружины, чтобы привести в соответствие коэффициент углового отклонения стрелки от температуры с масштабом шкалы). Биметаллические термометры нашли широкое применение в быту. В настоящее время производятся биметаллические термометры различного назначения : термометры уличные, для бань и саун, комнатные, для воды, автомобильные.