Contenu:

Introduction

Température et thermomètres - historique d'occurrence

Échelles de température et leurs types

1. Fahrenheit

   Échelle de Réaumur

   Celsius

   Échelle Kelvin

Températures zéro absolu

L'influence des conditions de température sur la vie sur Terre

Conclusions

Thermomètres et température. Histoire d'origine.

Quelle est la température

Avant de commencer à parler de capteurs de température, vous devez comprendre de quoi il s’agit.température d'un point de vue physique . Pourquoi le corps humain ressent-il un changement de température, pourquoi dit-on qu'aujourd'hui il fait chaud ou juste chaud, et le lendemain il fait frais, voire froid.

Le terme température vient du mot latin temperatura, qui signifie état normal ou déplacement approprié. En tant que grandeur physique, la température caractérise l'énergie interne d'une substance, le degré de mobilité des molécules et l'énergie cinétique des particules dans un état d'équilibre thermodynamique.

À titre d’exemple, considérons l’air, dont les molécules et les atomes se déplacent de manière chaotique. Lorsque la vitesse de déplacement de ces particules augmente, alors la température de l’air est dite élevée, l’air est tiède voire brûlant. Par temps froid, par exemple, la vitesse de déplacement des particules d’air est faible, ce qui ressemble à une fraîcheur agréable ou même à un « froid de chien ». Attention, la vitesse des particules d’air ne dépend en aucun cas de la vitesse du vent ! C'est une vitesse complètement différente.

C'est ce qui concerne l'air, les molécules peuvent s'y déplacer librement, mais qu'en est-il des corps liquides et solides ? Dans ceux-ci, le mouvement thermique des molécules existe également, bien que dans une moindre mesure que dans l'air. Mais son changement est assez perceptible, ce qui détermine la température des liquides et des solides.

Les molécules continuent de se déplacer même à la température de fonte de la glace, ainsi qu'à des températures négatives. Par exemple, la vitesse d’une molécule d’hydrogène à température nulle est de 1 950 m/sec. Chaque seconde, mille milliards de collisions moléculaires se produisent dans 16 cm^3 d’air. À mesure que la température augmente, la mobilité des molécules augmente et le nombre de collisions augmente en conséquence.

Cependant, il convient de noter quetempérature Etchaud l'essence n'est pas la même chose. Un exemple simple : une cuisinière à gaz ordinaire dans la cuisine a des grands et des petits brûleurs qui brûlent le même gaz. La température de combustion du gaz est la même, donc la température des brûleurs eux-mêmes est également la même. Mais le même volume d'eau, par exemple une bouilloire ou un seau, bout plus vite sur un grand brûleur que sur un petit. Cela se produit parce qu’un brûleur plus grand produit plus de chaleur, brûle plus de gaz par unité de temps ou a plus de puissance.

Les premiers thermomètres

Avant l'invention d'un appareil de mesure aussi ordinaire et simple pour notre vie quotidienne qu'un thermomètre, les gens ne pouvaient juger de leur état thermique que par leurs sensations immédiates : chaud ou frais, chaud ou froid.

Le mot « température » est apparu il y a longtemps – la théorie de la cinétique moléculaire n’existait pas encore. On croyait que les corps contenaient une certaine matière appelée « calorique » et que les corps chauds en contenaient plus que les corps froids. La température caractérisait ainsi le mélange de calories et de la substance du corps lui-même, et plus la température est élevée, plus ce mélange est fort. C'est de là que vient la mesure du titre des boissons alcoolisées en degrés.

L'histoire de la thermodynamique a commencé lorsque Galileo Galilei a créé le premier instrument permettant d'observer les changements de température en 1592, l'appelant thermoscope. Le thermoscope était une petite boule de verre avec un tube de verre soudé. La balle était chauffée et l'extrémité du tube était plongée dans l'eau. Lorsque la balle refroidissait, la pression à l'intérieur diminuait et l'eau dans le tube, sous l'influence de la pression atmosphérique, atteignait une certaine hauteur. À mesure que le temps se réchauffait, le niveau d’eau dans les tubes baissait. L'inconvénient de l'appareil était qu'il ne pouvait être utilisé que pour juger du degré relatif de chauffage ou de refroidissement du corps, puisqu'il n'avait pas encore de balance.

Plus tard, des scientifiques florentins ont amélioré le thermoscope de Galilée en ajoutant une échelle de billes et en pompant l'air du ballon.

Puis des thermomètres remplis d'eau sont apparus - mais le liquide a gelé et les thermomètres ont éclaté. Par conséquent, au lieu de l’eau, ils ont commencé à utiliser de l’alcool de vin, puis Evangelista Torricelli, étudiante de Galilée, a eu l’idée de remplir le thermomètre de mercure et d’alcool et de le sceller afin que la pression atmosphérique n’affecte pas les lectures. L'appareil a été retourné, le récipient contenant de l'eau a été retiré et de l'alcool a été versé dans le tube. Le fonctionnement de l'appareil était basé sur la dilatation de l'alcool lorsqu'il était chauffé - désormais, les lectures ne dépendaient plus de la pression atmosphérique. Ce fut l'un des premiers thermomètres à liquide.

À cette époque, les lectures des instruments n’étaient pas encore cohérentes entre elles, puisqu’aucun système spécifique n’était pris en compte lors de l’étalonnage des balances. En 1694, Carlo Renaldini proposa de prendre comme deux points extrêmes la température de fusion de la glace et le point d’ébullition de l’eau.

Échelles de température

L'humanité a appris à mesurer la température il y a environ 400 ans. Mais les premiers instruments ressemblant aux thermomètres actuels ne sont apparus qu’au XVIIIe siècle. L'inventeur du premier thermomètre était le scientifique Gabriel Fahrenheit. Au total, plusieurs échelles de température différentes ont été inventées dans le monde, certaines d'entre elles étaient plus populaires et sont encore utilisées aujourd'hui, d'autres sont progressivement tombées en désuétude.

Les échelles de température sont des systèmes de valeurs de température qui peuvent être comparées entre elles. La température n'étant pas une grandeur mesurable directement, sa valeur est associée à un changement de l'état thermique d'une substance (par exemple l'eau). Sur toutes les échelles de température, en règle générale, deux points sont enregistrés correspondant aux températures de transition de la substance thermométrique sélectionnée en différentes phases. Ce sont ce qu’on appelle les points de référence. Des exemples de points de référence sont le point d'ébullition de l'eau, le point de durcissement de l'or, etc. L'un des points est pris comme origine. L'intervalle qui les sépare est divisé en un certain nombre de segments égaux et uniques. L'unité de mesure de la température est universellement acceptée comme étant le degré. dispositif d'échelle de température

Les échelles de température les plus populaires et les plus utilisées dans le monde sont les échelles Celsius et Fahrenheit.

Examinons dans l'ordre les échelles disponibles et essayons de les comparer du point de vue de la facilité d'utilisation et de l'utilité pratique. Il existe quatre échelles les plus connues :

Fahrenheit

Échelle de Réaumur

Celsius,

Échelle Kelvin

Fahrenheit

Dans de nombreux ouvrages de référence, dont Wikipédia russe, Daniel Gabriel Fahrenheit est mentionné comme un physicien allemand. Cependant, selon l'Encyclopedia Britannica, il était un physicien néerlandais né en Pologne à Gdansk le 24 mai 1686. Fahrenheit fabriquait lui-même des instruments scientifiques et inventait en 1709 le thermomètre à alcool, et en 1714 le thermomètre à mercure.

En 1724, Fahrenheit devient membre de la Royal Society of London et lui présente son échelle de température. L'échelle a été construite sur la base de trois points de référence. Dans la version originale (qui a ensuite été modifiée), il prenait comme point zéro la température de la solution saline (glace, eau et chlorure d'ammonium dans un rapport de 1:1:1). La température de cette solution s'est stabilisée à 0 °F (-17,78 °C). Le deuxième point de 32°F était le point de fusion de la glace, c'est-à-dire température d'un mélange de glace et d'eau dans un rapport de 1:1 (0 °C). Le troisième point est la température normale du corps humain, qu’il a assignée à 96°F.

Pourquoi des nombres aussi étranges et non ronds ont-ils été choisis ? Selon une histoire, Fahrenheit a initialement choisi la température la plus basse mesurée dans sa ville natale de Gdansk au cours de l'hiver 1708/1709 comme zéro de son échelle. Plus tard, lorsqu'il est devenu nécessaire de rendre cette température bien reproductible, il a utilisé une solution saline pour la mesurer. le reproduire. Une explication de l'imprécision de la température obtenue est que Fahrenheit n'avait pas la capacité de produire une bonne solution de saumure pour obtenir une composition d'équilibre eutectique précise du chlorure d'ammonium (c'est-à-dire qu'il peut avoir dissous plusieurs sels, mais pas complètement).

Une autre histoire intéressante est liée à la lettre de Fahrenheit à son ami Hermann Boerhaave. Selon la lettre, son échelle a été créée sur la base des travaux de l'astronome Olof Römer, avec qui Fahrenheit avait déjà communiqué. Sur l'échelle de Roemer, la solution saline gèle à zéro degré, l'eau à 7,5 degrés, la température du corps humain est de 22,5 degrés et l'eau bout à 60 degrés (il existe une opinion selon laquelle cela équivaut à 60 secondes par heure). Fahrenheit a multiplié chaque nombre par quatre pour supprimer la partie fractionnaire. Dans le même temps, le point de fusion de la glace s'est avéré être de 30 degrés et la température humaine de 90 degrés. Il est allé plus loin et a déplacé l'échelle de sorte que le point de glace soit de 32 degrés et la température du corps humain de 96 degrés. Ainsi, il est devenu possible de briser l'intervalle entre ces deux points, qui s'élevait à 64 degrés, simplement en divisant l'intervalle en deux à plusieurs reprises. (64 est 2 à la puissance six).

Lorsque j'ai mesuré le point d'ébullition de l'eau avec mes thermomètres calibrés, la valeur Fahrenheit était d'environ 212 °F. Par la suite, les scientifiques ont décidé de redéfinir légèrement l'échelle, en attribuant une valeur exacte à deux points de référence bien reproductibles : le point de fusion de la glace à 32 °F et le point d'ébullition de l'eau à 212 °F. Dans le même temps, la température humaine normale sur cette échelle, après de nouvelles mesures plus précises, s'est avérée être d'environ 98 °F, et non 96 °F.

Échelle de Réaumur

Le naturaliste français René Antoine Ferchault de Réaumur est né le 28 février 1683 à La Rochelle dans la famille d'un notaire. Il fait ses études au collège des Jésuites de Poitiers. À partir de 1699, il étudie le droit et les mathématiques à l'université du Bourget. En 1703, il poursuit ses études de mathématiques et de physique à Paris. Après que René ait publié ses trois premiers ouvrages en mathématiques en 1708, il fut accepté comme membre de l'Académie des sciences de Paris.

Les travaux scientifiques de Réaumur sont assez variés. Il a étudié les mathématiques, la technologie chimique, la botanique, la physique et la zoologie. Mais dans les deux derniers sujets, il a réussi davantage, c'est pourquoi ses principaux travaux ont été consacrés à ces sujets.

En 1730, Réaumur décrit le thermomètre à alcool qu'il a inventé, dont l'échelle est déterminée par les points d'ébullition et de congélation de l'eau. 1 degré Réaumur est égal à 1/80 de l'intervalle de température entre le point de fusion de la glace (0 °R) et le point d'ébullition de l'eau (80 °R).

Après avoir soudé un tube mince à une fiole ronde, Réaumur y versa de l'alcool, purifié au maximum de l'eau et des gaz dissous. Dans ses mémoires, il note que son liquide ne contenait pas plus de 5 pour cent d’eau.

Le tube n'était pas scellé, Réaumur se contentait de le boucher avec du mastic à base de térébenthine.

En fait, Réaumur n'avait qu'un seul point de référence : la température de fonte des glaces. Et il a déterminé la valeur d'un degré non pas en divisant une plage de température par le nombre 80 venu de nulle part. En fait, il a décidé de prendre comme un degré un changement de température auquel le volume d'alcool augmente ou diminue de 1/1000. . Ainsi, le thermomètre de Réaumur peut être considéré essentiellement comme un grand pycnomètre, ou plus précisément comme un prototype primitif de ce dispositif physico-chimique.

À partir de 1734, Réaumur publia des rapports sur les mesures de la température de l'air à l'aide de l'appareil qu'il proposa pendant cinq ans dans diverses régions, des régions centrales de la France au port indien de Pondichéry, mais abandonna plus tard la thermométrie.

De nos jours, l’échelle de Réaumur est tombée en désuétude.

Celsius

Anders Celsius (27 novembre 1701 – 25 avril 1744) était un astronome, géologue et météorologue suédois (à cette époque, la géologie et la météorologie étaient considérées comme faisant partie de l'astronomie). Professeur d'astronomie à l'Université d'Uppsala (1730-1744).

Avec l'astronome français Pierre Louis Moreau, de Maupertuis a participé à une expédition visant à mesurer un segment de 1 degré du méridien en Laponie (qui faisait alors partie de la Suède). Une expédition similaire a été organisée jusqu’à l’équateur, dans l’actuel Équateur. Une comparaison des résultats a confirmé l'hypothèse de Newton selon laquelle la Terre est un ellipsoïde aplati aux pôles.

En 1742, il proposa l'échelle Celsius, dans laquelle la température du point triple de l'eau (cette température coïncide pratiquement avec la température de fonte de la glace à pression normale) était fixée à 100 et le point d'ébullition de l'eau à 0. (Initialement , Celsius a pris la température de fonte de la glace à 100°, et 0° est le point d'ébullition de l'eau et ce n'est que l'année de la mort de Celsius que son contemporain Carl Linnaeus a « tourné » cette échelle). Ainsi, le point de fusion de la glace a été fixé à zéro sur l'échelle Celsius et le point d'ébullition de l'eau à la pression atmosphérique standard à 100°. Cette échelle est linéaire dans la plage 0-100° et se poursuit linéairement dans la région inférieure à 0° et supérieure à 100°.

L'échelle Celsius s'est avérée plus rationnelle que l'échelle Fahrenheit et l'échelle Réaumur et est désormais utilisée partout.

Échelle Kelvin

Kelvin William (1824-1907) - un physicien anglais exceptionnel, l'un des fondateurs de la thermodynamique et de la théorie cinétique moléculaire des gaz.

Kelvin a introduit l'échelle de température absolue en 1848 et a donné l'une des formulations de la deuxième loi de la thermodynamique sous la forme de l'impossibilité de convertir complètement la chaleur en travail. Il a calculé la taille des molécules en mesurant l’énergie de surface du liquide.

Le scientifique anglais W. Kelvin a introduit l'échelle de température absolue. La température zéro sur l'échelle Kelvin correspond au zéro absolu, et l'unité de température sur cette échelle est égale à un degré sur l'échelle Celsius, donc la température absolue T est liée à la température sur l'échelle Celsius par la formule :

L'unité SI de température absolue est appelée le kelvin (en abrégé K). Par conséquent, un degré sur l’échelle Celsius équivaut à un degré sur l’échelle Kelvin : 1 °C = 1 K.

Les valeurs de température que nous donnent les échelles Fahrenheit et Celsius peuvent être facilement converties les unes aux autres. Lors de la conversion des valeurs Fahrenheit « dans votre tête » en degrés Celsius, vous devez réduire le chiffre d'origine de 32 unités et multiplier par 5/9. Vice versa (de l'échelle Celsius à Fahrenheit) - multipliez la valeur d'origine par 9/5 et ajoutez 32. A titre de comparaison : la température du zéro absolu en Celsius est de 273,15°, en Fahrenheit - 459,67°.

Mesure de température

La mesure de la température est basée sur la dépendance d'une certaine quantité physique (par exemple le volume) à la température. Cette dépendance est utilisée dans l'échelle de température d'un thermomètre - un appareil utilisé pour mesurer la température.

Températures zéro absolu

Toute mesure nécessite la présence d'un point de référence. La température ne fait pas exception. Pour l'échelle Fahrenheit, ce zéro est la température de la neige mélangée au sel de table ; pour l'échelle Celsius, c'est la température de congélation de l'eau. Mais il existe un point de référence de température spécial : le zéro absolu.

Depuis de nombreuses années, les chercheurs progressent vers le zéro absolu. Comme on le sait, une température égale au zéro absolu caractérise l'état fondamental d'un système de nombreuses particules - un état avec l'énergie la plus basse possible, dans lequel les atomes et les molécules effectuent des vibrations dites « nulles ». Ainsi, un refroidissement profond proche du zéro absolu (le zéro absolu lui-même est considéré comme inaccessible en pratique) ouvre des possibilités illimitées pour étudier les propriétés de la matière.

Le zéro absolu est théoriquement la température la plus basse possible. A proximité de cette température, l'énergie de la substance devient minime. On l’appelle souvent aussi « zéro sur l’échelle Kelvin ». Le zéro absolu est d’environ -273°C ou -460°F. Toutes les substances - gaz, liquides, solides - sont constituées de molécules et la température détermine la vitesse de déplacement de ces molécules. Plus la température est élevée, plus la vitesse des molécules est élevée et plus elles ont besoin de volume pour se déplacer (c'est-à-dire que les substances se dilatent). Plus la température est basse, plus elles se déplacent lentement et, à mesure que la température baisse, l'énergie des molécules finit par diminuer tellement qu'elles cessent complètement de bouger. En d’autres termes, toute substance gelée devient solide. Bien que les physiciens aient déjà atteint des températures qui ne diffèrent du zéro absolu que d’un millionième de degré, le zéro absolu lui-même est inaccessible. La branche de la science et de la technologie qui étudie le comportement inhabituel de matériaux ou de substances proches du zéro absolu est appelée technologie cryogénique.

La poursuite du zéro absolu se heurte essentiellement aux mêmes problèmes que . Atteindre la vitesse de la lumière nécessite une quantité infinie d’énergie, et atteindre le zéro absolu nécessite l’extraction d’une quantité infinie de chaleur. Ces deux processus sont impossibles.

Bien que nous n’ayons pas encore atteint l’état réel du zéro absolu, nous en sommes très proches (même si « très » dans ce cas est un concept très vague ; comme une comptine : deux, trois, quatre, quatre et un moitié, quatre sur une ficelle, quatre sur l'épaisseur d'un cheveu, cinq). La température la plus froide jamais enregistrée sur Terre a été enregistrée en Antarctique en 1983, à -89,15 degrés Celsius (184K).

Pourquoi avons-nous besoin de températures nulles absolues ?

Le zéro absolu est un concept théorique ; il est en principe impossible de l’atteindre, même dans les laboratoires scientifiques dotés des équipements les plus sophistiqués. Mais les scientifiques parviennent à refroidir la substance à des températures très basses, proches du zéro absolu.

À de telles températures, les substances acquièrent des propriétés étonnantes qu'elles ne peuvent avoir dans des circonstances ordinaires. Le mercure, appelé « argent vivant » car dans un état proche du liquide, devient solide à cette température – au point qu’il peut être utilisé pour enfoncer des clous. Certains métaux deviennent cassants, comme le verre. Le caoutchouc devient tout aussi dur et cassant. Si vous frappez un objet en caoutchouc avec un marteau à une température proche du zéro absolu, il se brisera comme du verre.

Ce changement de propriétés est également associé à la nature de la chaleur. Plus la température du corps physique est élevée, plus les molécules se déplacent de manière intense et chaotique. À mesure que la température diminue, le mouvement devient moins intense et la structure devient plus ordonnée.

Il est très important, surtout d'un point de vue scientifique, que les matériaux se comportent de manière folle à des températures extrêmement basses.

Ainsi un gaz devient un liquide et un liquide devient un solide. Le niveau ultime de l’ordre est la structure cristalline. À des températures ultra-basses, même les substances qui restent normalement amorphes, comme le caoutchouc, l'acquièrent.

Des phénomènes intéressants se produisent également avec les métaux. Les atomes du réseau cristallin vibrent avec moins d'amplitude, la diffusion des électrons diminue et donc la résistance électrique diminue. Le métal acquiert une supraconductivité dont l'application pratique semble très tentante, bien que difficile à réaliser.

À très basse température, de nombreux matériaux deviennent superfluides, ce qui signifie qu’ils peuvent n’avoir aucune viscosité, s’empiler en couches ultra-fines et même défier la gravité pour obtenir un minimum d’énergie. De plus, à basse température, de nombreux matériaux deviennent supraconducteurs, ce qui signifie qu’il n’y a plus de résistance électrique. Les supraconducteurs sont capables de réagir aux champs magnétiques externes de manière à les annuler complètement à l’intérieur du métal. En conséquence, vous pouvez combiner une température froide et un aimant et obtenir quelque chose comme la lévitation.

Pourquoi y a-t-il un zéro absolu, mais pas un maximum absolu ?

Regardons l'autre extrême. Si la température est simplement une mesure de l’énergie, alors nous pouvons simplement imaginer que les atomes se rapprochent de plus en plus de la vitesse de la lumière. Cela ne peut pas durer éternellement, n'est-ce pas ?

La réponse courte est : nous ne savons pas. Il est possible qu'il existe littéralement une température infinie, mais s'il existe une limite absolue, le jeune univers fournit des indices assez intéressants sur ce dont il s'agit. La température la plus élevée jamais connue (du moins dans notre univers) s'est probablement produite à l'époque de Planck. C'est 10^-43 secondes après le Big Bang que la gravité s'est séparée de la mécanique quantique et que la physique est devenue exactement ce qu'elle est aujourd'hui. La température à cette époque était d’environ 10^32 K. C’est sept milliards de fois plus chaude que l’intérieur de notre Soleil.

Encore une fois, nous ne savons pas du tout s’il s’agit de la température la plus chaude possible. Puisque nous n’avons même pas de grand modèle de l’univers à l’époque de Planck, nous ne sommes même pas sûrs que l’univers ait atteint un tel état. Quoi qu’il en soit, nous sommes bien plus proches du zéro absolu que de la chaleur absolue.

Comment la vie sur Terre dépend de la température et des conditions climatiques

Même dans les temps anciens, nos ancêtres connaissaient la dépendance du bien-être et de tous les processus vitaux aux conditions météorologiques et à d'autres phénomènes naturels. Première preuve écriteÔ influence des phénomènes naturels et climatiques sur la santéles humains sont connus depuis l’Antiquité. En Inde, il y a 4000 ans, on parlait de plantes acquérant des propriétés médicinales grâce aux rayons du soleil, aux orages et aux pluies. La médecine tibétaine associe encore les maladies à certaines combinaisons de facteurs météorologiques. L'ancien médecin grec Hippocrate (460-377 avant JC) dans ses « Aphorismes » a notamment écrit que les corps humains se comportent différemment en fonction de la période de l'année : certains sont plus proches de l'été, d'autres - de l'hiver, et les maladies progressent. différemment (bon ou mauvais) à différents moments de l'année, dans différents pays et conditions de vie.

Les fondements de l'orientation scientifique en médecine sur l'influence des facteurs climatiques sur la santé humaine remontent au XVIIe siècle. En Russie, l'étude de l'influence du climat, des saisons et de la météo sur l'homme a commencé avec la fondation de l'Académie russe des sciences à Saint-Pétersbourg (1725). Des scientifiques nationaux exceptionnels, I.M. ont joué un rôle majeur dans le développement des fondements théoriques de cette science. Sechenov, I.P. Pavlov et autres. Au début du XXIe siècle, il a été prouvé qu'une épidémie de fièvre du Nil occidental dans les régions de Volgograd et d'Astrakhan était associée à un hiver anormalement chaud. La chaleur de 2010 a entraîné une augmentation sans précédent de cette maladie - 480 cas dans les régions de Volgograd, Rostov, Voronej et Astrakhan. On note également une progression progressive de l'encéphalite à tiques vers le nord, ce qui a été prouvé par les travaux du Prof. N.K. Tokarevich (Institut de microbiologie et d'épidémiologie de Saint-Pétersbourg du nom de Pasteur) dans la région d'Arkhangelsk, et ce phénomène est également associé au changement climatique.

Le climat a des effets directs et indirects sur les humains

L'influence directe est très diverse et est due à l'effet direct des facteurs climatiques sur le corps humain et surtout sur les conditions de son échange thermique avec l'environnement : sur l'apport sanguin à la peau, aux systèmes respiratoire, cardiovasculaire et sudoral. .

Le corps humain, en règle générale, n'est pas influencé par un facteur isolé, mais par une combinaison de ceux-ci, et l'effet principal n'est pas les fluctuations ordinaires des conditions climatiques, mais principalement leurs changements soudains. Pour tout organisme vivant, certains rythmes d'activité vitale de différentes fréquences ont été établis.

Certaines fonctions du corps humain se caractérisent par des changements au fil des saisons de l’année. Cela s'applique à la température corporelle, au taux métabolique, au système circulatoire, à la composition des cellules sanguines et des tissus. Ainsi, en été, le sang est redistribué des organes internes vers la peau, donc la tension artérielle en été est plus basse qu'en hiver.

Facteurs climatiques affectant les humains

La plupart des facteurs physiques de l'environnement extérieur, en interaction avec lesquels le corps humain a évolué, sont de nature électromagnétique. Il est bien connu que l’air proche de l’eau qui coule rapidement est rafraîchissant et revigorant : il contient de nombreux ions négatifs. Pour la même raison, les gens trouvent l’air pur et rafraîchissant après un orage. Au contraire, l'air des pièces exiguës regorgeant de divers types d'appareils électromagnétiques est saturé d'ions positifs. Même un séjour relativement court dans une telle pièce entraîne une léthargie, une somnolence, des étourdissements et des maux de tête. Une image similaire est observée par temps venteux, par temps poussiéreux et humide. Les experts dans le domaine de la médecine environnementale estiment que les ions négatifs ont un effet positif sur la santé humaine, tandis que les ions positifs ont un effet négatif.

Rayonnement ultraviolet

Parmi les facteurs climatiques, la partie à ondes courtes du spectre solaire - le rayonnement ultraviolet (UVR) (longueur d'onde 295 à 400 nm) est d'une grande importance biologique.

Le rayonnement ultraviolet est une condition préalable à la vie humaine normale. Il détruit les micro-organismes de la peau, prévient le rachitisme, normalise le métabolisme minéral et augmente la résistance du corps aux maladies infectieuses et autres. Des observations spéciales ont montré que les enfants qui ont reçu suffisamment de rayons ultraviolets sont dix fois moins sensibles au rhume que les enfants qui n'ont pas reçu suffisamment de rayons ultraviolets. En l'absence d'irradiation ultraviolette, le métabolisme phosphore-calcium est perturbé, la sensibilité du corps aux maladies infectieuses et au rhume augmente, des troubles fonctionnels du système nerveux central apparaissent, certaines maladies chroniques s'aggravent et l'activité physiologique globale et, par conséquent, les performances humaines diminuent. . Les enfants sont particulièrement sensibles au « manque de lumière », chez qui cela conduit au développement d'une carence en vitamine D (rachitisme).

Température

Les conditions thermiques sont la condition la plus importante pour l'existence des organismes vivants, puisque tous les processus physiologiques y sont possibles sous certaines conditions.

Le rayonnement solaire se transforme en une source de chaleur exogène située à l'extérieur du corps dans tous les cas lorsqu'il tombe sur le corps et est absorbé par celui-ci. L'intensité et la nature des effets du rayonnement solaire dépendent de la situation géographique et constituent des facteurs importants déterminant le climat de la région. Le climat détermine la présence et l'abondance des espèces végétales et animales dans une zone donnée. La plage de températures existant dans l’Univers est égale à des milliers de degrés.

En comparaison, les limites dans lesquelles la vie peut exister sont très étroites : environ 300°C, de -200°C à +100°C. En fait, la plupart des espèces et la plupart des activités sont confinées à une plage de températures plus étroite. En règle générale, les températures auxquelles la structure et le fonctionnement normaux des protéines sont possibles : de 0 à +50°C.

La température est l'un des facteurs abiotiques importants affectant toutes les fonctions physiologiques de tous les organismes vivants. La température à la surface de la Terre dépend de la latitude géographique et de l'altitude au-dessus du niveau de la mer, ainsi que de la période de l'année. Pour une personne portant des vêtements légers, la température de l'air confortable sera de + 19...20°C, sans vêtements - + 28...31°C.

Lorsque les paramètres de température changent, le corps humain développe des réactions spécifiques pour s'adapter à chaque facteur, c'est-à-dire qu'il s'adapte.

Le facteur température est caractérisé par des fluctuations saisonnières et quotidiennes prononcées. Dans un certain nombre de régions de la Terre, cet effet du facteur a une valeur de signalisation importante dans la régulation du calendrier de l'activité des organismes, assurant ainsi leurs modes de vie quotidiens et saisonniers.

Lors de la caractérisation du facteur température, il est très important de prendre en compte ses indicateurs extrêmes, la durée de leur action et leur répétabilité. Les changements de température dans les habitats qui dépassent la tolérance des organismes entraînent leur mort massive. L'importance de la température réside dans le fait qu'elle modifie le taux des processus physico-chimiques dans les cellules, qui affectent toute l'activité vitale des organismes.

Comment se produit l’adaptation aux changements de température ?

Les principaux récepteurs de froid et de chaleur de la peau assurent la thermorégulation de l'organisme. Sous différentes influences de température, les signaux envoyés au système nerveux central ne proviennent pas de récepteurs individuels, mais de zones entières de la peau, appelés champs récepteurs, dont les dimensions sont variables et dépendent de la température corporelle et de l'environnement.

La température corporelle affecte plus ou moins l'ensemble du corps (tous les organes et systèmes). La relation entre la température de l'environnement extérieur et la température corporelle détermine la nature de l'activité du système de thermorégulation.

La température ambiante est avantageusement inférieure à la température corporelle. En conséquence, la chaleur est constamment échangée entre l’environnement et le corps humain en raison de sa libération depuis la surface du corps et par les voies respiratoires vers l’espace environnant. Ce processus est communément appelé transfert de chaleur. La formation de chaleur dans le corps humain à la suite de processus oxydatifs est appelée génération de chaleur. Au repos et en santé normale, la quantité de chaleur générée est égale à la quantité de transfert de chaleur. Dans les climats chauds ou froids, lors d'une activité physique du corps, d'une maladie, d'un stress, etc. Le niveau de génération de chaleur et de transfert de chaleur peut varier.

Comment se produit l’adaptation aux basses températures ?

Les conditions dans lesquelles le corps humain s'adapte au froid peuvent être différentes (par exemple, travailler dans des pièces non chauffées, des unités de réfrigération, à l'extérieur en hiver). Dans le même temps, l'effet du froid n'est pas constant, mais alterne avec le régime de température normal du corps humain. L'adaptation dans de telles conditions n'est pas clairement exprimée. Dans les premiers jours, en réponse aux basses températures, la production de chaleur augmente de manière non rentable ; le transfert de chaleur n'est pas encore suffisamment limité. Après adaptation, les processus de génération de chaleur deviennent plus intenses et le transfert de chaleur diminue.

Sinon, il y a une adaptation aux conditions de vie dans les latitudes septentrionales, où une personne est affectée non seulement par les basses températures, mais également par le régime d'éclairage et le niveau de rayonnement solaire caractéristiques de ces latitudes.

Que se passe-t-il dans le corps humain lors du refroidissement.

En raison de l'irritation des récepteurs du froid, les réactions réflexes qui régulent la conservation de la chaleur changent : les vaisseaux sanguins de la peau se rétrécissent, ce qui réduit d'un tiers le transfert de chaleur du corps. Il est important que les processus de génération et de transfert de chaleur soient équilibrés. La prédominance du transfert de chaleur sur la génération de chaleur entraîne une diminution de la température corporelle et une perturbation des fonctions corporelles. A une température corporelle de 35°C, des troubles mentaux sont observés. Une baisse supplémentaire de la température ralentit la circulation sanguine et le métabolisme, et à des températures inférieures à 25°C, la respiration s'arrête.

L'un des facteurs d'intensification des processus énergétiques est le métabolisme des lipides. Par exemple, les explorateurs polaires, dont le métabolisme ralentit lorsque les températures de l'air sont basses, tiennent compte de la nécessité de compenser les coûts énergétiques. Leur régime alimentaire se caractérise par une valeur énergétique élevée (teneur en calories). Les habitants des régions du nord ont un métabolisme plus intense. La majeure partie de leur alimentation est constituée de protéines et de graisses. Par conséquent, la teneur en acides gras dans leur sang augmente et le taux de sucre diminue légèrement.

Les personnes qui s'adaptent au climat humide et froid et au manque d'oxygène du Nord présentent également une augmentation des échanges gazeux, des taux de cholestérol élevés dans le sérum sanguin et une minéralisation des os squelettiques, ainsi qu'une couche plus épaisse de graisse sous-cutanée (qui agit comme un isolant thermique).

Cependant, tous les individus ne sont pas également capables de s’adapter. En particulier, chez certaines personnes du Nord, les mécanismes de protection et la restructuration adaptative du corps peuvent provoquer une mauvaise adaptation - toute une série de changements pathologiques appelés « maladie polaire ». L’un des facteurs les plus importants assurant l’adaptation humaine aux conditions du Grand Nord est le besoin de l’organisme en acide ascorbique (vitamine C), qui augmente la résistance de l’organisme à divers types d’infections.

Adaptation aux températures élevées.

Les conditions tropicales peuvent avoir des effets néfastes sur le corps humain. Les effets négatifs peuvent résulter de facteurs environnementaux agressifs tels que le rayonnement ultraviolet, la chaleur extrême, les changements brusques de température et les tempêtes tropicales. Chez les personnes sensibles aux conditions météorologiques, l’exposition à des environnements tropicaux augmente le risque de maladies aiguës, notamment de maladies coronariennes, de crises d’asthme et de calculs rénaux. Les effets négatifs peuvent être exacerbés par des changements soudains de climat, comme lors d’un voyage en avion.

Une température élevée peut affecter le corps humain dans des conditions artificielles et naturelles. Dans le premier cas, nous entendons travailler dans des pièces à haute température, en alternance avec un séjour dans des conditions de température confortable.

La température élevée de l'environnement excite les récepteurs thermiques dont les impulsions incluent des réactions réflexes visant à augmenter le transfert de chaleur. Dans le même temps, les vaisseaux sanguins de la peau se dilatent, le mouvement du sang dans les vaisseaux s'accélère et la conductivité thermique des tissus périphériques augmente de 5 à 6 fois. Si cela ne suffit pas à maintenir l'équilibre thermique, la température de la peau augmente et la transpiration réflexe commence - le moyen de transfert de chaleur le plus efficace (le plus grand nombre de glandes sudoripares sur la peau des mains, du visage et des aisselles). Les habitants indigènes du Sud ont un poids corporel moyen inférieur à celui des habitants du Nord et la graisse sous-cutanée est peu développée. Les caractéristiques morphologiques et physiologiques sont particulièrement prononcées dans les populations vivant dans des conditions de température élevée et de manque d'humidité (dans les déserts et semi-déserts, zones adjacentes). Par exemple, les indigènes d’Afrique centrale, d’Inde du Sud et d’autres régions aux climats chauds et secs ont des membres longs et minces et un faible poids corporel.

La transpiration intense lors du séjour d'une personne dans un climat chaud entraîne une diminution de la quantité d'eau dans le corps. Pour compenser la perte d’eau, vous devez augmenter votre consommation. La population locale est plus adaptée à ces conditions que les populations originaires de la zone tempérée. Les Autochtones ont deux à trois fois moins de besoins quotidiens en eau, ainsi qu'en protéines et en graisses, car ils ont un potentiel énergétique élevé et augmentent la soif. Étant donné que la teneur en acide ascorbique et en autres vitamines hydrosolubles du plasma sanguin diminue en raison d'une transpiration intense, l'alimentation de la population locale est dominée par les glucides, qui augmentent l'endurance de l'organisme, et les vitamines, qui leur permettent d'effectuer des tâches lourdes. travail physique pendant une longue période.

Quels facteurs déterminent la perception de la température ?

Le vent améliore la sensation de température de la manière la plus sensible. Avec des vents forts, les journées froides semblent encore plus froides et les journées chaudes semblent encore plus chaudes. L’humidité affecte également la perception de la température par le corps. Avec une humidité élevée, la température de l'air semble plus basse qu'en réalité, et avec une faible humidité, c'est le contraire.

La perception de la température est individuelle. Certaines personnes aiment les hivers froids et glacials, tandis que d’autres aiment les hivers chauds et secs. Cela dépend des caractéristiques physiologiques et psychologiques d'une personne, ainsi que de la perception émotionnelle du climat dans lequel elle a passé son enfance.

Conditions naturelles et climatiques et santé

La santé humaine dépend en grande partie des conditions météorologiques. Par exemple, en hiver, les gens souffrent plus souvent de rhumes, de maladies pulmonaires, de grippe et de maux de gorge.

Les maladies associées aux conditions météorologiques comprennent principalement la surchauffe et l'hypothermie. La surchauffe et les coups de chaleur surviennent en été par temps chaud et sans vent. La grippe, le rhume et le catarrhe des voies respiratoires supérieures surviennent généralement pendant la période automne-hiver de l'année. Certains facteurs physiques (pression atmosphérique, humidité, mouvements d'air, concentration en oxygène, degré de perturbation du champ magnétique terrestre, niveau de pollution atmosphérique) n'ont pas seulement un effet direct sur le corps humain. Séparément ou en combinaison, ils peuvent aggraver l'évolution de maladies existantes et préparer certaines conditions à la prolifération d'agents pathogènes de maladies infectieuses. Ainsi, pendant la saison froide, en raison de la variabilité climatique extrême, les maladies cardiovasculaires s'aggravent - hypertension, angine de poitrine, infarctus du myocarde. Les infections intestinales (fièvre typhoïde, dysenterie) touchent les personnes pendant la saison chaude. Chez les enfants de moins d'un an, le plus grand nombre de pneumonies est enregistré entre janvier et avril.

Pour les personnes souffrant de troubles du système nerveux autonome ou de maladies chroniques, l'adaptation aux changements climatiques est difficile. Certains patients sont si sensibles aux changements météorologiques qu'ils peuvent servir de sorte de baromètres biologiques, prédisant avec précision la météo plusieurs fois à l'avance. Des recherches menées par la branche sibérienne de l'Académie des sciences médicales de la Fédération de Russie ont montré que 60 à 65 % des personnes souffrant de maladies cardiovasculaires sont sensibles aux fluctuations des facteurs météorologiques, en particulier au printemps et en automne, avec des fluctuations importantes de la pression atmosphérique, de l'air. température et changements dans le champ géomagnétique terrestre. Lorsque les fronts aériens envahissent, provoquant des changements climatiques contrastés, des crises d'hypertension sont plus souvent observées, l'état des patients atteints d'athérosclérose cérébrale s'aggrave et les accidents cardiovasculaires se multiplient.

À l’ère de l’urbanisation et de l’industrialisation, les gens passent la majeure partie de leur vie à l’intérieur. Plus le corps est longtemps isolé des facteurs climatiques externes et se trouve dans des conditions de microclimat intérieur confortables ou sous-confortables, plus ses réactions adaptatives aux paramètres météorologiques en constante évolution diminuent, y compris l'affaiblissement des processus de thermorégulation. En conséquence, l'équilibre dynamique entre le corps humain et l'environnement extérieur est perturbé et des complications surviennent chez les personnes atteintes de pathologies cardiovasculaires - crises, infarctus du myocarde, accidents vasculaires cérébraux. Il est donc nécessaire d’organiser une météo médicale moderne comme méthode de prévention des accidents cardiovasculaires.

Presque toutes les personnes, ayant atteint un certain âge, connu un autre stress ou récupéré d'une maladie, commencent soudainement à ressentir la dépendance de leur état et de leur humeur à l'égard de facteurs environnementaux changeants. Dans ce cas, on conclut généralement que la météo affecte la santé. Dans le même temps, d'autres personnes, qui jouissent d'une santé remarquable et d'une grande confiance en leurs forces et leurs capacités, ne peuvent pas imaginer comment des facteurs aussi insignifiants de leur point de vue que la pression atmosphérique, les perturbations géomagnétiques et les anomalies gravitationnelles du système solaire peuvent affecter une personne. . De plus, le groupe des opposants à l'influence des facteurs géophysiques sur l'homme comprend souvent des physiciens et des géophysiciens.

Les principaux arguments des sceptiques sont des calculs physiques plutôt controversés sur la signification énergétique du champ électromagnétique terrestre, ainsi que sur les modifications de son champ gravitationnel sous l’influence des forces gravitationnelles du Soleil et des planètes du système solaire. On dit que dans les villes, les champs électromagnétiques industriels sont plusieurs fois plus puissants et que la valeur du changement du champ gravitationnel, qui est un chiffre avec huit zéros après la virgule décimale, n'a aucune signification physique. Les géophysiciens, par exemple, ont un point de vue différent sur l'influence des facteurs solaires, géophysiques et météorologiques sur la santé humaine.

Le changement climatique, une menace pour la santé mondiale

Le rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat a confirmé qu’il existe de nombreuses preuves démontrant l’impact du climat mondial sur la santé humaine. La variabilité et le changement climatiques entraînent des décès et des maladies dus à des catastrophes naturelles telles que des vagues de chaleur, des inondations et des sécheresses. En outre, de nombreuses maladies graves sont extrêmement sensibles aux changements de température et aux précipitations. Ces maladies comprennent les maladies à transmission vectorielle telles que le paludisme et la dengue, ainsi que la malnutrition et la diarrhée, qui sont d’autres causes majeures de décès. Le changement climatique contribue également à l’augmentation du fardeau mondial des maladies, une tendance qui devrait s’aggraver à l’avenir.

L’impact du changement climatique sur la santé humaine n’est pas uniforme à travers le monde. Les populations des pays en développement, notamment les petits États insulaires, les zones arides et de haute altitude et les zones côtières densément peuplées, sont considérées comme particulièrement vulnérables.

Heureusement, bon nombre de ces risques sanitaires peuvent être évités grâce aux programmes et interventions de santé existants. Une action concertée visant à renforcer les éléments essentiels des systèmes de santé et à promouvoir des voies de développement saines peut améliorer la santé publique dès maintenant tout en réduisant la vulnérabilité au changement climatique à l’avenir.

Conclusions

En tant que partie intégrante de la biosphère terrestre, l'homme est une particule du monde qui l'entoure, profondément dépendante du déroulement des processus externes. Et par conséquent, seule l'harmonie des processus internes du corps avec les rythmes de l'environnement extérieur, de la nature et de l'espace peut constituer une base solide pour le fonctionnement stable du corps humain, c'est-à-dire la base de sa santé et de son bien-être. être.

Aujourd’hui, il est devenu clair que ce sont des processus naturels qui donnent à notre corps la capacité de résister à de nombreux facteurs extrêmes. Et l’activité sociale humaine devient un élément de stress tout aussi puissant si ses rythmes n’obéissent pas aux fluctuations biosphériques et cosmiques, et surtout lorsqu’une tentative massive et à long terme est faite pour subordonner l’activité vitale d’une personne, son horloge biologique, à des rythmes sociaux artificiels.

Les changements climatiques et météorologiques n’ont pas le même effet sur le bien-être des différentes personnes. Chez une personne en bonne santé, lorsqu'il y a un changement de climat ou de météo, les processus physiologiques du corps s'adaptent en temps opportun aux conditions environnementales modifiées. En conséquence, la réaction protectrice est renforcée et les personnes en bonne santé ne ressentent pratiquement pas l'influence négative du temps. Chez une personne malade, les réactions adaptatives sont affaiblies, le corps perd donc la capacité de s'adapter rapidement. L'influence des conditions naturelles et climatiques sur le bien-être humain est également associée à l'âge et à la susceptibilité individuelle du corps.

Pour quoi utilisé en physique plusieurs échelles de mesure de température? Eh bien, il y a - "Celsius" - ce serait suffisant, puis - « selon Fahrenheit », « selon Réaumur », « selon Kelvin », et même « selon Rankine », « selon Newton »... tout le monde voulait s'impliquer dans l'histoire et la science.

Histoire

Le mot « température » est apparu à l'époque où les gens croyaient que les corps plus chauffés contenaient une plus grande quantité d'une substance spéciale - calorique - que les corps moins chauffés. Par conséquent, la température était perçue comme la force d’un mélange de matière corporelle et de calories. Pour cette raison, les unités de mesure du titre des boissons alcoolisées et de la température sont appelées les mêmes degrés.

Puisque la température est l’énergie cinétique des molécules, il est clair qu’il est plus naturel de la mesurer en unités d’énergie (c’est-à-dire dans le système SI en joules). Cependant, la mesure de la température a commencé bien avant la création de la théorie de la cinétique moléculaire, de sorte que les échelles pratiques mesurent la température en unités conventionnelles - les degrés.

Échelle Kelvin (K)

Il a été proposé en 1848 par un scientifique anglais William Thomson(alias Seigneur Kelvin) comme moyen plus précis de mesurer la température. Sur cette échelle, le point zéro, ou zéro absolu, représente la température la plus basse possible, c'est-à-dire un certain état théorique d'une substance dans lequel ses molécules s'arrêtent complètement de bouger. cette valeur a été obtenue en étudiant théoriquement les propriétés du gaz à pression nulle. Sur l'échelle centigrade, le zéro absolu, ou zéro Kelvin, correspond à -273,15ºC. Par conséquent, en pratique, 0ºC peut être assimilé à 273K. Jusqu'en 1968, l'unité de mesure kelvin (K) s'appelait degré Kelvin (ºK). Utilisé en thermodynamique.

La température est mesurée à partir du zéro absolu (l'état correspondant à l'énergie interne minimale théoriquement possible d'un corps), et un kelvin est égal à 1/273,15 de la distance du zéro absolu au point triple de l'eau (l'état dans lequel la glace, l'eau et la vapeur d'eau sont en équilibre). La constante de Boltzmann est utilisée pour convertir les kelvins en unités d'énergie. Des unités dérivées sont également utilisées : kilokelvin, mégakelvin, millikelvin, etc.

Échelle Celsius (ºC)

En 1742, un astronome suédois Anders Celsius a proposé sa propre échelle, dans laquelle la température d'un mélange d'eau et de glace était considérée comme nulle et le point d'ébullition de l'eau était assimilé à 100º. La centième partie de l'intervalle entre ces points de référence est prise en degré. Cette échelle est plus rationnelle que les échelles Fahrenheit et Réaumur et est largement utilisée en science et dans la vie quotidienne.

Les points de congélation et d'ébullition de l'eau n'étant pas bien définis, l'échelle Celsius est actuellement définie à l'aide de l'échelle Kelvin : un degré Celsius est égal à un kelvin, le zéro absolu étant égal à −273,15 °C. L'échelle Celsius est pratiquement très pratique car l'eau est très présente sur notre planète et notre vie est basée sur elle. Zéro Celsius est un point particulier pour la météorologie, car le gel de l'eau atmosphérique change tout de manière significative.

Échelle Fahrenheit (ºF)

Il a été proposé à l'hiver 1724 par un scientifique allemand Gabriel Fahrenheit. Sur cette échelle, le point auquel, lors d’une journée d’hiver très froide (c’était à Dantzig et à Fahrenheit), le mercure dans le thermomètre du scientifique a chuté a été considéré comme zéro. Il a choisi la température du corps humain comme autre point de départ. Cet intervalle est divisé en 100 degrés. Selon ce système peu logique, le point de congélation de l'eau (c'est-à-dire zéro degré Celsius) au niveau de la mer s'est avéré être de +32º et le point d'ébullition de l'eau de +212º. Cette balance est populaire au Royaume-Uni et surtout aux États-Unis.

Un degré Fahrenheit équivaut à 5/9 degrés Celsius.

La définition actuelle de l'échelle Fahrenheit est la suivante : c'est une échelle de température dans laquelle 1 degré (1 °F) est égal à 1/180ème de la différence entre le point d'ébullition de l'eau et la température de fonte de la glace à pression atmosphérique, et le point de fusion de la glace est de +32 °F. La température sur l'échelle Fahrenheit est liée à la température sur l'échelle Celsius (t °C) par le rapport t °C = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 5/9 °C.

Échelle de Réaumur (ºR)

En 1731, un scientifique français René Antoine de Réaumur a proposé une échelle de température basée sur la consommation d'alcool, qui a la propriété de s'étendre (accompagnée d'une description du thermomètre à alcool qu'il a inventé). Le point de congélation de l’eau a été pris comme point de référence inférieur. Le degré de Réaumur a été arbitrairement défini comme le millième du volume occupé par l'alcool dans le réservoir et le tube du thermomètre au point zéro. Dans des conditions normales, le point d'ébullition de l'eau sur cette échelle est de 80º. L’échelle de Réaumur est désormais tombée en désuétude partout.

L'unité est le degré Réaumur (°R), 1 °R est égal à 1/80 de l'intervalle de température entre les points de référence - la température de fonte de la glace (0 °R) et le point d'ébullition de l'eau (80 °R)

1 °R = 1,25 °C.

Actuellement, c’est en France, pays d’origine de l’auteur, que l’échelle est tombée en désuétude ;

Échelle de Rankin (ºRa)

A été proposé par un ingénieur et physicien écossais William Rankin (William John McQuorn Rankin (Rankine)). Son zéro coïncide avec le zéro de la température thermodynamique et, en taille, 1ºRa est égal à 5/9 K. C'est-à-dire que le principe est le même que dans l'échelle Kelvin, seulement en dimension l'échelle Rankine ne coïncide pas avec l'échelle Celsius, mais avec l'échelle Fahrenheit. Ce système de mesure de la température n'est pas répandu.

Comparaison des échelles de température

¹ La température normale du corps humain est de 36,6 °C ±0,7 °C ou 98,2 °F ±1,3 °F. La valeur communément citée de 98,6 °F est une conversion exacte en Fahrenheit de la valeur allemande du 19e siècle de 37 °C. Étant donné que cette valeur ne se situe pas dans la plage de température normale selon les concepts modernes, on peut dire qu'elle contient une précision excessive (incorrecte). Certaines valeurs de ce tableau ont été arrondies.

Comparaison des échelles Fahrenheit et Celsius

(de-Échelle Fahrenheit, oC- échelle Celsius)

Échelles de température

L'échelle de température est une relation numérique fonctionnelle spécifique entre la température et les valeurs de la propriété thermométrique mesurée. A cet égard, il semble possible de construire une échelle de température basée sur le choix de n'importe quelle propriété thermométrique. Dans le même temps, il n’existe pas une seule propriété thermométrique qui varie linéairement avec

changements de température et ne dépend pas d’autres facteurs sur une large gamme de mesures de température. Les premières balances sont apparues au XVIIIe siècle. Pour les construire, deux points de référence ont été sélectionnés t1 Et t 2, représentant les températures d'équilibre de phase des substances pures. Différence de température t 1 –t 2 appelée plage de température principale.

Fahrenheit (1715), Réaumur (1776) et Celsius (1742), lors de la construction des échelles, reposaient sur l'hypothèse d'une relation linéaire entre la température t et propriété thermométrique, qui était utilisée comme expansion du volume de liquide V(formule 14.27) /8/

t = une + bV,(14.27)

Où UN Et b- coefficients constants.

Substitution dans l'équation (14.27) V=V1à t = t 1 Et V=V2à t = t 2, après transformations on obtient l'équation (14.28) de l'échelle de température /8/

Dans les échelles Fahrenheit, Réaumur et Celsius, le point de fusion de la glace t1 correspondait à +32, 0 et 0°, et le point d'ébullition de l'eau t 2 - 212, 80 et 100°. Intervalle principal t 2 –t 1 dans ces échelles, il est divisé en conséquence en N= 180, 80 et 100 parties égales, et 1/N une partie de chaque intervalle est appelée un degré Fahrenheit - t° F, diplôme Réaumur – t° R. et degrés Celsius - t °С. Ainsi, pour les échelles construites selon ce principe, le degré n'est pas une unité de mesure, mais représente un intervalle unitaire - l'échelle de l'échelle.

Pour convertir la température d'une échelle spécifiée à une autre, utilisez la relation (14.29)

t°С= 1,25° R.=-(5/9)( - 32), (14.29)

Plus tard, il a été découvert que les lectures de thermomètres contenant différentes substances thermométriques (par exemple, mercure, alcool, etc.), utilisant la même propriété thermométrique et une échelle de degrés uniforme, ne coïncident qu'aux points de référence et qu'à d'autres points, les lectures divergent. Ce dernier est particulièrement visible lors de la mesure de températures dont les valeurs sont situées loin de l'intervalle principal.

Cette circonstance s'explique par le fait que la relation entre la température et la propriété thermométrique est en réalité non linéaire et que cette non-linéarité est différente pour différentes substances thermométriques. En particulier, dans le cas considéré, la non-linéarité entre la température et la variation du volume du liquide s'explique par le fait que le coefficient de température de dilatation volumétrique du liquide lui-même varie avec la température et que cette variation est différente pour différentes gouttelettes de liquide.

Sur la base du principe de construction décrit, un nombre illimité d'échelles de température peuvent être obtenues, différant considérablement les unes des autres. De telles échelles sont dites conventionnelles, et les échelles de ces échelles sont appelées degrés conventionnels. Le problème de la création d'une échelle de température indépendante des propriétés thermométriques des substances a été résolu en 1848 par Kelvin, et l'échelle qu'il a proposée s'appelait thermodynamique. Contrairement aux échelles de température conventionnelles, l’échelle de température thermodynamique est absolue.

Échelle de température thermodynamique basé sur l'utilisation de la deuxième loi de la thermodynamique. Conformément à cette loi, le rendement d'un moteur thermique fonctionnant selon un cycle de Carnot réversible est déterminé uniquement par les températures de chauffage TN et réfrigérateur TX et ne dépend pas des propriétés de la substance active, l'efficacité est donc calculée à l'aide de la formule (14.30) /8/

(14.30)

Où QN Et QX- respectivement, la quantité de chaleur reçue par la substance active du radiateur et transmise au réfrigérateur.

Kelvin a proposé d'utiliser l'égalité (14.31) /8/ pour déterminer la température

T N /T X = Q N /Q X , (14.31)

Par conséquent, en utilisant un objet comme appareil de chauffage et un autre comme réfrigérateur et en exécutant un cycle de Carnot entre eux, il est possible de déterminer le rapport de température des objets en mesurant le rapport entre la chaleur extraite d'un objet et celle transmise à l'autre. L'échelle de température résultante ne dépend pas des propriétés de la substance de travail (thermométrique) et est appelée échelle de température absolue. Pour que la température absolue (et pas seulement le rapport) ait une certaine valeur, il a été proposé de prendre la différence de températures thermodynamiques entre les points d'ébullition de l'eau T HF et la glace fondante T TLégal à 100°. L'adoption d'une telle valeur de différence poursuivait l'objectif de maintenir la continuité de l'expression numérique de l'échelle de température thermodynamique à partir de l'échelle de température centigrade Celsius. Ainsi, désignant la quantité de chaleur reçue du radiateur (eau bouillante) et donnée au réfrigérateur (glace fondante), respectivement, par Q HF Et QTL et accepter T KV – T TL ==100, en utilisant (14.31), on obtient l'égalité (14.32) et (14.33)

(14.32)

(14.33)

Pour toute température T chauffage à une valeur de température constante T TL réfrigérateur et quantité de chaleur QTL, qui lui est donnée par la substance active de la machine de Carnot, on aura l'égalité (14.34) /8/

(14.34)

L'expression (14.34) est l'équation échelle de température thermodynamique centigrade et montre que la valeur de la température T sur cette échelle est linéairement liée à la quantité de chaleur Q, obtenu par la substance active d'un moteur thermique lorsqu'il effectue un cycle de Carnot, et, par conséquent, ne dépend pas des propriétés de la substance thermométrique. Par degré de température thermodynamique, on entend la différence entre la température corporelle et la température de fonte de la glace à laquelle le travail effectué dans le cycle de Carnot réversible est égal à 1/100 du travail effectué dans le cycle de Carnot entre le point d'ébullition de l'eau et la température de fonte de la glace (à condition que dans les deux cycles la quantité de chaleur dégagée vers le réfrigérateur soit la même). De l'expression (14.30), il s'ensuit qu'à la valeur maximale, elle doit être égale à zéro TX. Cette température la plus basse était appelée zéro absolu par Kelvin. La température sur l'échelle thermodynamique est désignée T K. Si dans l'expression décrivant la loi des gaz de Gay-Lussac : (où Ro - pression à t=0 °С; est le coefficient de température de pression), remplacez la valeur de température égale à - , puis la pression du gaz P t deviendra égal à zéro. Il est naturel de supposer que la température à laquelle la pression minimale maximale du gaz est assurée est elle-même la température minimale possible et est considérée comme nulle sur l'échelle Kelvin absolue. La température absolue est donc .

De la loi de Boyle-Mariotte, on sait que pour les gaz, le coefficient de température de pression a est égal au coefficient de température de dilatation volumétrique. Il a été constaté expérimentalement que pour tous les gaz à des pressions tendant vers zéro, dans la plage de température de 0 à 100 °C, le coefficient de température de dilatation volumétrique = 1/273,15.

Ainsi, la valeur de température absolue zéro correspond à °C. La température de fonte des glaces sur une échelle absolue sera Que==273,15 K. Toute température sur l'échelle Kelvin absolue peut être définie comme (Où t température en °C). Il convient de noter qu’un degré Kelvin (1 K) correspond à un degré Celsius (1 °C), puisque les deux échelles sont basées sur les mêmes points de référence. L’échelle de température thermodynamique, basée sur deux points de référence (la température de fonte de la glace et le point d’ébullition de l’eau), manquait de précision de mesure. Il est pratiquement difficile de reproduire les températures de ces points, car elles dépendent des changements de pression, ainsi que des impuretés mineures présentes dans l'eau. Kelvin et, indépendamment de lui, D.I. Mendeleev ont exprimé des réflexions sur l'opportunité de construire une échelle de température thermodynamique basée sur un point de référence. Le Comité consultatif sur la thermométrie du Comité international des poids et mesures a adopté en 1954 une recommandation visant à passer à la définition d'une échelle thermodynamique utilisant un point de référence - le point triple de l'eau (le point d'équilibre de l'eau dans les milieux solide, liquide et gazeux). phases), qui est facilement reproduite dans des récipients spéciaux avec une erreur ne dépassant pas 0,0001 K. La température de ce point est considérée comme étant de 273,16 K, c'est-à-dire supérieure à la température du point de fusion de la glace de 0,01 K. Ce nombre a été choisi de manière à ce que les valeurs de température sur la nouvelle échelle ne diffèrent pratiquement pas de l'ancienne échelle Celsius avec deux points de référence. Le deuxième point de référence est le zéro absolu, qui n'est pas réalisé expérimentalement, mais a une position strictement fixe. En 1967, la XIIIe Conférence générale des poids et mesures a clarifié la définition de l'unité de température thermodynamique comme suit : "Kelvin-1/273,16 partie de la température thermodynamique du point triple de l'eau. La température thermodynamique peut également être exprimée en degrés Celsius : t= T- 273,15 K. L'utilisation de la deuxième loi de la thermodynamique, proposée par Kelvin dans le but d'établir le concept de température et de construire une échelle de température thermodynamique absolue, indépendante des propriétés de la substance thermométrique, est d'une grande importance théorique et fondamentale. Cependant, la mise en œuvre de cette échelle en utilisant un moteur thermique fonctionnant sur un cycle de Carnot réversible comme thermomètre est pratiquement impossible.

La température thermodynamique est équivalente à la température thermique des gaz utilisée dans les équations décrivant les lois des gaz parfaits. L'échelle de température gazo-thermique est construite sur la base d'un thermomètre à gaz, dans lequel un gaz dont les propriétés se rapprochent d'un gaz parfait est utilisé comme substance thermométrique. Ainsi, le thermomètre à gaz constitue un moyen pratique pour reproduire l’échelle thermodynamique des températures. Les thermomètres à gaz sont de trois types : à volume constant, à pression constante et à température constante. On utilise généralement un thermomètre à gaz à volume constant (Figure 14.127), dans lequel le changement de température du gaz est proportionnel au changement de pression. Un thermomètre à gaz est constitué d'un cylindre 1 et tube de raccordement 2, rempli par la valve 3 hydrogène, hélium ou azote (pour températures élevées). Tube de connexion 2 connecté au combiné 4 manomètre à deux tuyaux, qui a un tube 5 peut être déplacé vers le haut ou vers le bas grâce au tuyau de raccordement flexible 6. Lorsque la température change, le volume du système rempli de gaz change, et pour le ramener à sa valeur d'origine, le tube 5 déplacer verticalement jusqu'à ce que le niveau de mercure dans le tube 4 ne coïncide pas avec l'axe X-X. Dans ce cas, la colonne de mercure dans le tube 5, mesuré à partir du niveau X-X, correspondra à la pression du gaz R. dans un cylindre.

Figure 14.127 – Schéma du thermomètre à gaz

Température généralement mesurée T déterminé par rapport à un point de référence, par exemple par rapport à la température du point triple de l'eau T0, à laquelle la pression du gaz dans la bouteille sera Ro. La température souhaitée est calculée à l'aide de la formule (14.35)

(14.35)

Les thermomètres à gaz sont utilisés dans la gamme ~ 2- 1300 K. L'erreur des thermomètres à gaz est de l'ordre de 3-10-3 - 2-10-2 K en fonction de la température mesurée. Atteindre une précision de mesure aussi élevée est une tâche complexe qui nécessite de prendre en compte de nombreux facteurs : écarts des propriétés d'un gaz réel par rapport à un gaz idéal, présence d'impuretés dans le gaz, sorption et désorption du gaz par les parois de la bouteille. , diffusion du gaz à travers les parois, modification du volume de la bouteille en fonction de la température, répartition de la température le long du tube de raccordement.

En raison de la grande complexité du travail avec les thermomètres à gaz, des tentatives ont été faites pour trouver des méthodes plus simples pour reproduire l'échelle de température thermodynamique.

Sur la base de recherches menées dans divers pays lors de la VIIe Conférence générale des poids et mesures en 1927, il a été décidé de remplacer la balance thermodynamique échelle de température "pratique" et appelle-la échelle internationale de température. Cette échelle était cohérente avec l'échelle thermodynamique centigrade aussi étroitement que le niveau de connaissance de l'époque le permettait.

Pour construire l'échelle internationale de température, six points de référence reproductibles ont été sélectionnés, dont les valeurs de température sur l'échelle thermodynamique ont été soigneusement mesurées dans différents pays à l'aide de thermomètres à gaz et les résultats les plus fiables ont été acceptés. À l’aide de points de référence, les instruments de référence sont calibrés pour reproduire l’échelle internationale de température. Dans les intervalles entre les points de référence, les valeurs de température sont calculées à l'aide des formules d'interpolation proposées, qui établissent un lien entre les lectures des instruments de référence et la température à l'échelle internationale. En 1948, 1960 et 1968 Un certain nombre de précisions et d'ajouts ont été apportés aux dispositions relatives à l'échelle internationale de température, car, sur la base de méthodes de mesure améliorées, des différences ont été découvertes entre cette échelle et l'échelle thermodynamique, notamment dans la région des températures élevées, et également en raison de la nécessité pour étendre l'échelle de température à des températures plus basses. Actuellement, une échelle améliorée adoptée lors de la XIIIe Conférence sur les poids et mesures, appelée « échelle internationale pratique de température 1968 » (MPTP-68), est en vigueur. Le terme « pratique » indique que cette échelle de température n'est généralement pas la même que l'échelle thermodynamique. Les températures MPTSH-68 sont fournies avec un indice ( T68 ou t 68).

MPTS-68 est basé sur 11 points de référence principaux présentés dans le tableau 9. Outre les principaux, il existe 27 points de référence secondaires, couvrant la plage de température de 13,956 à 3660 K (de - 259,194 à 3387 °C). Les températures numériques données dans le tableau 14.4 correspondent à l'échelle thermodynamique et ont été déterminées à l'aide de thermomètres à gaz.

Un convertisseur thermique à résistance en platine est utilisé comme thermomètre de référence dans la plage de température de 13,81 à 903,89 K (630,74 °C - le point de solidification de l'antimoine - un point de référence secondaire). Cet intervalle est divisé en cinq sous-intervalles, pour chacun desquels des formules d'interpolation sont définies sous forme de polynômes jusqu'au quatrième degré. Dans la plage de température de 903,89 à 1337,58 K, un thermomètre thermoélectrique de référence platine-platine-rhodium est utilisé. La formule d'interpolation reliant la force thermoélectromotrice à la température est ici un polynôme du deuxième degré.

Pour des températures supérieures à 1 337,58 K (1 064,43 °C), MPTS-68 est reproduit à l'aide d'un thermomètre quasi monochromatique utilisant la loi de rayonnement de Planck.

Tableau 14.4 - Principaux points de référence MPTSH-68

La température est aussi appelée grandeur physique qui caractérise le degré d'échauffement d'un corps, mais cela ne suffit pas pour comprendre le sens et la signification du concept de température. Dans cette phrase, il n'y a qu'un remplacement d'un terme par un autre et aucun terme plus compréhensible. Habituellement, les concepts physiques sont associés à certaines lois fondamentales et ne prennent un sens qu'en relation avec ces lois. La notion de température est associée à la notion d’équilibre thermique et donc à la loi de l’irréversibilité macroscopique.

Changement de température

En état d’équilibre thermodynamique, tous les corps formant le système ont la même température. La température ne peut être mesurée qu'indirectement, sur la base de la dépendance à la température de propriétés physiques des corps qui peuvent être mesurées directement. Les substances (corps) utilisées à cet effet sont appelées thermométriques.

Mettons deux corps thermiquement isolés en contact thermique. Un flux d’énergie se précipitera d’un corps à un autre et un processus de transfert de chaleur se produira. Dans ce cas, on pense que le corps qui dégage de la chaleur a une température plus élevée que le corps vers lequel se précipite le flux de chaleur. Naturellement, après un certain temps, le flux d’énergie s’arrête et l’équilibre thermique se produit. On suppose que les températures corporelles s'égalisent et se stabilisent quelque part dans l'intervalle entre les valeurs de température initiales. Il s’avère donc que la température est un certain marqueur de l’équilibre thermique. Il s'avère que toute valeur t qui satisfait aux exigences :

1. $t_1>t_2$, si le flux de chaleur va du premier corps au second ;
2. $t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, peut être considéré comme la température lorsque l'équilibre thermique est établi.

On suppose que l'équilibre thermique des corps obéit à la loi de transitivité : si deux corps sont en équilibre avec un troisième, alors ils sont en équilibre thermique entre eux.

La caractéristique la plus importante de la définition ci-dessus de la température est son ambiguïté. Nous pouvons choisir les quantités qui satisfont aux exigences de différentes manières (ce qui se reflétera dans la manière dont nous mesurons la température) et nous retrouver avec des échelles de température divergentes. Les échelles de température sont des moyens de diviser les intervalles de température en parties.

Donnons des exemples. Comme vous le savez, un appareil pour mesurer la température est un thermomètre. Considérons deux types de thermomètres d'appareils différents. Dans l'un, le rôle de la température corporelle est joué par la longueur de la colonne de mercure dans le capillaire du thermomètre, dans le cas où le thermomètre est en équilibre thermique avec le corps dont nous mesurons la température. La longueur de la colonne de mercure satisfait aux conditions 1 et 2 données ci-dessus et s’appliquant à la température.

Il existe une autre façon de mesurer la température : à l’aide d’un thermocouple. Un thermocouple est un circuit électrique avec un galvanomètre et deux jonctions de métaux différents (Fig. 1). Une jonction est placée dans un milieu à température fixe, par exemple de la glace fondante, l'autre dans un milieu dont il faut déterminer la température. Dans ce cas, l'indicateur de température est considéré comme la force électromotrice du thermocouple. Ces deux méthodes de mesure de température ne donneront pas les mêmes résultats. Et pour passer d'une température à une autre, il est nécessaire de construire une courbe d'étalonnage qui établit la dépendance de la force électromotrice du thermocouple sur la longueur de la colonne de mercure. Ensuite, l'échelle uniforme du thermomètre à mercure est convertie en une échelle inégale du thermocouple (ou vice versa). Les échelles uniformes d'un thermomètre à mercure et d'un thermocouple forment deux échelles de température complètement différentes, sur lesquelles un corps dans le même état aura des températures différentes. Vous pouvez prendre des thermomètres de même conception, mais avec des « corps thermiques » différents (par exemple, mercure et alcool). Leurs échelles de température ne correspondront pas non plus. Le graphique de la longueur de la colonne de mercure en fonction de la longueur de la colonne d'alcool ne sera pas linéaire.

Il s’ensuit que la notion de température, fondée sur les lois de l’équilibre thermique, n’est pas unique. Cette température est dite empirique, elle dépend de la méthode de mesure de la température. Le zéro de l’échelle empirique de température est toujours fixé arbitrairement. Selon la définition empirique de la température, seule la différence de température, c'est-à-dire son changement, a une signification physique. Toute échelle de température empirique est réduite à une échelle de température thermodynamique en introduisant des corrections qui tiennent compte de la nature de la relation entre la propriété thermométrique et la température thermodynamique.

Échelles de température

Pour construire une échelle de température, les valeurs numériques de température sont attribuées à deux points de référence fixes. Ensuite, divisez la différence de température entre les points de référence en un nombre de parties choisi au hasard, obtenant ainsi une unité de mesure de température. Comme valeurs initiales qui servent lors de la construction d'une échelle de température pour établir l'origine et son unité - degrés, les températures de transition des substances chimiquement pures d'un état d'agrégation à un autre sont utilisées, par exemple, la température de fonte de la glace $t_0 $ et le point d'ébullition de l'eau $t_k$ à pression atmosphérique normale ($\environ 10^5Pa).$ Les quantités $t_0\ et\ t_k$ ont des significations différentes :

• sur l'échelle Celsius (échelle centigrade) : point d'ébullition de l'eau $t_k=100^0C$, point de fusion de la glace $t_0=0^0C$. L'échelle Celsius est une échelle dans laquelle la température du point triple de l'eau est de 0,010C à une pression de 0,06 atm. (Le point triple de l'eau est une certaine température et pression à laquelle l'eau, sa vapeur et sa glace peuvent exister simultanément en équilibre.) ;
• sur l'échelle Fahrenheit, le point d'ébullition de l'eau $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- le point de fusion de la glace ;

La relation entre les températures exprimées en degrés Celsius et Fahrenheit est la suivante :

\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ ou\ t^0F=1,8t^0C+32\ \left(1\right);\ ]

Le zéro sur cette échelle est déterminé par le point de congélation d'un mélange d'eau, de sel et d'ammoniac dans un rapport 1:1:1.

• sur l'échelle Kelvin : la température est mesurée à partir du zéro absolu (t=-273,50C) et est appelée température thermodynamique ou absolue. T=0K est un état correspondant à l'absence totale de fluctuations thermiques. Le point d'ébullition de l'eau sur cette échelle est $t_k=373K$, le point de fusion de la glace est $t_0=273K$. Relation entre la température Kelvin et la température Celsius :
\
• selon l'échelle de Réaumur, le point d'ébullition de l'eau est $t_k=80^0R$, le point de fusion de la glace est $t_0=0^0R.$ L'échelle est pratiquement hors d'usage. Le rapport entre les températures exprimées en degrés Celsius et les degrés Réaumur :
\

Le thermomètre de Réaumur utilisait de l'alcool.

• selon l'échelle de Rankine, le point d'ébullition de l'eau est $t_k=671,67^(0\ )Ra$, le point de fusion de la glace est $t_0=(491,67)^0Ra.$ L'échelle part du zéro absolu. Le nombre de degrés entre les points de congélation et d'ébullition de l'eau sur les échelles Fahrenheit et Rankine est le même et égal à 180.

La relation entre kelvin et degré Rankine : 1K=1,$8^(0\ )Ra$, les degrés Fahrenheit sont convertis en degrés Rankine en utilisant la formule :

\[^0Ra=^0F+459.67\gauche(4\droite);\]

Dans la technologie et dans la vie quotidienne, les températures sont utilisées sur l'échelle Celsius. L'unité de cette échelle est appelée degré Celsius ($^0C).\ $ En physique, ils utilisent la température thermodynamique, qui est non seulement plus pratique, mais a également une signification physique profonde, puisqu'elle est déterminée par l'énergie cinétique moyenne. de la molécule. L'unité de température thermodynamique, le degré Kelvin (jusqu'en 1968), ou maintenant simplement le Kelvin (K), est l'une des unités de base du SI. La température T=0K est appelée température zéro absolue. La thermométrie moderne est basée sur l'échelle des gaz parfaits, où la pression est utilisée comme grandeur thermométrique. L'échelle du thermomètre à gaz est absolue (T=0, p=0). Lors de la résolution de problèmes, vous devrez le plus souvent utiliser cette échelle de température.

Annotation: Le concept de mise à l'échelle. Types de balances existants et leurs domaines d'application. Raisons de l'apparition des écailles.

SHKA"LA, s, et. [latin. scala - échelle].- 1 . Règle avec divisions dans divers instruments de mesure. W. thermomètre. 2 . Une série de quantités, de nombres par ordre croissant ou décroissant (spécial). Sh. la température du patient. Maladies. salaire.

Types d'échelles:

Les échelles de mesure sont généralement classées selon les types de données mesurées, qui déterminent les transformations mathématiques acceptables pour une échelle donnée, ainsi que les types de relations affichées par l'échelle correspondante. La classification moderne des échelles a été proposée en 1946 par Stanley Smith Stevens.

Échelle des noms (nominale, classification)

Utilisé pour mesurer les valeurs des attributs de qualité. La valeur d'une telle caractéristique est le nom de la classe d'équivalence à laquelle appartient l'objet en question. Des exemples de significations de caractéristiques qualitatives sont les noms d'états, les couleurs, les marques de voitures, etc. De telles caractéristiques satisfont aux axiomes d'identité :

Pour un grand nombre de classes, des échelles de dénomination hiérarchiques sont utilisées. Les exemples les plus connus de telles échelles sont celles utilisées pour classer les animaux et les plantes.

Avec les valeurs mesurées dans l'échelle des noms, vous ne pouvez effectuer qu'une seule opération : vérifier leur coïncidence ou non-coïncidence. Sur la base des résultats d'un tel contrôle, il est possible de calculer en outre les fréquences de remplissage (probabilités) pour différentes classes, qui peuvent être utilisées pour appliquer diverses méthodes d'analyse statistique - le test d'adéquation du chi carré, le test de Cramer. tester l'hypothèse sur la relation entre les caractéristiques qualitatives, etc.

Échelle ordinale (ou échelle de rang)

Construit sur identité et commande. Les sujets de cette échelle sont classés. Mais tous les objets ne peuvent pas être soumis à la relation d’ordre. Par exemple, il est impossible de dire lequel est le plus grand, un cercle ou un triangle, mais on peut identifier une propriété commune à ces objets - l'aire, et il devient ainsi plus facile d'établir des relations ordinales. Pour cette échelle, une transformation monotone est acceptable. Une telle échelle est rudimentaire car elle ne prend pas en compte les différences entre les sujets de l’échelle. Un exemple d'une telle échelle : scores de performance académique (insatisfaisant, satisfaisant, bon, excellent), échelle de Mohs.

Échelle d'intervalle

Ici, il y a une comparaison avec la norme. La construction d'une telle échelle permet d'attribuer la plupart des propriétés des systèmes numériques existants à des nombres obtenus sur la base d'évaluations subjectives. Par exemple, construire une échelle d’intervalle pour les réactions. Pour cette échelle, la transformation linéaire est acceptable. Cela vous permet de réduire les résultats des tests à des échelles communes et ainsi de comparer les indicateurs. Exemple : échelle Celsius.

Échelle de relation

Dans l’échelle des ratios, la relation « tant de fois plus » s’applique. C'est la seule des quatre échelles qui possède un zéro absolu. Le point zéro caractérise l'absence de la mesure qualité. Ce l'échelle permet une transformation de similarité (multiplication par une constante). La détermination du point zéro est une tâche difficile pour la recherche, imposant des restrictions sur l'utilisation de cette échelle. À l’aide de telles échelles, la masse, la longueur, la résistance et la valeur (prix) peuvent être mesurées. Exemple : échelle Kelvin (températures mesurées à partir du zéro absolu, avec l'unité de mesure choisie d'un commun accord entre experts - Kelvin).

Échelle de différence

Le point de départ est arbitraire, l'unité de mesure est précisée. Les transformations acceptables sont des changements. Exemple : mesurer le temps.

Échelle absolue

Il contient une caractéristique supplémentaire : la présence naturelle et sans ambiguïté d'une unité de mesure. Cette échelle a un seul point zéro. Exemple : nombre de personnes dans le public.

Parmi les échelles considérées, les deux premières sont non métriques et les autres sont métriques.

La question du type d'échelle est directement liée au problème de l'adéquation des méthodes de traitement mathématique des résultats de mesure. En général, les statistiques adéquates sont celles qui sont invariantes par rapport aux transformations admissibles de l'échelle de mesure utilisée.

Utilisation en psychométrie. En utilisant différentes échelles, différentes mesures psychologiques peuvent être effectuées. Les toutes premières méthodes de mesure psychologique ont été développées en psychophysique. La tâche principale des psychophysiciens était de déterminer la relation entre les paramètres physiques de stimulation et les évaluations subjectives correspondantes des sensations. Connaissant cette connexion, vous pouvez comprendre quelle sensation correspond à tel ou tel signe. La fonction psychophysique établit une relation entre la valeur numérique de l'échelle de mesure physique d'un stimulus et la valeur numérique de la réponse psychologique ou subjective à ce stimulus.

Celsius

1701 en Suède. Ses domaines d'intérêt : l'astronomie, la physique générale, la géophysique. Il a enseigné l'astronomie à l'Université d'Uppsala et y a fondé un observatoire astronomique.

Celsius a été le premier à mesurer la luminosité des étoiles et à établir la relation entre les aurores boréales et les fluctuations du champ magnétique terrestre.

Il participa à l'expédition de Laponie de 1736-1737 pour mesurer le méridien. À son retour des régions polaires, Celsius commença à travailler activement à l'organisation et à la construction d'un observatoire astronomique à Uppsala et en devint en 1740 le directeur. Anders Celsius est décédé le 25 mars 1744. Le minéral celsien, un type de feldspath baryté, porte son nom.

En technologie, en médecine, en météorologie et dans la vie quotidienne, on utilise l'échelle Celsius, dans laquelle la température du point triple de l'eau est de 0,01, et donc le point de congélation de l'eau à une pression de 1 atm est de 0. Actuellement, l'échelle Celsius est définie par l'échelle Kelvin : un degré Celsius est égal à un kelvin, . Ainsi, le point d'ébullition de l'eau, initialement choisi par Celsius comme point de référence de 100, a perdu de sa signification, et les estimations modernes placent le point d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique normale à environ 99,975. L'échelle Celsius est pratiquement très pratique car l'eau est très présente sur notre planète et notre vie est basée sur elle. Zéro Celsius est un point particulier pour la météorologie car il est associé au gel de l'eau atmosphérique. L'échelle a été proposée par Anders Celsius en 1742.

Fahrenheit

Gabriel Fahrenheit. Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) - Physicien allemand Né le 24 mai 1686 à Dantzig (aujourd'hui Gdansk, Pologne). Il a étudié la physique en Allemagne, aux Pays-Bas et en Angleterre, où il a été engagé. dans la fabrication d'instruments météorologiques de précision En 1709, il fabriqua un thermomètre à alcool, en 1714 - un thermomètre à mercure, en utilisant une nouvelle méthode de purification du mercure. Pour un thermomètre à mercure, Fahrenheit construisit une échelle à trois points de référence : elle correspondait à la température de. le mélange eau - glace - ammoniac, - à la température corporelle d'une personne en bonne santé, et comme point de référence la température était le point de fusion de la glace. Le point d'ébullition de l'eau pure sur l'échelle Fahrenheit était . L'échelle est utilisée dans de nombreux pays anglophones, bien qu'elle cède progressivement la place à l'échelle Celsius. En plus de la fabrication de thermomètres, Fahrenheit a également étudié la dépendance des changements de température d'ébullition du liquide à la pression atmosphérique et à sa teneur en sel. , a découvert le phénomène d'hypothermie de l'eau et a dressé des tableaux des densités spécifiques des corps. Fahrenheit mourut à La Haye le 16 septembre 1736.

En Angleterre et notamment aux USA, l'échelle Fahrenheit est utilisée. Zéro degré Celsius équivaut à 32 degrés Fahrenheit et un degré Fahrenheit équivaut à 5/9 degrés Celsius.

La définition suivante est actuellement acceptée Échelle Fahrenheit: Il s'agit d'une échelle de température dont 1 degré (1) est égal à 1/180 de la différence entre le point d'ébullition de l'eau et le point de fusion de la glace à pression atmosphérique, et le point de fusion de la glace a une température de F . La température Fahrenheit est liée à la température Celsius () par le rapport. Proposé par G. Fahrenheit en 1724.

Échelle de Réaumur

René Réaumur. René Antoine de Réaumur est né le 28

Né en février 1683 à La Rochelle, naturaliste français, membre honoraire étranger de l'Académie des sciences de Saint-Pétersbourg (1737). Travaux sur la régénération, la physiologie, la biologie des colonies d'insectes. Il a proposé une échelle de température qui porte son nom. Il a amélioré certaines méthodes de préparation de l'acier, il a été l'un des premiers à tenter de justifier scientifiquement certains processus de coulée et a écrit l'ouvrage « L'art de transformer le fer en acier ». Il est arrivé à une conclusion intéressante : le fer, l'acier et la fonte diffèrent par la quantité d'impuretés. En ajoutant cette impureté au fer, par cémentation ou alliage avec la fonte, Réaumur obtenait l'acier. En 1814, K. Careten prouva que cette impureté était du carbone.

Réaumur a donné une méthode pour préparer le verre dépoli.

Aujourd'hui, la mémoire associe son nom uniquement à l'invention d'un long

échelle de température utilisée. En effet, René Antoine Ferchant de Réaumur, qui vécut entre 1683 et 1757, principalement à Paris, fut l'un de ces scientifiques versatilité ce qui, à notre époque – une époque de spécialisation étroite – est difficile à imaginer. Réaumur était à la fois technicien, physicien et naturaliste. Il acquit une grande renommée hors de France en tant qu'entomologiste. Au cours des dernières années de sa vie, Réaumur a eu l'idée que la recherche du mystérieux pouvoir transformateur devait être menée là où sa manifestation est la plus évidente - lors de la transformation des aliments dans le corps, c'est-à-dire lors de son assimilation. Il meurt le 17 octobre 1757 au château de la Bermovdière près de Saint-Julien-du-Terroux (Mayenne).

Proposé en 1730 par R. A. Réaumur, qui décrit le thermomètre à alcool qu'il a inventé.

L'unité est le degré Réaumur (), égal à 1/80 de l'intervalle de température entre les points de référence - la température de la glace fondante () et de l'eau bouillante ()

Actuellement, c’est en France, pays d’origine de l’auteur, que l’échelle est tombée en désuétude ;

Échelles de température, systèmes de valeurs numériques comparables de température. La température n’est pas une quantité directement mesurable ; sa valeur est déterminée par le changement de température de toute substance thermométrique pratique pour mesurer la propriété physique. Après avoir choisi une substance et une propriété thermométriques, il est nécessaire de définir le point de référence initial et la taille de l'unité de température - les degrés. Ainsi, des échelles empiriques de température (ci-après appelées T.s.) sont déterminées. Dans T. sh. Habituellement, deux températures principales sont enregistrées, correspondant aux points d'équilibre de phase des systèmes à un composant (les points dits de référence ou constants), dont la distance est appelée l'intervalle de température principal de l'échelle. Les points de référence suivants sont utilisés : le point triple de l'eau, le point d'ébullition de l'eau, de l'hydrogène et de l'oxygène, le point de solidification de l'argent, de l'or, etc. La taille d'un intervalle unitaire (unité de température) est définie comme une certaine fraction de l'intervalle principal. Pour le début du décompte T. sh. prenez l'un des points de référence. C'est ainsi que vous pouvez déterminer le T. sh empirique (conditionnel). pour toute propriété thermométrique. Si nous supposons que la relation entre et température est linéaire, alors température , où , et sont les valeurs numériques de la propriété à température , aux points de début et de fin de l'intervalle principal, - la taille du degré, - le nombre de divisions de l'intervalle principal.

Dans l'échelle Celsius, par exemple, la température à laquelle l'eau se solidifie (la glace fond) est prise comme point de départ ; l'intervalle principal entre le point de solidification et le point d'ébullition de l'eau est divisé en 100 parties égales ().

T. sh. est ainsi un système de valeurs de température successives liées linéairement aux valeurs de la grandeur physique mesurée (cette grandeur doit être univoque et fonction monotone température). En général, T. sh. peut différer par la propriété thermométrique (il peut s'agir de la dilatation thermique des corps, d'une modification de la résistance électrique des conducteurs avec la température, etc.), par la substance thermométrique (gaz, liquide, solide), et dépend également des points de référence. Dans le cas le plus simple, T. sh. diffèrent par les valeurs numériques adoptées pour les mêmes points de référence. Ainsi, dans les échelles Celsius (), Réaumur () et Fahrenheit (), différentes valeurs de température sont attribuées aux points de fusion de la glace et au point d'ébullition de l'eau à pression normale. Relation pour convertir la température d'une échelle à une autre :

Un recalcul direct pour T. sh., différant par les températures de base, sans données expérimentales supplémentaires est impossible. T. sh., différant par leur propriété ou leur substance thermométrique, sont significativement différents. Un nombre illimité de mesures empiriques de température qui ne coïncident pas les unes avec les autres est possible, car toutes les propriétés thermométriques sont liées à la température de manière non linéaire et le degré de non-linéarité est différent pour différentes propriétés, et la température réelle mesurée à l'aide de la méthode de mesure empirique de la température est appelée conventionnelle (température « mercure », « platine », etc.), son unité est le degré conventionnel. Parmi les T. sh. Une place particulière est occupée par les balances à gaz, dans lesquelles les gaz servent de substances thermométriques (thermomètre "azote", "hydrogène", "hélium"). Ces T. sh. dépendent moins que d'autres du gaz utilisé et peuvent être (en introduisant des corrections) ramenés au gaz théorique T. sh. Avogadro, valable pour un gaz parfait. T. empirique absolu. sh. Ils appellent une échelle dont le zéro absolu correspond à la température à laquelle est prise la valeur numérique d'une propriété physique (par exemple, dans la théorie des gaz d'Avogadro, le zéro absolu de température correspond à la pression nulle d'un gaz parfait). les températures (selon la T. sh. empirique) et (selon la T. sh. empirique absolue) sont liées par la relation , où est le zéro absolu du T. sh empirique. (l'introduction du zéro absolu est une extrapolation et n'implique pas sa mise en œuvre).

L'inconvénient fondamental de l'étude empirique de T. sh. - leur dépendance à l'égard de la substance thermométrique - est absente de la thermodynamique thermodynamique, basée sur la deuxième loi de la thermodynamique. Lors de la détermination de la température thermodynamique absolue. (échelle Kelvin) proviennent du cycle de Carnot. Si dans le cycle de Carnot un corps qui termine le cycle absorbe de la chaleur à température et libère de la chaleur à température, alors le rapport ne dépend pas des propriétés du fluide de travail et permet de déterminer la température absolue à l'aide des grandeurs disponibles pour les mesures. Initialement, l'intervalle principal de cette échelle était fixé par les points de fonte de la glace et de l'eau bouillante à la pression atmosphérique, l'unité de température absolue correspondait à une partie de l'intervalle principal et le point de fonte de la glace était pris comme point de départ. En 1954, la Xe Conférence générale des poids et mesures a établi le T. sh. avec un point de référence - le point triple de l'eau, dont la température est prise à 273,16 K (exactement), ce qui correspond à . température en thermodynamique absolue T. sh. mesuré en kelvins (K). L'échelle de température thermodynamique, dans laquelle la température est prise pour le point de fusion de la glace, est appelée centigrade. Relations entre les températures exprimées en Celsius et l'échelle thermodynamique absolue T. :

la taille des unités dans ces échelles est donc la même. Aux États-Unis et dans certains autres pays où il est d'usage de mesurer la température sur l'échelle Fahrenheit, la T. sh. Rankine. La relation entre le kelvin et le degré Rankine : , sur l'échelle de Rankine, le point de fusion de la glace correspond à , point d'ébullition de l'eau .

Tout T. sh. est réduit à thermodynamique T. sh. introduction de corrections tenant compte de la nature de la relation entre la propriété thermométrique et la température thermodynamique. Thermodynamique T. sh. s'effectue non pas directement (en effectuant un cycle de Carnot avec une substance thermométrique), mais à l'aide d'autres processus associés à la température thermodynamique. Dans une large plage de températures (environ du point d'ébullition de l'hélium au point de solidification de l'or), la thermodynamique T. sh. coïncider avec T. sh. Avogadro, la température thermodynamique est donc déterminée par la température du gaz, qui est mesurée avec un thermomètre à gaz. À des températures plus basses, le T. sh. thermodynamique. est réalisée en fonction de la dépendance en température de la susceptibilité magnétique des matériaux paramagnétiques, à des valeurs plus élevées l'échelle a été redéfinie plusieurs fois (MTSh-48, MPTS-68, MTSH-90) : les températures de référence et les méthodes d'interpolation ont changé, mais la le principe est resté le même - la base de l'échelle est un ensemble de substances à transition de phase pure avec certaines valeurs de températures thermodynamiques et d'instruments d'interpolation calibrés à ces points. L'échelle ITS-90 est actuellement en vigueur. Le document principal (Règlement sur l'échelle) établit la définition du Kelvin, les valeurs des températures de transition de phase (points de référence) et les méthodes d'interpolation.

Les échelles de température utilisées dans la vie quotidienne - Celsius et Fahrenheit (utilisées principalement aux États-Unis) - ne sont pas absolues et sont donc peu pratiques pour mener des expériences dans des conditions où la température descend en dessous du point de congélation de l'eau, c'est pourquoi la température doit être exprimée en négatif. nombre. Pour de tels cas, des échelles de température absolues ont été introduites.

L'une d'elles s'appelle l'échelle de Rankine et l'autre est l'échelle thermodynamique absolue (échelle Kelvin) ; leurs températures sont mesurées respectivement en degrés Rankine () et kelvins (K). Les deux échelles commencent à la température zéro absolue. Ils diffèrent en ce sens qu’un Kelvin est égal à un degré Celsius et qu’un degré Rankine est égal à un degré Fahrenheit. Le point de congélation de l'eau à pression atmosphérique standard correspond à , , .

L'échelle Kelvin est liée au point triple de l'eau (273,16 K) et la constante de Boltzmann en dépend. Cela crée des problèmes avec la précision de l’interprétation des mesures à haute température. Le BIPM envisage actuellement la possibilité de passer à une nouvelle définition de Kelvin et de fixer la constante de Boltzmann, au lieu de faire référence à la température du point triple.

Bref résumé: l'étudiant s'est familiarisé avec la classification des échelles et leur portée.

Trousse de pratique

Questions:

1. Quand et par qui la classification moderne des échelles a-t-elle été proposée ?
2. Définissez le mot ÉCHELLE.
3. Lister tous les types de balances que vous connaissez et expliquer leurs différences ?
4. Pourquoi les échelles sont-elles utilisées en psychométrie ?
5. Quelles échelles sont les plus utilisées en Angleterre et en Amérique ?
6. Laquelle des échelles ci-dessus est apparue en premier ?
7. Quel pays utilise l’échelle de Réaumur depuis le plus longtemps ?
8. Comment la température est-elle mesurée sur l’échelle de température thermodynamique absolue ?
9. Donnez des exemples d’échelles de température absolues.
10. Quelle est la relation entre le kelvin et le degré Rankine ?

Exercices

1. Dessinez un diagramme reflétant la classification moderne des échelles. Pouvez-vous créer des échelles selon la hiérarchie ?
2. Déterminer la valeur de la température dans différentes échelles de température (Fahrenheit, Kelvin)