Quelles échelles de température connaissez-vous ? À propos des différentes échelles de température

Contenu:

Introduction

Température et thermomètres - historique d'occurrence

Échelles de température et leurs types

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 des 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 de déplacement 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 le point de fusion de la glace et le point d'ébullition de l'eau comme deux points extrêmes.

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 quantité directement mesurable, 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 Herman 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 Ferchaux 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.

A notre époque, 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 fixé 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 continue 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, notamment 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 chute. 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 chaud 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 situés plus près 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 est plus basse en été 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 surviennent, 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). De plus, l'effet du froid n'est pas constant, mais alterne avec le régime de température normal pour le 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 des échanges gazeux accrus, 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 température élevée, 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, du sud de l’Inde 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 transpiration intense réduit la teneur en acide ascorbique et en autres vitamines hydrosolubles du plasma sanguin, 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 un travail physique intense pendant une longue période. longue durée.

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, n'imaginent pas comment des facteurs aussi insignifiants de leur point de vue que la pression atmosphérique, les perturbations géomagnétiques, 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 de la population 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.

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Échelles de température

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 cinq échelles les plus connues :

1. Fahrenheit a été inventé par Fahrenheit, un scientifique allemand. Lors d’une des froides journées d’hiver de 1709, le mercure contenu dans le thermomètre du scientifique tomba à une température très basse, qu’il proposa de prendre comme zéro sur la nouvelle échelle. Un autre point de référence était la température du corps humain. Le point de congélation de l'eau sur son échelle était de +32° et le point d'ébullition de +212°. L’échelle Fahrenheit n’est ni particulièrement réfléchie ni pratique. Auparavant, il était largement utilisé dans les pays anglophones, mais il est actuellement utilisé presque exclusivement aux États-Unis.

2. D'après l'échelle de Réaumur, inventé par le scientifique français René de Réaumur en 1731, le point de référence inférieur est le point de congélation de l'eau. L'échelle est basée sur l'utilisation d'alcool, qui se dilate lorsqu'il est chauffé ; un degré a été considéré comme étant un millième du volume d'alcool dans le réservoir et le tube à zéro. Cette échelle est désormais hors d'usage.

3. Celsius(proposé par le Suédois Anders Celsius en 1742) la température du mélange de glace et d'eau (la température à laquelle la glace fond) est prise comme nulle, l'autre point principal est la température à laquelle l'eau bout. Il a été décidé de diviser l'intervalle entre eux en 100 parties et une partie a été prise comme unité de mesure - les degrés Celsius. Cette échelle est plus rationnelle que l'échelle Fahrenheit et l'échelle Réaumur et est désormais utilisée partout.

4. Échelle Kelvin inventé en 1848 par Lord Kelvin (scientifique anglais W. Thomson). Le point zéro correspondait à la température la plus basse possible à laquelle s'arrête le mouvement des molécules d'une substance. Cette valeur a été théoriquement calculée lors de l'étude des propriétés des gaz. Sur l'échelle Celsius, cette valeur correspond à environ - 273°C, soit zéro Celsius est égal à 273 K. L'unité de mesure de la nouvelle échelle était le kelvin (appelé à l'origine « degré Kelvin »).

5. Échelle de classement(du nom du physicien écossais W. Rankin) a le même principe que l'échelle Kelvin et la dimension est la même que l'échelle Fahrenheit. Ce système n'était pratiquement pas répandu.

ETmesure de la température

En 1597, Galilée créa le thermoscope. Le thermoscope était une petite boule de verre avec un tube de verre soudé plongé dans l'eau. Lorsque la boule refroidissait, l’eau contenue dans le tube montait. À mesure que le temps se réchauffait, le niveau d’eau dans les tubes baissait. L'inconvénient de l'appareil était l'absence d'échelle et la dépendance des lectures à la pression atmosphérique.

Plus tard, des scientifiques florentins ont amélioré le thermoscope de Galilée en ajoutant une échelle de billes et en pompant l'air du ballon. En 1700, le thermoscope aérien fut transformé par le scientifique Torricelli. 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. Le thermomètre de Torricelli n'avait pas d'échelle.

En 1714, le scientifique néerlandais Fahrenheit fabriqua un thermomètre à mercure. Il a placé un thermomètre dans un mélange de glace et de sel de table et a marqué la hauteur de la colonne de mercure à 0 degré. Le point suivant à Fahrenheit était la température du corps humain - 96 degrés. L'inventeur lui-même a défini le deuxième point comme « la température sous l'aisselle d'un Anglais en bonne santé ».

En 1730, le physicien français R. Réaumur propose un thermomètre à alcool à point de fusion constant pour la glace (0 °R) et l'eau bouillante (80 °R). À peu près à la même époque, l'astronome suédois Anders Celsius utilisait un thermomètre à mercure Fahrenheit avec sa propre échelle, où le point d'ébullition de l'eau était de 0 degré et le point de fusion de la glace de 100 degrés.

La température est un paramètre important qui détermine non seulement le déroulement du processus technologique, mais également les propriétés de la substance. Pour mesurer la température dans le système d'unités SI, l'échelle de température avec l'unité de température Kelvin (K) est adoptée. Le point de départ de cette échelle est le zéro absolu (0 K). Pour les mesures de processus, une échelle de température avec une unité de température en degrés Celsius (°C) est souvent utilisée.

Pour mesurer la température, divers convertisseurs primaires sont utilisés, différant par la méthode de conversion de la température en signal intermédiaire. Dans l'industrie, les convertisseurs primaires suivants sont les plus largement utilisés : thermomètres à expansion, thermomètres manométriques, thermomètres à résistance, thermocouples (pyromètres thermoélectriques) et pyromètres à rayonnement. Tous, à l'exception des pyromètres à rayonnement, sont en contact avec le milieu mesuré pendant le fonctionnement.

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Informations de base sur la température et les échelles de température, capacité à prendre des mesures. Utilisation des thermomètres dans la pratique et exigences relatives aux instruments de mesure incluses dans les normes nationales des plages de température correspondantes.

L'histoire de l'invention du thermomètre, grâce aux traductions du patrimoine des scientifiques anciens, a été bien préservée.

Il est décrit que le scientifique et médecin grec Galen a fait la première tentative de mesurer la température en 170 après JC. Il a documenté la température standard de l’eau bouillante et de la glace.

Compteurs de chaleur

Le concept de mesure de température est assez nouveau. Le thermoscope, essentiellement un compteur de chaleur sans échelle, était le prédécesseur du thermomètre moderne. Plusieurs inventeurs travaillaient sur le thermoscope en 1593, mais le plus célèbre est Galileo Galilei, un inventeur italien qui a également amélioré (mais n'a pas inventé) le thermoscope.

Un thermoscope peut montrer des différences de chaleur, permettant aux observateurs de savoir si quelque chose est devenu plus chaud ou plus froid. Cependant, un thermoscope ne peut pas fournir une température précise en degrés. En 1612, l'inventeur italien Santorio a ajouté son échelle numérique au thermoscope et celui-ci a été utilisé pour mesurer la température d'une personne. Mais il manquait encore une échelle et une précision standardisées.

L'invention du thermomètre appartient au physicien allemand Gabriel Fahrenheit qui, avec l'astronome danois Olaf Christensen Römer, a développé un compteur basé sur et utilisant de l'alcool.

En 1724, ils introduisirent l’échelle de température standard qui porte son nom, Fahrenheit, une échelle utilisée pour enregistrer les changements de chaleur sous une forme précise. Son échelle est divisée à 180 degrés entre les points de congélation et d’ébullition de l’eau. Le point de congélation de 32 °F pour l'eau et le point d'ébullition de 212 °F pour l'eau, 0 °F, étaient basés sur la chaleur d'un mélange égal d'eau, de glace et de sel. De plus, la température du corps humain sert de base à ce système symbolique. À l'origine, la température normale du corps humain était de 100°F, mais a depuis été ajustée à 98,6°F. Un mélange égal d'eau, de glace et de chlorure d'ammonium est utilisé pour la régler à 0°F.

Fahrenheit a présenté un thermomètre à base d'alcool en 1709 avant la découverte d'un analogue du mercure, qui s'est avéré plus précis.

En 1714, Fahrenheit développa le premier thermomètre moderne, un thermomètre à mercure offrant des mesures plus précises. On sait que le mercure se dilate ou se contracte à mesure que la valeur physique de la chaleur augmente ou diminue. Il s’agit du premier thermomètre à mercure moderne doté d’une échelle standardisée.

L'histoire de l'invention du thermomètre indique que Gabriel Fahrenheit, un physicien allemand, a inventé le thermomètre à alcool en 1709 et le thermomètre à mercure en 1714.

Types d'échelles de température

Dans le monde moderne, certains types d'échelles de température sont utilisés:

1. L’échelle Fahrenheit est l’un des trois principaux systèmes de symboles de température utilisés aujourd’hui, les deux autres étant Celsius et Kelvin. Fahrenheit est la norme utilisée pour mesurer la température aux États-Unis, mais la plupart des autres pays du monde utilisent Celsius.

2. Peu de temps après la découverte de Fahrenheit, l'astronome suédois Anders Celsius a annoncé son échelle, appelée Celsius. Il est divisé en 100 degrés, séparant le point d’ébullition et le point de congélation. L'échelle originale définie par Celsius comme 0 comme point d'ébullition de l'eau et 100 comme point de congélation, a été modifiée peu de temps après l'invention de l'échelle et est devenue : 0° C – point de congélation, 100° C – point d'ébullition.

Le terme Celsius a été adopté en 1948 par la Conférence internationale des poids et mesures et la balance est le capteur de température préféré pour les applications scientifiques ainsi que dans la plupart des pays du monde à l'exception des États-Unis.

3. L'échelle suivante a été inventée par Lord Kelvin d'Écosse avec sa jauge en 1848, maintenant connue sous le nom d'échelle Kelvin. Il était basé sur l'idée d'un chauffage théorique absolu, dans lequel toutes les substances n'ont pas d'énergie thermique. Il n'y a pas de nombres négatifs sur l'échelle Kelvin, 0 K est la température la plus basse possible dans la nature.

Le zéro absolu Kelvin signifie moins 273,15 °C et moins 459,67 F. L'échelle Kelvin est largement utilisée dans les applications scientifiques. Les unités sur l'échelle Kelvin sont de la même taille que celles sur l'échelle Celsius, sauf que l'échelle Kelvin définit le plus.

Facteurs de conversion pour les types de température

Fahrenheit à Celsius : soustrayez 32, puis multipliez par 5, puis divisez par 9 ;

Celsius en Fahrenheit : multipliez par 9, divisez par 5, puis ajoutez 32 ;

Fahrenheit à Kelvin : soustrayez 32, multipliez par 5, divisez par 9, puis ajoutez 273,15 ;

Kelvin à Fahrenheit : soustrayez 273,15, multipliez par 1,8, puis ajoutez 32 ;

Kelvin à Celsius : ajoutez 273 ;

Celsius à Kelvin : soustrayez 273.

Les thermomètres utilisent des matériaux qui changent d’une manière ou d’une autre lorsqu’ils sont chauffés ou refroidis. Les plus courants sont le mercure ou l'alcool, où le liquide se dilate lorsqu'il est chauffé et se contracte lorsqu'il est refroidi, de sorte que la longueur de la colonne de liquide est plus ou moins longue selon le chauffage. Les thermomètres modernes sont calibrés pour des températures telles que Fahrenheit (utilisé aux États-Unis), Celsius (dans le monde entier) et Kelvin (utilisé principalement par les scientifiques).

Le contenu de cet article donne une idée d'un concept aussi important que la température. Donnons une définition, considérons le principe du changement de température et le schéma de construction des échelles de température.

Quelle est la température

Définition 1

Température est une grandeur physique scalaire qui décrit l'état d'équilibre thermodynamique d'un système macroscopique de corps.

Le concept de température est également utilisé comme une grandeur physique qui détermine le degré d'échauffement d'un corps, mais une telle interprétation seule ne suffit pas pour comprendre le sens du terme. Tous les concepts physiques sont liés à certaines lois fondamentales et n'ont de sens que conformément à ces lois. Dans ce cas, le terme température est associé à la notion d’équilibre thermique et à la loi d’irréversibilité macroscopique.

Le phénomène d'équilibre thermodynamique des corps qui composent le système indique la présence de la même température de ces corps. La température ne peut être mesurée qu'indirectement, en prenant comme base la dépendance à la température de propriétés physiques des corps pouvant être mesurées directement.

Définition 2

Les substances ou corps utilisés pour obtenir une valeur de température sont appelés thermométrique.

Disons que deux corps isolés thermiquement sont mis en contact thermique. Un corps va transférer un flux d’énergie à un autre : le processus de transfert de chaleur va démarrer. Dans ce cas, le corps dégageant de la chaleur a une température proportionnellement plus élevée que le corps « recevant » le flux de chaleur. Il est évident qu'après un certain temps, le processus de transfert de chaleur s'arrêtera et un équilibre thermique se produira : on suppose que les températures des corps sont égalisées les unes par rapport aux autres, leurs valeurs se situeront quelque part dans l'intervalle entre les valeurs de température initiales. . Ainsi, la température sert de marqueur de l’équilibre thermique. Il s'avère que toute valeur t qui répond aux exigences :

t 1 > t 2 , lorsque le transfert de chaleur se produit du premier corps vers le second ;
t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2 , lorsque l'équilibre thermique est établi, il peut être considéré comme une température.

On remarque également que l'équilibre thermique des corps est soumis à la loi de transitivité.

Définition 3

Loi de transitivité: lorsque deux corps sont en équilibre avec un troisième, alors ils sont en équilibre thermique entre eux.

Une caractéristique importante de cette définition de la température est son ambiguïté. En choisissant différentes valeurs pour répondre aux exigences établies (qui affecteront la manière dont la température est mesurée), il est possible d'obtenir des échelles de température divergentes.

Définition 4

Échelle de température est une méthode permettant de diviser un intervalle de température en parties.

Regardons un exemple.

Exemple 1

Un appareil bien connu pour mesurer la température est un thermomètre. À titre de réflexion, prenons les thermomètres de divers appareils. La première est représentée par une colonne de mercure dans le capillaire du thermomètre, et la valeur de la température est ici déterminée par la longueur de cette colonne, qui remplit les conditions 1 et 2 indiquées ci-dessus.

Et une autre façon de mesurer la température : à l'aide d'un thermocouple - un circuit électrique avec un galvanomètre et deux jonctions de métaux différents (Figure 1 ).

Figure 1

Une jonction se trouve dans un environnement à température fixe (dans notre exemple, il s'agit de glace qui fond), l'autre est dans un environnement dont il faut déterminer la température. Ici, un signe de température est la force électromotrice du thermocouple.

Ces méthodes de mesure de la température ne donneront pas les mêmes résultats. Et pour passer d'une température à une autre, il faut construire une courbe d'étalonnage qui établira la dépendance de la force électromotrice du thermocouple sur la longueur de la colonne de mercure. Dans ce cas, l'échelle uniforme d'un thermomètre à mercure est convertie en une échelle inégale d'un thermocouple (ou vice versa). Les échelles de mesure de température uniformes d'un thermomètre à mercure et d'un thermocouple créent deux échelles de température complètement différentes sur lesquelles un corps dans le même état aura des températures différentes. Il est également possible de considérer des thermomètres de conception identique, mais possédant des « corps thermiques » différents (par exemple, le mercure et l'alcool) : on n'observera pas dans ce cas les mêmes échelles de température. Le graphique de la longueur de la colonne de mercure en fonction de la longueur de la colonne d'alcool ne sera pas linéaire.

De ce qui précède, nous pouvons conclure que le concept de température, basé sur les lois de l'équilibre thermique, est ambigu. Cette température est empirique et dépend de la méthode de mesure. Un point arbitraire est considéré comme le « zéro » de l’échelle empirique de température. Selon la définition empirique de la température, seule la différence de température ou son changement a une signification physique. Toute échelle de température empirique est convertie en échelle de température thermodynamique à l'aide de corrections prenant en compte la nature de la relation entre la propriété thermométrique et la température thermodynamique.

Afin de construire une échelle de température pour la mesure, deux points de référence fixes sont attribués à deux valeurs numériques de température. Après cela, la différence entre les valeurs numériques attribuées aux points de référence est divisée en nombre requis de pièces choisies au hasard, ce qui donne une unité de mesure de température.

Les valeurs initiales utilisées comme point de départ et unité de mesure sont les températures de transition de substances chimiquement pures d'un état d'agrégation à un autre, par exemple la température de fusion de la glace t 0 et le point d'ébullition de l'eau t k à la normale pression atmosphérique (Pa ≈ 10 5 Pa ) . Les quantités t 0 et t k ont des significations différentes selon différents types d'échelles de mesure de température :

Selon l'échelle Celsius (échelle centigrade) : le point d'ébullition de l'eau tk = 100°C, le point de fusion de la glace t0 = 0°C. Dans l'échelle Celsius, la température du point triple de l'eau est de 0,01°C à une pression de 0,06 atm.

Définition 5

Triple point d'eau- une température et une pression auxquelles les trois états agrégés de l'eau peuvent exister simultanément en équilibre : liquide, solide (glace) et vapeur.

Selon l'échelle Fahrenheit : le point d'ébullition de l'eau tk = 212 °F ; température de fonte de la glace t 0 = 32°C.

La différence de températures exprimée en degrés Celsius et Fahrenheit est nivelée selon l'expression suivante :

t°C 100 = t°F - 32 180 ou t°F = 1,8°C + 32.

Zéro sur cette échelle est défini comme le point de congélation d'un mélange d'eau, d'ammoniac et de sel, pris dans un rapport 1 : 1 : 1.

D'après l'échelle Kelvin : point d'ébullition de l'eau t k = 373 K ; température de fonte de la glace t 0 = 273 K. Ici, la température est mesurée à partir du zéro absolu (t = 273,15°C) et est appelée température thermodynamique ou absolue. T = 0 K – cette valeur de température correspond à l'absence absolue de fluctuations thermiques.

Les valeurs de température sur l'échelle Celsius et sur l'échelle Kelvin sont liées entre elles selon l'expression suivante :

T(K) = t°C + 273,15°C.

D'après l'échelle de Réaumur : point d'ébullition de l'eau tk = 80°R ; température de fonte de la glace t 0 = 0°R. Le thermomètre de Réaumur utilisait de l'alcool ; pour le moment, la balance n’est presque pas utilisée.

Les températures exprimées en degrés Celsius et degrés Réaumur sont liées comme suit :

1°C = 0,8°R.

D'après l'échelle de Rankine : point d'ébullition de l'eau t k = 671,67° R a ; température de fonte de la glace t0 = 491,67° R a. Le début de l'échelle correspond au zéro absolu. Le nombre de degrés entre les points de référence de l'eau de congélation et de l'eau bouillante sur l'échelle de Rankine est identique à l'échelle Fahrenheit et est égal à 180.

Les températures Kelvin et Rankine sont liées par :

°R a = °F + 459,67.

Les degrés Fahrenheit peuvent être convertis en degrés Rankine selon la formule :

°R a = °F + 459,67.

L'échelle Celsius est la plus applicable dans la vie quotidienne et dans les appareils techniques (l'unité d'échelle est le degré Celsius, noté °C).

En physique, ils utilisent la température thermodynamique, ce qui est non seulement pratique, mais a également une signification physique profonde, puisqu'elle est définie comme l'énergie cinétique moyenne d'une molécule. L'unité de température thermodynamique est le degré Kelvin (jusqu'en 1968) ou maintenant simplement le Kelvin (K), qui est l'une des unités de base du CI. La température T = 0 K est appelée température zéro absolue, comme mentionné ci-dessus.

En général, la thermométrie moderne est basée sur l'échelle des gaz parfaits : la pression est prise comme valeur thermométrique. L'échelle du thermomètre à gaz est absolue (T = 0, p = 0). Lors de la résolution de problèmes pratiques, il est le plus souvent nécessaire d'utiliser cette échelle de température.

Exemple 2

Il est admis qu'une température ambiante confortable pour une personne est comprise entre + 18 ° C et + 22 ° C. Il est nécessaire de calculer les limites de l'intervalle de température de confort selon l'échelle thermodynamique.

Solution

Prenons comme base le rapport T(K) = t°C + 273,15°C.

Calculons les limites inférieure et supérieure de la température de confort sur une échelle thermodynamique :

T = 18 + 273 ≈ 291 (K) ; T = 22 + 273 ≈ 295 (K) .

Répondre: Les limites de l'intervalle de température de confort sur l'échelle thermodynamique sont comprises entre 291 K et 295 K.

Exemple 3

Il est nécessaire de déterminer à quelle température les lectures du thermomètre sur l'échelle Celsius et sur l'échelle Fahrenheit seront les mêmes.

Solution

Figure 2

Prenons comme base le rapport t°F = 1,8 t°C + 32.

Selon les conditions du problème, les températures sont égales, alors il est possible de formuler l'expression suivante :

x = 1,8 x + 32.

Définissons la variable x à partir de l'enregistrement résultant :

x = - 32 0, 8 = - 40°C.

Répondre:à une température de - 40 ° C (ou - 40 ° F), les lectures du thermomètre sur les échelles Celsius et Fahrenheit seront les mêmes.

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La température est également 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 répond aux exigences :

$t_1>t_2$, si le flux de chaleur va du premier corps au second ;
$t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, 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 des 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. Divisez ensuite 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 tombée en désuétude. 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.