Kokias temperatūros skales žinote? Apie skirtingas temperatūros skales

Turinys:

Įvadas

Temperatūra ir termometrai – atsiradimo istorija

Temperatūros svarstyklės ir jų rūšys

Farenheito
Reaumur skalė
Celsijaus
Kelvino skalė

Absoliutaus nulio temperatūros

Temperatūros sąlygų įtaka gyvybei Žemėje

Išvados

Termometrai ir temperatūra. Kilmės istorija.

Kas yra temperatūra

Prieš pradėdami kalbėti apie temperatūros jutiklius, turėtumėte suprasti, kas jie yra.temperatūra fizikos požiūriu . Kodėl žmogaus kūnas jaučia temperatūros pokyčius, kodėl sakome, kad šiandien šilta arba tiesiog karšta, o kitą dieną vėsu, o gal net šalta.

Terminas temperatūra kilęs iš lotyniško žodžio temperatura, kuris reiškia normalią būseną arba tinkamą poslinkį. Kaip fizikinis dydis, temperatūra apibūdina vidinę medžiagos energiją, molekulių judrumo laipsnį ir dalelių kinetinę energiją termodinaminės pusiausvyros būsenoje.

Kaip pavyzdį apsvarstykite orą, kurio molekulės ir atomai juda chaotiškai. Padidėjus šių dalelių judėjimo greičiui, tuomet sakoma, kad oro temperatūra yra aukšta, oras šiltas ar net karštas. Pavyzdžiui, šaltą dieną oro dalelių judėjimo greitis yra mažas, o tai jaučiasi kaip maloni vėsa ar net „šuo šaltis“. Atkreipkite dėmesį, kad oro dalelių greitis niekaip nepriklauso nuo vėjo greičio! Tai visiškai kitoks greitis.

Štai kas liečia orą, molekulės jame gali laisvai judėti, bet kokia padėtis skystuose ir kietuose kūnuose? Juose taip pat egzistuoja terminis molekulių judėjimas, nors ir mažesniu mastu nei ore. Tačiau jo pokytis yra gana pastebimas, o tai lemia skysčių ir kietų medžiagų temperatūrą.

Molekulės ir toliau juda net tirpstant ledui, taip pat esant neigiamai temperatūrai. Pavyzdžiui, vandenilio molekulės greitis nulinėje temperatūroje yra 1950 m/sek. Kas sekundę tūkstantis milijardų molekulinių susidūrimų įvyksta 16 cm^3 oro. Kylant temperatūrai, didėja molekulių mobilumas, atitinkamai didėja susidūrimų skaičius.

Tačiau reikia pažymėti, kadtemperatūros Iršiltas esmė ne tas pats. Paprastas pavyzdys: įprastoje dujinėje viryklėje virtuvėje yra dideli ir maži degikliai, kurie kūrena tas pačias dujas. Dujų degimo temperatūra yra vienoda, todėl ir pačių degiklių temperatūra yra tokia pati. Tačiau toks pat vandens tūris, pavyzdžiui, virdulys ar kibiras, ant didelio degiklio užvirs greičiau nei ant mažo. Taip nutinka todėl, kad didesnis degiklis gamina daugiau šilumos, sudegina daugiau dujų per laiko vienetą arba turi daugiau galios.

Pirmieji termometrai

Prieš išradę tokį įprastą ir paprastą mūsų kasdieniniam gyvenimui skirtą matavimo prietaisą kaip termometrą, žmonės apie savo šiluminę būseną galėjo spręsti tik pagal tiesioginius pojūčius: šilta ar vėsu, karšta ar šalta.

Žodis „temperatūra“ atsirado seniai, molekulinės kinetinės teorijos dar nebuvo. Buvo tikima, kad kūnuose yra tam tikros medžiagos, vadinamos „kalorijomis“, o šiltuose kūnuose jos yra daugiau nei šaltuose. Temperatūra, taigi, charakterizavo kalorijų ir pačios kūno medžiagos mišinį, ir kuo aukštesnė temperatūra, tuo šis mišinys stipresnis. Iš čia gaunamas alkoholinių gėrimų stiprumo matavimas laipsniais.

Termodinamikos istorija prasidėjo, kai Galilėjus Galilėjus 1592 m. sukūrė pirmąjį temperatūros pokyčių stebėjimo prietaisą, pavadinęs jį termoskopu. Termoskopas buvo mažas stiklinis rutulys su lituotu stikliniu vamzdeliu. Kamuolys buvo įkaitintas, o vamzdžio galas buvo panardintas į vandenį. Kai rutulys atvėso, slėgis jame sumažėjo, o vanduo vamzdyje, veikiamas atmosferos slėgio, pakilo iki tam tikro aukščio. Atšilus orams vandens lygis vamzdeliuose nukrito. Prietaiso trūkumas buvo tas, kad juo buvo galima spręsti tik santykinį kūno šildymo ar vėsinimo laipsnį, nes jis dar neturėjo skalės.

Vėliau Florencijos mokslininkai patobulino Galileo termoskopą, pridėdami karoliukų skalę ir išpumpuodami orą iš baliono.

Tada pasirodė vandens pripildyti termometrai – bet skystis užšalo ir termometrai sprogo. Todėl vietoj vandens jie pradėjo naudoti vyno alkoholį, o „Galileo“ studentė Evangelista Torricelli sugalvojo užpildyti termometrą gyvsidabriu ir alkoholiu ir užsandarinti, kad atmosferos slėgis nepaveiktų rodmenų. Prietaisas buvo apverstas aukštyn kojomis, išimtas indas su vandeniu, į vamzdelį supiltas spiritas. Prietaiso veikimas buvo pagrįstas alkoholio išsiplėtimu kaitinant – dabar rodmenys nepriklausė nuo atmosferos slėgio. Tai buvo vienas pirmųjų skysčių termometrų.

Tuo metu prietaisų rodmenys dar neatitiko vienas kito, nes kalibruojant svarstykles nebuvo atsižvelgta į jokią konkrečią sistemą. 1694 m. Carlo Renaldini pasiūlė ledo lydymosi temperatūrą ir vandens virimo temperatūrą laikyti dviem kraštutiniais taškais.

Temperatūros svarstyklės

Žmonija išmoko matuoti temperatūrą maždaug prieš 400 metų. Tačiau pirmieji prietaisai, primenantys šiandieninius termometrus, atsirado tik XVIII a. Pirmojo termometro išradėjas buvo mokslininkas Gabrielis Farenheitas. Iš viso pasaulyje buvo išrastos kelios skirtingos temperatūros skalės, vienos iš jų buvo populiaresnės ir naudojamos iki šiol, kitos pamažu iškrito iš naudojimo.

Temperatūros skalės yra temperatūros verčių sistemos, kurias galima palyginti viena su kita. Kadangi temperatūra nėra dydis, kurį galima tiesiogiai išmatuoti, jos vertė siejama su medžiagos (pavyzdžiui, vandens) temperatūros būsenos pasikeitimu. Visose temperatūros skalėse, kaip taisyklė, registruojami du taškai, atitinkantys pasirinktos termometrinės medžiagos perėjimo į skirtingas fazes temperatūras. Tai yra vadinamieji atskaitos taškai. Atskaitos taškų pavyzdžiai yra vandens virimo temperatūra, aukso kietėjimo temperatūra ir tt Vienas iš taškų laikomas pradine. Intervalas tarp jų yra padalintas į tam tikrą skaičių vienodų segmentų, kurie yra pavieniai. Temperatūros matavimo vienetas yra visuotinai priimtas kaip vienas laipsnis. temperatūros skalės prietaisas

Populiariausios ir plačiausiai naudojamos temperatūros skalės pasaulyje yra Celsijaus ir Farenheito skalės.

Pažvelkime į turimas svarstykles eilės tvarka ir pabandykime jas palyginti naudojimo patogumo ir praktinio naudingumo požiūriu. Yra keturios garsiausios svarstyklės:

Farenheito

Reaumur skalė

Celsijaus,

Kelvino skalė

Farenheito

Daugelyje žinynų, įskaitant rusišką Vikipediją, Danielis Gabrielis Farenheitas minimas kaip vokiečių fizikas. Tačiau, kaip rašoma Encyclopedia Britannica, jis buvo olandų fizikas, gimęs Lenkijoje, Gdanske 1686 m. gegužės 24 d. Farenheitas pats pagamino mokslinius instrumentus ir 1709 m. išrado alkoholio termometrą, o 1714 m. – gyvsidabrio termometrą.

1724 m. Farenheitas tapo Londono karališkosios draugijos nariu ir pristatė jai savo temperatūros skalę. Skalė buvo sudaryta remiantis trimis atskaitos taškais. Pradinėje versijoje (kuri vėliau buvo pakeista) nuliniu tašku laikė sūrymo tirpalo (ledo, vandens ir amonio chlorido santykiu 1:1:1) temperatūrą. Šio tirpalo temperatūra stabilizavosi ties 0 °F (-17,78 °C). Antrasis 32°F taškas buvo ledo lydymosi temperatūra, t.y. ledo ir vandens mišinio temperatūra santykiu 1:1 (0 °C). Trečias taškas yra normali žmogaus kūno temperatūra, kurią jis priskyrė 96 °F.

Kodėl buvo pasirinkti tokie keisti, neapvalūs skaičiai? Pasak vienos istorijos, Farenheitas iš pradžių pasirinko žemiausią temperatūrą, išmatuotą jo gimtajame mieste Gdanske 1708–1709 m. žiemą, kaip savo skalės nulį. Vėliau, kai reikėjo, kad ši temperatūra būtų gerai atkuriama, jis panaudojo druskos tirpalą atgaminti jį. Vienas iš gautos temperatūros netikslumo paaiškinimų yra tas, kad Farenheitas nesugebėjo paruošti gero sūrymo tirpalo, kad gautų tikslią eutektinės pusiausvyros amonio chlorido sudėtį (tai yra, jis galėjo ištirpinti kelias druskas, o ne visiškai).

Kita įdomi istorija susijusi su Farenheito laišku savo draugui Hermannui Boerhaave'ui. Pasak laiško, jo skalė buvo sukurta remiantis astronomo Olofo Römerio, su kuriuo Fahrenheitas anksčiau bendravo, darbais. Roemerio skalėje druskos tirpalas užšąla prie nulio laipsnių, vanduo – 7,5 laipsnio, žmogaus kūno temperatūra laikoma 22,5 laipsnio, o vanduo užverda 60 laipsnių (yra nuomonė, kad tai analogiška 60 sekundžių per valandą). Farenheitas kiekvieną skaičių padaugino iš keturių, kad pašalintų trupmeninę dalį. Tuo pačiu metu ledo lydymosi temperatūra pasirodė esanti 30 laipsnių, o žmogaus temperatūra - 90 laipsnių. Jis nuėjo toliau ir perkėlė svarstykles taip, kad ledo taškas būtų 32 laipsniai, o žmogaus kūno temperatūra – 96 laipsniai. Taigi tapo įmanoma nutraukti intervalą tarp šių dviejų taškų, kuris siekė 64 laipsnius, tiesiog pakartotinai dalijant intervalą per pusę. (64 yra nuo 2 iki šeštojo laipsnio).

Kai kalibruotais termometrais išmatavau vandens virimo temperatūrą, Farenheito vertė buvo apie 212 °F. Vėliau mokslininkai nusprendė šiek tiek iš naujo apibrėžti skalę, priskirdami tikslią vertę dviem gerai atkuriamiems atskaitos taškams: ledo lydymosi temperatūrai esant 32 °F ir vandens virimo temperatūrai esant 212 °F. Tuo pačiu metu normali žmogaus temperatūra šioje skalėje po naujų, tikslesnių matavimų pasirodė esanti apie 98 °F, o ne 96 °F.

Reaumur skalė

Prancūzų gamtininkas René Antoine'as Ferchault de Reaumur gimė 1683 m. vasario 28 d. La Rošelyje notaro šeimoje. Mokėsi jėzuitų mokykloje Puatjė. Nuo 1699 m. studijavo teisę ir matematiką Bourget universitete. 1703 m. jis tęsė matematikos ir fizikos studijas Paryžiuje. Po to, kai 1708 m. René paskelbė pirmuosius tris matematikos darbus, jis buvo priimtas į Paryžiaus mokslų akademijos narį.

Reaumuro moksliniai darbai gana įvairūs. Studijavo matematiką, chemijos technologijas, botaniką, fiziką ir zoologiją. Tačiau paskutiniuose dviejuose dalykuose jam sekėsi labiau, todėl pagrindiniai jo darbai buvo skirti būtent šioms temoms.

1730 metais Reaumuras aprašė savo išrastą alkoholio termometrą, kurio skalę lėmė vandens virimo ir užšalimo taškai. 1 Réaumur laipsnis yra lygus 1/80 temperatūros intervalo tarp ledo lydymosi temperatūros (0 °R) ir vandens virimo temperatūros (80 °R).

Prilitavęs ploną vamzdelį prie apvalios kolbos, Reaumur įpylė į ją alkoholio, kiek įmanoma išvalytą nuo vandens ir ištirpusių dujų. Savo atsiminimuose jis pažymi, kad jo skystyje buvo ne daugiau kaip 5 procentai vandens.

Vamzdis nebuvo sandarus – Reaumur jį užkimšo tik terpentino pagrindu pagamintu glaistu.

Tiesą sakant, Reaumur turėjo tik vieną atskaitos tašką: ledo lydymosi temperatūrą. Ir jis nustatė laipsnio reikšmę ne dalydamas tam tikrą temperatūros diapazoną iš niekur kilusio skaičiaus 80 Tiesą sakant, jis nusprendė vienu laipsniu laikyti temperatūros pokytį, kai alkoholio tūris padidėja arba sumažėja 1/1000. . Taigi Reaumuro termometrą galima laikyti iš esmės dideliu piknometru, o tiksliau – primityviu šio fizikinio ir cheminio prietaiso prototipu.

Nuo 1734 m. Reaumuras paskelbė ataskaitas apie oro temperatūros matavimus naudojant prietaisą, kurį jis pasiūlė penkerius metus įvairiose srityse, nuo centrinių Prancūzijos regionų iki Indijos Pondicherry uosto, tačiau vėliau termometro atsisakė.

Šiais laikais „Reaumur“ svarstyklės nebenaudojamos.

Celsijaus

Andersas Celsius (1701 m. lapkričio 27 d. – 1744 m. balandžio 25 d.) – švedų astronomas, geologas ir meteorologas (tuo metu geologija ir meteorologija buvo laikomos astronomijos dalimi). Upsalos universiteto astronomijos profesorius (1730-1744).

Kartu su prancūzų astronomu Pierre'u Louis Moreau de Maupertuis dalyvavo ekspedicijoje, skirtoje išmatuoti 1 laipsnio dienovidinio atkarpą Laplandijoje (tuometinėje Švedijos dalyje). Panaši ekspedicija buvo surengta iki pusiaujo, dabartiniame Ekvadore. Rezultatų palyginimas patvirtino Niutono prielaidą, kad Žemė yra elipsoidas, suplotas ties ašigaliais.

1742 m. jis pasiūlė Celsijaus skalę, kurioje vandens trigubo taško temperatūra (ši temperatūra praktiškai sutampa su ledo lydymosi temperatūra esant normaliam slėgiui) buvo laikoma 100, o vandens virimo temperatūra - 0. (Iš pradžių , Celsijaus ledo lydymosi temperatūrą laikė 100 °, o 0 ° yra vandens virimo temperatūra. Ir tik Celsijaus mirties metais jo amžininkas Carlas Linnaeusas „pasuko“ šią skalę. Taigi, ledo lydymosi temperatūra Celsijaus skalėje buvo laikoma nuliu, o vandens virimo temperatūra standartiniame atmosferos slėgyje - 100 °. Ši skalė yra tiesinė 0–100° diapazone ir tęsiasi tiesiškai žemesnėje nei 0° ir virš 100° srityje.

Celsijaus skalė pasirodė racionalesnė nei Farenheito skalė ir Reaumuro skalė ir dabar naudojama visur.

Kelvino skalė

Kelvinas Williamas (1824-1907) - puikus anglų fizikas, vienas iš termodinamikos ir molekulinės-kinetinės dujų teorijos įkūrėjų.

Kelvinas įvedė absoliučią temperatūros skalę 1848 m. ir pateikė vieną iš antrojo termodinamikos dėsnio formuluočių kaip neįmanoma visiškai paversti šilumos į darbą. Jis apskaičiavo molekulių dydį, remdamasis skysčio paviršiaus energijos matavimu.

Anglų mokslininkas W. Kelvinas pristatė absoliučią temperatūros skalę. Nulinė temperatūra Kelvino skalėje atitinka absoliutų nulį, o temperatūros vienetas šioje skalėje lygus laipsniui pagal Celsijaus skalę, taigi absoliuti temperatūra T yra susietas su temperatūra Celsijaus skalėje pagal formulę:

Absoliučios temperatūros SI vienetas vadinamas kelvinu (sutrumpintai K). Todėl vienas laipsnis Celsijaus skalėje yra lygus vienam laipsniui pagal Kelvino skalę: 1 °C = 1 K.

Temperatūros vertes, kurias mums suteikia Farenheito ir Celsijaus skalės, galima lengvai konvertuoti viena į kitą. Konvertuodami „galvoje“ Farenheito reikšmes į Celsijaus laipsnius, turite sumažinti pradinį skaičių 32 vienetais ir padauginti iš 5/9. Atvirkščiai (nuo Celsijaus iki Farenheito skalės) – pradinę vertę padauginkite iš 9/5 ir pridėkite 32. Palyginimui: absoliutaus nulio temperatūra Celsijaus laipsniais yra 273,15 °, Farenheito – 459,67 °.

Temperatūros matavimas

Temperatūros matavimas pagrįstas tam tikro fizikinio dydžio (pavyzdžiui, tūrio) priklausomybe nuo temperatūros. Ši priklausomybė naudojama termometro – prietaiso, naudojamo temperatūrai matuoti – temperatūros skalėje.

Absoliuti nulinė temperatūra

Bet koks matavimas reikalauja atskaitos taško. Temperatūra nėra išimtis. Farenheito skalėje šis nulinis ženklas yra sniego, sumaišyto su valgomąja druska, temperatūra pagal Celsijaus skalę, tai yra vandens užšalimo temperatūra. Tačiau yra specialus temperatūros atskaitos taškas – absoliutus nulis.

Daugelį metų mokslininkai siekia absoliučios nulinės temperatūros. Kaip žinoma, temperatūra, lygi absoliučiam nuliui, apibūdina daugelio dalelių sistemos pagrindinę būseną - mažiausią įmanomą energiją turinčią būseną, kurioje atomai ir molekulės atlieka vadinamuosius „nulinius“ virpesius. Taigi gilus atšalimas, artimas absoliučiam nuliui (manoma, kad pats absoliutus nulis praktiškai nepasiekiamas) atveria neribotas galimybes tirti materijos savybes.

Teoriškai absoliutus nulis yra žemiausia įmanoma temperatūra. Netoli šios temperatūros medžiagos energija tampa minimali. Jis taip pat dažnai vadinamas „nuliu pagal Kelvino skalę“. Absoliutus nulis yra maždaug -273 °C arba -460 °F. Visos medžiagos – dujos, skysčiai, kietosios medžiagos – susideda iš molekulių, o temperatūra lemia šių molekulių judėjimo greitį. Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnis molekulių greitis ir didesnio tūrio joms reikia judėti (tai yra, medžiagos plečiasi). Kuo žemesnė temperatūra, tuo lėčiau jos juda, o temperatūrai krentant molekulių energija ilgainiui sumažėja tiek, kad jos visai nustoja judėti. Kitaip tariant, bet kokia medžiaga, sušalusi, tampa kieta. Nors fizikai jau pasiekė temperatūrą, kuri nuo absoliutaus nulio skiriasi tik milijonine laipsnio dalimi, pats absoliutus nulis nepasiekiamas. Mokslo ir technologijų šaka, tirianti neįprastą medžiagų ar medžiagų elgseną arti absoliutaus nulio, vadinama kriogenine technologija.

Absoliutaus nulio siekimas iš esmės susiduria su tomis pačiomis problemomis kaip . Norint pasiekti šviesos greitį, reikia be galo daug energijos, o norint pasiekti absoliutų nulį, reikia išgauti begalinį šilumos kiekį. Abu šie procesai neįmanomi.

Nepaisant to, kad dar nepasiekėme tikrosios absoliutaus nulio būsenos, esame labai arti jos (nors „labai“ šiuo atveju yra labai laisva sąvoka; kaip vaikiškas eilėraštis: du, trys, keturi, keturi ir a. pusė, keturi ant stygos, keturi per plauką, penki). Šalčiausia kada nors Žemėje užfiksuota temperatūra buvo užfiksuota Antarktidoje 1983 m. – -89,15 laipsnio Celsijaus (184 K).

Kodėl mums reikia absoliutaus nulio temperatūros?

Absoliuti nulinė temperatūra yra teorinė sąvoka, jos praktiškai neįmanoma pasiekti net mokslinėse laboratorijose su pačia moderniausia įranga. Tačiau mokslininkams pavyksta atšaldyti medžiagą iki labai žemos temperatūros, kuri yra artima absoliučiam nuliui.

Esant tokiai temperatūrai, medžiagos įgyja nuostabių savybių, kurių įprastomis aplinkybėmis jos negali turėti. Gyvsidabris, kuris vadinamas „gyvuoju sidabru“, nes yra artimos skystai būsenai, tokioje temperatūroje tampa kietas – tiek, kad juo galima įkalti vinis. Kai kurie metalai tampa trapūs, kaip stiklas. Guma tampa tokia pat kieta ir trapi. Jei plaktuku smogsite į guminį daiktą, kurio temperatūra artima absoliučiam nuliui, jis sudužtų kaip stiklas.

Šis savybių pokytis taip pat susijęs su šilumos prigimtimi. Kuo aukštesnė fizinio kūno temperatūra, tuo intensyviau ir chaotiškiau juda molekulės. Temperatūrai mažėjant judėjimas tampa ne toks intensyvus, o struktūra tampa tvarkingesnė.

Labai svarbu, ypač moksliniu požiūriu, kad medžiagos elgtųsi beprotiškai esant itin žemai temperatūrai.

Taigi dujos tampa skysčiu, o skystis tampa kietu. Galutinis tvarkos lygis yra kristalų struktūra. Itin žemoje temperatūroje jį įgyja net medžiagos, kurios paprastai išlieka amorfinės, pavyzdžiui, guma.

Įdomių reiškinių pasitaiko ir su metalais. Kristalinės gardelės atomai vibruoja mažesne amplitude, mažėja elektronų sklaida, todėl mažėja elektrinė varža. Metalas įgauna superlaidumą, kurio praktinis pritaikymas atrodo labai viliojantis, nors ir sunkiai pasiekiamas.

Esant labai žemai temperatūrai, daugelis medžiagų tampa superskysčiais, o tai reiškia, kad jos gali visiškai neturėti klampumo, susikaupti itin plonais sluoksniais ir netgi nepaisyti gravitacijos, kad pasiektų minimalų energijos kiekį. Be to, esant žemai temperatūrai, daugelis medžiagų tampa superlaidžiomis, o tai reiškia, kad nėra elektros varžos. Superlaidininkai gali reaguoti į išorinius magnetinius laukus taip, kad juos visiškai panaikintų metalo viduje. Dėl to galite derinti šaltą temperatūrą ir magnetą ir gauti kažką panašaus į levitaciją.

Kodėl yra absoliutus nulis, bet ne absoliutus maksimumas?

Pažiūrėkime į kitą kraštutinumą. Jei temperatūra yra tik energijos matas, galime tiesiog įsivaizduoti, kad atomai vis labiau artėja prie šviesos greičio. Tai negali tęstis amžinai, ar ne?

Trumpas atsakymas yra: mes nežinome. Gali būti, kad tiesiogine prasme yra toks dalykas kaip begalinė temperatūra, bet jei yra absoliuti riba, jauna visata pateikia gana įdomių užuominų, kas tai yra. Aukščiausia kada nors žinoma temperatūra (bent jau mūsų visatoje) tikriausiai buvo žinoma Plancko laikais. Praėjus 10-43 sekundėms po Didžiojo sprogimo, gravitacija atsiskyrė nuo kvantinės mechanikos ir fizikos tapo tokia, kokia yra dabar. Temperatūra tuo metu buvo maždaug 10^32 K. Tai septilijoną kartų karščiau nei mūsų Saulės viduje.

Vėlgi, nesame tikri, ar tai aukščiausia temperatūra, kokia tik gali būti. Kadangi Plancko laikais net neturime didelio visatos modelio, net nesame tikri, kad visata išvirto iki tokios būsenos. Bet kokiu atveju mes daug kartų arčiau absoliutaus nulio nei absoliutaus karščio.

Kaip gyvybė Žemėje priklauso nuo temperatūros ir klimato sąlygų

Jau senovėje mūsų protėviai žinojo apie gerovės ir visų gyvybės procesų priklausomybę nuo oro ir kitų gamtos reiškinių. Pirmieji rašytiniai įrodymaiO gamtos ir klimato reiškinių įtaka sveikataižmonės buvo žinomi nuo seniausių laikų. Prieš 4000 metų Indijoje buvo kalbama apie augalus, gydomųjų savybių įgyjančius nuo saulės spindulių, perkūnijos ir lietaus. Tibeto medicina ligas vis dar sieja su tam tikromis meteorologinių veiksnių kombinacijomis. Senovės graikų medicinos mokslininkas Hipokratas (460–377 m. pr. Kr.) savo „Aforizmuose“ visų pirma rašė, kad žmonių kūnai elgiasi skirtingai, atsižvelgiant į metų laiką: vieni išsidėstę arčiau vasaros, kiti – žiemos, o ligos progresuoja. skirtingai (gerai ar blogai) skirtingu metų laiku, skirtingose šalyse ir gyvenimo sąlygomis.

Mokslinės krypties medicinoje apie klimato veiksnių įtaką žmogaus sveikatai pagrindai atsirado XVII a. Rusijoje klimato, sezonų ir oro įtakos žmogui tyrimai pradėti nuo Rusijos mokslų akademijos įkūrimo Sankt Peterburge (1725 m.). Žymūs šalies mokslininkai I. M. vaidino svarbų vaidmenį kuriant šio mokslo teorinius pagrindus. Sechenovas, I.P. Pavlovas ir kiti. XXI amžiaus pradžioje buvo įrodyta, kad Vakarų Nilo karštinės protrūkis Volgogrado ir Astrachanės regionuose buvo susijęs su neįprastai šilta žiema. 2010 metų karštis lėmė precedento neturintį šios ligos padaugėjimą – 480 atvejų Volgogrado, Rostovo, Voronežo ir Astrachanės regionuose. Taip pat pamažu erkinis encefalitas plinta į šiaurę, ką įrodė prof. N.K. Tokarevičius (Pastero vardu pavadintas Sankt Peterburgo Mikrobiologijos ir epidemiologijos institutas) Archangelsko srityje, o šis reiškinys taip pat siejamas su klimato kaita.

Klimatas turi tiesioginį ir netiesioginį poveikį žmonėms

Tiesioginė įtaka yra labai įvairi ir atsiranda dėl tiesioginio klimato veiksnių poveikio žmogaus organizmui ir, svarbiausia, jo šilumos mainų su aplinka sąlygoms: odos aprūpinimui krauju, kvėpavimo, širdies ir kraujagyslių bei prakaitavimo sistemoms. .

Žmogaus organizmą, kaip taisyklė, veikia ne vienas atskiras veiksnys, o jų derinys, o pagrindinis poveikis yra ne įprasti klimato sąlygų svyravimai, o daugiausia staigūs jų pokyčiai. Bet kuriam gyvam organizmui yra nustatyti tam tikri įvairaus dažnio gyvybinės veiklos ritmai.

Kai kurioms žmogaus kūno funkcijoms būdingi kintantys metų laikai. Tai taikoma kūno temperatūrai, medžiagų apykaitai, kraujotakos sistemai, kraujo ląstelių ir audinių sudėčiai. Taigi vasarą kraujas iš vidaus organų persiskirsto į odą, todėl vasarą kraujospūdis yra mažesnis nei žiemą.

Klimato veiksniai, veikiantys žmogų

Dauguma fizinių išorinės aplinkos veiksnių, su kuriais sąveikaudamas vystėsi žmogaus kūnas, yra elektromagnetinio pobūdžio. Gerai žinoma, kad oras prie srauniojo vandens gaivina ir suteikia žvalumo: jame daug neigiamų jonų. Dėl tos pačios priežasties žmonėms po perkūnijos oras yra švarus ir gaivus. Priešingai, ankštose patalpose, kuriose gausu įvairių elektromagnetinių prietaisų, oras yra prisotintas teigiamų jonų. Netgi gana trumpas buvimas tokioje patalpoje sukelia vangumą, mieguistumą, galvos svaigimą ir galvos skausmą. Panašus vaizdas stebimas vėjuotu oru, dulkėtomis ir drėgnomis dienomis. Aplinkos medicinos srities specialistai mano, kad neigiami jonai teigiamai veikia žmogaus sveikatą, o teigiami – neigiamą.

Ultravioletinė spinduliuotė

Tarp klimato veiksnių didelę biologinę reikšmę turi trumpųjų bangų saulės spektro dalis – ultravioletinė spinduliuotė (UVR) (bangos ilgis 295–400 nm).

Ultravioletinė spinduliuotė yra būtina normalios žmogaus gyvenimo sąlyga. Naikina ant odos esančius mikroorganizmus, apsaugo nuo rachito, normalizuoja mineralų apykaitą, didina organizmo atsparumą infekcinėms ir kitoms ligoms. Specialiais stebėjimais nustatyta, kad vaikai, kurie gavo pakankamai ultravioletinės spinduliuotės, dešimt kartų mažiau jautrūs peršalimui nei vaikai, kurie negavo pakankamai ultravioletinių spindulių. Trūkstant ultravioletinių spindulių, sutrinka fosforo-kalcio apykaita, didėja organizmo jautrumas infekcinėms ligoms ir peršalimo ligoms, atsiranda centrinės nervų sistemos funkcinių sutrikimų, paūmėja kai kurios lėtinės ligos, mažėja bendras fiziologinis aktyvumas ir dėl to žmogaus darbingumas. . Vaikai yra ypač jautrūs „lengvam badui“, kuriems dėl to išsivysto vitamino D trūkumas (rachitas).

Temperatūra

Šiluminės sąlygos yra svarbiausia gyvų organizmų egzistavimo sąlyga, nes tam tikromis sąlygomis galimi visi jose vykstantys fiziologiniai procesai.

Saulės spinduliuotė visais atvejais, kai ji patenka ant kūno ir yra absorbuojama, virsta išoriniu šilumos šaltiniu, esančiu už kūno ribų. Saulės spinduliuotės poveikio stiprumas ir pobūdis priklauso nuo geografinės padėties ir yra svarbūs veiksniai, lemiantys regiono klimatą. Klimatas lemia augalų ir gyvūnų rūšių buvimą ir gausą tam tikroje vietovėje. Temperatūrų diapazonas, egzistuojantis Visatoje, yra lygus tūkstančiams laipsnių.

Palyginimui, ribos, kuriose gali egzistuoti gyvybė, yra labai siauros – apie 300°C, nuo -200°C iki +100°C. Tiesą sakant, dauguma rūšių ir aktyvumo apsiriboja siauresniu temperatūrų diapazonu. Paprastai šios temperatūros, kurioms esant galima normali baltymų struktūra ir funkcionavimas: nuo 0 iki +50°C.

Temperatūra yra vienas iš svarbių abiotinių veiksnių, turinčių įtakos visoms visų gyvų organizmų fiziologinėms funkcijoms. Temperatūra žemės paviršiuje priklauso nuo geografinės platumos ir aukščio virš jūros lygio, taip pat nuo metų laiko. Lengvais drabužiais apsirengusiam žmogui patogi oro temperatūra bus + 19...20°C, be drabužių - + 28...31°C.

Keičiantis temperatūros parametrams, žmogaus organizmas sukuria specifines reakcijas, kad prisitaikytų prie kiekvieno veiksnio, tai yra, prisitaiko.

Temperatūros faktoriui būdingi ryškūs sezoniniai ir dienos svyravimai. Daugelyje Žemės regionų šis veiksnio poveikis turi svarbią signalinę reikšmę reguliuojant organizmų veiklos laiką, užtikrinant jų kasdienį ir sezoninį gyvenimo būdą.

Apibūdinant temperatūros koeficientą labai svarbu atsižvelgti į jo kraštutinius rodiklius, jų veikimo trukmę ir pakartojamumą. Temperatūros pokyčiai buveinėse, kurie viršija organizmų toleranciją, lemia jų masinę mirtį. Temperatūros svarba slypi tame, kad ji keičia ląstelėse vykstančių fizikinių ir cheminių procesų greitį, turintį įtakos visai organizmų gyvenimo veiklai.

Kaip vyksta prisitaikymas prie temperatūros pokyčių?

Pagrindiniai odos šalčio ir karščio receptoriai užtikrina kūno termoreguliaciją. Esant skirtingam temperatūros poveikiui, signalai į centrinę nervų sistemą ateina ne iš atskirų receptorių, o iš ištisų odos plotų, vadinamųjų receptorių laukų, kurių matmenys yra kintantys ir priklausomi nuo kūno temperatūros bei aplinkos.

Kūno temperatūra didesniu ar mažesniu mastu veikia visą kūną (visus organus ir sistemas). Išorinės aplinkos temperatūros ir kūno temperatūros santykis lemia termoreguliacijos sistemos veiklos pobūdį.

Aplinkos temperatūra yra žemesnė už kūno temperatūrą. Dėl to šiluma nuolat keičiasi tarp aplinkos ir žmogaus kūno, nes ji išsiskiria iš kūno paviršiaus ir per kvėpavimo takus į supančią erdvę. Šis procesas paprastai vadinamas šilumos perdavimu. Šilumos susidarymas žmogaus organizme dėl oksidacinių procesų vadinamas šilumos generavimu. Ramybės ir normalios sveikatos būklės šilumos generavimo kiekis yra lygus šilumos perdavimo kiekiui. Esant karštam ar šaltam klimatui, esant fiziniam organizmo aktyvumui, susirgus, stresui ir kt. Šilumos susidarymo ir šilumos perdavimo lygis gali skirtis.

Kaip vyksta prisitaikymas prie žemos temperatūros?

Sąlygos, kuriomis žmogaus organizmas prisitaiko prie šalčio, gali būti įvairios (pavyzdžiui, dirbant nešildomose patalpose, šaldymo įrenginiuose, žiemą lauke). Tuo pačiu metu šalčio poveikis nėra pastovus, o kaitaliojasi su normaliu žmogaus kūno temperatūros režimu. Prisitaikymas tokiomis sąlygomis nėra aiškiai išreikštas. Pirmosiomis dienomis, reaguojant į žemą temperatūrą, šilumos atidavimas dar nėra pakankamai ribojamas. Po adaptacijos intensyvėja šilumos gamybos procesai, sumažėja šilumos perdavimas.

Priešingu atveju įvyksta prisitaikymas prie gyvenimo sąlygų šiaurinėse platumose, kur žmogų veikia ne tik žema temperatūra, bet ir šioms platumoms būdingas apšvietimo režimas bei saulės spinduliuotės lygis.

Kas vyksta žmogaus organizme aušinimo metu.

Dėl šalčio receptorių dirginimo pasikeičia refleksinės reakcijos, reguliuojančios šilumos išsaugojimą: susiaurėja odos kraujagyslės, o tai trečdaliu sumažina kūno šilumos perdavimą. Svarbu, kad šilumos gamybos ir šilumos perdavimo procesai būtų subalansuoti. Vyraujant šilumos perdavimui virš šilumos susidarymo, mažėja kūno temperatūra ir sutrinka organizmo funkcijos. Kai kūno temperatūra yra 35°C, pastebimi psichikos sutrikimai. Toliau mažėjant temperatūrai, sulėtėja kraujotaka ir medžiagų apykaita, o esant žemesnei nei 25°C temperatūrai sustoja kvėpavimas.

Vienas iš veiksnių, skatinančių energetinius procesus, yra lipidų apykaita. Pavyzdžiui, poliariniai tyrinėtojai, kurių medžiagų apykaita sulėtėja esant žemai oro temperatūrai, atsižvelgia į poreikį kompensuoti energijos sąnaudas. Jų mitybai būdinga didelė energinė vertė (kaloringumas). Šiaurinių regionų gyventojai turi intensyvesnę medžiagų apykaitą. Didžiąją jų dietos dalį sudaro baltymai ir riebalai. Todėl jų kraujyje padidėja riebalų rūgščių kiekis, šiek tiek sumažėja cukraus kiekis.

Žmonėms, prisitaikantiems prie drėgno, šalto klimato ir deguonies trūkumo šiaurėje, taip pat suaktyvėja dujų apykaita, padidėja cholesterolio kiekis kraujo serume ir skeleto kaulų mineralizacija, storesnis poodinių riebalų sluoksnis (kuris atlieka šilumos izoliatoriaus vaidmenį).

Tačiau ne visi žmonės vienodai geba prisitaikyti. Visų pirma, kai kuriems šiaurės žmonėms apsauginiai mechanizmai ir adaptyvus kūno restruktūrizavimas gali sukelti netinkamą adaptaciją - daugybę patologinių pokyčių, vadinamų „poline liga“. Vienas iš svarbiausių veiksnių, užtikrinančių žmogaus prisitaikymą prie Tolimųjų Šiaurės sąlygų, yra askorbo rūgšties (vitamino C) organizmo poreikis, kuris didina organizmo atsparumą įvairioms infekcijoms.

Prisitaikymas prie aukštų temperatūrų.

Tropinės sąlygos gali turėti žalingą poveikį žmogaus organizmui. Neigiamas poveikis gali atsirasti dėl atšiaurių aplinkos veiksnių, tokių kaip ultravioletinė spinduliuotė, didelis karštis, staigūs temperatūros pokyčiai ir atogrąžų audros. Žmonėms, jautriems oro sąlygoms, atogrąžų aplinkos poveikis padidina ūmių ligų, įskaitant koronarinę širdies ligą, astmos priepuolius ir inkstų akmenligę, riziką. Neigiamus padarinius gali sustiprinti staigūs klimato pokyčiai, pavyzdžiui, keliaujant lėktuvu.

Aukšta temperatūra gali paveikti žmogaus organizmą dirbtinėmis ir natūraliomis sąlygomis. Pirmuoju atveju turime omenyje darbą patalpose, kuriose yra aukšta temperatūra, pakaitomis su buvimu patogioje temperatūroje.

Aukšta aplinkos temperatūra sužadina šiluminius receptorius, kurių impulsai apima refleksines reakcijas, kuriomis siekiama padidinti šilumos perdavimą. Kartu plečiasi odos kraujagyslės, pagreitėja kraujo judėjimas kraujagyslėmis, periferinių audinių šilumos laidumas padidėja 5-6 kartus. Jei to nepakanka šilumos balansui palaikyti, pakyla odos temperatūra ir prasideda refleksinis prakaitavimas – efektyviausias šilumos perdavimo būdas (daugiausia prakaito liaukų rankų, veido, pažastų odoje). Vietinių pietų gyventojų vidutinis kūno svoris yra mažesnis nei šiaurės gyventojų, o poodiniai riebalai nėra labai išsivystę. Morfologinės ir fiziologinės savybės ypač ryškios populiacijose, gyvenančiose aukštos temperatūros ir drėgmės stokos sąlygomis (dykumose ir pusdykumėse, šalia jų esančiose teritorijose). Pavyzdžiui, Centrinės Afrikos, Pietų Indijos ir kitų karšto ir sauso klimato regionų vietiniai gyventojai turi ilgas, plonas galūnes ir mažą kūno svorį.

Dėl intensyvaus prakaitavimo žmogui būnant karštame klimate sumažėja vandens kiekis organizme. Norėdami kompensuoti vandens praradimą, turite padidinti suvartojimą. Vietos gyventojai yra labiau prisitaikę prie šių sąlygų nei žmonės, atvykę iš vidutinio klimato juostos. Aborigenams kasdien reikia du ar tris kartus mažiau vandens, taip pat baltymų ir riebalų, nes jie turi didelį energijos potencialą ir padidina troškulį. Kadangi intensyvus prakaitavimas mažina askorbo rūgšties ir kitų vandenyje tirpių vitaminų kiekį kraujo plazmoje, vietinių gyventojų mityboje vyrauja angliavandeniai, didinantys organizmo ištvermę, ir vitaminai, leidžiantys dirbti sunkų fizinį darbą. ilgą laiką.

Kokie veiksniai lemia temperatūros suvokimą?

Vėjas jautriausiai sustiprina temperatūros pojūtį. Pučiant stipriam vėjui, šaltos dienos atrodo dar šaltesnės, o karštos – dar karštesnės. Drėgmė taip pat turi įtakos kūno temperatūros suvokimui. Esant didelei drėgmei oro temperatūra atrodo žemesnė nei tikrovėje, o esant žemai – atvirkščiai.

Temperatūros suvokimas yra individualus. Vieniems patinka šaltos, šaltos žiemos, o kitiems – šiltos ir sausos. Tai priklauso nuo fiziologinių ir psichologinių žmogaus savybių, taip pat nuo emocinio klimato, kuriame praleido vaikystę, suvokimo.

Gamtinės ir klimato sąlygos bei sveikata

Žmogaus sveikata labai priklauso nuo oro sąlygų. Pavyzdžiui, žiemą žmonės dažniau serga peršalimo, plaučių ligomis, gripu, gerklės skausmu.

Su oro sąlygomis susijusios ligos pirmiausia yra perkaitimas ir hipotermija. Perkaitimas ir šilumos smūgis įvyksta vasarą karštu, nevėjuotu oru. Gripas, peršalimas, viršutinių kvėpavimo takų kataras, kaip taisyklė, pasireiškia metų rudens-žiemos laikotarpiu. Kai kurie fizikiniai veiksniai (atmosferos slėgis, drėgmė, oro judėjimai, deguonies koncentracija, Žemės magnetinio lauko sutrikimo laipsnis, atmosferos užterštumo lygis) turi ne tik tiesioginės įtakos žmogaus organizmui. Atskirai arba kartu jie gali pasunkinti esamų ligų eigą ir paruošti tam tikras sąlygas infekcinių ligų sukėlėjų dauginimuisi. Taigi šaltuoju metų laiku dėl ekstremalių orų kintamumo paūmėja širdies ir kraujagyslių ligos – hipertenzija, krūtinės angina, miokardo infarktas. Žarnyno infekcijos (vidurių šiltinė, dizenterija) kamuoja žmones karštuoju metų laiku. Vaikams iki vienerių metų didžiausias plaučių uždegimų skaičius fiksuojamas sausio – balandžio mėnesiais.

Žmonėms, turintiems nervų autonominės sistemos sutrikimų ar lėtinių ligų, sunku prisitaikyti prie besikeičiančių oro veiksnių. Kai kurie pacientai taip jautriai reaguoja į oro pokyčius, kad gali tarnauti kaip savotiški biologiniai barometrai, kelis kartus tiksliai nuspėjantys orą iš anksto. Rusijos Federacijos medicinos mokslų akademijos Sibiro skyriaus atlikti tyrimai parodė, kad 60–65% sergančiųjų širdies ir kraujagyslių ligomis yra jautrūs oro veiksnių svyravimams, ypač pavasarį ir rudenį, esant dideliems atmosferos slėgio, oro svyravimams. temperatūra ir Žemės geomagnetinio lauko pokyčiai. Įsiveržus oro frontams, sukeliantiems kontrastingus orų pokyčius, dažniau stebimos hipertenzijos krizės, pablogėja sergančiųjų smegenų ateroskleroze būklė, padaugėja širdies ir kraujagyslių ligų.

Urbanizacijos ir industrializacijos laikais žmonės didžiąją savo gyvenimo dalį praleidžia uždarose patalpose. Kuo ilgiau organizmas izoliuojamas nuo išorinių klimato veiksnių ir yra komfortiško ar nepatogios patalpų mikroklimato sąlygomis, tuo labiau mažėja jo adaptacinės reakcijos į nuolat besikeičiančius oro parametrus, įskaitant ir termoreguliacijos procesų susilpnėjimą. Dėl to sutrinka dinaminė pusiausvyra tarp žmogaus organizmo ir išorinės aplinkos, žmonėms, sergantiems širdies ir kraujagyslių patologija, atsiranda komplikacijų – krizės, miokardo infarktas, galvos smegenų insultai. Todėl būtina organizuoti modernią medicininę orų prognozę, kaip širdies ir kraujagyslių ligų prevencijos metodą.

Beveik kiekvienas žmogus, sulaukęs tam tikro amžiaus, patyręs kitą stresą ar pasveikęs nuo ligos, staiga pradeda jausti savo būklės ir nuotaikos priklausomybę nuo besikeičiančių aplinkos veiksnių. Tokiu atveju dažniausiai daroma išvada, kad oras turi įtakos sveikatai. Tuo pačiu metu kiti žmonės, turintys puikią sveikatą ir labai pasitikintys savo jėgomis ir galimybėmis, neįsivaizduoja, kaip tokie jų požiūriu nereikšmingi veiksniai kaip atmosferos slėgis, geomagnetiniai trikdžiai, gravitacinės anomalijos Saulės sistemoje gali paveikti žmogų. . Be to, į geofizinių veiksnių įtakos žmogui priešininkų grupę dažnai priklauso fizikai ir geofizikai.

Pagrindiniai skeptikų argumentai yra gana prieštaringi fiziniai Žemės elektromagnetinio lauko energetinės reikšmės skaičiavimai, taip pat jos gravitacinio lauko pokyčiai veikiant Saulės ir Saulės sistemos planetų gravitacinėms jėgoms. Teigiama, kad miestuose pramoniniai elektromagnetiniai laukai yra daug kartų galingesni, o gravitacinio lauko pokyčio reikšmė, kuri yra skaičius su aštuoniais nuliais po kablelio, neturi jokios fizinės reikšmės. Pavyzdžiui, geofizikai turi tokį alternatyvų požiūrį į saulės, geofizinių ir oro veiksnių įtaką žmonių sveikatai.

Klimato kaita kaip grėsmė pasaulio sveikatai

Tarpvyriausybinės klimato kaitos komisijos ataskaita patvirtino, kad yra daug įrodymų, rodančių pasaulinio klimato poveikį žmonių sveikatai. Klimato kintamumas ir kaita lemia mirtį ir ligas dėl stichinių nelaimių, tokių kaip karščio bangos, potvyniai ir sausros. Be to, daugelis sunkių ligų yra itin jautrios temperatūros pokyčiams ir kritulių modeliams. Šios ligos apima pernešėjų platinamas ligas, tokias kaip maliarija ir dengės karštligė, taip pat netinkama mityba ir viduriavimas, kurie yra kitos pagrindinės mirties priežastys. Klimato kaita taip pat prisideda prie didėjančios pasaulinės ligų naštos, kuri, kaip tikimasi, ateityje pablogės.

Klimato kaitos poveikis žmonių sveikatai nėra vienodas visame pasaulyje. Ypač pažeidžiami laikomi besivystančių šalių gyventojai, ypač mažų salų valstybės, sausringos ir didelio aukščio vietovės bei tankiai apgyvendintos pakrančių zonos.

Laimei, daugelio šių pavojų sveikatai galima išvengti taikant esamas sveikatos programas ir intervencijas. Suderinti veiksmai, skirti stiprinti pagrindinius sveikatos sistemų elementus ir skatinti sveiką vystymąsi, gali pagerinti visuomenės sveikatą dabar ir sumažinti pažeidžiamumą dėl klimato kaitos ateityje.

Išvados

Būdamas neatsiejama Žemės biosferos sudedamoji dalis, žmogus yra supančio pasaulio dalelė, labai priklausoma nuo išorinių procesų eigos. Ir todėl tik vidinių organizmo procesų dermė su išorinės aplinkos, gamtos ir erdvės ritmais gali būti tvirtas pagrindas stabiliam žmogaus organizmo funkcionavimui, tai yra jo sveikatos ir gerovės pagrindas. būtis.

Šiandien tapo aišku, kad būtent natūralūs procesai suteikia mūsų organizmui galimybę atlaikyti daugybę ekstremalių veiksnių. O žmogaus socialinė veikla tampa ne mažiau galingu streso elementu, jei jos ritmai nepaklūsta biosferos ir kosminiams svyravimams, o ypač kai žmogaus gyvenimo veiklą, jo biologinį laikrodį bandoma masiškai pajungti dirbtiniam socialiniam ritmui.

Klimato ir oro sąlygų pokyčiai nevienodai veikia skirtingų žmonių savijautą. Sveiko žmogaus, pasikeitus klimatui ar orams, fiziologiniai procesai organizme laiku prisitaiko prie pasikeitusių aplinkos sąlygų. Dėl to sustiprėja apsauginė reakcija, o sveiki žmonės praktiškai nejaučia neigiamos oro įtakos. Sergančiam žmogui susilpnėja adaptacinės reakcijos, todėl organizmas praranda gebėjimą greitai prisitaikyti. Gamtinių ir klimato sąlygų įtaka žmogaus savijautai taip pat siejama su amžiumi ir individualiu organizmo jautrumu.

Savo gerą darbą pateikti žinių bazei lengva. Naudokite žemiau esančią formą

Studentai, magistrantai, jaunieji mokslininkai, kurie naudojasi žinių baze savo studijose ir darbe, bus jums labai dėkingi.

Paskelbta http: www. viskas geriausia. ru/

Temperatūros svarstyklės

Populiariausios ir plačiausiai naudojamos temperatūros skalės pasaulyje yra Celsijaus ir Farenheito skalės.

Pažvelkime į turimas svarstykles eilės tvarka ir pabandykime jas palyginti naudojimo patogumo ir praktinio naudingumo požiūriu. Yra penkios garsiausios svarstyklės:

1. Farenheito išrado vokiečių mokslininkas Farenheitas. Vieną iš šaltų 1709 m. žiemos dienų mokslininko termometre gyvsidabris nukrito iki labai žemos temperatūros, kurią jis pasiūlė priimti kaip nulį naujoje skalėje. Kitas atskaitos taškas buvo žmogaus kūno temperatūra. Jo skalėje vandens užšalimo temperatūra buvo +32°, o virimo +212°. Farenheito skalė nėra ypač apgalvota ar patogi. Anksčiau jis buvo plačiai naudojamas angliškai kalbančiose šalyse, tačiau šiuo metu jis naudojamas beveik vien tik JAV.

2. Pagal Reaumur skalę 1731 m. išrado prancūzų mokslininkas René de Reaumur, apatinis atskaitos taškas yra vandens užšalimo taškas. Skalė pagrįsta alkoholio vartojimu, kuris kaitinant išsiplečia, laipsnis buvo laikomas tūkstančiuoju rezervuare ir vamzdyje esančio alkoholio tūrio nuliu. Šios svarstyklės dabar nebenaudojamos.

3. Celsijaus(1742 m. pasiūlė švedas Andersas Celsijaus) ledo ir vandens mišinio temperatūra (temperatūra, kurioje tirpsta ledas) laikoma nuliu, kitas pagrindinis dalykas yra vandens virimo temperatūra. Intervalą tarp jų nuspręsta padalyti į 100 dalių, o viena dalis buvo paimta kaip matavimo vienetas – Celsijaus laipsnis. Ši skalė yra racionalesnė nei Farenheito skalė ir Reaumuro skalė ir dabar naudojama visur.

4. Kelvino skalė 1848 metais išrado lordas Kelvinas (anglų mokslininkas W. Thomson). Nulinis taškas ant jo atitiko žemiausią įmanomą temperatūrą, kurioje sustoja medžiagos molekulių judėjimas. Ši reikšmė teoriškai buvo apskaičiuota tiriant dujų savybes. Celsijaus skalėje ši reikšmė atitinka maždaug – 273°C, t.y. nulis Celsijaus lygus 273 K. Naujosios skalės matavimo vienetas buvo vienas kelvinas (iš pradžių vadinamas „kelvino laipsniu“).

5. Rankino skalė(pavadintas škotų fiziko W. Rankino vardu) turi tokį patį principą kaip Kelvino skalė, o matmuo yra toks pat kaip Farenheito skalė. Ši sistema praktiškai nebuvo plačiai paplitusi.

IRtemperatūros matavimas

1597 m. Galilėjus Galilėjus sukūrė termoskopą. Termoskopas buvo mažas stiklinis rutulys su lituotu stikliniu vamzdeliu, nuleistu į vandenį. Kai kamuolys atvėso, vanduo vamzdyje pakilo. Atšilus orams vandens lygis vamzdeliuose nukrito. Prietaiso trūkumas buvo skalės nebuvimas ir rodmenų priklausomybė nuo atmosferos slėgio.

Vėliau Florencijos mokslininkai patobulino Galileo termoskopą, pridėdami karoliukų skalę ir išpumpuodami orą iš baliono. 1700 m. mokslininkas Torricelli pakeitė oro termoskopą. Prietaisas buvo apverstas aukštyn kojomis, išimtas indas su vandeniu, į vamzdelį supiltas spiritas. Prietaiso veikimas buvo pagrįstas alkoholio išsiplėtimu kaitinant – dabar rodmenys nepriklausė nuo atmosferos slėgio. Tai buvo vienas pirmųjų skysčių termometrų. Torricelli termometras neturėjo skalės.

1714 metais olandų mokslininkas Farenheitas pagamino gyvsidabrio termometrą. Jis įdėjo termometrą į ledo ir valgomosios druskos mišinį ir pažymėjo gyvsidabrio stulpelio aukštį 0 laipsnių. Kitas taškas pagal Farenheitą buvo žmogaus kūno temperatūra – 96 laipsniai. Pats išradėjas antrąjį tašką apibrėžė kaip „temperatūrą po sveiko anglo pažastimi“.

1730 metais prancūzų fizikas R. Reaumuras pasiūlė alkoholio termometrą su pastovia lydymosi temperatūra ledui (0 °R) ir verdančiam vandeniui (80 °R). Maždaug tuo pačiu metu švedų astronomas Andersas Celsius naudojo Farenheito gyvsidabrio termometrą su savo skale, kur vandens virimo temperatūra buvo laikoma 0 laipsnių, o ledo lydymosi temperatūra - 100 laipsnių.

Temperatūra yra svarbus parametras, lemiantis ne tik technologinio proceso eigą, bet ir medžiagos savybes. Norint matuoti temperatūrą SI vienetų sistemoje, naudojama temperatūros skalė su temperatūros vienetu Kelvinas (K). Šios skalės pradžios taškas yra absoliutus nulis (0 K). Proceso matavimams dažnai naudojama temperatūros skalė, kurios temperatūros vienetas yra Celsijaus laipsnis (°C).

Temperatūrai matuoti naudojami įvairūs pirminiai keitikliai, kurie skiriasi temperatūros konvertavimo į tarpinį signalą metodu. Pramonėje plačiausiai naudojami šie pirminiai keitikliai: plėtimosi termometrai, manometriniai termometrai, varžos termometrai, termoporos (termoelektriniai pirometrai) ir spinduliavimo pirometrai. Visi jie, išskyrus radiacinius pirometrus, veikimo metu liečiasi su matuojama terpe.

Paskelbta Allbest.ru

...

Panašūs dokumentai

Temperatūra yra parametras, apibūdinantis medžiagos šiluminę būseną. Temperatūros svarstyklės, prietaisai temperatūrai matuoti ir pagrindiniai jų tipai. Stūmoklinio vidaus degimo variklio termodinaminis ciklas su šilumos įvedimu esant pastoviam slėgiui.

testas, pridėtas 2012-03-25

Pagrindinės temperatūros matavimo svarstyklės. Didžiausios ir mažiausios vertės Žemės sąlygomis. Žmogaus aplinkos temperatūra. Temperatūros faktorius Žemėje. Temperatūros pasiskirstymas įvairiose kūno vietose šaltomis ir šiltomis sąlygomis.

ataskaita, pridėta 2014-03-18

Temperatūros matavimo prietaisai. Termoelektrinių keitiklių charakteristikos. Spektrinio santykio pirometrų veikimo principas. Perteklinio ir absoliutaus slėgio matavimo prietaisai. Skysčių, deformacijų ir elektrinių slėgio matuoklių tipai.

pamoka, pridėta 2014-05-18

Matų sistemos ir matavimo įrangos būklė įvairiais istoriniais laikotarpiais. Temperatūros, slėgio ir skysčio srauto matavimas įvairiais metodais ir priemonėmis. Prietaisai medžiagos sudėčiai, santykinei drėgmei ir savybėms matuoti.

kursinis darbas, pridėtas 2011-11-01

Termoelektrinio efekto samprata; techninės termoporos, jų rūšys. TEC charakteristikos ir konstrukcija, konstrukcija, paskirtis, eksploatavimo sąlygos, trūkumai. Temperatūros matavimas, termoEMF leistinų nuokrypių nuo vardinės vertės ribos.

testas, pridėtas 2013-01-30

Kūno šiluminę būseną apibūdinančio dydžio charakteristika arba jo „kaitimo“ matas. Brauno judėjimo priežastis. Šiuolaikinių termometrų pirmtakai, jų tipai. Temperatūros matavimo vienetai, svarstyklių tipai. Eksperimentuokite gamindami termoskopą.

pristatymas, pridėtas 2014-01-14

Temperatūros laukų teorija: temporaliniai temperatūros ir tirpalų koncentracijos pasiskirstymai. Sąveikos tarp druskos rūgšties ir skeleto karbonato komponento fizikinio ir cheminio proceso modelis. Temperatūros ir tankio laukų skaičiavimo metodai.

Linijinio šilumos srauto nustatymas nuosekliųjų aproksimacijų metodu. Sienelės temperatūros vandens pusėje ir temperatūros tarp sluoksnių nustatymas. Temperatūros pokyčių grafikas šilumos perdavimo metu. Reinoldso ir Nucelto skaičiai dujoms ir vandeniui.

testas, pridėtas 2013-03-18

Temperatūros matavimo technologijų kūrimas ir tobulinimas naudojant liuminescencinius, kontaktinius ir nekontaktinius metodus. Tarptautinė temperatūros skalė. Alkoholio, gyvsidabrio, manometrinių ir termoelektrinių termometrų kūrimas.

kursinis darbas, pridėtas 2014-06-07

Pagrindinė informacija apie temperatūrą ir temperatūros skales, galimybė atlikti matavimus. Termometrų naudojimas praktikoje ir reikalavimai matavimo priemonėms, įtrauktoms į atitinkamų temperatūrų intervalų valstybinius standartus.

Dėl senovės mokslininkų paveldo vertimų termometro išradimo istorija buvo gerai išsaugota.

Aprašyta, kad graikų mokslininkas ir gydytojas Galenas pirmą kartą bandė išmatuoti temperatūrą 170 m. Jis dokumentavo standartinę verdančio vandens ir ledo temperatūrą.

Šilumos skaitikliai

Temperatūros matavimo koncepcija yra gana nauja. Termoskopas, iš esmės šilumos skaitiklis be skalės, buvo šiuolaikinio termometro pirmtakas. Prie termoskopo 1593 m. dirbo keli išradėjai, tačiau garsiausias yra italų išradėjas Galilėjus Galilėjus, kuris taip pat patobulino (bet neišrado) termoskopą.

Termoskopas gali parodyti šilumos skirtumus, todėl stebėtojai gali žinoti, ar kažkas tapo šiltesnis ar šaltesnis. Tačiau termoskopas negali pateikti tikslios temperatūros laipsniais. 1612 m. italų išradėjas Santorio prie termoskopo pridėjo savo skaitmeninę skalę, kuri buvo naudojama žmogaus temperatūrai matuoti. Tačiau vis tiek trūko standartizuoto masto ir tikslumo.

Termometro išradimas priklauso vokiečių fizikui Gabrieliui Farenheitui, kuris kartu su danų astronomu Olafu Christensenu Römeriu sukūrė matuoklį, pagrįstą ir naudojantį alkoholį.

1724 m. jie pristatė standartinę temperatūros skalę, pavadintą jo vardu, Farenheito skalę, kuri buvo naudojama tiksliai užfiksuoti šilumos pokyčius. Jo skalė yra padalinta 180 laipsnių tarp vandens užšalimo ir virimo taškų. 32 °F vandens užšalimo temperatūra ir 212 °F vandens virimo temperatūra, 0 °F, buvo pagrįsta vienodo vandens, ledo ir druskos mišinio šiluma. Taip pat šios simbolinės sistemos pagrindas yra žmogaus kūno temperatūra. Iš pradžių normali žmogaus kūno temperatūra buvo 100 °F, tačiau nuo to laiko buvo pakoreguota iki 98,6 °F. 0 °F temperatūrai nustatyti naudojamas vienodas vandens, ledo ir amonio chlorido mišinys.

Farenheitas 1709 m. pademonstravo alkoholio pagrindu pagamintą termometrą, kol buvo atrastas gyvsidabrio analogas, kuris pasirodė esąs tikslesnis.

1714 m. Farenheitas sukūrė pirmąjį modernų termometrą – gyvsidabrio termometrą su tikslesniais matavimais. Yra žinoma, kad gyvsidabris plečiasi arba susitraukia, kai fizinė šilumos vertė didėja arba mažėja. Tai gali būti laikomas pirmuoju moderniu gyvsidabrio termometru su standartizuota skale.

Termometro išradimo istorijoje pažymima, kad vokiečių fizikas Gabrielis Farenheitas alkoholio termometrą išrado 1709 m., o gyvsidabrio termometrą 1714 m.

Temperatūros svarstyklių tipai

Šiuolaikiniame pasaulyje naudojamos tam tikros temperatūros skalės:

1. Farenheito skalė yra viena iš trijų pagrindinių šiandien naudojamų temperatūros simbolių sistemų, o kitos dvi yra Celsijaus ir Kelvino laipsniai. Farenheitas yra standartas, naudojamas temperatūrai matuoti JAV, tačiau dauguma likusio pasaulio šalių naudoja Celsijaus laipsnį.

2. Netrukus po Farenheito atradimo švedų astronomas Andersas Celsius paskelbė savo skalę, kuri vadinama Celsijaus. Jis yra padalintas į 100 laipsnių, atskiriant virimo ir užšalimo temperatūrą. Pradinė skalė, Celsijaus nustatyta kaip 0 kaip vandens virimo temperatūra ir 100 kaip užšalimo temperatūra, buvo pakeista netrukus po skalės išradimo ir tapo: 0 ° C – užšalimo temperatūra, 100 ° C – virimo temperatūra.

Terminas Celsijaus buvo priimtas 1948 m. Tarptautinėje svorių ir matų konferencijoje, o svarstyklės yra tinkamiausias temperatūros jutiklis moksliniams tikslams, taip pat daugelyje pasaulio šalių, išskyrus Jungtines Valstijas.

3. Kitą skalę išrado lordas Kelvinas iš Škotijos su savo matuokliu 1848 m., dabar žinomas kaip Kelvino skalė. Jis buvo pagrįstas absoliutaus teorinio šildymo idėja, kai visos medžiagos neturi šiluminės energijos. Kelvino skalėje neigiamų skaičių nėra, 0 K yra žemiausia įmanoma temperatūra gamtoje.

Absoliutus nulis Kelvino reiškia minus 273,15 °C ir minus 459,67 F. Kelvino skalė plačiai naudojama mokslinėse srityse. Kelvino skalės vienetai yra tokio pat dydžio kaip ir Celsijaus skalės, išskyrus tai, kad Kelvino skalė nustato daugiausiai.

Temperatūros tipų perskaičiavimo koeficientai

Farenheito iki Celsijaus: atimkite 32, tada padauginkite iš 5, tada padalykite iš 9;

Celsijaus į Farenheitą: padauginkite iš 9, padalykite iš 5, tada pridėkite 32;

Farenheito iki Kelvino: atimkite 32, padauginkite iš 5, padalykite iš 9, tada pridėkite 273,15;

Kelvinas į Farenheitą: atimkite 273,15, padauginkite iš 1,8, tada pridėkite 32;

Kelvinas prie Celsijaus: pridėti 273;

Celsijaus į Kelviną: atimkite 273.

Termometruose naudojamos medžiagos, kurios tam tikru būdu pasikeičia kaitinant ar vėsinant. Labiausiai paplitę yra gyvsidabris arba alkoholis, kur skystis kaitinant plečiasi, o vėsdamas susitraukia, todėl skysčio stulpelio ilgis, priklausomai nuo kaitinimo, būna ilgesnis arba trumpesnis. Šiuolaikiniai termometrai yra kalibruoti tokioms temperatūroms kaip Farenheito (naudojama JAV), Celsijaus (visame pasaulyje) ir Kelvino (daugiausia naudoja mokslininkai).

Šiame straipsnyje pateikta medžiaga suteikia idėją apie tokią svarbią sąvoką kaip temperatūra. Pateiksime apibrėžimą, apsvarstykime temperatūros kitimo principą ir temperatūrinių skalių konstravimo diagramą.

Kas yra temperatūra

1 apibrėžimas

Temperatūra– skaliarinis fizikinis dydis, apibūdinantis makroskopinės kūnų sistemos termodinaminės pusiausvyros būseną.

Temperatūros sąvoka vartojama ir kaip fizikinis dydis, lemiantis kūno įkaitimo laipsnį, tačiau vien tokio aiškinimo nepakanka norint suprasti termino reikšmę. Visos fizinės sąvokos yra susijusios su tam tikrais pagrindiniais dėsniais ir joms suteikiama reikšmė tik pagal šiuos dėsnius. Šiuo atveju terminas temperatūra siejamas su terminės pusiausvyros samprata ir su makroskopinio negrįžtamumo dėsniu.

Sistemą sudarančių kūnų termodinaminės pusiausvyros reiškinys rodo, kad šių kūnų temperatūra yra tokia pati. Temperatūra gali būti matuojama tik netiesiogiai, remiantis tokių kūnų fizikinių savybių, kurias galima išmatuoti tiesiogiai, priklausomybe nuo temperatūros.

2 apibrėžimas

Medžiagos arba kūnai, naudojami temperatūros vertei gauti, vadinami termometrinis.

Tarkime, kad du termiškai izoliuoti korpusai susiliečia. Vienas kūnas perduos energijos srautą kitam: prasidės šilumos perdavimo procesas. Šiuo atveju šilumą išskiriančio kūno temperatūra yra atitinkamai aukštesnė nei šilumos srautą „priimančio“ kūno. Akivaizdu, kad po kurio laiko šilumos perdavimo procesas sustos ir atsiras šiluminė pusiausvyra: daroma prielaida, kad kūnų temperatūros yra išlygintos viena kitos atžvilgiu, jų reikšmės bus kažkur intervale tarp pradinių temperatūros verčių. . Taigi temperatūra yra šiluminės pusiausvyros žymuo. Pasirodo, bet kokia t reikšmė, atitinkanti reikalavimus:

t 1 > t 2 , kai šilumos perdavimas vyksta iš pirmojo kūno į antrąjį;
t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2, nusistovėjus terminei pusiausvyrai, ją galima laikyti temperatūra.

Taip pat pažymime, kad kūnų šiluminei pusiausvyrai galioja tranzityvumo dėsnis.

3 apibrėžimas

Tranzityvumo dėsnis: kai du kūnai yra pusiausvyroje su trečiuoju, tai jie yra šiluminėje pusiausvyroje vienas su kitu.

Svarbus šio temperatūros apibrėžimo bruožas yra jo dviprasmiškumas. Pasirinkus skirtingus kiekius, atitinkančius nustatytus reikalavimus (tai turės įtakos temperatūros matavimo būdui), galima gauti skirtingas temperatūros skales.

4 apibrėžimas

Temperatūros skalė yra temperatūros intervalo padalijimo į dalis metodas.

Pažiūrėkime į pavyzdį.

1 pavyzdys

Gerai žinomas temperatūros matavimo prietaisas yra termometras. Apsvarstymui paimkime įvairių prietaisų termometrus. Pirmąjį simbolizuoja gyvsidabrio stulpelis termometro kapiliare, o temperatūros reikšmė čia nustatoma pagal šios kolonėlės ilgį, atitinkantį aukščiau nurodytas 1 ir 2 sąlygas.

Ir dar vienas temperatūros matavimo būdas: naudojant termoporą – elektros grandinę su galvanometru ir dviem skirtingų metalų jungtimis (pav. 1 ).

1 pav

Viena sandūra yra aplinkoje su fiksuota temperatūra (mūsų pavyzdyje tai tirpstantis ledas), kita yra aplinkoje, kurios temperatūrą reikia nustatyti. Čia temperatūros ženklas yra termoporos emf.

Šie temperatūros matavimo metodai neduos tų pačių rezultatų. Ir norint pereiti iš vienos temperatūros į kitą, reikia sudaryti kalibravimo kreivę, kuri nustatytų termoporos emf priklausomybę nuo gyvsidabrio stulpelio ilgio. Tokiu atveju vienoda gyvsidabrio termometro skalė paverčiama nelygia termoporos skale (arba atvirkščiai). Vienodos gyvsidabrio termometro ir termoporos temperatūros matavimo skalės sukuria dvi visiškai skirtingas temperatūros skales, kuriose tos pačios būklės kūnas turės skirtingą temperatūrą. Taip pat galima atsižvelgti į termometrus, kurie yra identiškos konstrukcijos, tačiau turi skirtingus „šiluminius kūnus“ (pavyzdžiui, gyvsidabrio ir alkoholio): tokiu atveju nepastebėsime tų pačių temperatūros skalių. Gyvsidabrio stulpelio ilgio ir alkoholio stulpelio ilgio grafikas nebus tiesinis.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, galime daryti išvadą, kad temperatūros samprata, pagrįsta šiluminės pusiausvyros dėsniais, yra dviprasmiška. Ši temperatūra yra empirinė ir priklauso nuo matavimo metodo. Savavališkas taškas imamas kaip empirinės temperatūros skalės „nulis“. Pagal empirinės temperatūros apibrėžimą, fizinę reikšmę turi tik temperatūrų skirtumas arba jo kitimas. Bet kuri empirinė temperatūros skalė paverčiama termodinamine temperatūros skale, naudojant pataisas, kuriose atsižvelgiama į termometrinės savybės ir termodinaminės temperatūros santykio pobūdį.

Norint sudaryti matavimo temperatūros skalę, dviem skaitinėms temperatūros vertėms priskiriami du fiksuoti atskaitos taškai. Po to atskaitos taškams priskirtų skaitinių verčių skirtumas padalijamas į reikiamą atsitiktinai parinktų dalių skaičių, todėl gaunamas temperatūros matavimo vienetas.

Pradinės vertės, naudojamos kaip atskaitos taškas ir matavimo vienetas, yra chemiškai grynų medžiagų perėjimo iš vienos agregacijos būsenos į kitą temperatūros, pavyzdžiui, ledo lydymosi temperatūra t 0 ir vandens virimo temperatūra t k esant normaliai. atmosferos slėgis (Pa ≈ 10 5 Pa ) . Dydžiai t 0 ir t k skirtingų tipų temperatūros matavimo skalėse turi skirtingas reikšmes:

Pagal Celsijaus skalę (celsijaus skalė): vandens virimo temperatūra tk = 100 ° C, ledo lydymosi temperatūra t0 = 0 ° C. Celsijaus skalėje vandens trigubo taško temperatūra yra 0,01 ° C esant slėgis 0,06 atm.

5 apibrėžimas

Trigubas vandens taškas- tokia temperatūra ir slėgis, kai pusiausvyroje vienu metu gali egzistuoti visos trys vandens agregacijos būsenos: skysta, kieta (ledas) ir garai.

Pagal Farenheito skalę: vandens virimo temperatūra tk = 212 °F; ledo lydymosi temperatūra t 0 = 32 °C.

Temperatūros skirtumas, išreikštas Celsijaus ir Farenheito laipsniais, išlyginamas pagal šią išraišką:

t°C 100 = t°F – 32 180 arba t°F = 1,8°C + 32.

Nulis šioje skalėje apibrėžiamas kaip vandens, amoniako ir druskos mišinio, paimto santykiu 1:1:1, užšalimo temperatūra.

Pagal Kelvino skalę: vandens virimo temperatūra t k = 373 K; ledo lydymosi temperatūra t 0 = 273 K. Čia temperatūra matuojama nuo absoliutaus nulio (t = 273,15 °C) ir vadinama termodinamine arba absoliučia temperatūra. T = 0 K – ši temperatūros reikšmė atitinka absoliutų šiluminių svyravimų nebuvimą.

Temperatūros reikšmės Celsijaus skalėje ir Kelvino skalėje yra susijusios viena su kita pagal šią išraišką:

T(K) = t°C + 273,15°C.

Pagal Reaumur skalę: vandens virimo temperatūra tk = 80 ° R; ledo lydymosi temperatūra t 0 = 0 ° R. Reaumur termometras naudojo alkoholį; šiuo metu svarstyklės beveik nenaudojamos.

Temperatūra, išreikšta Celsijaus ir Réaumur laipsniais, yra susijusi taip:

1°C = 0,8°R.

Pagal Rankine skalę: vandens virimo temperatūra t k = 671,67 ° R a ; ledo lydymosi temperatūra t0 = 491,67 ° R a. Skalės pradžia atitinka absoliutų nulį. Laipsnių skaičius tarp užšalimo ir verdančio vandens atskaitos taškų Rankine skalėje yra identiškas Farenheito skalei ir yra lygus 180.

Kelvino ir Rankine temperatūros yra susijusios:

°R a = °F + 459,67.

Farenheito laipsniai gali būti konvertuojami į Rankine laipsnius pagal formulę:

°R a = °F + 459,67.

Celsijaus skalė labiausiai pritaikoma kasdieniame gyvenime ir techniniuose įrenginiuose (skalės vienetas yra Celsijaus laipsniai, žymimi ° C).

Fizikoje jie naudoja termodinaminę temperatūrą, kuri yra ne tik patogi, bet ir turi gilią fizinę reikšmę, nes ji apibrėžiama kaip vidutinė molekulės kinetinė energija. Termodinaminės temperatūros vienetas yra Kelvino laipsnis (iki 1968 m.) arba dabar tiesiog Kelvinas (K), kuris yra vienas iš pagrindinių CI vienetų Temperatūra T = 0 K vadinama absoliučia nuline temperatūra, kaip minėta aukščiau.

Apskritai šiuolaikinė termometrija yra pagrįsta idealiųjų dujų skale: slėgis laikomas termometrine verte. Dujų termometro skalė yra absoliuti (T = 0, p = 0). Sprendžiant praktines problemas, dažniausiai reikia naudoti šią temperatūros skalę.

2 pavyzdys

Priimta, kad žmogui patogi kambario temperatūra yra nuo + 18 ° C iki + 22 ° C. Būtina apskaičiuoti komforto temperatūros intervalo ribas pagal termodinaminę skalę.

Sprendimas

Paimkime santykį T (K) = t ° C + 273,15 ° C.

Apskaičiuokime apatinę ir viršutinę komforto temperatūros ribas termodinamine skale:

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

Atsakymas: Komforto temperatūros intervalo ribos termodinaminėje skalėje yra nuo 291 K iki 295 K.

3 pavyzdys

Būtina nustatyti, kokioje temperatūroje termometro rodmenys Celsijaus skalėje ir Farenheito skalėje bus vienodi.

Sprendimas

2 pav

Paimkime kaip pagrindą santykį t ° F = 1,8 t ° C + 32.

Pagal uždavinio sąlygas temperatūros yra lygios, tada galima suformuluoti tokią išraišką:

x = 1,8 x + 32.

Apibrėžkime kintamąjį x iš gauto įrašo:

x = -32 0, 8 = -40 °C.

Atsakymas: esant - 40 ° C (arba - 40 ° F) temperatūrai, termometro rodmenys pagal Celsijaus ir Farenheito skales bus vienodi.

Jei tekste pastebėjote klaidą, pažymėkite ją ir paspauskite Ctrl+Enter

Temperatūra dar vadinama fizikiniu dydžiu, apibūdinančiu kūno įkaitimo laipsnį, tačiau to nepakanka norint suprasti temperatūros sąvokos reikšmę ir prasmę. Šioje frazėje yra tik vienas terminas pakeičiamas kitu, o ne suprantamesnis. Paprastai fizinės sąvokos yra siejamos su kai kuriais pagrindiniais dėsniais ir įgyja prasmę tik ryšium su šiais dėsniais. Temperatūros sąvoka siejama su šiluminės pusiausvyros sąvoka, taigi ir su makroskopinio negrįžtamumo dėsniu.

Temperatūros pokytis

Esant termodinaminės pusiausvyros būsenai, visų sistemą sudarančių kūnų temperatūra yra vienoda. Temperatūra gali būti matuojama tik netiesiogiai, remiantis tokių kūnų fizikinių savybių, kurias galima išmatuoti tiesiogiai, priklausomybe nuo temperatūros. Tam naudojamos medžiagos (kūnai) vadinamos termometrinėmis.

Tegul du termoizoliaciniai korpusai susiliečia šiluminiu būdu. Energijos srautas skubės iš vieno kūno į kitą ir įvyks šilumos perdavimo procesas. Šiuo atveju manoma, kad šilumą išskiriančio kūno temperatūra yra aukštesnė nei kūno, į kurį veržiasi šilumos srautas. Natūralu, kad po kurio laiko energijos srautas sustoja ir atsiranda šiluminė pusiausvyra. Daroma prielaida, kad kūno temperatūra susilygina ir nusistovi kažkur tarp pradinių temperatūros verčių. Taigi, paaiškėja, kad temperatūra yra tam tikras šiluminės pusiausvyros žymuo. Pasirodo, bet kokia t reikšmė, atitinkanti reikalavimus:

$t_1>t_2$, jei šilumos srautas eina iš pirmojo korpuso į antrąjį;
$t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, gali būti laikoma temperatūra, kai susidaro šiluminė pusiausvyra.

Daroma prielaida, kad šiluminė kūnų pusiausvyra paklūsta tranzityvumo dėsniui: jei du kūnai yra pusiausvyroje su trečiuoju, tai jie yra šiluminėje pusiausvyroje vienas su kitu.

Svarbiausias aukščiau pateikto temperatūros apibrėžimo bruožas yra jo dviprasmiškumas. Reikalavimus atitinkančius kiekius galime pasirinkti skirtingais būdais (tai atsispindės temperatūros matavimo būduose) ir galų gale gauname skirtingas temperatūros skales. Temperatūros skalės yra būdas padalyti temperatūros intervalus į dalis.

Pateikime pavyzdžių. Kaip žinote, temperatūros matavimo prietaisas yra termometras. Panagrinėkime dviejų tipų skirtingų prietaisų termometrus. Viename iš jų kūno temperatūros vaidmenį atlieka gyvsidabrio stulpelio ilgis termometro kapiliare, tuo atveju, kai termometras yra šiluminėje pusiausvyroje su kūnu, kurio temperatūrą matuojame. Gyvsidabrio kolonėlės ilgis atitinka 1 ir 2 sąlygas, kurios pateiktos aukščiau ir taikomos temperatūrai.

Yra ir kitas temperatūros matavimo būdas: naudojant termoporą. Termopora – elektros grandinė su galvanometru ir dviem skirtingų metalų sandūromis (1 pav.). Viena jungtis dedama į terpę su fiksuota temperatūra, pavyzdžiui, tirpstančio ledo, o kita į terpę, kurios temperatūrą reikia nustatyti. Šiuo atveju temperatūros indikatorius laikomas termoporos emf. Šie du temperatūros matavimo metodai neduos tų pačių rezultatų. O norint pereiti nuo vienos temperatūros prie kitos, reikia sukonstruoti kalibravimo kreivę, kuri nustato termoporos emf priklausomybę nuo gyvsidabrio stulpelio ilgio. Tada vienoda gyvsidabrio termometro skalė paverčiama nelygia termoporos skale (arba atvirkščiai). Vienodos gyvsidabrio termometro ir termoporos skalės sudaro dvi visiškai skirtingas temperatūros skales, ant kurių tos pačios būklės kūnas turės skirtingą temperatūrą. Galite paimti tos pačios konstrukcijos termometrus, bet su skirtingais „šilumos korpusais“ (pavyzdžiui, gyvsidabriu ir alkoholiu). Jų temperatūros skalės taip pat nesutaps. Gyvsidabrio stulpelio ilgio ir alkoholio stulpelio ilgio grafikas nebus tiesinis.

Iš to išplaukia, kad temperatūros samprata, pagrįsta šiluminės pusiausvyros dėsniais, nėra unikali. Ši temperatūra vadinama empirine, ji priklauso nuo temperatūros matavimo metodo. Empirinės temperatūros skalės nulis visada nustatomas savavališkai. Pagal empirinės temperatūros apibrėžimą fizinę reikšmę turi tik temperatūrų skirtumas, tai yra jo pokytis. Bet kuri empirinė temperatūros skalė sumažinama iki termodinaminės temperatūros skalės, įvedant pataisymus, kuriuose atsižvelgiama į santykio tarp termometrinės savybės ir termodinaminės temperatūros pobūdį.

Temperatūros svarstyklės

Norint sudaryti temperatūros skalę, skaitinės temperatūros vertės priskiriamos dviem fiksuotiems atskaitos taškams. Tada padalykite temperatūros skirtumą tarp atskaitos taškų į atsitiktinai parinktą dalių skaičių, gaudami temperatūros matavimo vienetą. Kaip pradinės vertės, kurios naudojamos kuriant temperatūros skalę, kad būtų galima nustatyti kilmę ir jos vienetą - laipsnius, naudojamos chemiškai grynų medžiagų pereinamoji temperatūra iš vienos agregacijos būsenos į kitą, pavyzdžiui, ledo lydymosi temperatūra $t_0. $ ir vandens virimo temperatūra $t_k$ esant normaliam atmosferos slėgiui ($\apie 10^5Pa).$ Kiekiai $t_0\ ir\ t_k$ turi skirtingas reikšmes:

pagal Celsijaus skalę (celsijaus skalė): vandens virimo temperatūra $t_k=100^0C$, ledo lydymosi temperatūra $t_0=0^0C$. Celsijaus skalė yra skalė, kurioje vandens trigubo taško temperatūra yra 0,010 C esant 0,06 atm slėgiui. (Trigubas vandens taškas yra tam tikra temperatūra ir slėgis, kai vanduo, jo garai ir ledas gali vienu metu egzistuoti pusiausvyroje.);
pagal Farenheito skalę vandens virimo temperatūra $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- ledo lydymosi temperatūra;

Ryšys tarp temperatūrų, išreikštų Celsijaus ir Farenheito laipsniais, yra:

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

Nulis šioje skalėje nustatomas pagal vandens, druskos ir amoniako mišinio užšalimo temperatūrą santykiu 1:1:1.

Kelvino skalėje: temperatūra matuojama nuo absoliutaus nulio (t=-273,50C) ir vadinama termodinamine arba absoliučia temperatūra. T=0K – būsena, atitinkanti visišką šiluminių svyravimų nebuvimą. Vandens virimo temperatūra pagal šią skalę yra $t_k=373K$, ledo lydymosi temperatūra yra $t_0=273K$. Ryšys tarp Kelvino temperatūros ir Celsijaus temperatūros:
pagal Reaumur skalę vandens virimo temperatūra $t_k=80^0R$, ledo lydymosi temperatūra $t_0=0^0R.$ Skalės praktiškai nenaudojamos. Ryšys tarp temperatūrų, išreikštų Celsijaus laipsniais, ir Reaumur laipsniais:

Reaumur termometras naudojo alkoholį.

pagal Rankine skalę vandens virimo temperatūra $t_k=671.67^(0\ )Ra$, ledo lydymosi temperatūra $t_0=(491.67)^0Ra.$ Skalė prasideda nuo absoliutaus nulio. Laipsnių skaičius tarp vandens užšalimo ir virimo taškų pagal Farenheito ir Rankine skales yra toks pat ir lygus 180.

Ryšys tarp kelvino ir Rankino laipsnio: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, Farenheito laipsniai paverčiami Rankine laipsniais naudojant formulę:

\[^0Ra=^0F+459.67\left(4\right);\]

Technologijoje ir kasdieniame gyvenime temperatūra naudojama pagal Celsijaus skalę. Šios skalės vienetas vadinamas Celsijaus laipsniu ($^0C).\ $ Fizikoje jie naudoja termodinaminę temperatūrą, kuri yra ne tik patogesnė, bet ir turi gilią fizikinę reikšmę, nes ją lemia vidutinė kinetinė energija molekulės. Termodinamikos temperatūros vienetas, kelvino laipsnis (iki 1968 m.), arba dabar tiesiog kelvinas (K), yra vienas iš bazinių SI vienetų. Temperatūra T=0K vadinama absoliutaus nulio temperatūra. Šiuolaikinė termometrija pagrįsta idealiųjų dujų skale, kur slėgis naudojamas kaip termometrinis dydis. Dujų termometro skalė yra absoliuti (T=0, p=0). Sprendžiant problemas dažniausiai teks naudoti šią temperatūros skalę.