Шкалы температур. История и задачи.

История возникновения температурных шкал и соответствие между ними.

Слово "температура" возникло давно - тогда еще не существовало молекулярно-кинетической теории. Считалось, что в  телах содержится некая материя, называемая "теплородом", и в теплых телах ее больше, чем в холодных. Температура, таким образом, характеризовала  смесь теплорода и вещества самого тела, и чем выше была температура - тем, значит, крепче эта смесь. Отсюда пошло измерение крепости спиртных напитков в градусах.

Теперь-то мы знаем, что температура - мера средней кинетической энергии молекул вещества, то есть самым естественным кажется измерение температуры в энергетических единицах - Джоулях. Но, как уже было сказано, МКТ еще не создали, а температуру-то измерять надо!

Кто изобрел первый термометр - неизвестно. Многие ученые трудились над этой задачей, в истории упомянуты имена Галилея, лорд Бэкона и многих других. Первые термометры были воздушными, у них не было шкал и поэтому их показания зависели от атмосферного давления и можно было судить лишь об относительном изменении температуры (вчера было холодно, а сегодня теплее). Потом появились термометры, наполненные водой - но жидкость замерзала, и термометры лопались. Поэтому вместо воды стали использовать винный спирт, а потом ученик Галилея  Эванджелиста Торричелли придумал заполнить термометр ртутью и спиртом и запаять, чтобы атмосферное давление не влияло на показания.

В 1723 году термометр с достаточно точной шкалой создал немецкий физик Габриэль Фаренгейт, и его именем была названа шкала термометра. Наименьшую температуру Фаренгейт смог получить у смеси воды, льда, нашатыря и соли - и принял ее за ноль градусов. Температура смеси воды и льда равна была 32 градусам, третья точка шкалы - температура кипения воды - 212 градусов по шкале Фаренгейта.

В 1742 году швед Андерс Цельсий разделил на 100 интервалов расстояние между точками плавления льда (100 градусов) и кипения воды (0 градусов). Нет, никакой ошибки, именно так - ноль - кипение воды и 100 - замерзание. Уже потом, после смерти Цельсия (по одной из версий) ботаник Карл Линней перевернул шкалу, и по сути шкала Цельсия - это шкала Линнея. Поскольку вода - наиболее широко распространенное вещество, то шкала Цельсия является наиболее удобной для практического применения.Ноль Цельсия - особая, важная точка в метеорологии. Чтобы перейти от шкалы Фаренгейта к шкале Цельсия, нужно вычесть  из температуры по Фаренгейту 32 градуса и умножить остаток на 5/9.

t °С = 5/9 (t °F - 32)

Лорд Кельвин в 1848 году ввел абсолютную шкалу температур. В этой шкале отсутствуют отрицательные температуры, так как ноль по шкале Кельвина - это температура, при которой останавливается тепловое движение молекул (абсолютный ноль), то есть дальнейшее охлаждение невозможно.

Согласно основному уравнению МКТ, . Представим концентрацию n как отношение количества молекул к объему  :

. Температура по шкале Кельвина положительна в силу положительности отношения , отношение это измеряется в Джоуэлях. Так как привычка измерять температуру в градусах укоренилась, то ввели коэффициент пропорциональности между температурой в градусах и температурой в энергетических единицах:

. Каждая единица по шкале абсолютных температур соответствует градусу Цельсия, ноль по Кельвину - это минус 273 по Цельсию:

.

Коэффициент k называется постоянной Больцмана, одного из основателей МКТ.

Ну а теперь -  к задачам!

1. Тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния ацетона по аб­со­лют­ной шкале тем­пе­ра­тур Кель­ви­на со­став­ля­ет 329 К. Чему равна эта тем­пе­ра­ту­ра по шкале Цель­сия?

1)  ;
2)  ;
3)  ;
4)  .

Если 273 градуса Кельвина - это ноль по Цельсию, то.

Ответ: 1.

2. Ка­ко­ва тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды при нор­маль­ном ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии по аб­со­лют­ной шкале тем­пе­ра­тур?

1) 100 K
2) 173 K
3) 273 K
4) 373 K

Ноль по Цельсию -  (+273) градуса Кельвина. Сто по Цельсию:.

Ответ: 4

3. Зна­че­ние тем­пе­ра­ту­ры по шкале Цель­сия, со­от­вет­ству­ю­щее аб­со­лют­ной тем­пе­ра­ту­ре 20 K, равно:

1)  ;
2)  ;
3)  ;
4)  .

.

Ответ: 2.

4. Со­глас­но рас­че­там тем­пе­ра­ту­ра жид­ко­сти долж­на быть равна 130 К. Между тем тер­мо­метр в со­су­де по­ка­зы­ва­ет тем­пе­ра­ту­ру  . Это озна­ча­ет, что

1) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет более низ­кую тем­пе­ра­ту­ру
2) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру
3) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет рас­чет­ную тем­пе­ра­ту­ру
4) тер­мо­метр не рас­счи­тан на низ­кие тем­пе­ра­ту­ры и тре­бу­ет за­ме­ны

.

Ответ: 3.

5. Цинк  кипит при тем­пе­ра­ту­ре . Чему равна тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния цинка при её из­ме­ре­нии по шкале Кельвина?

1) 1179 К
2) 633 К
3) -633 К
4) +1083 К

.

Ответ: 1.