Цельсия -Celsius

градус Цельсия
Пакканен.jpg
Термометр , откалиброванный в градусах Цельсия
Главная Информация
Система единиц производная единица СИ
Единица Температура
Условное обозначение °С
Названный в честь Андерс Цельсий
Конверсии
х  °С в ... ... равно ...
   основные единицы СИ    х + 273,15  К
   Имперские / американские единицы     9/5х + 32  °F

Градус Цельсия является единицей измерения температуры по шкале Цельсия , температурной шкале , первоначально известной как стоградусная шкала . Градус Цельсия (обозначение: °C ) может относиться к определенной температуре по шкале Цельсия или к единице, указывающей на разницу или диапазон между двумя температурами. Она названа в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701–1744), разработавшего подобную температурную шкалу в 1742 году. До переименования в честь Андерса Цельсия в 1948 году единица называлась стоградусной , от латинского centum , что означает 100, и степень, что означает шаги. Эта шкала используется в большинстве крупных стран; другая крупная шкала, шкала Фаренгейта , до сих пор используется в Соединенных Штатах, на некоторых островных территориях и в Либерии . Шкала Кельвина используется в науке, где 0 K (-273,15 ° C) соответствует абсолютному нулю .

С 1743 года шкала Цельсия была основана на 0 ° C для точки замерзания воды и 100 ° C для точки кипения воды при давлении 1  атм . До 1743 г. значения были обратными (т. е. точка кипения равнялась 0 градусов, а точка замерзания — 100 градусам). Реверс шкалы 1743 года был предложен Жан-Пьером Кристеном .

По международному соглашению в период с 1954 по 2019 год единица измерения градуса Цельсия и шкала Цельсия определялись абсолютным нулем и тройной точкой воды. После 2007 года было уточнено, что это определение относится к Венскому стандарту средней океанской воды (VSMOW), точно определенному стандарту воды. Это определение также точно связывает шкалу Цельсия со шкалой Кельвина , которая определяет базовую единицу термодинамической температуры в системе СИ с символом К. Абсолютный ноль, самая низкая возможная температура, определяется как ровно 0 К и -273,15 ° C. До 19 мая 2019 года температура тройной точки воды определялась точно как 273,16 К (0,01 ° C). Это означает, что разница температур в один градус Цельсия и один кельвин совершенно одинаковы.

20 мая 2019 года кельвин был переопределен , так что его значение теперь определяется определением постоянной Больцмана , а не тройной точкой VSMOW. Это означает, что тройная точка теперь является измеренным значением, а не определенным значением. Вновь определенное точное значение постоянной Больцмана было выбрано таким образом, чтобы измеренное значение тройной точки VSMOW точно соответствовало ранее определенному значению в пределах точности современной метрологии . Градус Цельсия остается в точности равным кельвину, а 0 K остается ровно -273,15 °C.

История

Иллюстрация оригинального термометра Андерса Цельсия . Обратите внимание на перевернутую шкалу, где 100 — точка замерзания воды, а 0 — точка кипения.

В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий (1701–1744) создал температурную шкалу, обратную шкале, ныне известной как «Цельсий»: 0 представляло точку кипения воды, а 100 — точку замерзания воды. В своей статье «Наблюдения за двумя постоянными градусами на термометре » он рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура таяния льда практически не зависит от давления. Он также с поразительной точностью определил, как изменяется точка кипения воды в зависимости от атмосферного давления. Он предложил, чтобы нулевая точка его температурной шкалы, являющаяся точкой кипения, была откалибрована по среднему барометрическому давлению на среднем уровне моря. Это давление известно как одна стандартная атмосфера . 10-я Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) BIPM в 1954 году определила, что одна стандартная атмосфера равна точно 1 013 250 дин на квадратный сантиметр (101,325  кПа ).

В 1743 году лионский физик Жан-Пьер Кристин , постоянный секретарь Лионской академии , перевернул шкалу Цельсия так, чтобы 0 представляло точку замерзания воды, а 100 — точку кипения воды. Некоторые считают, что Кристин независимо изобрела реверсивную шкалу Цельсия, в то время как другие считают, что Кристин просто перевернула шкалу Цельсия. 19 мая 1743 года он опубликовал проект ртутного термометра , «Лионского термометра», построенного мастером Пьером Казати, который использовал эту шкалу.

В 1744 году, одновременно со смертью Андерса Цельсия, шведский ботаник Карл Линней (1707–1778) перевернул шкалу Цельсия. Его изготовленный на заказ «термометр Линнея» для использования в его теплицах был изготовлен Даниэлем Экстремом, ведущим шведским производителем научных инструментов того времени, чья мастерская располагалась в подвале Стокгольмской обсерватории. Как это часто случалось в эпоху, когда не существовало современных средств связи, многие физики, ученые и производители приборов приписывают независимое развитие этой же шкалы; среди них были Пер Эльвиус, секретарь Шведской королевской академии наук (у которой была инструментальная мастерская), с которым Линней вел переписку; Даниэль Экстрем , производитель инструментов; и Мартен Стрёмер (1707–1770), изучавший астрономию у Андерса Цельсия.

Первым известным шведским документом, сообщающим о температурах в этой современной «прямой» шкале Цельсия, является статья Hortus Upsaliensis от 16 декабря 1745 года, которую Линней написал своему ученику Самуэлю Науклеру. В нем Линней рассказал о температуре внутри оранжереи Ботанического сада Упсальского университета :

...  так как кальдарий (горячая часть оранжереи) из-за угла окон, просто от солнечных лучей, получает такое тепло, что термометр часто достигает 30 градусов, хотя внимательный садовник обычно заботится о том, чтобы не допустить она поднимается более чем на 20-25 градусов, а зимой не ниже 15 градусов  ...

Цельсия по отношению к Цельсию

  Страны, использующие шкалу Фаренгейта (°F).
  Страны, в которых используются как градусы Фаренгейта (°F), так и градусы Цельсия (°C).
  Страны, использующие шкалу Цельсия (°C).

С 19 века научное и термометрическое сообщества во всем мире использовали фразу «градусная шкала по Цельсию», а температуры часто обозначались просто как «градусы» или, когда требовалась большая конкретность, как «градусы по Цельсию» с символом ° C.

Во французском языке термин стоградус также означает одну сотую градиана , когда используется для углового измерения . Термин « сотенные градусы » был позже введен для температуры, но также был проблематичным, поскольку он означает градиан (одна сотая часть прямого угла) во французском и испанском языках. Риск путаницы между температурой и угловым измерением был устранен в 1948 году, когда 9-е собрание Генеральной конференции по мерам и весам и Международного комитета мер и весов (CIPM) официально приняли «градусы Цельсия» для температуры.

В то время как термин «градусы Цельсия» обычно используется в научной работе, термин «градусы Цельсия» по-прежнему широко используется в англоязычных странах, особенно в неформальном контексте.

В то время как в Австралии с 1 сентября 1972 года для температуры в сводках / прогнозах погоды указывались только измерения по Цельсию, только в феврале 1985 года прогнозы погоды, выпущенные BBC, переключились с «по Цельсию» на «по Цельсию».

Общие температуры

Некоторые ключевые температуры, связывающие шкалу Цельсия с другими температурными шкалами, показаны в таблице ниже.

Ключевые масштабные отношения
Кельвин Цельсия по Фаренгейту Ранкин
Абсолютный ноль (точно) 0 К −273,15 °С −459,67 ° F 0°Р
Температура кипения жидкого азота 77,4 К −195,8 °С −320,4 ° F 139,3°Р
Сублимационная точка сухого льда 195,1 К −78 °С −108,4 ° F 351,2 °Р
Пересечение шкал Цельсия и Фаренгейта 233,15 К −40 °С −40 ° F 419,67°Р
Температура плавления H 2 O (очищенный лед) 273,1499 К −0,0001 °С 31,9998 °F 491,6698°Р
Комнатная температура (стандарт NIST) 293,15 К 20,0 °С 68,0 °F 527,69°Р
Нормальная температура тела человека (средняя) 310,15 К 37,0 °С 98,6 °F 558,27°Р
Температура кипения воды при 1 атм (101,325 кПа)
(приблизительно: см. Температура кипения )
373,1339 К 99,9839 °С 211,971 °F 671,6410°Р

Набор имени и символа

«Градус Цельсия» был единственной единицей СИ , полное название которой содержит заглавную букву с 1967 года, когда базовой единицей СИ для температуры стал кельвин , заменивший термин « градусы Кельвина » с заглавной буквы . Форма множественного числа - «градусы Цельсия».

Общее правило Международного бюро мер и весов (BIPM) заключается в том, что числовое значение всегда предшествует единице измерения, а для отделения единицы измерения от числа всегда используется пробел, например, «30,2°C» (а не «30,2°C»). " или "30,2°C"). Единственными исключениями из этого правила являются символы единиц измерения для градусов , минут и секунд для плоского угла (°, ′ и ″ соответственно), для которых между числовым значением и символом единицы не остается пробела. Другие языки и различные издательства могут следовать другим типографским правилам.

Юникод-символ

Unicode предоставляет символ Цельсия в кодовой точке U+2103 DEGREE CELSIUS . Однако это символ совместимости , предназначенный для совместимости с устаревшими кодировками. Он легко обеспечивает правильный рендеринг вертикально написанных восточноазиатских шрифтов, таких как китайский. Стандарт Unicode явно не одобряет использование этого символа: «При обычном использовании лучше представлять градусы Цельсия «°C» последовательностью U+00B0 ° ЗНАК СТЕПЕНИ + U+0043 C ЛАТИНСКАЯ ЗАГЛАВНАЯ БУКВА C , а не U +2103 ℃ ГРАДУС ЦЕЛЬСИЯ . Для поиска рассматривайте эти две последовательности как идентичные."

Температуры и интервалы

Градус Цельсия подчиняется тем же правилам, что и кельвин, в отношении использования названия единицы измерения и символа. Таким образом, помимо выражения конкретных температур по своей шкале (например, « Галлий плавится при 29,7646 ° C» и «Температура снаружи составляет 23 градуса Цельсия»), градус Цельсия также подходит для выражения температурных интервалов : различий между температурами или их неопределенностей (например , «Выход теплообменника горячее на 40 градусов по Цельсию» и «Наша стандартная погрешность составляет ± 3 ° C»). Из-за этого двойного использования нельзя полагаться на название единицы измерения или ее символ для обозначения того, что величина представляет собой температурный интервал; это должно быть недвусмысленно через контекст или явное утверждение, что количество является интервалом. Иногда это решается с помощью символа ° C (произносится как «градусы Цельсия») для температуры и C ° (произносится как «градусы Цельсия») для температурного интервала, хотя это использование не является стандартным. Другой способ выразить то же самое - «40 ° C ± 3 K» , который обычно можно найти в литературе.

Измерение Цельсия следует системе интервалов, но не системе отношений ; и он следует относительной шкале, а не абсолютной шкале. Например, объект при 20 ° C не имеет вдвое большей энергии, чем при 10 ° C; и 0 ° C не является самым низким значением Цельсия. Таким образом, градусы Цельсия являются полезным измерением интервала, но не обладают характеристиками мер отношения, таких как вес или расстояние.

Сосуществование шкал Кельвина и Цельсия

В науке и технике шкала Цельсия и шкала Кельвина часто используются в сочетании в тесном контексте, например, «измеренное значение составило 0,01023 ° C с погрешностью 70 мкК». Эта практика допустима, потому что величина градуса Цельсия равна величине кельвина. Несмотря на официальное одобрение, предоставленное решением №. 3 Резолюции 3 13-й ГКМВ, в которой говорится, что «температурный интервал также может быть выражен в градусах Цельсия», практика одновременного использования как °C, так и K остается широко распространенной в научном мире, поскольку использование форм с префиксом SI градус Цельсия (например, «мк°C» или «микроградусы Цельсия») для выражения температурного интервала не получил должного распространения.

Температура плавления и кипения воды

Формулы преобразования температуры по Цельсию
от Цельсия в Цельсия
по Фаренгейту [°F] = [°C] ×  95  + 32 [°C] = ([°F] - 32) ×  59
Кельвин [К] = [°С] + 273,15 [°С] = [К] - 273,15
Ранкин [°R] = ([°C] + 273,15) ×  95 [°C] = ([°R] - 491,67) ×  59
Для температурных интервалов , а не для конкретных температур,
1 °C = 1 K = 95  °F = 95  °R
Сравнение различных температурных шкал

Температуры плавления и кипения воды больше не являются частью определения шкалы Цельсия. В 1948 году определение было изменено, чтобы использовать тройную точку воды. В 2005 году определение было дополнительно уточнено, чтобы использовать воду с точно определенным изотопным составом (VSMOW) для тройной точки. В 2019 году определение было изменено, чтобы использовать постоянную Больцмана , полностью отделив определение кельвина от свойств воды . Каждое из этих формальных определений оставило числовые значения шкалы Цельсия идентичными предыдущему определению в пределах точности метрологии того времени.

Когда точки плавления и кипения воды перестали быть частью определения, вместо этого они стали измеряемыми величинами. Это относится и к тройной точке.

В 1948 году, когда 9-я Генеральная конференция по мерам и весам ( CGPM ) в Резолюции 3 впервые рассмотрела вопрос об использовании тройной точки воды в качестве определяющей точки, тройная точка была настолько близка к тому, чтобы быть на 0,01 ° C выше, чем известная температура плавления воды, это было просто определяется как точно 0,01 ° C. Однако более поздние измерения показали, что разница между тройной температурой и температурой плавления VSMOW на самом деле очень незначительно (<0,001 °C) и превышает 0,01 °C. Таким образом, фактическая температура таяния льда очень немногим (менее тысячной доли градуса) ниже 0 °С. Кроме того, определение тройной точки воды при температуре 273,16 К точно определило величину каждого приращения на 1 ° C с точки зрения абсолютной термодинамической шкалы температур (относительно абсолютного нуля). Теперь без привязки к фактической температуре кипения воды значение «100 ° C» горячее, чем 0 ° C - в абсолютном выражении - точно в раз . 373,15/273,15(примерно на 36,61% термодинамически горячее). При строгом соблюдении двухточечного определения для калибровки температура кипения VSMOW при давлении в одну стандартную атмосферу фактически составляла 373,1339 К (99,9839 ° C). При калибровке по ITS-90 (стандарт калибровки, включающий множество точек определения и обычно используемый для высокоточных приборов) температура кипения VSMOW была немного ниже, около 99,974 °C.

Эта разница в температуре кипения в 16,1 милликельвина между исходным определением шкалы Цельсия и предыдущим (основанным на абсолютном нуле и тройной точке) не имеет большого практического значения в обычных повседневных приложениях, поскольку точка кипения воды очень чувствительна к колебаниям барометрического давления . Например, изменение высоты всего на 28 см (11 дюймов) приводит к изменению температуры кипения на один милликельвин.

Смотрите также

Примечания

Рекомендации

Внешние ссылки

Словарное определение Цельсия в Викисловаре