Temperatuurschalen. Natuurkunde projecten

Temperatuur - de belangrijkste parameter omgeving(OS). De OS-temperatuur karakteriseert de mate van verwarming, die wordt bepaald door de interne kinetische energie van de thermische beweging van moleculen. Temperatuur kan worden gedefinieerd als een parameter voor de thermische toestand. Om de mate van verwarming van lichamen te vergelijken, wordt gebruik gemaakt van een verandering in een van hun fysieke eigenschappen die afhankelijk is van de temperatuur en gemakkelijk meetbaar is (bijvoorbeeld de volumetrische uitzetting van een vloeistof, een verandering elektrische weerstand metaal, enz.).

Om over te gaan tot de kwantitatieve bepaling van de temperatuur, is het noodzakelijk om een ​​temperatuurschaal vast te stellen, d.w.z. selecteer het startpunt (nul van de temperatuurschaal) en de meeteenheid voor het temperatuurinterval (graden).

Temperatuurschalen die vóór de introductie van een enkele temperatuurschaal werden gebruikt, zijn een reeks markeringen binnen een temperatuurbereik dat wordt beperkt door twee gemakkelijk reproduceerbare constante (hoofdreferentie- of referentie-) kook- en smeltpunten van chemisch zuivere stoffen. Deze temperaturen werden gelijkgesteld aan willekeurige numerieke waarden t" en t". Dus 1 graad = (t" - t")/n, waarbij t" en t" twee constante, gemakkelijk reproduceerbare temperaturen zijn; n is een geheel getal in welk temperatuurbereik.

Om de temperatuurschaal aan te geven, werd meestal gebruik gemaakt van de volumetrische uitzetting van lichamen bij verhitting, en werden de kookpunten van water en het smelten van ijs als constante punten genomen. Gebaseerd op dit principe temperatuurschalen, gemaakt door Lomonosov, Fahrenheit, Reaumur en Celsius. Bij het construeren van deze schalen werd uitgegaan van een lineair verband tussen de volumetrische uitzetting van de vloeistof en de temperatuur, d.w.z.

waarbij k de evenredigheidscoëfficiënt is (komt overeen met de relatieve temperatuurcoëfficiënt van volumetrische uitzetting). Het integreren van vergelijking (1) geeft

waarbij D de integratieconstante is.

Om de constanten k en D te bepalen, worden twee geselecteerde temperaturen t" en t" gebruikt. Door volume V bij temperatuur t" en volume V bij temperatuur t" - V" te nemen, verkrijgen we

t" = kV" + D; (3)

t” = kV” + D; (4).

Door vergelijking (3) af te trekken van vergelijkingen (2) en (4), verkrijgen we

t - t" = k(V - V") (5);

t” - t" = k(V” - V") (6).

Door vergelijking (5) te delen door vergelijking (6), verkrijgen we

waarbij t" en t" respectievelijk de temperaturen zijn waarbij het ijs smelt en het water kookt normale druk en vrije valversnelling 980,665 cm/s 2 ; V" en V" - vloeistofvolumes overeenkomend met temperaturen t" en t"; V is het vloeistofvolume dat overeenkomt met temperatuur t.

Er zijn geen vloeistoffen in de natuur met een lineair verband tussen de volumetrische uitzettingscoëfficiënt en de temperatuur, dus de meetwaarden van thermometers zijn afhankelijk van de aard van de thermometrische substantie (kwik, alcohol, enz.).

Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie ontstond de behoefte om een ​​uniforme temperatuurschaal te creëren, die geen verband houdt met de specifieke eigenschappen van de thermometrische stof en die geschikt is voor een breed temperatuurbereik. In 1848 stelde Kelvin, gebaseerd op de tweede wet van de thermodynamica, voor om de temperatuur te bepalen op basis van de gelijkheid

T 2 /(T 2 - T 1) = Q 2 /(Q 2 - Q 1),

waarbij T 1 en T 2 respectievelijk de temperaturen van de koelkast en de verwarming zijn; Q 1 en Q 2 zijn de hoeveelheid warmte die respectievelijk door de werksubstantie van de verwarming wordt ontvangen en aan de koelkast wordt afgegeven (voor een ideale warmtemotor die op de Carnot-cyclus werkt).

Laat T 2 gelijk zijn aan het kookpunt van water (T 100), en T 1 de smelttemperatuur van ijs (T 0); door vervolgens het verschil T 2 - T 1 gelijk te stellen aan 100 graden en de hoeveelheid warmte aan te duiden die overeenkomt met deze temperaturen via Q 100 en Q 0, verkrijgen we

T 100 = Q 100 100/(Q 100 - Q 0); T 0 = Q 0 100/(Q 100 - Q 0).

Bij elke verwarmingstemperatuur

T = Q 100/(Q 100 - Q 0) (8).

De vergelijking is een vergelijking van de thermodynamische temperatuurschaal, die niet afhankelijk is van de eigenschappen van de thermometrische substantie.

Het besluit van de XI Algemene Conferentie over Maten en Gewichten in Rusland voorzag in het gebruik van twee temperatuurschalen: thermodynamische en internationale praktische.

Op de thermodynamische schaal van Kelvin is het laagste punt het absolute nulpunt (0K), en het enige experimentele fundamentele punt is het tripelpunt van water. Dit punt komt overeen met 273,16K. Het tripelpunt van water (de evenwichtstemperatuur van water in de vaste, vloeibare en gasvormige fase) is je ijssmeltpunt op 0,01 graden. De thermodynamische schaal wordt absoluut genoemd als het punt 273,16 K onder het smeltpunt van ijs als nul wordt beschouwd.

Strikt genomen is het onmogelijk om de Kelvin-schaal te implementeren, omdat de vergelijking is afgeleid van de ideale Carnot-cyclus. De thermodynamische temperatuurschaal valt samen met de schaal van een gasthermometer gevuld met een ideaal gas. Het is bekend dat sommige echte gassen (waterstof, helium, neon, stikstof) in een breed temperatuurbereik relatief weinig verschillen in hun eigenschappen van Ideaal gas. De schaal van een waterstofthermometer (rekening houdend met correcties voor de afwijking van de eigenschappen van een echt gas van een ideaal gas) is dus praktisch een thermodynamische temperatuurschaal.

De Internationale Praktische Temperatuurschaal is gebaseerd op een reeks reproduceerbare evenwichtstoestanden, die overeenkomen met bepaalde temperaturen (belangrijkste referentiepunten), en op referentie-instrumenten die bij deze temperaturen zijn gekalibreerd. In het interval tussen de temperaturen van de belangrijkste referentiepunten wordt interpolatie uitgevoerd met behulp van formules die een verband leggen tussen de metingen van standaardinstrumenten en de waarden van de internationale praktische schaal. De belangrijkste referentiepunten worden gerealiseerd als bepaalde toestanden van fase-evenwichten van sommige zuivere stoffen en bestrijken het temperatuurbereik van -259,34 0 C (drievoudig evenwicht van waterstof) tot +1064,43 0 C (stollingspunt van goud).

Het referentieapparaat dat wordt gebruikt in het temperatuurbereik van -259,34 tot +630,74 0 C is een platina-weerstandsthermometer, van +630,74 tot +1064,43 0 C - een thermo-elektrische thermometer met thermo-elektroden en platina-rhodium (10% rhodium) en platina. Voor het temperatuurbereik boven 1064,43 0 C wordt de temperatuur op de internationale praktische schaal bepaald in overeenstemming met de stralingswet van Planck.

De temperatuur gemeten op de internationale praktische schaal wordt aangegeven met t, en de numerieke waarden gaan vergezeld van het teken 0 C.

Temperatuur op de thermodynamische schaal is gerelateerd aan de temperatuur op de internationale praktische schaal door de verhouding T = t + 273,15. Op de IX Algemene Conferentie over Gewichten en Maatregelen in 1948 werd de internationale praktische temperatuurschaal de Celsius-schaal genoemd. De Internationale Praktische Temperatuurschaal en de Celsius-schaal hebben één constant punt gemeen (het kookpunt van water); op alle andere punten verschillen deze schalen aanzienlijk, vooral bij hoge temperaturen.

Momenteel wordt de Internationale Praktische Temperatuurschaal MPSHT-68 aanbevolen voor gebruik. De eenheid van temperatuur is Kelvin (K). De temperatuur die op deze schaal wordt bepaald, wordt thermodynamisch genoemd T(Bijvoorbeeld, T= 300K).

Het is ook mogelijk om temperatuur te gebruiken T op de schaal van Celsius, gedefinieerd door de uitdrukking

T = T - 273,15. (2)

Deze temperatuur wordt uitgedrukt in graden Celsius °C (bijvoorbeeld T = 20ºC). Kelvin en graden Celsius hebben dezelfde waarde en zijn beide gelijk aan 1/100 van het verschil tussen het kook- en vriespunt van water bij luchtdruk.

De Kelvin- en Celsius-schalen verschillen alleen in het referentiepunt: de nul op de Kelvin-schaal is 273,15 K naar beneden verschoven ten opzichte van de Celsius-schaal. De temperatuur op de schaal van Celsius kan negatief zijn T < 0 °С, тогда как термодинамическая температура всег­да положительнаT> 0. Naarmate de thermodynamische temperatuur nul nadert ( T > 0) in het lichaam vertragen de moleculen geleidelijk hun trillingsbeweging in de buurt van de evenwichtstoestand, en wanneer T= 0 het stopt.

De bijzondere ‘bewakers’ van temperatuurschalen zijn de constante temperaturen van fase-evenwicht tussen twee of drie fasen van een stof: kook- en stollingstemperaturen, tripelpunttemperaturen. Deze temperatuurwaarden worden referentiepunten genoemd. De waarden van de belangrijkste referentiepunten van MPShT-68 worden gegeven in de tabel. 1.

Tafel 1. Belangrijkste referentiepunten MPShT-68

Evenwichtstoestand
Driepuntspunt van waterstof
Driepuntszuurstof
Kookpunt van zuurstof
Vriespunt van water
Drievoudig waterpunt
Kookpunt van water
Zinkstollingspunt
Zilver stollingspunt
Stollingspunt van goud

In het buitenland worden temperatuurschalen van Fahrenheit nog steeds vrij vaak gebruikt ( T, °F) en Rankine (T, °R). Ze worden als volgt uitgedrukt in termen van respectievelijk Celsius- en Kelvin-temperaturen:

T°C = (T° F - 32)/1,8; (3)

T = T° R / 1,8 . (4)

4. Methoden voor temperatuurmeting

Temperatuur is een maatstaf voor de kinetische energie van de moleculen waaruit een lichaam bestaat. De kinetische energie van de moleculen waaruit het lichaam bestaat, kan niet worden gemeten. Daarom worden voor het meten van de temperatuur indirecte methoden gebruikt, waarbij gebruik wordt gemaakt van de afhankelijkheid van sommige eigenschappen van een stof van de temperatuur en de temperatuurverandering wordt beoordeeld aan de hand van veranderingen in deze eigenschappen. Dergelijke eigenschappen zijn het volume van de stof, de verzadigde dampdruk, elektrische weerstand, thermo-elektromotorische kracht, thermische straling, enz.

Glazen vloeistofthermometers. Het werkingsprincipe van glazen vloeistofthermometers is gebaseerd op de thermische uitzetting van vloeistoffen. Om de verandering in het vloeistofvolume bij een temperatuurverandering duidelijk zichtbaar te maken, grenst meestal een buis met een dun kanaal - een capillair - aan het vloeistofvolume dat in het reservoir is ingesloten. In dit capillair bevindt zich het vrije oppervlak van de vloeistof, waardoor kleine temperatuurveranderingen in het volume van de vloeistof een grote, duidelijk waarneembare beweging van het vrije oppervlak van de meniscus in het capillair veroorzaken. Bij bekende temperaturen T 1 En T 2 twee posities van de meniscus worden bepaald, waarna de afstand daartussen wordt verdeeld in gelijke segmenten, gelijk in aantal T 1 - T 2 . De thermometer wordt op deze manier gekalibreerd en pas nadat deze verdelingen op de schaal zijn gemarkeerd, kan deze voor metingen worden gebruikt.

Glazen thermometers kunnen worden gebruikt om temperaturen te meten in het bereik van -200 tot +750 °C, maar meestal tot temperaturen die de 150-200 °C niet overschrijden. Om ze te vullen, worden, afhankelijk van het gemeten temperatuurbereik, verschillende, meestal getinte, vloeistoffen gebruikt: kwik, tolueen, ethylalcohol, enz.

Nadelen van vloeistofthermometers: relatief groot formaat, de noodzaak om de temperatuur visueel te bepalen en het onvermogen om de meetwaarden weer te geven in de vorm van een elektrisch signaal.

Weerstandsthermometers. Weerstandsthermometers gebruiken de eigenschap om de elektrische weerstand van metalen te veranderen wanneer de temperatuur verandert. Weerstandsthermometers worden gebruikt om een ​​breed temperatuurbereik te meten. De platina-weerstandsthermometer is een referentie-instrument voor het meten van temperaturen in het bereik van 13,81 tot 903,89 K. Het ontwerp van de platina-weerstandsthermometer wordt getoond in Fig. 2. Platinadraad met een diameter van 0,05-0,10 mm, in een spiraal gedraaid, wordt op een helicoïdevormig kwartsframe gelegd. Aan de uiteinden van de spiraal worden draden van platinadraad gesoldeerd. Het gehele apparaat wordt in een beschermende kwartsbuis geplaatst. De weerstand van een platinathermometer wordt meestal gemeten met behulp van een potentiometrische methode (het schakelschema wordt getoond in figuur 3).

Rijst. 2. Platina weerstandsthermometer: a - gevoelig onderdeel, b - thermometerkop; 1 - beschermende kwartsbuis; 2 - kwartsframe; 3 - spiraal gemaakt van platinadraad; 4 - platina-leads; 5 - contactschroeven; 6 - isolerende pakking

In plaats van platina kunnen andere metalen of halfgeleidermaterialen in weerstandsthermometers worden gebruikt. Het grootste nadeel van weerstandsthermometers zijn de vrij grote afmetingen van het gevoelige onderdeel.

Rijst. 3. Schematisch diagram van het meten van de weerstand van een platinathermometer:

1 - potentiometer

Thermo-elektrische thermometers. Thermo-elektrische thermometers (thermokoppels) worden veel gebruikt, zowel in de laboratoriumpraktijk als in de industriële productie. Dit komt door hun unieke eigenschappen.

Een thermokoppel bestaat uit twee ongelijksoortige metalen geleiders (draden van verschillende metalen) die een gemeenschappelijk elektrisch circuit vormen. Als de temperaturen van de aansluitingen (juncties) van de geleiders T 1 En T 2 niet hetzelfde zijn, ontstaat er thermo-EMF en stroomt er elektrische stroom door het circuit. De reden voor het optreden van thermo-EMF is de verschillende dichtheid van vrije elektronen in verschillende metalen bij dezelfde temperatuur. Hoe groter het temperatuurverschil tussen de knooppunten, hoe groter de thermo-EMF. De thermoEMF-waarde wordt gebruikt om het temperatuurverschil tussen de knooppunten te beoordelen.

De elektroden van het thermokoppel zijn draden met een diameter van 0,1-3,2 mm. De volgende thermokoppels worden gebruikt: platina-rhodium-platina (van 0 tot 1300 °C), platina-rhodium (van 300 tot 1600 °C), wolfraam-renium (van 0 tot 2200 °C), chromel-alumel (van - 200 tot 1000 °C), chromel-copel (van -50 tot 600 °C), koper-copel (van -200 tot 100 °C) en andere.

Bij het meten van de temperatuur bevindt het ene knooppunt van het thermokoppelcircuit, het zogenaamde koude knooppunt, zich op 0 ° C (in smeltend ijs in een Dewar-kolf), en het andere - het hete knooppunt - bevindt zich in de omgeving waarvan de temperatuur moet worden gemeten worden. Speciaal voor dit geval zijn ThermoEMF-tabellen voor thermokoppels samengesteld. Als het om de een of andere reden niet mogelijk is om de koude verbinding in een omgeving met een temperatuur van 0 °C te plaatsen en deze op kamertemperatuur is (bijvoorbeeld bij 20 °C), dan komt in dit geval de resulterende thermo-EMF overeen met de temperatuur verschil tussen de warme en koude knooppunten en bij het bepalen van de temperatuur moet worden gecorrigeerd voor de koude knooppunten. Om dit te doen, is het noodzakelijk om de gemeten thermo-EMF op te tellen bij de thermo-EMF die overeenkomt met de temperatuur van de koude overgang (20 °C), en uit de resulterende waarde de temperatuur te bepalen met behulp van tabellen.

Volgens het aansluitschema worden thermokoppels met één en twee koude kruispunten onderscheiden.

Afb.4. Soorten thermokoppels: 1 – hete verbinding; 2 – koude kruising

Het diagram van een thermokoppel met één koude kruising wordt getoond in Fig. 4, een. Het hele circuit bestaat uit twee ongelijksoortige geleiders. Er is een millivoltmeter in het circuit opgenomen om thermo-EMF te meten.

Een circuit met twee koude knooppunten wordt getoond in Fig. 4.6. Het verschil tussen dit circuit en het eerste is dat koperdraden in het thermokoppelcircuit worden geïntroduceerd. Koperdraden worden weergegeven als een ononderbroken lijn. Dit schema wordt in de praktijk meestal gebruikt vanwege het feit dat het meetapparaat zich op een aanzienlijke afstand van de plaats waar de temperatuur wordt gemeten kan bevinden.

Een belangrijk voordeel van thermokoppels en weerstandsthermometers is dat ze de gemeten temperatuurwaarden omzetten in een elektrisch signaal. Dit maakt het mogelijk om een ​​signaal over grote afstanden te verzenden en het ook te gebruiken als stuursignaal in automatische regel- en controlesystemen.

Infraroodthermometers. Infraroodthermometers bevatten een zeer gevoelige sensor die de energie van infrarode (thermische) straling van het oppervlak van een object omzet in een elektrisch signaal. Deze informatie wordt vervolgens omgezet in temperatuurgegevens die digitaal op het display worden weergegeven. De kwantitatieve relatie tussen de intensiteit van de thermische straling van een oppervlak en de temperatuur ervan wordt vastgelegd door de wet van Stefan-Boltzmann voor thermische straling. Het temperatuurmeetbereik van een dergelijk apparaat is van -50 o C tot 1500 o C.

Met een infraroodthermometer kunt u de oppervlaktetemperatuur contactloos en over een aanzienlijke afstand meten. Dit maakt het vooral handig in gevallen waarin andere methoden voor temperatuurmeting niet geschikt zijn. Als u bijvoorbeeld de temperatuur van een bewegend object, een levend oppervlak of een moeilijk bereikbaar oppervlak moet meten. Het apparaat is meestal gemaakt in de vorm van een pistool. Met een laserpointer wordt een temperatuurmeetpunt op het oppervlak geselecteerd.

Inhoud:

Invoering

Temperatuur en thermometers - geschiedenis van voorkomen

Temperatuurschalen en hun typen

1. Fahrenheit

   Reaumur-schaal

   Celsius

   Kelvin-schaal

Absolute nultemperaturen

Invloed temperatuur omstandigheden voor het leven op aarde

conclusies

Thermometers en temperatuur. Geschiedenis van oorsprong.

Wat is temperatuur

Voordat we over temperatuursensoren gaan praten, moet je begrijpen wat ze zijn.temperatuur vanuit natuurkundig oogpunt . Waarom voelt het menselijk lichaam een ​​temperatuurverandering, waarom zeggen we dat het vandaag warm of gewoon heet is, en de volgende dag koel of zelfs koud.

De term temperatuur komt van het Latijnse woord temperatura, wat normale toestand of juiste verplaatsing betekent. Hoe karakteriseert temperatuur een fysieke grootheid? interne energie stoffen, de mate van mobiliteit van moleculen, de kinetische energie van deeltjes in een staat van thermodynamisch evenwicht.

Neem als voorbeeld lucht, waarvan de moleculen en atomen chaotisch bewegen. Wanneer de bewegingssnelheid van deze deeltjes toeneemt, wordt gezegd dat de luchttemperatuur hoog is, de lucht warm of zelfs heet is. Op een koude dag is de bewegingssnelheid van luchtdeeltjes bijvoorbeeld laag, wat aanvoelt als aangename koelte of zelfs ‘hondenverkoudheid’. Houd er rekening mee dat de snelheid van luchtdeeltjes op geen enkele manier afhankelijk is van de windsnelheid! Dit is een heel andere snelheid.

Dit is wat lucht betreft, moleculen kunnen er vrij in bewegen, maar hoe is de situatie in vloeibare en vaste lichamen? Daarin bestaat ook thermische beweging van moleculen, zij het in mindere mate dan in lucht. Maar de verandering ervan is behoorlijk merkbaar, wat de temperatuur van vloeistoffen en vaste stoffen bepaalt.

Moleculen blijven bewegen, zelfs bij de smelttemperatuur van ijs negatieve temperatuur. De snelheid van een waterstofmolecuul bij een temperatuur nul is bijvoorbeeld 1950 m/sec. Elke seconde vinden er duizend miljard moleculaire botsingen plaats in 16 cm^3 lucht. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de mobiliteit van moleculen toe en neemt het aantal botsingen dienovereenkomstig toe.

Er moet echter worden opgemerkt dattemperatuur Enwarm de essentie is niet hetzelfde. Eenvoudig voorbeeld: regelmatig gasfornuis de keuken beschikt over grote en kleine branders waarin hetzelfde gas wordt verbrand. De verbrandingstemperatuur van het gas is hetzelfde, dus de temperatuur van de branders zelf is ook hetzelfde. Maar dezelfde hoeveelheid water, bijvoorbeeld een waterkoker of een emmer, kookt sneller op een grote brander dan op een kleine. Dit gebeurt omdat een grotere brander meer warmte produceert, meer gas per tijdseenheid verbrandt of meer vermogen heeft.

De eerste thermometers

Vóór de uitvinding van zoiets gewoons en eenvoudigs voor ons dagelijks leven meetinstrument net als een thermometer konden mensen hun thermische toestand alleen beoordelen aan de hand van hun onmiddellijke sensaties: warm of koel, warm of koud.

Het woord ‘temperatuur’ ontstond lang geleden – de moleculaire kinetische theorie bestond nog niet. Men geloofde dat lichamen een bepaalde stof bevatten die 'calorisch' wordt genoemd, en dat warme lichamen daar meer van bevatten dan koude lichamen. Temperatuur karakteriseerde dus het mengsel van calorieën en de substantie van het lichaam zelf, en hoe hoger de temperatuur, hoe sterker dit mengsel. Dit is waar de meting van de sterkte van alcoholische dranken in graden vandaan komt.

De geschiedenis van de thermodynamica begon toen Galileo Galilei in 1592 het eerste instrument creëerde voor het waarnemen van temperatuurveranderingen en het een thermoscoop noemde. De thermoscoop was een kleine glazen bol met een gesoldeerde glazen buis. De bal werd verwarmd en het uiteinde van de buis werd in water gedompeld. Toen de bal afkoelde, nam de druk daarin af en steeg het water in de buis, onder invloed van atmosferische druk, tot een bepaalde hoogte. Naarmate het weer warmer werd, daalde het waterniveau in de buizen. Het nadeel van het apparaat was dat het alleen kon worden gebruikt om de relatieve mate van verwarming of koeling van het lichaam te beoordelen, omdat het nog geen schaal had.

Later verbeterden Florentijnse wetenschappers de thermoscoop van Galileo door een reeks kralen toe te voegen en de lucht uit de ballon te pompen.

Toen verschenen er thermometers gevuld met water, maar de vloeistof bevroor en de thermometers barsten. Daarom begonnen ze in plaats van water wijnalcohol te gebruiken, en toen kwam Galileo's student Evangelista Torricelli op het idee om de thermometer te vullen met kwik en alcohol en deze af te sluiten zodat de atmosferische druk de metingen niet zou beïnvloeden. Het apparaat werd ondersteboven gedraaid, het vat met water werd verwijderd en alcohol werd in de buis gegoten. De werking van het apparaat was gebaseerd op de uitzetting van alcohol bij verhitting - nu waren de metingen niet afhankelijk van de atmosferische druk. Dit was een van de eerste vloeistofthermometers.

Destijds waren de meetwaarden van de instrumenten nog niet consistent met elkaar, omdat er bij het kalibreren van de weegschalen geen rekening werd gehouden met een specifiek systeem. In 1694 stelde Carlo Renaldini voor om de smelttemperatuur van ijs en het kookpunt van water als twee extreme punten te nemen.

Temperatuurschalen

De mensheid leerde ongeveer 400 jaar geleden de temperatuur te meten. Maar de eerste instrumenten die op de huidige thermometers leken, verschenen pas in de 18e eeuw. De uitvinder van de eerste thermometer was dat wel wetenschapper Gabriël Fahrenheit. In totaal zijn er in de wereld verschillende temperatuurschalen uitgevonden, sommige waren populairder en worden nog steeds gebruikt, andere raakten geleidelijk buiten gebruik.

Temperatuurschalen zijn systemen van temperatuurwaarden die met elkaar vergeleken kunnen worden. Omdat temperatuur geen grootheid is die direct kan worden gemeten, wordt de waarde ervan geassocieerd met een verandering in de temperatuurtoestand van een stof (bijvoorbeeld water). Op alle temperatuurschalen worden in de regel twee punten geregistreerd, die overeenkomen met de overgangstemperaturen van de geselecteerde thermometrische stof naar verschillende fasen. Dit zijn de zogenaamde referentiepunten. Voorbeelden van referentiepunten zijn het kookpunt van water, het verhardingspunt van goud, etc. Eén van de punten wordt als oorsprong genomen. Het interval daartussen is verdeeld in een bepaald aantal gelijke segmenten, die enkelvoudig zijn. De eenheid voor temperatuurmeting wordt universeel aanvaard als één graad. temperatuurschaal apparaat

De populairste en meest gebruikte temperatuurschalen ter wereld zijn de schalen van Celsius en Fahrenheit.

Laten we de beschikbare weegschalen op volgorde bekijken en proberen ze te vergelijken vanuit het oogpunt van gebruiksgemak en praktisch nut. Er zijn vier bekendste toonladders:

Fahrenheit

Reaumur-schaal

Celsius,

Kelvin-schaal

Fahrenheit

In veel naslagwerken, waaronder de Russische Wikipedia, wordt Daniel Gabriel Fahrenheit genoemd als een Duitse natuurkundige. Volgens de Encyclopedia Britannica was hij echter een Nederlandse natuurkundige, geboren in Polen in Gdansk op 24 mei 1686. Fahrenheit maakte zelf wetenschappelijke instrumenten en vond in 1709 de alcoholthermometer uit, en in 1714 de kwikthermometer.

In 1724 werd Fahrenheit lid van de Royal Society of London en presenteerde deze zijn temperatuurschaal. De schaal is opgebouwd op basis van drie referentiepunten. In de oorspronkelijke versie (die later werd gewijzigd) nam hij de temperatuur van de pekeloplossing (ijs, water en ammoniumchloride in een verhouding van 1:1:1) als nulpunt. De temperatuur van deze oplossing stabiliseerde zich op 0 °F (-17,78 °C). Het tweede punt van 32°F was het smeltpunt van ijs, d.w.z. temperatuur van een mengsel van ijs en water in een verhouding van 1:1 (0 °C). Het derde punt is de normale temperatuur van het menselijk lichaam, die hij heeft toegewezen als 96°F.

Waarom zijn zulke vreemde, niet-ronde getallen gekozen? Volgens één verhaal koos Fahrenheit aanvankelijk als nul op zijn schaal de laagste temperatuur gemeten in zijn woonplaats Gdansk in de winter van 1708/1709. Later, toen het nodig werd om deze temperatuur goed reproduceerbaar te maken, gebruikte hij pekel. Eén verklaring voor de onnauwkeurigheid van de verkregen temperatuur is dat Fahrenheit niet in staat was een goede pekeloplossing te maken om een ​​nauwkeurige eutectische evenwichtssamenstelling van ammoniumchloride te verkrijgen (dat wil zeggen dat hij mogelijk verschillende zouten heeft opgelost, en niet volledig).

Nog een interessant verhaal geassocieerd met een brief van Fahrenheit aan zijn vriend Herman Boerhaave. Volgens de brief is zijn schaal gemaakt op basis van het werk van astronoom Olof Römer, met wie Fahrenheit eerder had gecommuniceerd. Op de Roemer-schaal bevriest de zoutoplossing bij nul graden, water bij 7,5 graden, de menselijke lichaamstemperatuur wordt op 22,5 graden geschat en water kookt bij 60 graden (er wordt aangenomen dat dit analoog is aan 60 seconden in een uur). Fahrenheit vermenigvuldigde elk van de getallen met vier om te verwijderen fractioneel deel. Tegelijkertijd bleek het smeltpunt van ijs 30 graden te zijn en de menselijke temperatuur 90 graden. Hij ging verder en verplaatste de schaal zo dat het ijspunt 32 graden was en de menselijke lichaamstemperatuur 96 graden. Zo werd het mogelijk om het interval tussen deze twee punten, dat 64 graden bedroeg, te doorbreken, simpelweg door het interval herhaaldelijk doormidden te delen. (64 is 2 tot de zesde macht).

Toen ik het kookpunt van water mat met mijn gekalibreerde thermometers, was de Fahrenheit-waarde ongeveer 212 °F. Vervolgens besloten de wetenschappers de schaal enigszins te herdefiniëren, door een exacte waarde toe te kennen aan twee goed reproduceerbare referentiepunten: het smeltpunt van ijs bij 32 °F en het kookpunt van water bij 212 °F. Tegelijkertijd bleek de normale menselijke temperatuur op deze schaal na nieuwe, nauwkeurigere metingen ongeveer 98 °F te zijn, en niet 96 °F.

Reaumur-schaal

De Franse natuuronderzoeker René Antoine Ferchaux de Reaumur werd op 28 februari 1683 in La Rochelle geboren in de familie van een notaris. Hij kreeg zijn opleiding aan de jezuïetenschool in Poitiers. Vanaf 1699 studeerde hij rechten en wiskunde aan de Universiteit van Bourget. In 1703 vervolgde hij zijn studie wiskunde en natuurkunde in Parijs. Nadat René in 1708 zijn eerste drie werken op het gebied van de wiskunde publiceerde, werd hij aangenomen als lid van de Parijse Academie van Wetenschappen.

Wetenschappelijke werken Reaumurs zijn behoorlijk divers. Hij studeerde wiskunde chemische technologie, plantkunde, natuurkunde en zoölogie. Maar in de laatste twee onderwerpen slaagde hij meer, daarom waren zijn belangrijkste werken aan deze onderwerpen gewijd.

In 1730 beschreef Reaumur de alcoholthermometer die hij had uitgevonden, waarvan de schaal werd bepaald door de kook- en vriespunten van water. 1 graad Réaumur is gelijk aan 1/80 van het temperatuurinterval tussen het smeltpunt van ijs (0 °R) en het kookpunt van water (80 °R).

Nadat hij een dunne buis aan een ronde kolf had gesoldeerd, goot Reaumur er alcohol in, zoveel mogelijk gezuiverd van water en opgeloste gassen. In zijn memoires merkt hij op dat zijn vloeistof niet meer dan 5 procent water bevatte.

De buis was niet afgedicht - Reaumur stopte hem alleen met stopverf op terpentijnbasis.

In feite had Reaumur maar één referentiepunt: de smelttemperatuur van ijs. En hij bepaalde de waarde van een graad niet door een temperatuurbereik te delen door het getal 80 dat uit het niets kwam. In feite besloot hij een temperatuurverandering waarbij het alcoholvolume met 1/1000 toe- of afneemt als één graad te nemen. . De thermometer van Reaumur kan dus in wezen worden beschouwd als een grote pyknometer, of preciezer gezegd, als een primitief prototype van dit fysisch-chemische apparaat.

Vanaf 1734 publiceerde Reaumur rapporten over metingen van luchttemperaturen met behulp van het apparaat dat hij vijf jaar lang in verschillende gebieden had voorgesteld, van de centrale regio's van Frankrijk tot de Indiase haven van Pondicherry, maar later verliet hij de thermometrie.

In onze tijd is de Reaumur-schaal buiten gebruik geraakt.

Celsius

Anders Celsius (27 november 1701 – 25 april 1744) was een Zweedse astronoom, geoloog en meteoroloog (in die tijd werden geologie en meteorologie beschouwd als onderdeel van de astronomie). Hoogleraar astronomie aan de Universiteit van Uppsala (1730-1744).

Samen met de Franse astronoom Pierre Louis Moreau nam de Maupertuis deel aan een expeditie om een ​​segment van 1 graad van de meridiaan in Lapland (toen nog een deel van Zweden) te meten. Er werd een soortgelijke expeditie georganiseerd naar de evenaar, in wat nu Ecuador is. Een vergelijking van de resultaten bevestigde de veronderstelling van Newton dat de aarde een ellipsoïde is, afgeplat aan de polen.

In 1742 stelde hij de schaal van Celsius voor, waarbij de temperatuur van het tripelpunt van water (deze temperatuur valt praktisch samen met de smelttemperatuur van ijs bij normale druk) werd genomen op 100, en het kookpunt van water op 0. (Aanvankelijk (Celsius nam de smelttemperatuur van ijs aan als 100°, en 0° is het kookpunt van water. En pas in het jaar van de dood van Celsius ‘draaide’ zijn tijdgenoot Carl Linnaeus deze schaal om). Het smeltpunt van ijs werd dus op nul gesteld op de schaal van Celsius, en het kookpunt van water bij standaard atmosferische druk op 100°. Deze schaal is lineair in het bereik van 0-100° en gaat lineair door in het gebied onder 0° en boven 100°.

De schaal van Celsius bleek rationeler dan de schaal van Fahrenheit en de schaal van Reaumur, en wordt nu overal gebruikt.

Kelvin-schaal

Kelvin William (1824-1907) - een uitstekende Engelse natuurkundige, een van de grondleggers van de thermodynamica en de moleculair-kinetische theorie van gassen.

Kelvin introduceerde de absolute temperatuurschaal in 1848 en gaf een van de formuleringen van de tweede wet van de thermodynamica in de vorm van de onmogelijkheid om warmte volledig in arbeid om te zetten. Hij berekende de grootte van moleculen op basis van het meten van de oppervlakte-energie van de vloeistof.

De Engelse wetenschapper W. Kelvin introduceerde de absolute temperatuurschaal. Nultemperatuur op de schaal van Kelvin komt overeen met het absolute nulpunt, en de temperatuureenheid op deze schaal is gelijk aan een graad op de schaal van Celsius, dus absolute temperatuur T is gerelateerd aan de temperatuur op de schaal van Celsius door de formule:

De SI-eenheid van absolute temperatuur wordt Kelvin (afgekort K) genoemd. Daarom is één graad op de schaal van Celsius gelijk aan één graad op de schaal van Kelvin: 1 °C = 1 K.

De temperatuurwaarden die de Fahrenheit- en Celsius-schalen ons geven, kunnen eenvoudig naar elkaar worden omgerekend. Bij het omzetten van Fahrenheit-waarden “in je hoofd” in graden Celsius, moet je het oorspronkelijke cijfer met 32 ​​eenheden verkleinen en vermenigvuldigen met 5/9. Omgekeerd (van de schaal van Celsius naar Fahrenheit) - vermenigvuldig de oorspronkelijke waarde met 9/5 en tel er 32 bij op. Ter vergelijking: de temperatuur van het absolute nulpunt in Celsius is 273,15 °, in Fahrenheit - 459,67 °.

Temperatuurmeting

Temperatuurmeting is gebaseerd op de afhankelijkheid van sommigen fysieke hoeveelheid(bijvoorbeeld volume) op temperatuur. Deze afhankelijkheid wordt gebruikt in de temperatuurschaal van een thermometer - een apparaat dat wordt gebruikt om de temperatuur te meten.

Absolute nultemperaturen

Elke meting vereist de aanwezigheid van een referentiepunt. Temperatuur is geen uitzondering. Voor de schaal van Fahrenheit is dit nulpunt de temperatuur van sneeuw vermengd met keukenzout; voor de schaal van Celsius is dit de vriestemperatuur van water. Maar er is een speciaal temperatuurreferentiepunt: het absolute nulpunt.

Al vele jaren zijn onderzoekers op weg naar het absolute nulpunt. Zoals bekend karakteriseert een temperatuur gelijk aan het absolute nulpunt de grondtoestand van een systeem van veel deeltjes - een toestand met de laagst mogelijke energie, waarin atomen en moleculen zogenaamde "nul" -trillingen uitvoeren. Zo wordt een diepe koeling nabij het absolute nulpunt geopend (aangenomen wordt dat het absolute nulpunt zelf in de praktijk onhaalbaar is). onbeperkte mogelijkheden om de eigenschappen van materie te bestuderen.

Het absolute nulpunt is theoretisch de laagst mogelijke temperatuur. Bij deze temperatuur wordt de energie van de substantie minimaal. Het wordt ook vaak ‘nul op de schaal van Kelvin’ genoemd. Het absolute nulpunt is ongeveer -273°C of -460°F. Alle stoffen – gassen, vloeistoffen, vaste stoffen – bestaan ​​uit moleculen, en de temperatuur bepaalt de bewegingssnelheid van deze moleculen. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de snelheid van de moleculen en hoe meer volume ze nodig hebben om te bewegen (dat wil zeggen: stoffen zetten uit). Hoe lager de temperatuur, hoe langzamer ze bewegen, en naarmate de temperatuur daalt, neemt de energie van de moleculen uiteindelijk zo sterk af dat ze helemaal niet meer bewegen. Met andere woorden: elke substantie wordt, wanneer deze bevroren is, vast. Hoewel natuurkundigen al temperaturen hebben bereikt die slechts een miljoenste graad afwijken van het absolute nulpunt, is het absolute nulpunt zelf onhaalbaar. De tak van wetenschap en technologie die het ongebruikelijke gedrag van materialen of stoffen nabij het absolute nulpunt bestudeert, wordt cryogene technologie genoemd.

Het streven naar het absolute nulpunt kent in essentie dezelfde problemen als . Om de snelheid van het licht te bereiken is een oneindige hoeveelheid energie nodig, en het bereiken van het absolute nulpunt vereist de onttrekking van een oneindige hoeveelheid warmte. Beide processen zijn onmogelijk.

Ondanks het feit dat we de werkelijke staat van het absolute nulpunt nog niet hebben bereikt, zijn we er heel dichtbij (hoewel ‘zeer’ in dit geval een heel los concept is; zoals een kinderrijmpje: twee, drie, vier, vier en een de helft, vier aan een touwtje, vier aan een haarbreedte, vijf). De koudste temperatuur ooit gemeten op aarde werd in 1983 op Antarctica gemeten, namelijk -89,15 graden Celsius (184K).

Waarom hebben we absolute nultemperaturen nodig?

De absolute nultemperatuur is een theoretisch concept; het is in principe onmogelijk om dit in de praktijk te bereiken, zelfs in wetenschappelijke laboratoria met de meest geavanceerde apparatuur. Maar wetenschappers slagen erin de substantie tot zeer sterk af te koelen lage temperaturen, die dicht bij het absolute nulpunt liggen.

Bij zulke temperaturen krijgen stoffen verbazingwekkende eigenschappen die ze onder normale omstandigheden niet kunnen hebben. Kwik, dat ‘levend zilver’ wordt genoemd omdat het zich in een bijna vloeibare toestand bevindt, wordt bij deze temperatuur vast – tot het punt dat het kan worden gebruikt om spijkers in te slaan. Sommige metalen worden bros, zoals glas. Rubber wordt net zo hard en bros. Als je met een hamer op een rubberen voorwerp slaat bij een temperatuur dichtbij het absolute nulpunt, zal het breken als glas.

Deze verandering in eigenschappen houdt ook verband met de aard van warmte. Hoe hoger de temperatuur van het fysieke lichaam, hoe intenser en chaotischer de moleculen bewegen. Naarmate de temperatuur daalt, wordt de beweging minder intens en wordt de structuur ordelijker.

Het is heel belangrijk, vooral vanuit wetenschappelijk oogpunt, dat materialen zich gek gedragen bij extreem lage temperaturen.

Een gas wordt dus een vloeistof en een vloeistof wordt een vaste stof. Het ultieme niveau van orde is de kristalstructuur. Bij ultralage temperaturen kunnen zelfs stoffen die normaal amorf blijven, zoals rubber, dit oplopen.

Ook bij metalen doen zich interessante verschijnselen voor. Atomen kristal rooster oscilleren met minder amplitude, neemt de elektronenverstrooiing af en daarom neemt de elektrische weerstand af. Het metaal verkrijgt supergeleiding, praktisch gebruik Dat lijkt erg verleidelijk, ook al is het moeilijk te verwezenlijken.

Bij zeer lage temperaturen worden veel materialen supervloeibaar, wat betekent dat ze helemaal geen viscositeit meer kunnen hebben, zich in ultradunne lagen kunnen opstapelen en zelfs de zwaartekracht kunnen trotseren om een ​​minimum aan energie te bereiken. Bovendien worden veel materialen bij lage temperaturen supergeleidend, wat betekent dat er geen elektrische weerstand is. Supergeleiders kunnen op een zodanige manier op externe magnetische velden reageren dat ze in het metaal volledig worden opgeheven. Als resultaat kun je koude temperaturen en een magneet combineren en zoiets als levitatie krijgen.

Waarom is er wel een absoluut nulpunt, maar geen absoluut maximum?

Laten we eens naar het andere uiterste kijken. Als temperatuur eenvoudigweg een maatstaf voor energie is, kunnen we ons eenvoudigweg voorstellen dat atomen steeds dichter bij de lichtsnelheid komen. Dit kan toch niet eeuwig doorgaan?

Het korte antwoord is: dat weten we niet. Het is mogelijk dat er letterlijk zoiets bestaat als een oneindige temperatuur, maar als er een absolute limiet is, biedt het jonge universum een ​​aantal behoorlijk interessante aanwijzingen over wat die is. De hoogste temperatuur ooit bekend (althans in ons universum) vond waarschijnlijk plaats tijdens wat bekend staat als de tijd van Planck. Het was een moment 10^-43 seconden na de oerknal toen de zwaartekracht zich losmaakte van de kwantummechanica en de natuurkunde precies werd wat ze nu is. De temperatuur was toen ongeveer 10^32 K. Dit is een miljard keer heter dan de binnenkant van onze zon.

Nogmaals, we weten helemaal niet zeker of dit het meeste is warme temperatuur van alles wat had kunnen zijn. Omdat we in de tijd van Planck niet eens een groot model van het universum hebben, weten we niet eens zeker of het universum tot zo'n toestand kookte. Hoe dan ook, we zijn vele malen dichter bij het absolute nulpunt dan bij de absolute hitte.

Hoe het leven op aarde afhangt van temperatuur- en klimaatomstandigheden

Zelfs in de oudheid wisten onze voorouders van de afhankelijkheid van welzijn en alle levensprocessen van het weer en andere zaken natuurlijk fenomeen. Eerste schriftelijke bewijsstukkenO invloed van natuurlijke en klimatologische verschijnselen op de gezondheidmensen zijn al sinds de oudheid bekend. In India spraken ze 4000 jaar geleden over planten die geneeskrachtige eigenschappen kregen door zonnestralen, onweersbuien en regen. De Tibetaanse geneeskunde associeert ziekten nog steeds met bepaalde combinaties van meteorologische factoren. De oude Griekse medische wetenschapper Hippocrates (460-377 v.Chr.) schreef in zijn 'Aforismen' in het bijzonder dat menselijke lichamen zich anders gedragen in relatie tot de tijd van het jaar: sommige bevinden zich dichter bij de zomer, andere - bij de winter, en ziekten vorderen. anders (goed of slecht) op verschillende tijdstippen van het jaar, in verschillende landen en levensomstandigheden.

De fundamenten van de wetenschappelijke richting in de geneeskunde over de invloed van klimatologische factoren op de menselijke gezondheid ontstonden in de 17e eeuw. In Rusland begon de studie naar de invloed van klimaat, seizoenen en weer op de mens met de stichting Russische Academie wetenschappen in Sint-Petersburg (1725). Uitstekende binnenlandse wetenschappers I.M. speelden een belangrijke rol in de ontwikkeling van de theoretische grondslagen van deze wetenschap. Sechenov, I.P. Pavlov en anderen. IN begin XXI Eeuw werd bewezen dat de uitbraak van West-Nijlkoorts in de regio's Volgograd en Astrakan verband hield met een abnormaal warme winter. De hitte van 2010 leidde tot een ongekende toename van deze ziekte: 480 gevallen in de regio's Volgograd, Rostov, Voronezh en Astrachan. Er is ook sprake van een geleidelijke vooruitgang door teken overgedragen encefalitis naar het noorden, wat wordt bewezen door het werk van prof. N.K. Tokarevich (St. Petersburg Instituut voor Microbiologie en Epidemiologie vernoemd naar Pasteur) in de regio Archangelsk, en dit fenomeen wordt ook geassocieerd met klimaatverandering.

Het klimaat heeft directe en indirecte gevolgen voor de mens

De directe invloed is zeer divers en is te wijten aan het directe effect van klimatologische factoren op het menselijk lichaam en vooral op de omstandigheden van de warmte-uitwisseling met de omgeving: op de bloedtoevoer naar de huid, de luchtwegen, het cardiovasculaire systeem en het zweten. .

Het menselijk lichaam wordt in de regel niet beïnvloed door één geïsoleerde factor, maar door een combinatie daarvan, en het belangrijkste effect is niet de gewone schommelingen in de klimatologische omstandigheden, maar vooral hun plotselinge veranderingen. Voor elk levend organisme zijn bepaalde ritmes van vitale activiteit met verschillende frequenties vastgesteld.

Sommige functies van het menselijk lichaam worden gekenmerkt door veranderingen met de seizoenen van het jaar. Dit geldt voor de lichaamstemperatuur, de stofwisseling, de bloedsomloop, de samenstelling van bloedcellen en weefsels. Dus in de zomer vindt er een herverdeling van bloed van interne organen plaats huid, waardoor de bloeddruk in de zomer lager is dan in de winter.

Klimaatfactoren die van invloed zijn op de mens

De meeste fysieke factoren van de externe omgeving, in interactie waarmee het menselijk lichaam zich heeft ontwikkeld, zijn van elektromagnetische aard. Het is bekend dat de lucht in de buurt van snelstromend water verfrissend en verkwikkend is: er zitten veel negatieve ionen in. Om dezelfde reden vinden mensen de lucht na een onweersbui schoon en verfrissend. Integendeel, de lucht in krappe ruimtes met een overvloed aan verschillende soorten elektromagnetische apparaten is verzadigd met positieve ionen. Zelfs een relatief kort verblijf in zo'n kamer leidt tot lethargie, slaperigheid, duizeligheid en hoofdpijn. Een soortgelijk beeld wordt waargenomen bij winderig weer, op stoffige en vochtige dagen. Deskundigen op het gebied van de milieugeneeskunde zijn van mening dat negatieve ionen een positief effect hebben op de menselijke gezondheid, terwijl positieve ionen een negatief effect hebben.

Ultraviolette straling

Onder de klimaatfactoren is het kortegolfgedeelte van het zonnespectrum van groot biologisch belang. ultraviolette straling(UVR) (golflengte 295–400 nm).

Ultraviolette straling is een voorwaarde voor een normaal menselijk leven. Het vernietigt micro-organismen op de huid, voorkomt rachitis, normaliseert het mineraalmetabolisme en verhoogt de weerstand van het lichaam tegen infectieziekten en andere ziekten. Uit speciale observaties is gebleken dat kinderen die voldoende ultraviolette straling hebben gekregen tien keer minder vatbaar zijn voor verkoudheid dan kinderen die niet genoeg ultraviolette straling hebben gekregen. Bij gebrek aan ultraviolette straling wordt het fosfor-calciummetabolisme verstoord, neemt de gevoeligheid van het lichaam voor infectieziekten en verkoudheid toe, ontstaan ​​functionele stoornissen van het centrale zenuwstelsel, worden sommige chronische ziekten verergerd en neemt de algehele fysiologische activiteit en, als gevolg daarvan, de menselijke prestaties af. . Kinderen zijn bijzonder gevoelig voor “lichte hongersnood”, bij wie dit leidt tot de ontwikkeling van vitamine D-tekort (rachitis).

Temperatuur

Thermische modus - de belangrijkste voorwaarde het bestaan ​​van levende organismen, omdat alle fysiologische processen daarin onder bepaalde omstandigheden mogelijk zijn.

Zonnestraling verandert in alle gevallen in een exogene warmtebron die zich buiten het lichaam bevindt wanneer deze op het lichaam valt en erdoor wordt opgenomen. Sterkte en aard van de impact zonnestraling hangt af van geografische locatie en zijn belangrijke factoren die het klimaat in de regio bepalen. Het klimaat bepaalt de aanwezigheid en overvloed van planten- en diersoorten in een bepaald gebied. Het temperatuurbereik in het heelal is gelijk aan duizenden graden.

Ter vergelijking: de grenzen waarbinnen leven kan bestaan ​​zijn zeer smal: ongeveer 300°C, van -200°C tot +100°C. In feite zijn de meeste soorten en de meeste activiteiten beperkt tot een kleiner temperatuurbereik. In de regel zijn dit temperaturen waarbij de normale structuur en werking van eiwitten mogelijk is: van 0 tot +50°C.

Temperatuur is een van de belangrijke abiotische factoren die alle fysiologische functies van alle levende organismen beïnvloeden. De temperatuur op het aardoppervlak hangt af van de geografische breedtegraad en hoogte boven zeeniveau, evenals van de tijd van het jaar. Voor een persoon met lichte kleding zal de comfortabele luchttemperatuur + 19...20°C zijn, zonder kleding - + 28...31°C.

Wanneer temperatuurparameters veranderen, ontwikkelt het menselijk lichaam specifieke reacties om zich aan elke factor aan te passen, dat wil zeggen: het past zich aan.

De temperatuurfactor wordt gekenmerkt door uitgesproken seizoens- en dagelijkse schommelingen. In een aantal regio's op aarde heeft dit effect van de factor een belangrijke signaalwaarde bij het reguleren van de timing van de activiteit van organismen, waardoor hun dagelijkse en seizoensgebonden levenswijze wordt gewaarborgd.

Bij het karakteriseren van de temperatuurfactor is het erg belangrijk om rekening te houden met de extreme indicatoren, de duur van hun actie en herhaalbaarheid. Temperatuurveranderingen in habitats die de tolerantie van organismen te boven gaan, leiden tot hun massale dood. Het belang van temperatuur ligt in het feit dat het de snelheid van fysisch-chemische processen in cellen verandert, die de gehele levensactiviteit van organismen beïnvloeden.

Hoe vindt aanpassing aan temperatuurveranderingen plaats?

De belangrijkste koude- en warmtereceptoren van de huid zorgen voor thermoregulatie van het lichaam. Onder verschillende temperatuurinvloeden worden signalen naar de centrale gestuurd zenuwstelsel komen niet van individuele receptoren, maar van hele delen van de huid, de zogenaamde receptorvelden, waarvan de grootte niet constant is en afhankelijk is van de lichaamstemperatuur en de omgeving.

De lichaamstemperatuur heeft in meer of mindere mate invloed op het hele lichaam (alle organen en systemen). De relatie tussen de temperatuur van de externe omgeving en de lichaamstemperatuur bepaalt de aard van de activiteit van het thermoregulatiesysteem.

De omgevingstemperatuur is met voordeel lager dan de lichaamstemperatuur. Als gevolg hiervan wordt er voortdurend warmte uitgewisseld tussen de omgeving en het menselijk lichaam, omdat deze vrijkomt vanaf het lichaamsoppervlak en via de luchtwegen in de omringende ruimte. Dit proces wordt gewoonlijk warmteoverdracht genoemd. De vorming van warmte in het menselijk lichaam als gevolg van oxidatieve processen wordt warmteontwikkeling genoemd. In rust en bij een normale gezondheid is de hoeveelheid warmteontwikkeling gelijk aan de hoeveelheid warmteoverdracht. In warme of koude klimaten, tijdens fysieke activiteit van het lichaam, ziekte, stress, enz. Het niveau van warmteopwekking en warmteoverdracht kan variëren.

Hoe vindt aanpassing aan lage temperaturen plaats?

De omstandigheden waaronder het menselijk lichaam zich aanpast aan de kou kunnen verschillend zijn (bijvoorbeeld werken in de buitenlucht). onverwarmde kamers, koelunits, buiten in de winter). Bovendien is het effect van kou niet constant, maar afwisselend met wat normaal is voor het menselijk lichaam temperatuur omstandigheden. Aanpassing onder dergelijke omstandigheden wordt niet duidelijk uitgedrukt. In de eerste dagen neemt de warmteopwekking als reactie op lage temperaturen oneconomisch toe; de ​​warmteoverdracht is nog niet voldoende beperkt. Na aanpassing worden de warmteopwekkingsprocessen intenser en neemt de warmteoverdracht af.

Anders vindt aanpassing aan de levensomstandigheden op de noordelijke breedtegraden plaats, waar een persoon niet alleen wordt beïnvloed door lage temperaturen, maar ook door het verlichtingsregime en het niveau van zonnestraling dat kenmerkend is voor deze breedtegraden.

Wat gebeurt er in het menselijk lichaam tijdens afkoeling.

Als gevolg van irritatie van koudereceptoren veranderen reflexreacties die het warmtebehoud reguleren: de bloedvaten van de huid vernauwen zich, waardoor de warmteoverdracht van het lichaam met een derde wordt verminderd. Het is belangrijk dat de processen van warmteopwekking en warmteoverdracht in evenwicht zijn. Het overwicht van warmteoverdracht op warmteontwikkeling leidt tot een verlaging van de lichaamstemperatuur en verstoring van lichaamsfuncties. Bij een lichaamstemperatuur van 35°C worden geestelijke stoornissen waargenomen. Een verdere temperatuurdaling vertraagt ​​de bloedcirculatie en het metabolisme, en bij temperaturen onder de 25°C stopt de ademhaling.

Een van de factoren bij de intensivering van energieprocessen is het lipidenmetabolisme. Poolonderzoekers, wier metabolisme vertraagt ​​bij lage luchttemperaturen, houden bijvoorbeeld rekening met de noodzaak om de energiekosten te compenseren. Hun diëten worden gekenmerkt door een hoge energiewaarde (caloriegehalte). Inwoners van de noordelijke regio's hebben een intenser metabolisme. Het grootste deel van hun dieet bestaat uit eiwitten en vetten. Daarom is het gehalte aan vetzuren in hun bloed verhoogd en is het suikerniveau enigszins verlaagd.

Mensen die zich aanpassen aan het vochtige, koude klimaat en het zuurstoftekort van het Noorden hebben ook een verhoogde gasuitwisseling, een hoog cholesterolgehalte in het bloedserum en mineralisatie van skeletbeenderen, en een dikkere laag onderhuids vet (dat als warmte-isolator fungeert).

Niet alle mensen zijn echter even goed in staat zich aan te passen. Met name bij sommige mensen in het Noorden kunnen beschermende mechanismen en adaptieve herstructurering van het lichaam een ​​slechte aanpassing veroorzaken - een hele reeks pathologische veranderingen die 'polaire ziekte' worden genoemd. Een van de belangrijkste factoren die ervoor zorgen dat de mens zich aan de omstandigheden in het Verre Noorden kan aanpassen, is de behoefte van het lichaam aan ascorbinezuur (vitamine C), waardoor de weerstand van het lichaam tegen verschillende soorten infecties toeneemt.

Aanpassing aan hoge temperaturen.

Tropische omstandigheden kunnen schadelijke gevolgen hebben voor het menselijk lichaam. Negatieve effecten kunnen het gevolg zijn van agressieve omgevingsfactoren zoals ultraviolette straling, extreme hitte, plotselinge temperatuurveranderingen en tropische stormen. Bij weergevoelige mensen verhoogt blootstelling aan tropische omgevingen het risico op acute ziekten, waaronder coronaire hartziekten, astma-aanvallen en nierstenen. Negatieve effecten kunnen worden verergerd door plotselinge klimaatveranderingen, bijvoorbeeld bij vliegreizen.

Hoge temperaturen kunnen het menselijk lichaam beïnvloeden in kunstmatige en natuurlijke omstandigheden. In het eerste geval bedoelen we het werken in ruimtes met hoge temperaturen, afgewisseld met het verblijven in omstandigheden met een comfortabele temperatuur.

De hoge temperatuur van de omgeving prikkelt thermische receptoren, waarvan de impulsen reflexreacties omvatten die gericht zijn op het vergroten van de warmteoverdracht. Tegelijkertijd zetten de bloedvaten van de huid uit, versnelt de beweging van bloed door de bloedvaten en neemt de thermische geleidbaarheid van perifere weefsels 5-6 keer toe. Als dit niet genoeg is om het thermisch evenwicht te behouden, stijgt de huidtemperatuur en begint het reflexzweten - het meest effectieve methode warmteoverdracht (het grootste aantal zweetklieren op de huid van de handen, gezicht, oksels). De inheemse bewoners van het Zuiden hebben een gemiddeld lichaamsgewicht dat lager is dan dat van de inwoners van het Noorden, en het onderhuidse vet is niet erg ontwikkeld. Morfologische en fysiologische kenmerken zijn vooral uitgesproken in populaties die leven in omstandigheden van hoge temperatuur en gebrek aan vocht (in woestijnen en halfwoestijnen, aangrenzende gebieden). De inwoners van Centraal-Afrika, Zuid-India en andere regio's met een warm, droog klimaat hebben bijvoorbeeld lange, dunne ledematen en een laag lichaamsgewicht.

Intens zweten tijdens iemands verblijf in een warm klimaat leidt tot een afname van de hoeveelheid water in het lichaam. Om het waterverlies te compenseren, moet u uw verbruik verhogen. De lokale bevolking is beter aangepast aan deze omstandigheden dan mensen die uit de gematigde zone kwamen. Aboriginals hebben dagelijks twee tot drie keer minder water nodig, evenals eiwitten en vetten, omdat ze een hoog energiepotentieel hebben en de dorst vergroten. Omdat intens zweten het gehalte aan ascorbinezuur en andere in water oplosbare vitamines in het bloedplasma vermindert, wordt het dieet van de lokale bevolking gedomineerd door koolhydraten, die het uithoudingsvermogen van het lichaam vergroten, en door vitamines, waardoor ze zwaar lichamelijk werk kunnen verrichten voor een langere tijd. lange tijd.

Welke factoren bepalen de perceptie van temperatuur?

Wind versterkt de temperatuursensatie het meest gevoelig. Bij harde wind Koude dagen lijken nog kouder, en warme dagen lijken nog heter. Vochtigheid heeft ook invloed op de temperatuurwaarneming van het lichaam. Bij een hoge luchtvochtigheid lijkt de luchttemperatuur lager dan in werkelijkheid, en bij een lage luchtvochtigheid is het tegenovergestelde waar.

De perceptie van temperatuur is individueel. Sommige mensen houden van koude, ijzige winters, terwijl anderen van warme en droge winters houden. Dit hangt af van de fysiologische en psychologische kenmerken van een persoon, evenals van de emotionele perceptie van het klimaat waarin hij zijn jeugd doorbracht.

Natuurlijke en klimatologische omstandigheden en gezondheid

De menselijke gezondheid hangt grotendeels af van weersomstandigheden. In de winter hebben mensen bijvoorbeeld vaker last van verkoudheid, longziekten, griep en keelpijn.

Ziekten die verband houden met weersomstandigheden omvatten voornamelijk oververhitting en onderkoeling. Oververhitting en zonnesteek komen in de zomer voor bij warm, windstil weer. Griep, verkoudheid en catarre van de bovenste luchtwegen komen in de regel voor in de herfst-winterperiode van het jaar. Enkele fysieke factoren (atmosferische druk, vochtigheid, luchtbewegingen, zuurstofconcentratie, mate van verstoring magnetisch veld Aarde, het niveau van de luchtvervuiling) hebben niet alleen een directe impact op het menselijk lichaam. Afzonderlijk of in combinatie kunnen ze het beloop van bestaande ziekten verergeren en bepaalde omstandigheden voorbereiden op de proliferatie van pathogenen van infectieziekten. Dus tijdens het koude seizoen, als gevolg van extreme weersvariabiliteit, verergeren hart- en vaatziekten: hypertensie, angina pectoris, hartinfarct. Darminfecties (buiktyfus, dysenterie) treffen mensen tijdens het hete seizoen. Kinderen jonger dan een jaar hebben het meeste groot aantal longontsteking wordt geregistreerd in januari - april.

Voor mensen met aandoeningen van het zenuwstelsel of chronische ziekten is aanpassing aan veranderende weersfactoren moeilijk. Sommige patiënten zijn zo gevoelig voor weersveranderingen dat ze kunnen dienen als een soort biologische barometer, waarbij ze het weer meerdere keren vooraf nauwkeurig voorspellen. Uit onderzoek uitgevoerd door de Siberische afdeling van de Academie voor Medische Wetenschappen van de Russische Federatie is gebleken dat 60-65% van degenen die lijden aan hart- en vaatziekten gevoelig zijn voor schommelingen in weersfactoren, vooral in de lente en de herfst, met aanzienlijke schommelingen in de atmosferische druk, luchtdruk en luchtdruk. temperatuur en veranderingen in het geomagnetische veld van de aarde. Wanneer luchtfronten binnendringen en contrasterende weersveranderingen veroorzaken, worden vaker hypertensiecrises waargenomen, verslechtert de toestand van patiënten met cerebrale atherosclerose en nemen cardiovasculaire ongevallen toe.

In het tijdperk van verstedelijking en industrialisatie brengen mensen het grootste deel van hun leven binnenshuis door. Hoe langer het lichaam geïsoleerd is van externe klimaatfactoren en zich in comfortabele of subcomfortabele microklimaatomstandigheden binnenshuis bevindt, hoe meer de adaptieve reacties op voortdurend veranderende weerparameters afnemen, inclusief de verzwakking van thermoregulatieprocessen. Als gevolg hiervan wordt het dynamische evenwicht tussen het menselijk lichaam en de externe omgeving verstoord en ontstaan ​​er complicaties bij mensen met cardiovasculaire pathologie - crises, hartinfarct, herseninfarcten. Daarom is het noodzakelijk om een ​​moderne medische weersvoorspelling te organiseren als methode om cardiovasculaire ongevallen te voorkomen.

Bijna iedereen die een bepaalde leeftijd heeft bereikt, opnieuw stress heeft ervaren of van een ziekte is hersteld, begint plotseling de afhankelijkheid van zijn toestand en stemming te voelen van veranderende omgevingsfactoren. In dit geval wordt meestal de conclusie getrokken dat het weer de gezondheid beïnvloedt. Tegelijkertijd kunnen andere mensen, die een opmerkelijke gezondheid hebben en een groot vertrouwen hebben in hun sterke punten en capaciteiten, zich niet voorstellen hoe onbeduidende factoren, vanuit hun gezichtspunt, zoals atmosferische druk, geomagnetische verstoringen en zwaartekrachtafwijkingen in het zonnestelsel, een persoon kunnen beïnvloeden. . Bovendien omvat de groep tegenstanders van de invloed van geofysische factoren op de mens vaak natuurkundigen en geofysici.

De belangrijkste argumenten van sceptici zijn nogal controversiële fysieke berekeningen van de energetische betekenis van het elektromagnetische veld van de aarde, evenals veranderingen in het zwaartekrachtveld onder invloed van de zwaartekrachten van de zon en planeten. zonnestelsel. Er wordt gezegd dat in industriële steden elektromagnetische velden vele malen krachtiger, en de waarde van de verandering in het zwaartekrachtveld, dat een cijfer is met acht nullen achter de komma, heeft geen enkele betekenis. fysieke betekenis. Geofysici hebben bijvoorbeeld een dergelijk alternatief standpunt over de invloed van zonne-, geofysische en weersfactoren op de menselijke gezondheid.

Klimaatverandering als bedreiging voor de mondiale gezondheid

Het rapport van het Intergouvernementeel Panel over Klimaatverandering bevestigde dat er een grote hoeveelheid bewijsmateriaal bestaat dat de impact van het mondiale klimaat op de menselijke gezondheid aantoont. Klimaatvariabiliteit en -verandering leiden tot sterfgevallen en ziekten als gevolg van natuurrampen zoals hittegolven, overstromingen en droogtes. Bovendien zijn veel ernstige ziekten extreem gevoelig voor veranderingen in temperatuur en neerslagpatronen. Deze ziekten omvatten door vectoren overgedragen ziekten zoals malaria en dengue, maar ook ondervoeding en diarree, andere belangrijke doodsoorzaken. Klimaatverandering draagt ​​ook bij aan de stijgende mondiale ziektelast, een trend die naar verwachting in de toekomst zal verergeren.

De impact van klimaatverandering op de menselijke gezondheid is niet overal ter wereld uniform. Bevolkingen in ontwikkelingslanden, vooral kleine eilandstaten, droge en hooggelegen gebieden, en dichtbevolkte kustgebieden, worden als bijzonder kwetsbaar beschouwd.

Gelukkig kunnen veel van deze gezondheidsrisico’s worden vermeden door middel van bestaande gezondheidsprogramma’s en interventies. Gecoördineerde actie om de kernelementen van de gezondheidszorgstelsels te versterken en gezonde ontwikkelingstrajecten te bevorderen, kan de volksgezondheid nu verbeteren en tegelijkertijd de kwetsbaarheid voor klimaatverandering in de toekomst verminderen.

conclusies

Als integraal onderdeel van de biosfeer van de aarde is de mens een deeltje van de omringende wereld, sterk afhankelijk van het verloop van externe processen. En dus alleen maar harmonie interne processen het lichaam kan met de ritmes van de externe omgeving, de natuur en de ruimte een solide basis vormen voor het stabiele functioneren van het menselijk lichaam, dat wil zeggen de basis voor zijn gezondheid en welzijn.

Tegenwoordig is het duidelijk geworden dat het natuurlijke processen zijn die ons lichaam het vermogen geven om talloze extreme factoren te weerstaan. En menselijke sociale activiteit wordt een even krachtig stresserend element als de ritmes ervan niet gehoorzamen aan de biosfeer- en kosmische schommelingen, en vooral wanneer er op de lange termijn een enorme poging wordt gedaan om het menselijk leven, zijn biologische klok, ondergeschikt te maken aan kunstmatige sociale ritmes.

Veranderingen in klimaat en weersomstandigheden hebben niet hetzelfde effect op het welzijn van verschillende mensen. Bij een gezond persoon worden, wanneer er een verandering in het klimaat of het weer plaatsvindt, de fysiologische processen in het lichaam tijdig aangepast aan de veranderde omgevingsomstandigheden. Als gevolg hiervan wordt de beschermende reactie versterkt en voelen gezonde mensen praktisch niet de negatieve invloed van het weer. Bij een zieke persoon zijn de adaptieve reacties verzwakt, waardoor het lichaam het vermogen verliest om zich snel aan te passen. De invloed van natuurlijke en klimatologische omstandigheden op het menselijk welzijn houdt ook verband met de leeftijd en de individuele gevoeligheid van het lichaam.

Temperatuurschalen

Het eerste apparaat dat is gemaakt om de temperatuur te meten, wordt beschouwd als de waterthermometer van Galileo (1597). De thermometer van Galileo had geen schaal en was in wezen slechts een temperatuurindicator. Een halve eeuw later, in 1641, maakte een voor ons onbekende auteur een thermometer met een schaal met willekeurige verdelingen. Nog een halve eeuw later stelde Renaldini voor het eerst voor om de smeltpunten van ijs en kokend water te nemen als constante punten die het thermisch evenwicht karakteriseren. Tegelijkertijd bestond de temperatuurschaal nog niet. De eerste temperatuurschaal werd voorgesteld en geïmplementeerd door D.G. Fahrenheit (1724). Temperatuurschalen werden vastgesteld door willekeurig het nulpunt en andere constante punten te kiezen en het temperatuurinterval willekeurig als eenheid te nemen. Fahrenheit was geen wetenschapper. Hij was aan het maken glaswerk. Hij leerde dat de hoogte van de kwikbarometer afhankelijk is van de temperatuur. Dit bracht hem op het idee om een ​​glazen kwikthermometer met gradenschaal te maken. Hij baseerde zijn schaal op drie punten: 1 - “het punt van extreme kou (absoluut nul)”, verkregen door het mengen van water, ijs en ammoniak in bepaalde verhoudingen, en door hem genomen als het nulpunt (volgens onze moderne schaal, gelijk aan tot ongeveer -17, 8°С); 2 is het smeltpunt van ijs, aangeduid met +32°, en 3 is de normale temperatuur van het menselijk lichaam, aangeduid met +96° (op onze schaal +35,6°C). Het kookpunt van water was aanvankelijk niet gestandaardiseerd en werd pas later vastgesteld op +212° (bij normale atmosferische druk).

Een paar jaar later, in 1731, werd R.A. Reaumur stelde voor om alcohol met een zodanige concentratie voor glasthermometers te gebruiken dat het bij de smelttemperatuur van ijs een volume van 1000 volume-eenheden zou vullen, en bij de kooktemperatuur zou het uitzetten tot 1080 eenheden. Dienovereenkomstig stelde Reaumur voor om aanvankelijk het smeltpunt van ijs aan te duiden als 1000°, en het kookpunt van water als 1080° (later 0° en 80°).

In 1742 wees A. Celsius, met behulp van kwik in glazen thermometers, het smeltpunt van ijs aan op 100° en het kookpunt van water op 0°. Deze aanduiding bleek lastig, en drie jaar later stelde Stremer (of misschien K. Linnaeus) voor om de aanduidingen die aanvankelijk door Celsius waren aangenomen, in omgekeerde richting te veranderen. Er zijn een aantal andere schalen voorgesteld. M.V. Lomonosov stelde een vloeistofthermometer voor met een schaal van 150 ° in het bereik van het smeltpunt van ijs tot het kookpunt van water.

I.G. Lambert (1779) stelde een luchtthermometer voor met een schaal van 375°, waarbij een duizendste van de uitzetting van het luchtvolume 1° bedraagt. Er zijn ook pogingen bekend om thermometers te maken op basis van de uitzetting van vaste stoffen (P. Muschenbroek, 1725)

Alle voorgestelde temperatuurschalen werden (op zeldzame uitzonderingen na) op dezelfde manier geconstrueerd: aan twee (minstens) constante punten werden bepaalde numerieke waarden toegewezen en er werd aangenomen dat de schijnbare thermometrische eigenschap van de in de thermometer gebruikte stof lineair verband hield met temperatuur. Maar later bleek dat thermometers gebouwd op basis van verschillende thermometrische stoffen met een uniforme gradenschaal verschillende metingen gaven bij temperaturen die verschilden van de temperaturen van constante punten. Dit laatste werd vooral merkbaar bij hoge (veel hoger dan het kookpunt van water) en zeer lage temperaturen.

In 1848 stelde Kelvin (W. Thomson) voor om een ​​temperatuurschaal op thermodynamische basis te construeren, waarbij de temperatuur van het absolute nulpunt als nul werd genomen en de smelttemperatuur van ijs werd aangeduid als +273,1°. De thermodynamische temperatuurschaal is gebaseerd op de tweede wet van de thermodynamica. Zoals bekend is de arbeid in de Carnot-cyclus evenredig met het temperatuurverschil en niet afhankelijk van de thermometrische substantie. Eén graad op de thermodynamische schaal komt overeen met een temperatuurstijging die overeenkomt met 1/100 van de arbeid die wordt verricht in de Carnot-cyclus tussen de smeltpunten van ijs en het kookpunt van water bij normale atmosferische druk. De thermodynamische schaal is identiek aan de ideale gasschaal, gebouwd op de afhankelijkheid van de ideale gasdruk van de temperatuur. De wetten van drukverandering met de temperatuur voor echte gassen wijken af ​​van de ideale wetten, maar correcties voor afwijkingen van echte gassen zijn klein en kunnen worden vastgesteld met hoge graad nauwkeurigheid. Door de uitzetting van echte gassen te observeren en correcties aan te brengen, is het daarom mogelijk om de temperatuur op thermodynamische schaal te schatten.

Naarmate de wetenschappelijke waarnemingen zich uitbreidden en de industriële productie zich ontwikkelde, ontstond er een natuurlijke behoefte om een ​​soort uniforme temperatuurschaal vast te stellen. De eerste poging in deze richting werd gedaan in 1877, toen het Internationale Comité voor Gewichten en Maatregelen de waterstofschaal van Celsius als de belangrijkste temperatuurschaal aannam. Het smeltpunt van ijs werd op nul gesteld, en het kookpunt van water bij normale atmosferische druk van 760 mm op 100°. rt. Kunst. De temperatuur werd bepaald door de druk van waterstof in een constant volume. Nul teken kwam overeen met een druk van 1000 mm. rt. Kunst. De temperatuurgraden op deze schaal kwamen zeer nauw overeen met de graden van de thermodynamische schaal, maar het praktische gebruik van de waterstofthermometer was beperkt vanwege het kleine temperatuurbereik van ongeveer -25 tot +100 °. Aan het begin van de 20e eeuw. de Celsius- (of Fahrenheit - in Anglo-Amerikaanse landen) en Reaumur-schalen werden op grote schaal gebruikt, en in wetenschappelijke werken- ook Kelvin- en waterstofschalen.

Internationale temperatuurschaal

Met de sterk toegenomen behoefte aan nauwkeurige temperatuurbeoordeling zorgden de conversies van de ene schaal naar de andere voor grote problemen en leidden tot een aantal misverstanden. Daarom besloot de VIIIe Algemene Conferentie voor Maten en Gewichten in 1933, na een aantal jaren van voorbereiding en voorlopige tijdelijke beslissingen, om de Internationale Temperatuurschaal (ITS) in te voeren. Dit besluit werd juridisch goedgekeurd door de meeste ontwikkelde landen van de wereld. In de USSR werd op 1 oktober 1934 de Internationale Temperatuurschaal geïntroduceerd (All-Union Standard OST VKS 6954).

De Internationale Temperatuurschaal is een praktische implementatie van de thermodynamische temperatuurschaal in Celsius, waarin het smeltpunt van ijs en het kookpunt van water bij normale atmosferische druk respectievelijk worden aangeduid met 0° en 100°. ITS is gebaseerd op een systeem van constante, nauwkeurig reproduceerbare evenwichtstemperaturen (constante punten), waaraan numerieke waarden worden toegekend. Om de tussentemperaturen te bepalen, worden interpolatieapparaten gebruikt, gekalibreerd op deze constante punten. Temperaturen gemeten op internationale schaal worden SS genoemd. In tegenstelling tot de graden Celsius-schaal – die ook gebaseerd is op de smeltpunten van ijs en het kookpunt van water bij normale atmosferische druk en de aanduidingen 0° en 100°C heeft, maar op een andere basis gebouwd (op een lineair verband tussen temperatuur en de uitzetting van kwik in glas), werden graden volgens de internationale schaal ‘internationale graden’ of ‘graden op de schaal van Celsius’ genoemd. De belangrijkste constante punten van de ITS en de numerieke waarden van de temperaturen die eraan zijn toegewezen bij normale atmosferische druk worden hieronder gegeven: (zie ook figuur nr. 1):

a) evenwichtstemperatuur tussen vloeibare en gasvormige zuurstof (kookpunt van zuurstof) - 182,96°

b) evenwichtstemperatuur tussen ijs en water verzadigd met lucht (smeltpunt van ijs) 0,000°

c) de evenwichtstemperatuur tussen vloeibaar water en zijn damp (kookpunt van water) 100.000°

d) de evenwichtstemperatuur tussen vloeibare zwavel en zijn damp (kookpunt van zwavel) 414,60°

e) evenwichtstemperatuur tussen vast en vloeibaar zilver (stolpunt van zilver) 961,93°

f) evenwichtstemperatuur tussen vast en vloeibaar goud (stollingspunt van goud) 1064,43°

Rijst. Nr. 1 Internationale temperatuurschaal

De meest bekende temperatuurschalen van dit moment zijn de Fahrenheit-, Celsius- en Kelvin-schalen.

Temperatuurschaal van Fahrenheit meest populair in de VS. De temperatuur wordt gemeten in graden, bijvoorbeeld 48,2°F (achtenveertig komma twee graden Fahrenheit), het symbool F geeft aan dat de Fahrenheit-schaal wordt gebruikt.

Europeanen zijn eraan gewend Temperatuurschaal van Celsius, dat ook de temperatuur in graden meet, bijvoorbeeld 48,2°C (achtenveertig komma twee graden Celsius), geeft het symbool C aan dat de schaal van Celsius wordt gebruikt.

Wetenschappers zijn meer gewend om ermee te werken Kelvin-temperatuurschaal. Tot 1968 heette Kelvin officieel de Kelvin-graad, daarna werd besloten om de temperatuurwaarde gemeten op de Kelvin-schaal eenvoudigweg in Kelvin (zonder graden) te noemen, bijvoorbeeld 48,2 K (achtenveertig en twee Kelvin).

Daniël Gabriël Fahrenheit vond zijn schaal uit in de 18e eeuw tijdens het maken van thermometers in Amsterdam. Fahrenheit nam de temperatuur van een bevroren zoutoplossing, die destijds werd gebruikt om lage temperaturen in laboratoriumomstandigheden te verkrijgen, als nulpunt. De Duitse natuurkundige stelde de waarde van 32°F vast voor het smeltpunt van ijs en het vriespunt van water (met respectievelijk stijgende en dalende temperaturen). Volgens de resulterende schaal is het kookpunt van water 212°F.

In dezelfde 18e eeuw, een Zweedse wetenschapper Anders Celsius vond zijn eigen temperatuurschaal uit, die gebaseerd is op het vriespunt (0°C) en het kookpunt (100°C) schoon water bij normale atmosferische druk.

De Kelvin-schaal werd in de 19e eeuw uitgevonden door een Britse wetenschapper Willem Thomson, die vervolgens de eretitel van Baron Kelvin ontving. Thomson baseerde zijn temperatuurschaal op het concept van het absolute nulpunt. Later werd de Kelvin-schaal de belangrijkste in de natuurkunde, en nu worden de Fahrenheit- en Celsius-systemen hierdoor bepaald.

In de kern karakteriseert de temperatuur van elk object de mate van beweging van zijn moleculen: hoe sneller de moleculen bewegen, hoe hoger de temperatuur van het object, en omgekeerd. Hoe lager de temperatuur, hoe langzamer de moleculen bewegen. Bij het absolute nulpunt (0 K) staan ​​de moleculen stil (wat in de natuur niet kan gebeuren). Om deze reden is het onmogelijk om het absolute nulpunt of zelfs lagere temperaturen te bereiken.

Het moet gezegd worden dat de schaalverdelingen van Kelvin en Celsius hetzelfde zijn (één graad Celsius is gelijk aan één Kelvin), en 0 K = -273,15°C.

Het koppelen van de temperatuurschalen van Kelvin en Celsius is dus heel eenvoudig:

K = C+273,15 C = K-273,15

Laten we proberen de schalen van Celsius en Fahrenheit met elkaar te verbinden.

Zoals je weet bevriest water bij 32°F en 0°C: 32°F=0°C. Water kookt bij 212°F en 100°C: 212°F=100°C.

Voor 180 graden Fahrenheit is er dus 100 graden Celsius (verhouding 9/5): 212°F-32°F=100°C-0°C.

Er moet ook worden opgemerkt dat het nulpunt van de Celsius-schaal overeenkomt met het 32 ​​graden-punt van de Fahrenheit-schaal.

Rekening houdend met de bovenstaande overeenkomsten tussen de twee schalen, leiden we de formule af voor het omzetten van de temperatuur van de ene schaal naar de andere:

C = (5/9) (F-32) F = (9/5) C+32

Als je dit stelsel vergelijkingen oplost, kun je dat ontdekken -40°C = -40°F- dit is de enige temperatuur waarbij de waarden van beide schalen samenvallen.

Als we op dezelfde manier te werk gaan, verbinden we de Kelvin- en Fahrenheit-schalen:

F = (9/5)·(K-273,15)+32 = (9/5)K-459,67 K = (5/9)·(F+459,67)