Темы докладов, страница 9 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 1. Внутренняя энергия. Параграф 1. Температура. Вопросы - страница 9.

Условие.

Температурные шкалы. История развития.

Решение.

Температурная шкала — это способ количественного выражения степени нагретости тела (температуры) с помощью определённой системы отсчёта. Её создание стало возможным после изобретения термометра (изначально — термоскопа), прибора, который реагирует на изменение температуры. Однако для сопоставления измерений, сделанных в разное время и в разных местах, требовалась стандартизированная шкала с чётко определёнными опорными точками (реперами). История развития температурных шкал — это история поиска удобных и универсальных способов измерения температуры.

Ранние попытки и шкала Ньютона

До появления общепринятых шкал существовало множество различных предложений. Одним из первых был Исаак Ньютон, который около 1701 года создал свою шкалу. За 0 градусов он принял температуру таяния снега, а за 12 градусов — температуру человеческого тела. Он использовал льняное масло в качестве термометрического вещества. Однако эта и многие другие ранние шкалы не получили широкого распространения из-за сложности воспроизведения и недостаточной точности.

Ответ: Ранние температурные шкалы, как, например, шкала Ньютона, были первыми попытками систематизировать измерение температуры, но не стали общепринятыми из-за отсутствия универсальных и легко воспроизводимых реперных точек.

Шкала Фаренгейта

В 1724 году немецкий физик Даниэль Габриель Фаренгейт предложил шкалу, которая получила широкое распространение, особенно в англоязычных странах. Для её построения он использовал три реперные точки:
1. 0 °F — температура замерзания смеси воды, льда и нашатыря (солёного раствора). Это была самая низкая температура, которую он смог получить в лаборатории.
2. 32 °F — температура замерзания чистой воды.
3. 96 °F — температура человеческого тела (позже это значение было уточнено до 98,6 °F).
В этой шкале температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении оказалась равной 212 °F. Таким образом, интервал между точками замерзания и кипения воды составляет 180 градусов. Эта шкала до сих пор используется в США, на Каймановых островах, в Белизе и некоторых других странах.

Ответ: Шкала Фаренгейта (1724 г.) основана на трёх реперных точках (смесь соли со льдом, замерзание воды, температура тела) и до сих пор используется в США. Температура замерзания воды — 32 °F, кипения — 212 °F.

Шкала Реомюра

Французский учёный Рене Антуан Реомюр в 1730 году предложил свою шкалу. Он использовал спиртовой термометр. В качестве реперных точек он выбрал:
1. 0 °Ré — температура таяния льда (замерзания воды).
2. 80 °Ré — температура кипения воды.
Реомюр исходил из того, что используемый им спиртовой раствор расширялся на 80/1000 своей объёмной части при нагревании от точки таяния льда до точки кипения воды. Поэтому он разделил этот интервал на 80 градусов. Шкала Реомюра была распространена в Европе (особенно во Франции и России) в XVIII-XIX веках, но сейчас практически вышла из употребления.

Ответ: Шкала Реомюра (1730 г.) определялась точками замерзания (0 °Ré) и кипения (80 °Ré) воды. Была популярна в Европе, но сейчас является исторической.

Шкала Цельсия

В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий создал шкалу, которая сегодня является самой распространённой в мире. В своей первоначальной версии шкала была "перевёрнутой": за 0 °C принималась точка кипения воды, а за 100 °C — точка её замерзания. После смерти Цельсия его коллеги, предположительно Карл Линней или Мортен Штрёмер, "перевернули" шкалу, придав ей современный вид:
1. 0 °C — температура замерзания воды.
2. 100 °C — температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении.
Благодаря своей простоте и удобству (интервал в 100 градусов между ключевыми состояниями воды), шкала Цельсия стала стандартом в метрической системе и используется в большинстве стран мира в быту и науке (наряду с кельвинами).

Ответ: Шкала Цельсия (1742 г.) в её современном виде определяет температуру замерзания воды как 0 °C, а кипения — как 100 °C. Это самая распространённая температурная шкала в мире для повседневного использования.

Абсолютная термодинамическая шкала (шкала Кельвина)

В середине XIX века развитие термодинамики показало, что существует предельная минимальная температура, так называемый абсолютный нуль. Это температура, при которой тепловое движение частиц вещества прекращается. В 1848 году английский физик Уильям Томсон (позже лорд Кельвин) предложил абсолютную температурную шкалу, не зависящую от свойств конкретного вещества.
Нуль этой шкалы (0 К) соответствует абсолютному нулю. Единица измерения — кельвин (К) — равна по величине градусу Цельсия. Таким образом, шкала Кельвина просто сдвинута относительно шкалы Цельсия.
Абсолютный нуль соответствует $-273.15$ °C.
Современное определение кельвина привязано к тройной точке воды (состояние, где вода может существовать одновременно в твёрдой, жидкой и газообразной фазах) — её температура принята равной $273.16$ К ($0.01$ °C). Шкала Кельвина является основной в Международной системе единиц (СИ) и используется во всех областях науки.

Ответ: Шкала Кельвина (1848 г.) — это абсолютная термодинамическая шкала, где 0 К соответствует абсолютному нулю. Размер кельвина равен градусу Цельсия. Является основной единицей измерения температуры в системе СИ и используется в научных расчётах.

Формулы для перевода температур

Связь между наиболее распространёнными шкалами выражается следующими формулами:
Из Цельсия (°C) в Фаренгейты (°F) и Кельвины (K):
$T_F = T_C \times \frac{9}{5} + 32$
$T_K = T_C + 273.15$

Из Фаренгейта (°F) в Цельсии (°C):
$T_C = (T_F - 32) \times \frac{5}{9}$

Из Кельвинов (K) в Цельсии (°C):
$T_C = T_K - 273.15$

Ответ: Существуют точные математические формулы для перевода значений температуры из одной шкалы в другую, что позволяет сопоставлять измерения, сделанные в разных системах.