Градусы по Цельсию является единицей температуры на шкале Цельсия , [1] температурная шкала первоначально известный как стоградусный масштаб . [2] Градус Цельсия (символ: ° C ) может относиться к определенной температуре по шкале Цельсия или к единице измерения, обозначающей разницу или диапазон между двумя температурами. Он назван в честь шведского астронома Андерса Цельсия (1701–1744), который разработал аналогичную температурную шкалу. До того, как в 1948 году его переименовали в честь Андерса Цельсия, устройство называлось centigrade от латинского centum , что означает 100, и gradus, что означает шаги.
градус Цельсия | |
---|---|
Основная информация | |
Система единиц | Производная единица СИ |
Единица | Температура |
Символ | ° C |
Названный в честь | Андерс Цельсий |
Конверсии | |
x ° C в ... | ... равно ... |
K | х + 273,15 |
° F | 9/5х + 32 |
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 была 0 градусов, а точка замерзания была 100 градусов). Изменение масштаба 1743 года было предложено Жан-Пьером Кристеном .
В соответствии с международным соглашением, в период между 1954 и 2019 блоком градусов Цельсий и шкала Цельсия были определены абсолютным нулем и тройной точкой в Венском Standard Mean Ocean Water (VSMOW), стандарт воды точно определенно. Это определение также точно связанно Цельсий шкалы в Кельвина масштаб, который определяет базовый блок SI от термодинамической температуры с символом К. абсолютного нуля, самой низкой температурой возможно, определяются как именно 0 К и -273.15 ° C. До 19 мая 2019 года температура тройной точки воды определялась ровно 273,16 К (0,01 ° C). [3] Это означает, что разница температур в один градус Цельсия и в один кельвин абсолютно одинаковы. [4]
20 мая 2019 года кельвин был пересмотрен , и теперь его значение 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 было точно таким же, как и более старое определенное значение, в пределах точности современной метрологии . Градус Цельсия остается в точности равным кельвину, а 0 К остается ровно -273,15 ° C.
История
В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий (1701–1744) создал температурную шкалу, которая была обратной шкале, ныне известной как «Цельсий»: 0 представляло точку кипения воды, а 100 - точку замерзания воды. [5] В своей статье « Наблюдения за двумя постоянными градусами на термометре» он рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура плавления льда практически не зависит от давления. Он также с удивительной точностью определил, как температура кипения воды изменяется 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 . МБМВ «s десятых Генеральная конференция по мерам и весам (ГК) в 1954 году определена один стандартная атмосфера равным точно 1013250 дин на квадратный сантиметр (101,325 кП ). [6]
В 1743 году лионский физик Жан-Пьер Кристен , постоянный секретарь Лионской академии , перевернул шкалу Цельсия так, что 0 представляло точку замерзания воды, а 100 - точку кипения воды. Некоторые считают, что Кристин независимо изобрела обратную шкалу Цельсия, в то время как другие считают, что Кристин просто перевернула шкалу Цельсия. [7] [8] 19 мая 1743 года он опубликовал проект ртутного термометра , «Лионский термометр», построенный мастером Пьером Казати, который использовал эту шкалу. [9] [10] [11]
В 1744 году, одновременно со смертью Андерса Цельсия, шведский ботаник Карл Линней (1707–1778) перевернул шкалу Цельсия. [12] Его изготовленный на заказ «термометр Линнея» для использования в теплицах был изготовлен Даниэлем Экстрёмом, ведущим шведским производителем научных инструментов того времени, чья мастерская располагалась в подвале Стокгольмской обсерватории. Как это часто случалось в наш век до появления современных коммуникаций, многие физики, ученые и производители приборов независимо друг от друга разработали эту шкалу; [13] среди них были Пер Эльвиус, секретарь Шведской королевской академии наук (у которой была инструментальная мастерская) и с которым Линней вел переписку; Даниэль Экстрём [ св. ] , Производитель инструментов; и Мартен Стрёмер (1707–1770), изучавший астрономию у Андерса Цельсия.
Первым известным шведским документом [14], сообщающим о температурах по 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 в ботаническом саду Упсальского университета :
... поскольку кальдарий (горячая часть теплицы) из-за угла окон, просто от солнечных лучей, получает такое тепло, что термометр часто достигает 30 градусов, хотя заядлый садовник обычно старается не допустить она поднимается более чем на 20-25 градусов, а зимой не ниже 15 градусов ...
Цельсия против Цельсия
Начиная с XIX века, научные сообщества и сообщества термометров во всем мире использовали фразу «шкала Цельсия», а температура часто указывалась просто как «градус» или, когда требовалась большая конкретность, как «градус по Цельсию» с символом ° C.
Однако термин « стоградусная шкала» также использовался в испанском и французском языках как единица измерения угла (1/100 прямого угла ) и имел аналогичное значение в других языках. Термин сотенный градус или градус («град» или «гон»: 100 г = 90 °, 1 г = 0,9 °) использовался, когда однозначная формулировка требовалась международными органами по стандартизации, такими как BIPM . Теперь его правильнее было бы назвать «гектоград».
Чтобы избежать путаницы между единицей измерения температуры и единицей измерения углов, 9-е заседание Генеральной конференции по мерам и весам и Международный комитет по измерениям и весам (CIPM) официально приняли в 1948 году градус Цельсия в качестве градуса температуры. , [15] [a] и сохранил признанный символ градуса ( ° ) вместо того, чтобы использовать символ градуса / сотого градуса ( g или gon). [ требуется разъяснение ]
В научных целях обычно используется термин «Цельсий», но в англоязычных странах «по Цельсию» по-прежнему широко используется, особенно в неформальном контексте. [16] Только в феврале 1985 года в прогнозах погоды, выпущенных BBC, термин был заменен с «градус по Цельсию» на «по Цельсию». [17]
Общие температуры
Некоторые ключевые температуры, связывающие шкалу Цельсия с другими шкалами температур, показаны в таблице ниже.
Кельвин | Цельсия | Фаренгейт | |
---|---|---|---|
Абсолютный ноль (точно) | 0 К | -273,15 ° С | -459,67 ° F |
Температура кипения жидкого азота | 77,4 тыс. | -195,8 ° С [18] | −320,4 ° F |
Сублимация точка сухого льда | 195,1 тыс. | −78 ° С | −108,4 ° F |
Пересечение шкал Цельсия и Фаренгейта | 233,15 К | −40 ° С | −40 ° F |
Температура плавления H 2 O (очищенный лед) [19] | 273,1499 К | -0,0001 ° С | 31,9998 ° F |
Комнатная температура (стандарт NIST) [20] | 293,15 К | 20,0 ° С | 68,0 ° F |
Нормальная температура человеческого тела (средняя) [21] | 310,15 К | 37,0 ° С | 98,6 ° F |
Температура кипения воды при 1 атм (101,325 кПа) (приблизительно: см. Точка кипения ) [b] | 373,1339 К | 99,9839 ° С | 211,971 ° F |
Набор имен и условных обозначений
«Градус Цельсия» был единственной единицей СИ , полное название которой содержит прописную букву с 1967 года, когда базовой единицей СИ для температуры стал кельвин , заменив заглавный термин градусы Кельвина . Форма множественного числа - «градусы Цельсия». [22]
Общее правило Международного бюро мер и весов (BIPM) заключается в том, что числовое значение всегда предшествует единице, а для отделения единицы от числа всегда используется пробел, например, «30,2 ° C» (а не «30,2 ° C». "или" 30,2 ° C "). [23] Единственными исключениями из этого правила являются символы единиц измерения для градусов , минут и секунд для плоского угла (°, ′ и ″, соответственно), для которых не остается места между числовым значением и символом единицы. [24] На других языках и в различных издательствах могут применяться другие типографские правила.
Символ Юникода
Unicode предоставляет символ Цельсия в кодовой точке U + 2103 ℃ СТЕПЕНЬ ЦЕЛЬСИЯ . Однако это символ совместимости, обеспечиваемый для двусторонней совместимости с устаревшими кодировками. Он легко позволяет корректно отображать вертикально написанные восточноазиатские шрифты, например китайский. Стандарт Unicode явно не рекомендует использовать этот символ: «При нормальном использовании лучше представлять градусы Цельсия« ° C »последовательностьюU + 00B ЗНАК 0 ° СТЕПЕНИ +U + 0043 C ЛАТИНСКАЯ ЗАГЛАВНАЯ БУКВА C , а неU + 2103 ℃ СТЕПЕНЬ ЦЕЛЬСИЯ . Для поиска рассматривайте эти две последовательности как идентичные. " [25]
Температуры и интервалы
Градус Цельсия подчиняется тем же правилам, что и кельвин, в отношении использования названия и символа единицы измерения. Таким образом, помимо выражения конкретных температур по своей шкале (например, « Галлий плавится при 29,7646 ° C» и «Температура снаружи 23 градусов по Цельсию»), градус Цельсия также подходит для выражения температурных интервалов : разницы между температурами или их неопределенности (например, «Выходная мощность теплообменника выше на 40 градусов по Цельсию» и «Наша стандартная погрешность составляет ± 3 ° C»). [26] Из-за этого двойного использования нельзя полагаться на название устройства или его символ для обозначения того, что величина является температурным интервалом; он должен быть недвусмысленным через контекст или явное заявление о том, что величина является интервалом. [c] Иногда это решается путем использования символа ° C (произносится как «градусы Цельсия») для температуры и C ° (произносится как «градусы Цельсия») для температурного интервала, хотя это использование нестандартно. [27] Другой способ выразить то же самое - «40 ° C ± 3 K» , который часто встречается в литературе.
Цельсия измеряется по системе интервалов, но не по системе соотношений ; и он следует относительной шкале, а не абсолютной шкале. Например, объект при температуре 20 ° C не имеет энергии вдвое больше, чем при температуре 10 ° C; и 0 ° C - не самое низкое значение по Цельсию. Таким образом, градусы Цельсия - это полезный интервал измерения, но он не обладает такими характеристиками, как вес или расстояние. [28]
Сосуществование шкал Кельвина и Цельсия
В науке и технике шкала Цельсия и шкала Кельвина часто используются в тесном сочетании друг с другом, например, «измеренное значение составило 0,01023 ° C с погрешностью 70 мкК». Такая практика допустима, потому что величина градуса Цельсия равна величине кельвина. Несмотря на официальное подтверждение решения № 3 Резолюции 3 13-го совещания CGPM [29], в котором указывалось, 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 префикса SI с префиксом SI формы градуса Цельсия (такие как «μ ° C» или «микградусы Цельсия») для выражения температурного интервала не были хорошо приняты.
Температура плавления и кипения воды
Точки плавления и кипения воды больше не являются частью определения шкалы Цельсия. В 1948 году определение было изменено на использование тройной точки воды. [30] 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 на использование постоянной Больцмана , полностью отделив определение кельвина от свойств воды . Каждое из этих формальных определений оставляло числовые значения шкалы Цельсия идентичными предыдущему определению в пределах точности метрологии того времени.
Когда точки плавления и кипения воды перестали быть частью определения, они вместо этого стали измеряемыми величинами. Это также верно в отношении тройной точки.
В 1948 году, когда 9-я Генеральная конференция по мерам и весам ( CGPM ) в Резолюции 3 впервые рассмотрела использование тройной точки воды в качестве определяющей точки, тройная точка была настолько близка к тому, чтобы быть на 0,01 ° C выше известной точки плавления воды, что 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) превышает 0,01 ° C. Таким образом, фактическая температура плавления льда очень незначительно (менее одной тысячной градуса) ниже 0 ° C. Кроме того, определение тройной точки воды при 273,16 K точно определило величину каждого приращения на 1 ° C с точки зрения абсолютной термодинамической шкалы температуры (относительно абсолютного нуля). Теперь, независимо от фактической точки кипения воды, значение «100 ° C» выше 0 ° C - в абсолютном выражении - точно в раз.373,15/273,15(термодинамически горячее примерно на 36,61%). При строгом соблюдении двухточечного определения для калибровки точка кипения VSMOW при давлении в одну стандартную атмосферу на самом деле составляла 373,1339 К (99,9839 ° C). При калибровке по ITS-90 (эталон калибровки, включающий множество точек определения и обычно используемый для высокоточных приборов), точка кипения VSMOW была немного меньше, около 99,974 ° C. [31]
Эта разница в температуре кипения в 16,1 милликельвина между исходным определением шкалы Цельсия и предыдущим (на основе абсолютного нуля и тройной точки) не имеет практического значения для повседневных применений, поскольку точка кипения воды очень чувствительна к изменениям барометрического давления . Например, изменение высоты всего на 28 см (11 дюймов) вызывает изменение точки кипения на один милликельвин.
от Цельсия | по Цельсию | |
---|---|---|
Фаренгейт | [° F] = [° C] × 9 ⁄ 5 + 32 | [° C] = ([° F] - 32) × 5 ⁄ 9 |
Кельвин | [K] = [° C] + 273,15 | [° C] = [K] - 273,15 |
Ренкин | [° R] = ([° C] + 273,15) × 9 ⁄ 5 | [° C] = ([° R] - 491,67) × 5 ⁄ 9 |
Для температурных интервалов, а не конкретных температур, 1 ° C = 1 K = 9 ⁄ 5 ° F = 9 ⁄ 5 ° R Сравнение различных температурных шкал |
Смотрите также
- Сравнение температурных шкал
- Степень мороза
- ИТС-90
- Шкала Реомюра
- Термодинамическая температура
Заметки
- ^ Согласно Оксфордскому английскому словарю (OED), термин «термометр Цельсия» использовался по крайней мере еще в 1797 году. Кроме того, термин «термометр Цельсия или Цельсия» снова использовался в отношении определенного типа термометра. по крайней мере, еще в 1850 году. OED также цитирует это сообщение 1928 года о температуре: «Моя высота была около 5800 метров, температура была 28 ° по Цельсию». Однако словари стремятся найти наиболее раннее использование слова или термина и не являются полезным источником терминологии, используемой на протяжении всей истории науки. Согласно нескольким статьям доктора Терри Куинна CBE FRS, директора BIPM (1988–2004), в том числе «Температурные шкалы с первых дней термометрии до 21 века» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 26 декабря 2010 года . Дата обращения 31 мая 2016 . (146 KiB ), а также температура (2nd Edition / 1990 / Academic Press / 0125696817), термин Цельсий в связи со шкалой Цельсия вообще не использовался научным сообществом или сообществом термометров до тех пор, пока CIPM и CGPM не приняли этот термин в 1948 году. До того времени BIPM даже не знал, что «градус Цельсия» был спорадическим, ненаучным использованием. Также примечательно, что в двенадцатитомном издании OED 1933 года даже не было перечисления для слова Цельсия (но были списки как по Цельсию, так и по сотым в контексте измерения температуры). Принятие Celsius в 1948 году позволило решить три задачи:
- 1. Все общие температурные шкалы будут иметь единицы, названные в честь кого-то, кто с ними тесно связан; а именно Кельвина, Цельсия, Фаренгейта, Реомюра и Ренкина.
- 2. Несмотря на важный вклад Линнея, который придал шкале Цельсия ее современную форму, имя Цельсия было очевидным выбором, потому что оно начиналось с буквы C. Таким образом, символ ° C, который веками использовался в сочетании с названием по шкале Цельсия, мог останется в употреблении и одновременно унаследует интуитивную ассоциацию с новым именем.
- 3. Новое название устранило двусмысленность термина «градус Цельсия», позволив ему относиться исключительно к французскому названию единицы измерения угла.
- ^ Для Венской стандартной средней океанской воды при одной стандартной атмосфере (101,325 кПа) при калибровке исключительно по двухточечному определению термодинамической температуры. Старые определения шкалы Цельсия когда-то определяли точку кипения воды при одной стандартной атмосфере как равную 100 ° C. Однако текущее определение приводит к температуре кипения, которая на самом деле на 16,1 мК меньше. Для получения дополнительной информации о фактической температуре кипения воды см. VSMOW при измерении температуры . В другом приближении используется ITS-90 , который приближает температуру к 99,974 ° C.
- ↑ В 1948 г. в Постановлении 7 9-го CGPM указывалось: «Для обозначения температурного интервала или разницы, а не температуры, необходимо использовать слово« градус »полностью или сокращение« градус ». Это постановление было отменено в 1967/1968 Постановлением 3 13-го ГКГВ , в котором говорилось, что [«Названия« градус Кельвина »и« градус », символы« ° K »и« градус »и правила их использования, приведенные в Резолюция 7 9-го CGPM (1948 г.)] ... и обозначение единицы измерения интервала или разницы температур отменяются, но использование, вытекающее из этих решений, пока остается допустимым ». Следовательно, теперь существует широкая свобода использования относительно того, как указывать температурный интервал. Самым важным является то, что намерение должно быть ясным и должно соблюдаться основное правило СИ; а именно, что название единицы или ее символ не должны использоваться для указания характера количества. Таким образом, если температурный интервал составляет, скажем, 10 K или 10 ° C (что может быть записано как 10 кельвинов или 10 градусов по Цельсию), это должно быть однозначно через очевидный контекст или явное утверждение, что величина является интервалом. Правила, регулирующие отображение температур и интервалов, описаны в BIPM. "Брошюра СИ, 8-е издание" (PDF) . (1,39 МБ ) .
Рекомендации
- ^ «Температурная шкала Цельсия» . Британская энциклопедия . Проверено 19 февраля 2012 года .
Температурная шкала Цельсия, также называемая температурной шкалой Цельсия, основана на 0 ° для точки плавления воды и 100 ° для точки кипения воды при давлении 1 атм.
- ^ Хельменстин, Энн Мари (15 декабря 2014 г.). "В чем разница между Цельсием и Цельсием?" . Chemistry.about.com . About.com . Проверено 25 апреля 2020 года .
- ^ «Брошюра СИ, раздел 2.1.1.5» . Международное бюро мер и весов . Архивировано из оригинального 26 сентября 2007 года . Проверено 9 мая 2008 года .
- ^ «Основы СИ: основные и производные единицы» . Проверено 9 мая 2008 года .
- ^ По Цельсию, Андерс (1742) «Observationer ом twänne beständiga грейдер på ен термометр» (Наблюдения о двух стабильных градусов на термометре), Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar (Труды Королевской шведской академии наук), 3 : 171-180 и рис 1.
- ^ «Резолюция 4 10-го собрания CGPM (1954 г.)» .
- ^ Дон Риттнер ; Рональд А. Бейли (2005): Энциклопедия химии. Факты в файле , Манхэттен , Нью-Йорк. п. 43.
- ^ Смит, Жаклин (2009). «Приложение I: Хронология» . Факты в файловом словаре погоды и климата . Издание информационной базы. п. 246. ISBN. 978-1-4381-0951-0.
1743 г. Жан-Пьер Кристен переворачивает фиксированные точки шкалы Цельсия, чтобы получить шкалу, используемую сегодня.
- ^ Mercure де Франс (1743): Мемуаре ла дилатация дю Mercure данс ле Thermométre. Шобер; Жан де Нюлли, Писсо, Дюшен, Париж. С. 1609–1610.
- ^ Журнал helvétique (1743): ЛЕВ. Imprimerie des Journalistes, Невшатель . С. 308–310.
- ^ Мемуары налить L'Histoire Des Sciences Et Des Beaux Arts (1743): Лионской. Шобер, Париж. С. 2125–2128.
- ↑ Образец цитирования: Уппсальский университет (Швеция), термометр Линнея.
- ^ Цитата для Даниэля Экстрёма, Мартена Стрёмера, Кристин из Лиона: Гипертекст по физике, Температура ; цитата Кристин из Лиона: Le Moyne College, Глоссарий (шкала Цельсия) ; ссылка на связь Линнея с Пером Эльвиусом и Даниэлем Экстрёмом: Уппсальский университет (Швеция), термометр Линнея ; Общее цитирование: Уппсальская астрономическая обсерватория, История температурной шкалы Цельсия.
- ^ Цитирование: Университет Висконсин-Мэдисон, Линней и его сад и; Уппсальский университет, термометр Линнея
- ^ «CIPM, 1948 г. и 9-я CGPM, 1948 г.» . Международное бюро мер и весов . Проверено 9 мая 2008 года .
- ^ "по Цельсию, прил. и сущ." Оксфордский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета . Проверено 20 ноября 2011 года .
- ^ 1985 BBC Special: Изменение погоды на YouTube
- ^ Лида, DR, изд. (1990–1991). Справочник по химии и физике. 71-е изд. CRC Press. п. 4–22.
- ^ Температура льда в очищенной воде измерена при0,000 089 (10) градусов Цельсия - см. Magnum, BW (июнь 1995 г.). «Воспроизводимость температуры точки льда при текущих измерениях» (PDF) . Техническая записка Nist . 1411 . Архивировано из оригинального (PDF) 14 июля 2007 года . Проверено 11 февраля 2007 года .
- ^ «Единицы СИ - Температура» . 2010 . Дата обращения 7 ноября 2019 .
- ^ Элерт, Гленн (2005). «Температура здорового человека (температура тела)» . Сборник фактов по физике . Проверено 22 августа 2007 года .
- ^ «Единица термодинамической температуры (кельвин)» . Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности: исторический контекст СИ . Национальный институт стандартов и технологий (NIST) . 2000. Архивировано из оригинального 11 ноября 2004 года . Проверено 16 ноября 2011 года .
- ^ BIPM, SI Brochure , раздел 5.3.3.
- ^ Для получения дополнительной информации об условных обозначениях, используемых в техническом письме, см. Информационные правила для единиц SI и соглашения о стилях , разработанные NIST, а такжеброшюру SI BIPM : подраздел 5.3.3, Форматирование значения количества. Архивировано 5 июля 2014 года в Wayback Machine.
- ^ «22.2». Стандарт Unicode, версия 9.0 (PDF) . Маунтин-Вью, Калифорния, США: Консорциум Unicode. Июль 2016 г. ISBN. 978-1-936213-13-9. Проверено 20 апреля 2017 года .
- ^ Решение № 3 Резолюции 3 13-го ГКБП .
- ^ HD Янг, Р. А. Фридман (2008). Университетская физика с современной физикой (12-е изд.). Эддисон Уэсли. п. 573.
- ↑ Этот факт продемонстрирован в книгеРональда Н. Фортофера, Юн Сул Ли и Майка Эрнандеса «Биостатистика : руководство по проектированию, анализу и открытию».
- ^ «Добро пожаловать - BIPM» .
- ^ «Постановление № 3 9-го ГКБП (1948 г.)» . Международное бюро мер и весов . Проверено 9 мая 2008 года .
- ↑ Образец цитирования: Лондонский университет Южного берега, Структура и поведение воды, примечания c1 и c2.
Внешние ссылки
Словарное определение Цельсия в Викисловаре
- NIST, определения основных единиц измерения: Кельвин
- Уппсальская астрономическая обсерватория, история температурной шкалы Цельсия
- Лондонский университет Саут-Бэнк, Вода, научные данные
- БИПМ, брошюра СИ, раздел 2.1.1.5, Единицы термодинамической температуры
- ТАМПИЛЬ, Сравнение температурных шкал