Термометры и шкала Цельсия

В шкале Цельсия нет ничего плохого. Это эквивалентно шкале Кельвина, но с другой нулевой точкой. То есть изменение температуры на 1 градус Цельсия в точности равно изменению на 1 кельвин. Шкала Кельвина абсолютна, поэтому ее нулевая точка равна абсолютному нулю . На шкале Цельсия в качестве нулевой точки используется точка, очень близкая к точке замерзания чистой воды, 0°C = 273,15 Кельвина. (Точное определение градуса Цельсия включает тройную точку воды , которая находится на уровне 273,16 Кельвина).

Проблема, обсуждаемая Холлидеем и Резником, заключается в том, что любой термометр, основанный на тепловом расширении , не идеален. Уравнение линейного расширения,

является лишь приблизительным. В хорошем термометре используется такое вещество, как ртуть или спирт.$\alpha$что является довольно постоянным в определенном диапазоне температур. Если построить график$\alpha$для ртути и спирта в заданном диапазоне температур графики будут почти прямыми, но они не совсем прямые и отклоняются друг от друга.

Так что проблема не в том, что это трудно измерить$\alpha$точно, это то$\alpha$на самом деле не является совершенно постоянным.

Чтобы сделать простой термометр, вам нужно выбрать значение$\alpha$путем измерения наклона его графика в некоторой области температур. Точки на этом графике, где наклон графика равен выбранному нами$\alpha$являются точками калибровки, упомянутыми Холлидеем и Резником .

Вы также должны принять во внимание расширение стекла, которое содержит рабочую жидкость термометра, но это вносит лишь небольшую ошибку, потому что коэффициент расширения твердого тела обычно намного меньше, чем у жидкости.

Ответ @PM2Ring хорош, но я хочу добавить историческую заметку, которая может пролить свет на то, что может скрываться за этой цитатой.

Хотя шкала Цельсия сегодня привязана к шкале Кельвина (которая основана на термодинамике), как объясняет @PM2Ring, исторически это было иначе и определялось расширением ртути.

Так что, возможно, ваша цитата означает не современное определение, а исходное определение Андерса Цельсия (измененное Линнеем).

Цельсий определил шкалу в 1742 году, когда еще не была разработана термодинамическая теория температуры. В то время люди пытались каким-то осмысленным образом определить температуру, и лучшее, что они смогли придумать, — это определить ее по расширению материалов.

Первоначально Цельсий определял только две фиксированные точки (замерзание и кипение воды) и шкалу между ними, разделив плечо ртутного термометра на 100 шагов одинаковой длины (он использовал слово «грейдер» как шведскую множественную форму латинского gradus = шаг).

По его определению, точка замерзания воды будет равна 100 градусам, а точка кипения - 0 градусам. Обратите внимание, что это противоположно сегодняшнему определению; Сегодня это кажется нам неинтуитивным, но опять же, в то время без термодинамики не было оснований полагать, что «холодный» означает «меньше» чего-то (энергии), так что это имело такой же смысл, как и любая другая шкала.

Жан-Пьер Кристин в 1743 г. (и, возможно, независимо, Каролус Линней в 1744 г.) затем перевернул шкалу на привычную нам 0° = точку замерзания и 100° = точку кипения, и долгое время эта шкала называлась «стоградусной» («по Цельсию» («по Цельсию»). сто шагов"); название шкалы Цельсия появилось намного позже.

В то время было много споров о том, что лучше ртуть или спирт; оба имеют практические преимущества. Люди поняли, что их расширение различно, поэтому ртутные и спиртовые термометры с линейными шкалами не совпадают, но не было никакого способа узнать, какой из них «правильный». Так появилось множество разных шкал, основанных на разных термометрах с разными градациями, вроде Фаренгейта, Делиля, Реомюра и других. Сегодня эти весы больше не используются или используются только в некоторых крайних случаях (Реомюр все еще используется в производстве сыра, а шкала Фаренгейта используется только в нескольких странах, таких как Каймановы острова, Багамы и некоторые участки суши к северо-западу от этих островов). Сегодня эти шкалы, как и шкала Цельсия, привязаны к термодинамической шкале Кельвина, но изначально все они определялись разными термометрами.