Температурные шкалы

Определение "Температурные шкалы" в Большой Советской Энциклопедии

Температурные шкалы, системы сопоставимых числовых значений температуры. температура не является непосредственно измеряемой величиной; её значение определяют по температурному изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества (см. Термометрия). Выбрав термометрическое вещество и свойство, необходимо задать начальную точку отсчёта и размер единицы температуры — градуса. Таким образом определяют эмпирические Температурные шкалы В Температурные шкалы обычно фиксируют две основные температуры, соответствующие точкам фазовых равновесий однокомпонентных систем (так называемые реперные или постоянные точки), расстояние между которыми называется основным температурным интервалом шкалы. В качестве реперных точек используют: тройную точку воды, точки кипения воды, водорода и кислорода, точки затвердевания серебра, золота и др. Размер единичного интервала (единицы температуры) устанавливают как определённую долю основного интервала. За начало отсчёта Температурные шкалы принимают одну из реперных точек. Так можно определить эмпирическую (условную) Температурные шкалы по любому термометрическому свойству х. Если принять, что связь между х и температурой t линейна, то температура t^x= n (x_t - х₀) / (x_n - x₀), где x_t, x₀ и x_n — числовые значения свойства х при температуре t в начальной и конечной точках основного интервала, (x_n - x₀) / n — размер градуса, п — число делений основного интервала.

В Цельсия шкале, например, за начало отсчёта принята температура затвердевания воды (таяния льда), основной интервал между точками затвердевания и кипения воды разделён на 100 равных частей (n = 100).

Температурные шкалы представляет собой, таким образом, систему последовательных значений температуры, связанных линейно со значениями измеряемой физической величины (эта величина должна быть однозначной и монотонной функцией температуры). В общем случае Температурные шкалы могут различаться по термометричкому свойству (им может быть тепловое расширение тел, изменение электрического сопротивления проводников с температурой и т. п.), по термометрическому веществу (газ, жидкость, твёрдое тело), а также зависеть от реперных точек. В простейшем случае Температурные шкалы различаются числовыми значениями, принятыми для одинаковых реперных точек. Так, в шкалах Цельсия (°С), Реомюра (°R) и Фаренгейта (°F) точкам таяния льда и кипения воды при нормальном давлении приписаны разные значения температуры. Соотношение для пересчёта температуры из одной шкалы в другую:
n °C = 0,8n°R = (1,8n+32) °F.

Непосредственный пересчёт для Температурные шкалы, различающихся основными температурами, без дополнительных экспериментальных данных невозможен. Температурные шкалы, различающиеся по термометрическому свойству или веществу, существенно различны. Возможно неограниченное число не совпадающих друг с другом эмпирических Температурные шкалы, так как все термометрические свойства связаны с температурой нелинейно и степень нелинейности различна для разных свойств и вещественную температуру, измеренную по эмпирической Температурные шкалы, называют условной («ртутная», «платиновая» температура и т. д.), её единицу — условным градусом. Среди эмпирических Температурные шкалы особое место занимают газовые шкалы, в которых термометрическим веществом служат газы («азотная», «водородная», «гелиевая» Температурные шкалы). Эти Температурные шкалы меньше других зависят от применяемого газа и могут быть (введением поправок) приведены к теоретической газовой Температурные шкалы Авогадро, справедливой для идеального газа (см. Газовый термометр). Абсолютной эмпирической Температурные шкалы называют шкалу, абсолютный нуль которой соответствует температуре, при которой численное значение физического свойства х = 0 (например, в газовой Температурные шкалы Авогадро абсолютный нуль температуры соответствует нулевому давлению идеального газа). температуры t ^(x) (по эмпирической Температурные шкалы) и Т ^(Х) (по абсолютной эмпирической Температурные шкалы) связаны соотношением T ^(X)=t ^(x)+T₀^(x), где T₀^(x — абсолютный нуль эмпирической Температурные шкалы (введение абсолютного нуля является экстраполяцией и не предполагает его реализации).

Принципиальный недостаток эмпирической Температурные шкалы — их зависимость от термометрического вещества — отсутствует у термодинамической Температурные шкалы, основанной на втором начале термодинамики. При определении абсолютной термодинамической Температурные шкалы (шкала Кельвина) исходят из Карно цикла. Если в цикле Карно тело, совершающее цикл, поглощает теплоту Q₁ при температуре T₁ и отдаёт теплоту Q₂ при температуре Т₂, то отношение T₁ / T₂ = Q₁ / Q₂ не зависит от свойств рабочего тела и позволяет по доступным для измерений величинам Q₁ и Q₂ определять абсолютную температуру. Вначале основной интервал этой шкалы был задан точками таяния льда и кипения воды при атмосферном давлении, единица абсолютной температуры соответствовала  части основного интервала, за начало отсчёта была принята точка таяния льда. В 1954 Х Генеральная конференция по мерам и весам установила термодинамическую Температурные шкалы с одной реперной точкой — тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °С. температура Т в абсолютной термодинамической Температурные шкалы измеряется в кельвинах (К). Термодинамическая Температурные шкалы, в которой для точки таяния льда принята температура t = 0 °С, называется стоградусной. Соотношения между температурами, выраженными в шкале Цельсия и абсолютной термодинамической Температурные шкалы:

TK = t °C + 273,1₅K, nK = n °C,

так что размер единиц в этих шкалах одинаков. В США и некоторых др. странах, где принято измерять температуру по шкале Фаренгейта, применяют также абсолютную Температурные шкалы Ранкина. Соотношение между кельвином и градусом Ранкина: nK = 1,8n °Ra, по шкале Ранкина точка таяния льда соответствует 491,67 °Ra, точка кипения воды 671,67 °Ra.

Любая эмпирическая Температурные шкалы приводится к термодинамической Температурные шкалы введением поправок, учитывающих характер связи термометрического свойства с термодинамической температурой. Термодинамическая Температурные шкалы осуществляется не непосредственно (проведением цикла Карно с термометрическим веществом), а с помощью других процессов, связанных с термодинамической температурой. В широком интервале температур (примерно от точки кипения гелия до точки затвердевания золота) термодинамические Температурные шкалы совпадают с Температурные шкалы Авогадро, так что термодинамическую температуру определяют по газовой, которую измеряют газовым термометром. При более низких температурах термодинамическая Температурные шкалы осуществляется по температурной зависимости магнитной восприимчивости парамагнетиков (см. Низкие температуры), при более высоких — по измерениям интенсивности излучения абсолютно чёрного тела (см. Пирометрия). Осуществить термодинамическую Температурные шкалы даже с помощью Температурные шкалы Авогадро очень сложно, поэтому в 1927 была принята Международная практическая температурная шкала (МПТШ), которая совпадает с термодинамической Температурные шкалы с той степенью точности, которая экспериментально достижима. Все приборы для измерения температуры градуированы в МПТШ.

  Лит.: Попов М. М., Термометрия и калориметрия, 2 изд., М., 1954; Гордов А. Н., Температурные шкалы, М., 1966; Бурдун Г. Д., Справочник по Международной системе единиц, М., 1971; ГОСТ 8.157—75. Шкалы температурные практические.
  Д. И. Шаревская.