Цельсия - Celsius

Для использования в других целях см. Цельсия (значения).

градус Цельсия
Pakkanen.jpg
А термометр откалибровано в градусах Цельсия
Общая информация
Система единицПроизводная единица СИ
ЕдиницаТемпература
Символ° C
Названный в честьАндерс Цельсий
Конверсии
Икс ° C в ...... равно ...
   K   Икс + 273.15
   ° F   9/5Икс + 32

В градус Цельсия единица измерения температуры на Шкала Цельсия,[1] а шкала температур первоначально известный как шкала Цельсия.[2] Градус Цельсия (символ: ° C) может относиться к конкретному температура по шкале Цельсия или единицу измерения, чтобы указать разницу между двумя температурами или неуверенность. Он назван в честь шведского астронома. Андерс Цельсий (1701–1744), которые разработали аналогичную шкалу температур. Перед переименованием в честь Андерса Цельсия в 1948 году подразделение называлось по Цельсию, от латинского центум, что означает 100, и градус, что означает шаги.

С 1743 года шкала Цельсия была основана на 0 ° C для точки замерзания воды и 100 ° C для точки кипения воды при 1банкомат давление. До 1743 года значения были обратными (то есть точка кипения была 0 градусов, а точка замерзания была 100 градусов). Изменение масштаба 1743 года было предложено Жан-Пьер Кристен.

По международному соглашению с 1954 по 2019 гг. градус Цельсия и шкала Цельсия были определены абсолютный ноль и тройная точка из Венская стандартная средняя океанская вода (VSMOW), точно определенный стандарт воды. Это определение также точно связывает шкалу Цельсия с Кельвин шкала, определяющая Базовая единица СИ из термодинамическая температура с символом K. Абсолютный ноль, самая низкая возможная температура, определяется как равная 0 K 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 переопределенный так что его значение теперь определяется определением Постоянная Больцмана вместо того, чтобы быть определенным 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 раннее определенное значение, в пределах точности современных метрология. Градус Цельсия остается в точности равным кельвину, а 0 K остается точно -273,15 ° C.

История

Иллюстрация Андерс Цельсий Оригинальный термометр. Обратите внимание на перевернутую шкалу, где 100 - это точка замерзания воды, а 0 - ее точка кипения.

В 1742 году шведский астроном Андерс Цельсий (1701–1744) создали температурную шкалу, которая была обратной шкале, ныне известной как «Цельсий»: 0 представляло точку кипения воды, а 100 представляло точку замерзания воды.[5] В своей статье Наблюдения двух постоянных градусов на градуснике, 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 одно стандартная атмосфера. В BIPM 10-е Генеральная конференция по мерам и весам (CGPM) позже определила одну стандартную атмосферу как равную точно 1013 250 дины на квадратный сантиметр (101,325кПа ).[6]

В 1743 г. Lyonnais физик Жан-Пьер Кристен, бессменный секретарь Лионская академия наук, художественной литературы и искусства, инвертировал шкалу Цельсия так, чтобы 0 представляло точку замерзания воды, а 100 - точку кипения воды. Некоторые считают, что Кристин независимо изобрела обратную шкалу Цельсия, в то время как другие полагают, что Кристин просто перевернула шкалу Цельсия.[7][8] 19 мая 1743 года он опубликовал проект ртутный термометр, «Лионский термометр», построенный мастером Пьером Казати, который использовал эту шкалу.[9][10][11]

В 1744 году, когда умер Андерс Цельсий, 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 этот век до появления современных коммуникаций, многие физики, ученые и производители приборов независимо разработали эту шкалу;[13] среди них были Пер Эльвиус, секретарь Шведской королевской академии наук (у которой была инструментальная мастерская), с которым Линней вел переписку; Даниэль Экстрём [св ], производитель инструмента; и Мартен Стрёмер (1707–1770), изучавший астрономию у Андерса Цельсия.

Первый известный шведский документ[14] Сообщение о температуре по этой современной "прямой" шкале Цельсия - это бумага Hortus Upsaliensis от 16 декабря 1745 года, которое Линней написал своему ученику Самуилу Науклеру. В нем Линней рассказал о температуре внутри оранжереи в Ботанический сад Уппсальского 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 поднимается выше 20-25 градусов, а зимой не ниже 15 градусов ...

Цельсия против Цельсия

  Страны, которые используют Фаренгейт (° F).
  Страны, которые используют градусы Фаренгейта (° F) и Цельсия (° C).
  Страны, использующие градусы Цельсия (° C).

С XIX века научные и термометрия сообщества во всем мире использовали фразу «шкала по шкале Цельсия», а температура часто указывалась просто как «градусы» или, когда требовалась более конкретная информация, как «градусы по Цельсию» с символом ° C.

Однако срок по Цельсию также использовался в испанском и французском языках как единица угловое измерение (1/100 из прямой угол ), и это имело аналогичное значение на других языках. Период, термин сотая степень или же Градиан ("град" или "гон": 100ᵍ = 90 °, 1ᵍ = 0,9 °) использовалось, когда требовалось однозначное выражение международные стандарты органы, такие как BIPM. Теперь его правильнее было бы назвать «гектоград».

Чтобы исключить путаницу между единицей измерения температуры и единицей углового измерения, 9-е заседание Генеральная конференция по мерам и весам и Международный комитет Poids et Mesures (CIPM) официально утвердил «градус Цельсия» в 1948 году для градуса температуры,[15][а] и сохраняя признанные символ степени (°), а не использовать символ градуса / сотой градуса (ᵍ или гон).[требуется разъяснение ]

В научных целях обычно используется термин «Цельсий», но в англоязычных странах «по шкале Цельсия» по-прежнему широко используется, особенно в неформальном контексте.[16] Только в феврале 1985 г. прогнозы погоды, выпущенные BBC переключил термин с «по Цельсию» на «по Цельсию».[17]

Общие температуры

Некоторые ключевые температуры, связывающие шкалу Цельсия с другими шкалами температур, показаны в таблице ниже.

Ключевые масштабные отношения
КельвинЦельсияФаренгейт
Абсолютный ноль (точно)0 К-273,15 ° С-459,67 ° F
Точка кипения жидкий азот77,4 тыс.-195,8 ° С[18]−320,4 ° F
Сублимация точка сухой лед195,1 тыс.−78 ° С−108,4 ° F
Пересечение Цельсия и Фаренгейт напольные весы233,15 К−40 ° С−40 ° F
Точка плавления H2O (очищенный лед)[19]273,1499 К0,0001 ° С31,9998 ° F
Комнатная температура (Стандарт NIST)[20]293,15 К20,0 ° С68,0 ° F
Нормальная температура человеческого тела (средний)[21]310,15 К37,0 ° С98,6 ° F
Температура кипения воды при 1 атм (101,325 кПа)
(приблизительно: см. Точка кипения )[b]		373,1339 К99,9839 ° С211,971 ° F

Набор имен и условных обозначений

«Градус Цельсия» был единственным Единица СИ полное название подразделения которого содержит заглавную букву с 1967 года, когда Базовая единица СИ температура стала кельвин, заменяя термин с заглавной буквы градусы Кельвина. Форма множественного числа - «градусы Цельсия».[22]

Общее правило Международное бюро мер и весов (BIPM) состоит в том, что числовое значение всегда предшествует единице, а для отделения единицы от числа всегда используется пробел, например «30,2 ° C» (не «30,2 ° C» или «30,2 ° C»).[23] Единственное исключение из этого правила - для единицы символы степени, минута и секунда для плоского угла (°, 'и ″, соответственно), для которого не остается места между числовым значением и символом единицы.[24] На других языках и в различных издательствах могут применяться другие типографские правила.

Символ Unicode

Unicode предоставляет символ Цельсия в кодовой точке U + 2103 ℃ ГРАДУС ЦЕЛЬСИЯ. Однако это персонаж совместимости предусмотрено совместимость туда и обратно 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 »последовательностью U + 00B0 ° ЗНАК СТЕПЕНИ + U + 0043 C ЛАТИНСКАЯ ЗАГЛАВНАЯ БУКВА C, скорее, чем U + 2103 ℃ ГРАДУС 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 шкале (например, "Галлий плавится при 29,7646 ° C "и" Температура на улице 23 градуса Цельсия "), градус Цельсия также подходит для выражения температуры интервалы: разница между температурами или их погрешности (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 утверждение, 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», которые обычно можно найти в литературе.

Измерение Цельсия следует за интервальная система но не система соотношений; и он следует относительной шкале, а не абсолютной шкале. Например, объект при температуре 20 ° C не имеет вдвое большей энергии, 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 характеристиками таких мер отношения, как вес или расстояние.[28]

Сосуществование шкал Кельвина и Цельсия

В науке и технике шкала Цельсия и шкала Кельвина часто используются в сочетании в близких контекстах, 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 одобрение, представленное решением № 3 Резолюции 3 13-го ГКБМ,[29] в котором говорилось, что «температурный интервал также может быть выражен в градусах Цельсия», практика одновременного использования как ° C, так и K остается широко распространенной в научном мире как использование С префиксом SI формы градуса Цельсия (такие как «µ ° C» или «микродградус Цельсия») для выражения температурного интервала не получили широкого распространения.

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 для использования воды с точно определенным изотопным составом (VSMOW) для тройной точки. В 2019 году определение было изменено на использование Постоянная Больцмана, полностью отделяя определение кельвина от свойства воды. В каждом из этих формальных определений числовые значения шкалы Цельсия оставались идентичными предыдущему определению в пределах точности метрология 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 рассматриваемой с использованием 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, она была просто определена как точно 0,01 ° C. Однако более поздние измерения показали, что разница между тройной точкой и точкой плавления VSMOW на самом деле очень немного (<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 абсолютная термодинамическая шкала температуры (относительно абсолютного нуля). Теперь, независимо от фактической точки кипения воды, значение «100 ° C» выше 0 ° C - в абсолютном выражении - на коэффициент именно так 373.15/273.15 (термодинамически горячее примерно на 36,61%). При соблюдении строго Согласно двухточечному определению для калибровки, точка кипения VSMOW при давлении в одну стандартную атмосферу была фактически 373,1339 K (99,9839 ° C). При калибровке до ИТС-90 (эталон калибровки, содержащий 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 (основанным на абсолютном нуле и тройной точке) не имеет практического значения для повседневных применений, поскольку точка кипения воды очень чувствительна к изменениям барометрическое давление. Например, изменение высоты всего на 28 см (11 дюймов) вызывает изменение точки кипения на один милликельвин.

Формулы преобразования температуры по Цельсию
от Цельсияпо 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 температуры интервалы а не конкретные температуры,
1 ° С = 1 К =9⁄5 ° F =9⁄5 ° R
Сравнение различных температурных шкал

Смотрите также

Примечания

  1. ^ В соответствии с Оксфордский словарь английского языка (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 отчет 1928 года о температуре: «Моя высота была около 5800 метров, температура была 28 ° по Цельсию». Однако словари стремятся найти наиболее раннее употребление слова или термина и не являются полезным ресурсом в отношении терминологии, используемой на протяжении всей истории науки. Согласно нескольким записям д-ра Терри Куинна CBE FRS, директора BIPM (1988–2004), в том числе «Температурные шкалы с первых дней термометрии до 21 века» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) 26 декабря 2010 г.. Получено 31 мая 2016. (146 KiB ) а также Температура (2nd Edition / 1990 / Academic Press / 0125696817), термин Цельсия в связи со шкалой Цельсия не использовалась научным сообществом или термометрией до тех пор, пока CIPM и CGPM не приняли этот термин в 1948 году. BIPM даже не знал, что «градус Цельсия» был спорадическим, ненаучным использованием до этого времени . Также примечательно, что в двенадцатитомном издании OED 1933 года даже не было упоминания слова Цельсия (но есть списки для обоих по Цельсию и сотый в контексте измерения температуры). Принятие в 1948 г. Цельсия выполнил 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 на протяжении веков использовался в сочетании с именем по Цельсию может оставаться в использовании и одновременно унаследовать интуитивную ассоциацию с новым именем.
    3. Новое название устранило двусмысленность термина «градус по Цельсию», позволив ему относиться исключительно к французскому названию единицы измерения угла.
  2. ^ За Венская стандартная средняя океанская вода за один стандартная атмосфера (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 100 ° C. Однако текущее определение приводит к температуре кипения, которая на самом деле на 16,1 мК меньше. Подробнее о фактической температуре кипения воды см. VSMOW в измерении температуры. Другое приближение использует ИТС-90, что приближает температуру к 99,974 ° C
  3. ^ В 1948 г. Постановление 7 9-го ГКБП заявил, «Чтобы указать интервал или разницу температур, а не температуру, необходимо использовать слово« градус »полностью или сокращение« град »». Это постановление было отменено в 1967/1968 г. Постановление 3 13-го ГКБП, в котором говорилось, что [«Названия« градус Кельвина »и« градус », символы« ° K »и« градус »и правила их использования, данные в Резолюции 7 9-го ГКГВ (1948 г.),] ... и обозначение единицы для выражения интервала или разницы температур отменяются, но использование, которое вытекает из этих решений, пока остается допустимым ". Следовательно, теперь существует широкая свобода использования относительно того, как указать температурный интервал. Самое главное, 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 МиБ ).

Рекомендации

  1. ^ «Температурная шкала Цельсия». Британская энциклопедия. Получено 19 февраля 2012. 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.
  2. ^ Хельменстин, Энн Мари (15 декабря 2014 г.). "В чем разница между Цельсием и Цельсием?". Chemistry.about.com. About.com. Получено 25 апреля 2020.
  3. ^ «Брошюра СИ, раздел 2.1.1.5». Международное бюро мер и весов. Архивировано из оригинал 26 сентября 2007 г.. Получено 9 мая 2008.
  4. ^ «Основы СИ: основные и производные единицы». Получено 9 мая 2008.
  5. ^ Цельсий, Андерс (1742) "Наблюдатель из грейдера на термометре" (Наблюдения около двух стабильных градусов на градуснике), Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar (Труды Шведской королевской академии наук), 3 : 171–180 и Рисунок 1.
  6. ^ «Резолюция 4 10-го собрания CGPM (1954 г.)».
  7. ^ Дон Риттнер; Рональд А. Бейли (2005): Энциклопедия химии. Факты в файле, Манхэттен, Нью-Йорк. п. 43.
  8. ^ Смит, Жаклин (2009). «Приложение I: Хронология». Факты в файловом словаре погоды и климата. Публикация информационной базы. п. 246. ISBN  978-1-4381-0951-0. 1743 Жан-Пьер Кристен переворачивает фиксированные точки шкалы Цельсия, чтобы получить шкалу, используемую сегодня.
  9. ^ Mercure de France (1743): MEMOIRE о расширении Mercure dans le Thermométre. Шобер; Жан де Нюлли, Писсо, Дюшен, Париж. С. 1609–1610.
  10. ^ Журнал Helvétique (1743): ЛЕВ. Imprimerie des Journalistes, Невшатель. С. 308–310.
  11. ^ Memoires pour L'Histoire des Sciences et des Beaux Arts (1743): ДЕ ЛИОН. Шобер, Париж. С. 2125–2128.
  12. ^ Образец цитирования: Уппсальский университет (Швеция), Термометр Линнея
  13. ^ Цитата для Даниэля Экстрёма, Мартена Стрёмера, Кристин из Лиона: гипертекст по физике, Температура; цитата для Кристин из Лиона: Le Moyne College, Глоссарий, (шкала Цельсия); ссылка на связь Линнея с Пером Эльвиусом и Даниэлем Экстрём: Университет Упсалы (Швеция), Термометр Линнея; общее цитирование: Упсальская астрономическая обсерватория, История температурной шкалы Цельсия
  14. ^ Цитаты: Университет Висконсин – Мэдисон, Линней и его сад и; Уппсальский университет, Термометр Линнея
  15. ^ «CIPM, 1948 г. и 9-я CGPM, 1948 г.». Международное бюро мер и весов. Получено 9 мая 2008.
  16. ^ "по Цельсию, прил. и сущ." Оксфордский словарь английского языка. Oxford University Press. Получено 20 ноября 2011.
  17. ^ 1985 BBC Special: Изменение погоды на YouTube
  18. ^ Лиде, Д.Р., изд. (1990–1991). Справочник по химии и физике. 71-е изд. CRC Press. п. 4–22.
  19. ^ Температура льда в очищенной воде измерялась при 0.000089(10) градусы Цельсия - см. Magnum, B.W. (Июнь 1995 г.). «Воспроизводимость температуры точки льда при рутинных измерениях» (PDF). Техническое примечание Nist. 1411. Архивировано из оригинал (PDF) 14 июля 2007 г.. Получено 11 февраля 2007.
  20. ^ «Единицы СИ - Температура». 2010. Получено 7 ноября 2019.
  21. ^ Элерт, Гленн (2005). «Температура здорового человека (температура тела)». Книга фактов по физике. Получено 22 августа 2007.
  22. ^ «Единица термодинамической температуры (кельвин)». Справочник NIST по константам, единицам и неопределенности: исторический контекст СИ. Национальный институт стандартов и технологий (NIST). 2000. Архивировано с оригинал 11 ноября 2004 г.. Получено 16 ноября 2011.
  23. ^ BIPM, Брошюра SI, Раздел 5.3.3.
  24. ^ Дополнительные сведения об условных обозначениях, используемых в техническом письме, см. В информационном Правила для единиц СИ и стилистические соглашения посредством NIST так же хорошо как BIPM брошюра SI: подраздел 5.3.3, Форматирование значения количества. В архиве 5 июля 2014 г. Wayback Machine
  25. ^ "22.2". Стандарт Unicode, версия 9.0 (PDF). Маунтин-Вью, Калифорния, США: Консорциум Unicode. Июль 2016 г. ISBN  978-1-936213-13-9. Получено 20 апреля 2017.
  26. ^ Решение № 3 от Постановление 3 13-го ГКБП.
  27. ^ H.D. Янг, Р. А. Фридман (2008). Университетская физика с современной физикой (12-е изд.). Эддисон Уэсли. п. 573.
  28. ^ Этот факт продемонстрирован в книге Биостатистика: руководство по дизайну, анализу и открытиям Рональд Н. Фортофер, Ын Сул Ли и Майк Эрнандес
  29. ^ http://www.bipm.fr/en/CGPM/db/13/3/
  30. ^ «Постановление № 3 9-го ГКБП (1948 г.)». Международное бюро мер и весов. Получено 9 мая 2008.
  31. ^ Образец цитирования: Лондонский университет Южного берега, Структура и поведение воды, примечания c1 и c2

внешняя ссылка

Словарное определение Цельсия в Викисловарь