Градус Цельсия

Гра́дус Це́льсия (обозначение: °C или юникод символ U+2103 ℃) — широко распространённая единица температуры, применяемая в Международной системе единиц (СИ) наряду с кельвином^[1]. Используется всеми странами, кроме США^[2], Багамских Островов, Белиза, Каймановых Островов и Либерии.

Рисунок термометра, сделанный самим Цельсием, из статьи Observationer om twänne beständiga grader på en thermometer, 1742

Градус Цельсия назван в честь шведского учёного Андерса Цельсия, предложившего в 1742 году новую шкалу для измерения температуры^[3].

Первоначальное определение градуса Цельсия зависело от определения стандартного атмосферного давления, потому что и температура кипения воды, и температура таяния льда зависят от этого параметра. Это не очень удобно для стандартизации единицы. Поэтому после принятия кельвина (K) в качестве основной единицы выражения температуры определение градуса Цельсия было пересмотрено.

Согласно современному определению, один градус Цельсия равен одному кельвину (K), а ноль шкалы Цельсия установлен таким образом, что температура тройной точки воды равна 0,01 °C. В итоге шкалы Цельсия и Кельвина сдвинуты на 273,15 единиц:

\text{[math]}

t_{C}=t_{K}-273{,}15

t_{C}=t_{K}-273{,}15

ТерминологияПравить

В рамках Международной системы единиц (СИ) проводится различие между величиной «термодинамическая температура», выражаемой в кельвинах, и той величиной, которая выражается в градусах Цельсия. Основные международные и российские документы, содержащие описание единиц СИ и регламентирующие их использование, называют градус Цельсия не единицей температуры, а единицей температуры Цельсия (фр. température Celsius, англ. Celsius temperature). Этот термин используется в Брошюре СИ (фр. Brochure SI, англ. The SI Brochure), опубликованной Международным бюро мер и весов (МБМВ) и содержащей полное официальное описание СИ вместе с её толкованием. Он применяется в ГОСТ 8.417-2002 «Единицы физических величин» и в «Положении о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации», утверждённом Правительством РФ. В свою очередь температуру Цельсия (обозначение t) Брошюра СИ и ГОСТ 8.417-2002 определяют выражением t = T — T₀, где T — термодинамическая температура, выражаемая в кельвинах, а T₀ = 273,15 К^[1]^[4]^[5].

В соответствии со сказанным градус Цельсия относится к производным единицам СИ, имеющим специальные наименования и обозначения.

ИсторияПравить

В 1665 году голландский физик Христиан Гюйгенс вместе с английским физиком Робертом Гуком впервые предложили использовать в качестве отсчётных точек температурной шкалы точки таяния льда и кипения воды^[6]^{[неавторитетный источник?]}^[7].

Ангел, держащий термометр со старой шкалой Цельсия. Фрагмент фронтисписа книги К. Линнея Hortus Cliffortianus, 1738

В 1742 году шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий (1701–1744) на основе этой идеи разработал новую температурную шкалу. Первоначально в ней за ноль была принята точка кипения воды, а за 100 °C — температура замерзания воды (точка плавления льда). Позже, уже после смерти Цельсия, его современники и соотечественники ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер использовали эту шкалу в перевёрнутом виде (за 0 °C стали принимать температуру таяния льда, а за 100 °C — кипения воды). В таком виде шкала и используется до нашего времени.

По одним сведениям, Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера^[8]. По другим сведениям, шкалу перевернул Карл Линней в 1745 году. А по третьим — шкалу перевернул преемник Цельсия Мортен Штремер, и в XVIII веке такой термометр был широко распространён под названием «шведский термометр», а в самой Швеции — под именем Штремера, но известнейший шведский химик Йёнс Якоб Берце́лиус в своём труде «Руководство по химии» назвал шкалу «Цельсиевой» и с тех пор стоградусная шкала стала носить имя Андерса Цельсия^[6]. Однако чаще шкалу именовали просто стоградусной шкалой (англ. и фр. centigrade). Официально наименование градус Цельсия принято на IX Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году.

Цельсий в своей работе «Наблюдения двух фиксированных положений на термометре» (швед. Observationer om twänne beständiga grader på en thermometer) рассказал о своих экспериментах, показывающих, что температура таяния льда (0 °C) не зависит от давления. Он также определил с удивительной точностью, как температура кипения воды варьировалась в зависимости от атмосферного давления. Он предположил, что отметку 100 °C (точку кипения воды) можно откалибровать, зная, на каком уровне относительно поверхности моря находится термометр.

Шкала Цельсия линейна в интервале от 0 до 100 °C и также линейно продолжается в области ниже 0 °C и выше 100 °C. Линейность является основной проблемой при точных измерениях температуры. Достаточно упомянуть, что классический термометр, заполненный водой, невозможно разметить для температур ниже 4 °C, так как в этом диапазоне вода начинает снова расширяться при охлаждении.

Некоторые основные температурыПравить

	кельвин	градус Цельсия	градус Фаренгейта
Абсолютный ноль	0 K	−273,15 °C	−459,67 °F
Температура кипения жидкого азота	77,4 K	−195,8 °C^[9]	−320,3 °F
Сублимация (переход из твёрдого состояния в газообразное) сухого льда	195,1 K	−78 °C	−108,4 °F
Точка пересечения шкал Цельсия и Фаренгейта	233,15 K	−40 °C	−40 °F
Температура плавления льда	273,1499 K	−0,0001 °C^[10]	31,99982 °F
Тройная точка воды	273,16 K	0,01 °C	32,018 °F
Нормальная температура человеческого тела^[11]	310 K	36,6 °C	97,9 °F
Температура кипения воды при давлении в 1 атмосферу (101,325 кПа)	373,1339 K	99,9839 °C^[10]	211,971 °F