3. Одиниці вимірювання температури

Слово "температура" утворилося від латинського temperatura, що означає "усталене змішування", "суміш". В XVII сторіччі існувала теорія, згідно якої температура фізичного тіла залежала від вмісту в ньому особливої рідини "теплороду" і сприймалася, як міцність цього розчину. Тому одиниці вимірювання міцності спиртових напоїв та температур деяких шкал (Цельсія, Фаренгейта тощо) називаються однаково - градуси.

Температура - це фізична величина, що характеризує середню кінетичну енергію частинок тіла, які знаходиться в стані термодинамічної рівноваги. Визначається як міра збільшення ентропії (термодинамічного безладу) тіла ΔS при додаванні йому певної кількості теплової енергії ΔQ:

ТΔS = ΔQ

Взагалі, температура є найважливішою фізичною величиною для мешканців Землі, де підтримується нестійка теплова рівновага між кількістю отриманої та розсіяної енергії. Збільшення середньорічної температури поверхні планети усього на кілька градусів загрожує затопленню великих територій, катастрофічною зміною клімату тощо.

Одиниця вимірювання термодинамічної температури – кельвін (позначається Т), є однією з основних одиниць міжнародної системи SI (System International), яка прийнята і в Україні. Початком відліку шкали термодинамічних температур є абсолютний нуль, якій відповідає мінімальній теоретично можливій внутрішній енергії фізичного тіла. Поруч із кельвіном, у нас дозволено застосовувати споріднену одиницю - градус Цельсія. Шкала Цельсія побудована на властивостях тієї ж води і її нулем є температура замерзання води за нормальних умов. Розміри кельвіну та градусу Цельсія однакові, а перерахунок виконується за наступною формулою:

T(K) = t(ºC)+273,15

У деяких англомовних країнах досі широко застосовується шкала Фаренгейта (США, Канада тощо). Перерахунок температури відбувається за наступною формулою:

t(ºF) = 1,8 t(ºC)+32

Більш докладний опис шкал температури наданий у додатку А.

Одиниця температури в системі SI визначається наступним чином:

"Кельвін дорівнює 1/273,16 частині термодинамічної температури потрійної точки води."

Потрійна точки води відповідає такому співвідношенню тиску та температури в замкненій судині, коли вода знаходиться там одночасно в трьох фазових станах - пара, рідина та лід. За шкалою Цельсія потрійна точка води дорівнює 0,01ºC. За шкалою Кельвіна ця температура складає 273,16К.

У діапазоні, що має прикладне значення для науки та промисловості, температурна шкала відтворюється за допомогою так званих реперних точок, які стандартизовані в Міжнародній температурній шкалі МТШ-90 (ITS-90). Крім визначальної основної реперної точки - потрійної точки води, до неї відносяться такі основні реперні точки, як потрійні точки водню, неону, кисню, аргону та ртуті (13,8033К, 24,5561К, 54,3584К, 83,8058К та 234,3156К відповідно) а також точки плавлення (затвердіння) галію, індію, олова, цинку, алюмінію та срібла (302,9146К, 429,7485К, 505,078К, 692,677К, 933,473К та 1234,93К відповідно). Ділянки шкали між реперними точками вважаються лінійними та розраховуються за допомогою відповідних інтерполяційних формул. Шкали нижче 13,8033К та вище 1234,93К розраховуються за допомогою екстраполяційних формул та вторинних реперних точок. Вченими-фізиками була досягнута найменша температура порядку величини 0,00001К у дослідах із ядерним магнітним охолодженням та найбільша порядку величини 1000000К у дослідах із плазмою. Перелік вторинних реперних точок МТШ-90 наданий у додатку Б.