Какая температура тела человека в кельвинах

Самой известной температурной шкалой в большинстве стран мира с XVIII века служила шкала измерения градусного режима по Цельсию (оС). Другая температурная шкала, предложенная в XIX веке, внесла уточнения в шкалу по Цельсию и стала самой точной системой определения сверхнизких температур. Новая шкала выявила некую постоянную величину термодинамической точки воды, которую назвали «кельвин» (К).

Однако даже с дополнениями и уточнениями по Кельвину, в современном мире пользуются в основном системой определения градусов по Цельсию. Хотя, в США или на Ямайке, использовали в старые времена и придерживаются до сих пор показателей ещё одной шкалы определения температур, предложенной Фаренгейтом.

Измерения по Цельсию

Система измерения температурного градуса по Цельсию взяла своё название по имени Андерса Цельсия, шведского физика, разработавшего в 1742 году шкалу измерения температур. Учёный предположил, что такие физические процессы, как закипание воды, или таяние льда, напрямую зависят от давления в окружающей атмосфере. Это затрудняло исследования по определению точных показаний.

Шкала по Цельсию имела диапазон от 0 до 100 градусов со знаком «+», который продолжается вниз или вверх до бесконечности. Это являлось проблемой для точного измерения величин, поскольку известно, что ниже +4 °C вода имеет свойство расширяться и при дальнейшем понижении температуры даёт неправильные показания градусных значений.

Пересмотрена и модернизирована шкала температур по Цельсию была лишь после одобрения научным миром разработок физика Уильяма Томсона (Кельвина). Именно тогда была представлена постоянная температурная величина и принято определение, что 1 градус Цельсия равен 274,15 Кельвинам.

Температура в Кельвинах

Такое название дано новой температурной единице по имени англичанина У. Томсона, впоследствии за неоценимые заслуги в развитии физики, получившего звание лорда Кельвина Ларгского. Им в 1848 году была предложена градусная единица для расчёта показаний температур в таком виде:

1 кельвин = 1/273,16 части температуры тройной точки воды.

По новой шкале отсчёт температуры начинается с абсолютного нуля. Под абсолютным нулём понимается состояние, равное величине минимальной внутренней энергии тела. Приведённое тождество можно охарактеризовать иначе:

1 К = 1/273,16 расстояния от абсолютного нуля до точки воды.

Тройная точка воды – это состояние равновесия пара, воды и льда. Абсолютный ноль по Томсону (0 К), это точка температуры, при которой прекращается движение молекул, газы не имеют никакого объёма, и называется такое их состояние – состоянием идеального холода. Достичь абсолютного нуля невозможно, но, благодаря расчётам учёного, удалось максимально к этому приблизиться. Весь смысл научных трудов сводился к тому, что вести подсчёты по такой шкале, где началом служит постоянная величина, принятая за абсолютный нуль, гораздо проще.

В новой шкале отсутствуют отрицательные величины. 0 К считается самой низкой температурой, которая возможна на Земле. Так, с точки зрения физиков и математиков, легче вычислять температуры, усреднять значения или выводить взаимоотношения плюсовых и минусовых градусов. Однако, когда речь идёт о значениях температур, представленных в Кельвинах, термин «градусы» не используют, ведь по шкале Томпсона значения определяются не градусами, а «абсолютной температурой».

Сравнение двух температурных величин

Принятая абсолютная температурная величина 0 К взята за начало отсчёта по шкале Кельвина. Вплоть до 1968 г. новая мера градусной величины именовалась «градусом Кельвина», по подобию с «градусом Цельсия». Впоследствии научное сообщество, во главе с Генеральной комиссией, ответственной за обозначения мер и весов, официально переименовала температурную единицу в «кельвин», с сокращённым обозначением «К» и относительной величиной к Цельсию (оС) равной: С/К = 1/274,15.

Существующая шкала температур Кельвина применяется чаще в научном мире, в химии, математике и физике, в частности – термодинамике. Далеко не всем понятно определение, что под К понимается термодинамическая температура тройной точки воды. И если простому обывателю знания температурных режимов необходимы на уровне погоды или приготовления пищи, то учёные используют в своих экспериментах ту систему, которая для конкретной работы представляется наиболее удобной.

Изучение технических определений, использующих данные шкалы Кельвина, введено в программу физико-математических вузов, или применяется для школьных классов с углублённым изучением данных предметов. Температурная шкала Кельвина как раз является более рациональной, нежели общераспространённая шкала Цельсия, при таких случаях, как, например, измерение цветовой температуры в лампах накаливания, осветительных приборах профессионального назначения (можно встретить обозначения 3000K; 6000K на фотокамерах, что говорит о яркости, качестве, др. температурных характеристиках прибора).

Как перевести значения

Теперь, зная выведенные постоянные величины, переводить Кельвины в Цельсии и наоборот достаточно просто. Для этого нужно всего лишь к показанию градусов Цельсия добавить постоянную Кельвина.

Пример 1:

• температура замерзания воды 0 оС;
• по шкале Томпсона (Кельвина) 0 оС – это 273,16 К;
• температура замерзания воды в «кельвинах» будет 273,16 К.

Пример 2:

• температура кипения воды равна 100 градусов по Цельсию (t =100 оС);
• 100 + 273,16 = 373,16;
• температура кипения воды в «кельвинах» равна 373,16 К.

Пример 3:

Нужно перевести 100 К в оС.

Если необходимо выполнить перевод «кельвинов» в градусы Цельсия, то надо из величины, взятой по шкале Томпсона (Кельвина), вычесть величину абсолютного нуля, равную 273,16.

• 100–273,16 = -173,16.
• 100 К = -173,16оС.

Абсолютный нуль по Кельвину в переводе на шкалу Цельсия равен:

• 0 К = -273,16 оС.

Измерения по Фаренгейту

Конвертацию значений из Фаренгейта в градусы Цельсия можно осуществить по несложным правилам, учитывая тот факт, что точка замерзания по Цельсию на 32 единицы ниже, чем по Фаренгейту.

Пример:

• 1°F = (1–32) * 0,55555 = – 17 °C;
• 10°F = (10–32) * 0,55555 = – 12 °C;
• 32°F = (32–32) * 0,55555 = 0 °C;
• 50°F = (50–32) * 0,55555 = +10 °C;
• и т. д.

Однако, при обратной конвертации из Цельсия в Фаренгейты, расчёты по приведённой системе будут неточными, поэтому лучше прибегнуть к разработанной Фаренгейтом таблице. А также можно воспользоваться онлайн-калькулятором, размещённым на любом тематическом сайте. Показатели принятой таблицы перевода величин и расчётные данные по онлайн-калькулятору выглядят так:

• 00С = 32 F;
• 10С = 33,80F;
• 100С = 500F;
• 1000С = 2120F.

Чтобы ответить на два вопроса «Откуда взялись все эти градусы и шкалы температур и почему не пользоваться одной?» и, гласное «что и как измеряют эти Кельвин, Цельсий и Фаренгейт?» нужно начать с самого начала…

Самым первым термометром (на самом деле термоскопом) с очень большой натяжкой можно считать изобретение Галилео Галилея в самом конце 16-ого века. Вот только температуры он не измерял, на нем даже значений никаких нанесено не было…

Шкала градусов

1. Фаренгейта
2. Цельсия
3. Кельвина

Сейчас можно купить сувенир называющийся термометром Галилея и кое-как понять, холодно сейчас или жарко он поможет. Первые устройства приписываемые Галилею и современникам были воздушными и дать сколько-нибудь точную цифру поэтому не могли.

Что-то действительно похожее на современный прибор появилось во Флоренции во второй половине 17-го века.

Флорентийцы знали, что использовать воду в термометре нельзя, она ведь замерзнет, поэтому применяли винный спирт, деления на трубку с жидкостью наносились так, чтобы она не опускалась ниже 10 и не поднималась выше 40, таким образом всего делений было 50.

Роберт Гук, известный нам открытием связи между деформацией тела и приложенной к нему силой (Закон Гука) и, что важно для этой истории, постоянной температуры кипения воды и таяния льда, в 1663 году изготовил прибор, где в качестве ноля была отмечена температура при которой лед тает, а в качестве термометрической жидкости использовался подкрашенный красным спирт.

Ньютону, для его исследований, понадобилось измерять температуру. В качестве нулевого деления им была выбрана температура замерзания пресной воды, а рабочей жидкостью в приборе было льняное масло.

Ньютон употребил термин «термометр», но слово «температура» не употреблял, вместо этого используя «градусы теплоты». Второй реперной точкой знаменитый ученый избрал температуру тела человека 12 градусов Ньютона. Число 12 здесь неспроста, оно взято по аналогии с числом месяцев в году.

Датчанин Олаф Рёмер предложил за нуль принять температуру замерзания соленой воды, а в качестве второй точки — температуру человека. Олаф был хорошо знаком со следующим нашим героем, вы сразу же заметите общие идеи.

Градусы Фаренгейта

Первым человеком создавшим почти современный термометр был Габриель Фаренгейт. Он стал применять вместо спирта ртуть. По текущей шкале Фаренгейта температура замерзания воды 32 градуса, а кипения — 212.

Сам изобретатель устанавливал в качестве ноля температуру таяния смеси воды со льдом, морской солью (хлорид натрия) и нашатырем (хлорид амония). По второй распространенной версии за ноль была принята просто температура зимой на улице.

Второй точкой отсчета стала температура тела человека. С этим значением связана занятная история.

В качестве эталонного человека, температуру которого он измерял для опыта, физик выбрал свою жену. Только не учел, что она была в то время нездорова и ее «нормальная» температура ее составила бы сейчас 37,8 градуса Цельсия, а не 36,6. Так 100 градусов Фаренгейта соответствовали 37,7 °C.

В современной шкале Фаренгейта температура здорового человека — 98,6 фаренгейта, таяния льда — все те же 32, а для смеси воды с нашатырем и солью (смесь Фаренгейта) — 0 °F.

Число 32 было взято ученым не случайно. Фаренгейт принадлежал к франко-масонам, а в этом тайном обществе 32 степени посвящения.

Чтобы перевести градусы Фаренгейта в Цельсии, нужно использовать формулу:

Т (°С) = 5/9 х (t (°F) — 32)

И наоборот. Привычная нам градусах Цельсия температура здорового человека в 36,6 по фаренгейту будет равняться:

Т (°F) = 9/5 х (t (°С) + 32)

(36,6 х 9/5) + 32 = 96,8°F

А не красивая цифра 100, как хотел изобретатель.

Вот только используют шкалу Фаренгейта в США, четырех островных государствах да изредка, по старой памяти, в Канаде и Великобритании.

Ноль по фаренгейту не связан с очевидным и понятным обывателю эффектом, в отличие от ноля по современной шкале Цельсия (точка таяния льда).

Градусы Цельсия

Шведский метеоролог Андерс Цельсий предложил новую температурную шкалу. В качестве нулевого деления была принята температура кипения воды, а при 100 °C начинал таять лед (оба значения, при нормальном атмосферном давлении)!

Сегодня мы используем шкалу целься наоборот благодаря Карлу Линнею.

Цельсий пытался избежать отрицательных значений в показаниях своего «градусника». Поэтому и избрал в качестве «0» температуру кипения, верхним значением был 0, а нижним — 150, отрицательных чисел не было.

Линней же был ботаником и использовал термометр в своих оранжереях, для этого был удобнее современный вариант шкалы.

На протяжении 18-го века шкалу называли «шведской». В 19-м веке ее чаще всего называют «стоградусной» и изредка по имени создателя. Centigrade по-английски и французски centigrado по итальянски. И только в 1948 году Международный комитет мер и весов окончательно утвердил название «degree Celsius». С современного английского фраза 10 degrees centigrade переводиться как «10 градусов Цельсия».

Градусы Кельвина

Теперь переходим к самому загадочному… В середине 19 века появилась еще одна шкала температур — Кельвина. И если вы раньше не слышали такого названия (а это, к слову, одна из семи основных международных единиц измерения величин), это просто из-за гуманитарного образования. Ведь температуру в Кельвинах измеряют в термодинамике, это система измерения для ученых, не бытовая. Так что измеряет Кельвин?

Интересно, что температура измеряется просто «в кельвинах», без слова «градус».

Еще более занимательно, что шкала названа так в честь Уильяма Томсона, известного своими научными работами по электростатике и термодинамике… а Кельвин тогда кто?

Ах да, сэр Уильям, получил титул лорд Кельвин Ларгский. Поэтому — «эффект Томсона», а «шкала Кельвина».

Что измеряется в кельвинах? Такая же точно температура, но… Сама шкала интересна еще и тем, что является абсолютной (все вышеперечисленные — эмпирические) и начинаться с «ноля», которого невозможно достичь.

Температура в 0 К, является абсолютным нулем, величиной которой невозможно достичь потому, что запрещает Третье начало термодинамики. Но каждый может попробовать. Просто нужно достичь такого стояния, когда частицы материи прекратили движение, совсем.

Как вы поняли значение это сугубо теоретическое и на практике невозможное. Самая низкая температура которой удалось достичь — 0,000000002K, но не 0!

Чтобы пересчитать Кэльвины в градусы Цельсия достаточно от температуры в Кельванах отнять 273,15. Простая формула пересчета. Так было и задумано, чтобы шкалы Кельвина и Цельсия были совместимы. −273,15 °C = 0 К, а также 0 °C = 273,15 К.

Это, конечно же не вся история. Ведь были еще градусы Реомюра и Рёмера, Ранкина и Делиля. И не забудьте о Ньютоне. В конечном счета в системе СИ есть только одна температура, та, что в Кельвинах. Но нам в быту удобнее Цельсии. Просто потому, что замерзание воды процесс наглядный, а «абсолютный нуль» что-то далекое и непонятное. Ответ на вопрос заданный в начале статьи прост: каждый ученый создавал такую шкалу температур, какую считал более удобной, исходя из собственного опыта и представлений.

На самом, деле даже измерить температуру непосредственно нельзя, в любом приборе исполняться другие величины, например, изменение объема, электрического сопротивления или интенсивности излучения. Вот такая история.

Еще по теме:

• Термоэлектричество
• Можно ли делить на ноль