Целзий (°C) — дефиниция, история и употреба на температурната скала
Научете всичко за скалата Целзий: дефиниция, история, 0° и 100° точки, преобразувания, практическа употреба и значение в SI — ясни обяснения и полезни примери.
Целзий (по-точно градус по Целзий, понякога наричан просто Целзий) е мерна единица, използвана в много страни за измерване на температурата. Тази единица е въведена през XVIII век по идея на Андерс Целзий (1701–1744), шведски астроном, който представя през 1742 г. скала с 100 деления между точките на замръзване и кипене на водата. Оригиналната скала на Целзий първоначално е била обърната (0 = кипене, 100 = замръзване) и след това е била обръщана и адаптирана от други учени (сред тях Jean-Pierre Christin и др.) до познатата ни форма, при която 0 °C е точката на замръзване, а 100 °C — точката на кипене на водата при стандартно налягане.
Точки на скалата. 0 градуса (°) по Целзий е температурата на топене на чиста вода на морското равнище (нормално налягане), а 100° по Целзий е температурата на кипене на водата при това налягане. На по-голяма надморска височина водата кипи при по-ниска температура, тъй като атмосферното налягане е по-ниско. Точката на тройната равновесие на водата (трите фази — твърдо, течно и газообразно съществуват едновременно) е точно 0.01 °C (свързвана исторически с прецизни калибровки).
Следователно 1 °C е една стотна (1/100) от разликата между тези две класически точки (замръзване и кипене на водата при стандартно налягане).
Име и история на наименованието. До средата на XX век единицата често се нарича "Centigrade" (от латинското "centum" = сто и "gradus" = степен, стъпка). От 1948 г. международните метрични организации утвърждават името "градус по Целзий" (degree Celsius) в чест на Андерс Целзий, за да се избегне смесване с други значения на думата "centigrade".
Определение и връзка с келвин
В рамките на Международната система единици (SI) градусът по Целзий има същата големина като келвина (K). В практиката това означава, че при промяна на температурната скала с веществено число промяната в °C е равна на промяната в K. Връзката между двете скали е:
- K = °C + 273.15 — по тази формула 0 °C съответства точно на 273.15 K.
- Обратно: °C = K − 273.15.
От 2019 г., след прецизната референция на SI чрез постоянните на природата (фиксирана стойност на константата на Болнцман), дефиницията на келвина е актуализирана, но големината на келвина и следователно на градуса по Целзий остава непроменена. Исторически тройната точка на водата е служила като референтна точка при калибриране (≈ 0.01 °C = 273.16 K), но практическите дефиниции и измервания днес следват SI.
Конверсии и примери
- Преобразуване в Фаренхайт (°F): °F = °C × 9/5 + 32. Обратно: °C = (°F − 32) × 5/9.
- Примери: 37 °C ≈ 98.6 °F (нормална телесна температура), −40 °C = −40 °F (точка, в която двете скали съвпадат), 100 °C = 212 °F (кипене на водата при 1 atm).
Употреба
- Скалата на Целзий е стандартна за ежедневни измервания в повечето страни: прогнози за времето, домашни и промишлени термометри, готвене, медицина (термометри за телесна температура) и лабораторни измервания.
- В науката и инженерството често се използва заедно с келвина, като за физични изчисления, свързани с термодинамиката, предпочитаната абсолютна скала е келвин.
Символ и писане
Международният символ за градус по Целзий е °C. Според препоръките на SI между числото и единицата се поставя междина (например: 20 °C), но в много нематематически текстове и приложения често се среща и без интервал (20°C).
Кратко резюме: Градусът по Целзий е широко използвана температурна скала с 0 °C за точка на замръзване и 100 °C за точка на кипене на чиста вода при нормално атмосферно налягане; величината на градуса по Целзий е равна на големината на келвина и е официално приета като част от SI.
История
През 1742 г. Андерс Целзий създава "обърната" версия на съвременната температурна скала на Целзий. В тази скала нулата е температурата на кипене на водата, а 100 е температурата на топене на леда. В статията си "Наблюдения на две устойчиви степени на термометър" той пише за своите експерименти. Той показва, че температурата на топене на леда по принцип не се влияе от налягането на въздуха. Ледът се превръщал във вода при една и съща температура, независимо дали се намирал на морското равнище или в планината. Не така стои въпросът с температурата на кипене на водата. Тя би кипнала по-лесно при по-малко налягане (в планината). Той решава, че нулата на неговата температурна скала (точката на кипене на водата) ще бъде определена на стандартното барометрично налягане на морското равнище. Това налягане е известно като една атмосфера. През 1954 г. Резолюция 4 на 10-та CGPM (Генералната конференция по мерки и теглилки) определя какво точно е една стандартна атмосфера (101,325 kPa или 14,6959 psi).
През 1744 г., годината на смъртта на Андерс Целзий, известният шведски ботаник Карол Линей (1707-1778) използва обърната версия на скалата на Целзий, когато купува първия си термометър. Това е била скала, в която нулата е представлявала точката на топене на леда, а 100 - точката на кипене на водата, подобно на тази, която използваме днес. Изработеният по поръчка "термометър на Линей", който той използва в оранжериите си, е дело на Даниел Екстрьом, тогава водещ шведски производител на научни инструменти. Работилницата на Екстрьом се намира в мазето на Стокхолмската обсерватория. Както често се е случвало в тази епоха преди съвременните комуникации, много физици, учени и производители на инструменти имат заслуга за независимото изработване на една и съща измервателна скала; сред тях са Пеер Елвиус, секретар на Шведската кралска академия на науките (която е имала работилница за инструменти), с когото Линей също е разговарял; Кристин от Лион; Даниел Екстрьом, производителят на инструменти, и Мартен Стрьомер (1707-1770 г.), който е учил астрономия при Андерс Целзий.
Първият известен документ, в който температурите се отчитат по тази съвременна "напреднала" скала на Целзий, е статията Hortus Upsaliensis от 16 декември 1745 г., която Линей пише на своя ученик Самуел Науклер. В него Линей съобщава за температурите в оранжерията на Ботаническата градина на университета в Упсала:
...тъй като калдариумът (горещата част на оранжерията), благодарение на ъгъла на прозорците, само от слънчевите лъчи, получава такава топлина, че термометърът често достига 30 градуса, въпреки че внимателният градинар обикновено се грижи температурата да не надвишава 20-25 градуса, а през зимата да не е под 15 градуса...
През следващите 204 години научните и термометричните среди по света наричат тази скала "сантиградусова скала". Температурите по сантиградусовата скала често се съобщават като "градуси" или "градуси по Целзий". Символът за стойностите на температурата по тази скала е °C (в няколко формата през годините). Тъй като наименованието "сантиградус" е също така испанско и френско наименование на единица за измерване на ъгъл (една стотна от прав ъгъл) и има подобно значение на други езици, терминът "стотна степен" се използва, когато се изисква много точен и ясен език за международна комуникация, например от Международното бюро за мерки и теглилки (BIPM). През 1948 г. 9-ата Генерална конференция по мерки и теглилки (CGPM) и Международният комитет по мерки и теглилки (CIPM) официално решават да използват "градус по Целзий" (символ: °C).
Има три причини за решението през 1948 г. да се използва думата Целзий:
- Всички разпространени температурни скали носят имената на някой, който е тясно свързан с тях - Келвин, Целзий, Фаренхайт, Реймюр и Ранкин.
- Символът °C, който от векове се използва в асоциацията с наименованието "Целзий", може да продължи да се използва, но вече означава "Целзий". (Линей е имал важна част от съвременната скала, но Целзий пръв я е разработил).
- Новото име означава, че сантиград отново може да означава само френскоезичното наименование на единицата за измерване на ъгъл.
Трябва да минат обаче почти две десетилетия, за да се премине в училищните учебници от градус по Целзий на градус по Целзий, и много хора днес все още използват старото наименование.
Примери
- По скалата на Целзий водата замръзва при 0°, а кипи при 100°.
- Стайната температура е около 20 °C.
- Абсолютната нула (най-студената възможна температура) е -273,15 °C.
- Зимните температури в Антарктида могат да бъдат между -80 и -90 °C.
- Температурата на човешкото тяло обикновено е 37 °C.
Преобразуване на температурата
- За да превърне температурата в градуси по Целзий в келвини, човек трябва да добави 273,15. Например 0 градуса по Целзий, което е температурата, при която водата замръзва, е 273,15 келвина.
- За да превърне температурата в келвини в градуси по Целзий, човек трябва да извади 273,15. Например, 310 K е същата температура като 36,85 °C, което е приблизително температурата на човешкото тяло.
- За да превърне температурата в градуси по Целзий в градуси по Фаренхайт, човек трябва да я умножи по 9/5 и да добави 32: F = (9/5)C + 32.
- За да превърне температурата в градуси по Фаренхайт в градуси по Целзий, човек трябва да извади 32 и да умножи резултата по 5/9: C = (F - 32) * 5/9.
Въпроси и отговори
В: Какво е Целзий?
О: Целзий е мерна единица, която се използва в много страни за измерване на температурата.
В: Кой е създал Целзий?
О: Целзий е създаден от Андерс Целзий, шведски астроном.
В: Каква е температурата на топене на чиста вода в градуси по Целзий?
О: Температурата на топене на чиста вода на морското равнище в градуси по Целзий е 0 градуса.
В: Каква е температурата на кипене на водата в градуси по Целзий?
О: Температурата на кипене на водата при нормално налягане в градуси по Целзий е 100 градуса, но трябва да се отбележи, че на по-голяма надморска височина водата кипи при по-ниска температура.
В: Каква е връзката между 1°C и разликата между температурата на кипене и температурата на топене на водата?
О: 1 °C е една стотна част от разликата между температурите на кипене и топене на водата.
Въпрос: Кога единицата Целзий е получила името си?
О: От 1948 г. единицата се нарича "Целзий".
Въпрос: Как се е наричала единицата Целзий, преди да бъде преименувана през 1948 г.?
О: Преди промяната през 1948 г. единицата Целзий се е наричала "санти", като "санти" е означавало 1/100, а "градус" - скала.
обискирам