Градус Реомюра: история появления, связь со шкалой Цельсия и Кельвина
Каждому человеку известно, что температура измеряется в градусах Цельсия. Люди же, которые знакомы с физикой, знают, что международная единица измерения этой величины - кельвин. Историческое развитие понятия температуры и соответствующих приборов для ее определения привело к тому, что в настоящее время мы пользуемся иными метрическими системами, нежели наши предки. В статье рассматриваются вопросы: что представляет собой градус Реомюра, когда его использовали и как он связан с общепринятыми шкалами для измерения температуры.
Рене Антуан Реомюр
Перед тем как рассмотреть шкалу Реомюра для определения температуры окружающих тел, рассмотрим личность ее создателя.
Рене Реомюр родился 28 февраля 1683 года во французском городе Ла-Рошель. Любовь к научным исследованиям окружающего мира он начал проявлять с раннего детства. Рене интересовался физикой, математикой, астрономией, правом, философией, биологией, металлургией, языками и многими другими дисциплинами.
В возрасте 25 лет он становится членом Французской Академии Наук, и ему сразу же начинают поручать выполнение серьезных научных проектов национального масштаба. Являясь членом академии наук, каждый год в течение 50 лет Реомюр публиковал научную работу. Многие его труды по изучению насекомых, а также по исследованию свойств металлов были переведены на английский и немецкий языки. Современники называли его Плинием XVIII века.
Погиб ученый в возрасте 74 лет в результате падения с лошади во время одной из конных прогулок. После себя Реомюр оставил научные рукописи, которые занимали 138 папок.
Открытие новой температурной шкалы
В начале XVIII века в мире не существовало общепринятой шкалы для измерения температуры тел. В 1731 году в результате термодинамических экспериментов Рене Реомюр предложил использовать температурную шкалу, которая стала носить его фамилию. Эта шкала применялась более 100 лет в ведущих странах Европы, в частности, во Франции, в Германии и в России. В конце концов, она была вытеснена шкалой Цельсия, которая широко используется до настоящего времени.
Любопытно отметить, что Реомюр предложил использовать свою шкалу за 11 лет до того, как это сделал Цельсий.
Опыты, которые привели к изобретению шкалы Реомюра
Опыты, которые подвигли ученого к изобретению новой шкалы, являются весьма простыми. Заключаются они в следующем: Реомюр поставил перед собой цель измерить температуру перехода между агрегатными состояниями жизненно важной для человека жидкости - воды, то есть определить, когда она начинает кристаллизоваться с образованием льда, а когда начинает кипеть и переходит в пар. Для этой цели ученый решил использовать спиртовой термометр, который он сконструировал самостоятельно.
Термометр Реомюра представлял собой стеклянную трубку, высотой около 1,5 метра, который в основании расширялся в сосуд диаметром порядка 10 см. Трубка была заполнена смесью этилового спирта и воды и запаяна с обоих концов. В качестве рабочей жидкости была выбрана именно спиртовая смесь потому, что эта алкогольная субстанция имеет в 4 раза больший коэффициент теплового расширения, чем вода. Последний факт означает, что уровень спиртового столба является очень чувствительным к температурным изменениям, поэтому его можно применять для точного измерения рассматриваемой величины.
Положив за 0 градусов уровень спиртового столба в термометре, когда его основание опущено в тающий лед, Реомюр измерил это значение, поместив прибор в кипящую воду. Ученый заметил, что если начальная высота столба спирта равна 1000 единиц, то его конечное значение составляет 1080 единиц. Число 80, как разницу между горячим и холодным уровнями столба в термометре, Реомюр положил в основание своей температурной шкалы.
Восьмидесятеричная шкала
Как было сказано, 0 градусов по шкале Реомюра (°R) соответствуют температуре плавления (таяния) льда, а 80 °R - кипению воды. Это означает, что предложенная французским ученым шкала является восьмидесятеричной, что отличает ее от шкал Цельсия или Кельвина, которые основываются на цифре 100. Последний факт, очевидно, обусловил постепенное вытеснение ее этими шкалами. Наша система счисления является десятеричной, поэтому пользоваться цифрами порядка 10, 100 и так далее гораздо удобнее, чем промежуточными значениями.
Связь со шкалами Цельсия и Кельвина
Как было сказано выше, температура по Реомюру сейчас не используется почти нигде, однако, во время варения сахарного сиропа и при производстве карамели ее иногда применяют. Поэтому следует привести формулы перевода градусов Реомюра в Цельсия и Кельвина. Эти формулы имеют следующий вид:
- C = 1,25*R;
- K = 1,25*R + 273,15.
В представленных выражениях R, C, K - градусы Реомюра, Цельсия и Кельвина, соответственно. Проверить правильность первой формулы достаточно просто: подставим в нее значение 80 °R, при которых кипит вода. Тогда получим: C = 1,25*80 = 100 °C, что точно соответствует температуре кипения этой жидкости при нормальных условиях в привычной для нас шкале.
Также приведем обратные формулы для перевода градусов Цельсия и Кельвина в Реомюра:
- R = 0,8*C;
- R = 0,8*K - 218,52.
Отметим, что ноль градусов по шкале Реомюра совпадает с этим значением температуры по Цельсию.
Пример решения задачи
Как видно из формул предыдущего пункта, перевод между различными шкалами измерения температуры выполнять достаточно просто. Решим простую задачу: "При изготовлении карамели был использован термометр, откалиброванный на градусы Реомюра, который в процессе приготовления сладости показал значение 123 °R. Сколько градусов бы показал термометр, если бы его откалибровать на шкалу Цельсия?"
Воспользуемся формулой перевода градусов Реомюра в Цельсия, получим: C = 1,25*123 = 153,75 °C. Для полноты решения переведем также эти градусы в значение по Кельвину, получим: K = 1,25*123 + 273,15 = 426,9 °К.