Każdy wie, że temperatura jest mierzona w stopniach Celsjusza. Osoby zaznajomione z fizyką wiedzą, że międzynarodową jednostką tej wielkości jest kelwin. Historyczny rozwój pojęcia temperatury i odpowiednich instrumentów do jej określania doprowadził do tego, że obecnie używamy innych systemów metrycznych niż nasi przodkowie. Artykuł omawia pytania: czym jest stopień Réaumura, kiedy był używany i jak ma się do ogólnie przyjętych skal do pomiaru temperatury.
Rene Antoine Réaumur
Zanim rozważysz skalę Réaumura do określania temperatury otaczających ciał, rozważ osobowość jej twórcy.
Rene Réaumur urodził się 28 lutego 1683 roku we francuskim mieście La Rochelle. Od wczesnego dzieciństwa zaczął okazywać miłość do naukowych badań otaczającego świata. Rene interesowała się fizyką, matematyką,astronomia, prawo, filozofia, biologia, metalurgia, języki i wiele innych dyscyplin.
W wieku 25 lat zostaje członkiem Francuskiej Akademii Nauk i od razu zaczyna powierzać realizację poważnych projektów naukowych o zasięgu ogólnopolskim. Jako członek Akademii Nauk Réaumur publikował co roku przez 50 lat pracę naukową. Wiele jego prac dotyczących badania owadów, a także badania właściwości metali zostało przetłumaczonych na język angielski i niemiecki. Współcześni nazywali go Pliniuszem XVIII wieku.
Naukowiec zmarł w wieku 74 lat w wyniku upadku z konia podczas jednej z konnych przejażdżek. Po sobie Réaumur pozostawił naukowe rękopisy, które zajmowały 138 folderów.
Otwieranie nowej skali temperatury
Na początku XVIII wieku nie było ogólnie przyjętej skali do pomiaru temperatury ciał na świecie. W 1731 r. w wyniku eksperymentów termodynamicznych Rene Reaumur zaproponował zastosowanie skali temperatury, która zaczęła nosić jego nazwisko. Skala ta jest stosowana od ponad 100 lat w wiodących krajach Europy, w szczególności we Francji, Niemczech i Rosji. Została ostatecznie zastąpiona przez skalę Celsjusza, która jest nadal powszechnie używana.
Ciekawe, że Réaumur zaproponował użycie swojej skali 11 lat przed stopniem Celsjusza.
Eksperymenty, które doprowadziły do wynalezienia skali Réaumura
Eksperymenty, które zainspirowały naukowca do wynalezienia nowej skali, są bardzo proste. Są one następujące: Réaumur postawił sobie za cel pomiar temperatury przejścia między stanami skupienia cieczy życiowej dla człowieka - wody, czyli określenie, kiedy zaczyna się ona krystalizować wraz z tworzeniem się lodu, a kiedy zaczyna gotować i zamienia się w parę. W tym celu naukowiec postanowił wykorzystać termometr alkoholowy, który sam zaprojektował.
Termometr Reaumur był szklaną rurką o wysokości około 1,5 metra, która rozszerzała się u podstawy do naczynia o średnicy około 10 cm. Rurka była wypełniona mieszaniną alkoholu etylowego i wody i uszczelniona na obu końcach. To właśnie mieszanina alkoholi została wybrana jako płyn roboczy, ponieważ ta substancja alkoholowa ma 4-krotnie wyższy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż woda. Ten ostatni fakt oznacza, że poziom kolumny alkoholu jest bardzo wrażliwy na zmiany temperatury, dzięki czemu można go wykorzystać do dokładnego pomiaru danej ilości.
Ustawiając poziom słupka alkoholu w termometrze na 0 stopni, gdy jego podstawa jest zanurzona w topniejącym lodzie, Réaumur zmierzył tę wartość, umieszczając urządzenie we wrzącej wodzie. Naukowiec zauważył, że jeśli początkowa wysokość słupka alkoholu wynosi 1000 jednostek, to jego końcowa wartość to 1080 jednostek. Liczbę 80, jako różnicę między gorącymi i zimnymi poziomami kolumny w termometrze, Réaumur umieścił u podstawy swojej skali temperatury.
skala ósemkowa
Jak już powiedziano, 0 stopni w skali Réaumura (°R) odpowiada temperaturze topnienia (topnienia) lodu, a 80°R temperaturze wrzenia wody. To znaczy,że skala zaproponowana przez francuskiego naukowca to skala osiemdziesięciu dziesiętna, co odróżnia ją od skal Celsjusza czy Kelvina, opartych na liczbie 100. Ten ostatni fakt oczywiście doprowadził do jej stopniowego przemieszczenia o te skale. Nasz system liczbowy jest dziesiętny, więc używanie liczb takich jak 10, 100 itd. jest znacznie wygodniejsze niż wartości pośrednie.
Związek ze skalami Celsjusza i Kelvina
Jak wspomniano powyżej, temperatura Réaumur nie jest obecnie stosowana prawie nigdzie, jednak czasami jest używana podczas przygotowywania syropu cukrowego i produkcji karmelu. Dlatego należy podać wzory przeliczania stopni Reaumura na Celsjusza i Kelvina. Te formuły są następujące:
- C=1, 25R;
- K=1, 25R + 273, 15.
W prezentowanych wyrażeniach R, C, K - odpowiednio stopnie Réaumur, Celsius i Kelvin. Sprawdzenie poprawności pierwszego wzoru jest dość proste: podstawiamy do niego wartość 80°R, przy której woda wrze. Następnie otrzymujemy: C \u003d 1, 2580 \u003d 100 ° C, co dokładnie odpowiada temperaturze wrzenia tej cieczy w normalnych warunkach w znanej nam skali.
Ponadto, oto wzory odwrotne do przeliczania stopni Celsjusza i Kelvina na Réaumura:
- R=0,8C;
- R=0,8K - 218,52.
Zauważ, że zero stopni Réaumur pokrywa się z tą temperaturą Celsjusza.
Przykład rozwiązywania problemów
Jak widać ze wzorów z poprzedniego akapitu, konwersja między różnymi skalami pomiarowymitemperatura jest dość łatwa. Rozwiążmy prosty problem: „Przy produkcji karmelu użyto termometru skalibrowanego na stopnie Réaumura, który podczas przygotowywania słodyczy pokazywał wartość 123 ° R. Ile stopni pokazywałby termometr, gdyby był skalibrowany do skali Celsjusza?"
Używając wzoru na przeliczanie stopni Réaumura na Celsjusza, otrzymujemy: C=1,25123=153,75°C. Aby uzyskać kompletność rozwiązania, przekładamy również te stopnie na wartość Kelvina, otrzymujemy: K \u003d 1,25123 + 273, 15 \u003d 426,9 °K.
