1.1. Nhiệt độ và nhiệt kế
Tìm hiểu về nhiệt độ và nhiệt kế
Thí nghiệm 1: Cảm nhận về độ nóng, lạnh của nước
Dụng cụ: Ba cốc nước 1, 2, 3 [cho thêm nước đá vào cốc 1 để có nước lạnh và cho thêm nước nóng vào cốc 3 để có nước ấm].
Tiến hành thí nghiệm: Nhúng đồng thời ngón tay trỏ của tay phải vào cốc 1, ngón tay trỏ của tay trái vào cốc 3. Sau một lúc ta rút các ngón tay ra rồi cùng nhúng vào cốc 2.
Hình 7.1. Cảm nhận về độ nóng, lạnh bằng xúc giác
Muốn biết chính xác nhiệt độ của người hay đồ vật ta phải dùng nhiệt kế. Có nhiều loại nhiệt kế khác nhau: Nhiệt kế rượu, nhiệt kế y tế thuỷ ngân, nhiệt kế điện tử, nhiệt kế hồng ngoại, ...
Nhiệt kế có cấu tạo gồm bầu đựng chất lỏng, ống quản, thang chia độ [hình 7.2].
Hình 72. Cấu tạo của nhiệt kế
Người ta dựa trên hiện tượng dãn nở vì nhiệt của chất lỏng để chế tạo nhiệt kế.
Khi nhiệt độ tăng, các chất lỏng sẽ dẫn nở, khi nhiệt độ giảm các chất lỏng sẽ co lại.
Do nhiệt độ đông đặc và nhiệt độ sôi của các chất lỏng khác nhau nên GHĐ của các nhiệt kế cũng khác nhau.
- Cách sử dụng nhiệt kế thuỷ ngân đo nhiệt độ cơ thể người
+ Trước khi sử dụng nhiệt kế thuỷ ngân, bạn cần phải lau sạch nhiệt kế. Sau đó, cầm dầu nhiệt kế, dốc bầu dựng chất lỏng xuống và vẩy thật mạnh. Động tác này sẽ giúp cột thuỷ ngân xuống đến mức thấp nhất trong nhiệt kế. Khi đo nhiệt độ, cột thuỷ ngân có thể dẫn nở và đo chính xác hơn. Thuỷ ngân trong nhiệt kế là một chất lỏng dễ bay hơi, gây độc cao. Vì thế nếu nhiệt kế thuỷ ngân bị vỡ, cần chú ý:
- Không nên sử dụng các loại máy hút bụi để thu gom thuỷ ngân.
- Không dùng chổi để quét thuỷ ngân.
- Không được đồ thuỷ ngân vào cống thoát nước,
- Nên dùng băng dính hoặc giấy mỏng để thu gom thuỷ ngân lại, cho các hạt thuỷ ngân vào lọ thuỷ tinh bitkin.
- Có thể rắc một ít bột lưu huỳnh vào thuỷ ngân.
- Mở cửa để thông thoáng.
→ Nhiệt độ là số đo độ “nóng” “lạnh” của vật. Vật nóng hơn có nhiệt độ cao hơn. Vật lạnh hơn có nhiệt độ thấp hơn. Đơn vị đo nhiệt độ:
- Đơn vị đo nhiệt độ trong hệ Sĩ là Kelvin [kí hiệu: K].
- Đơn vị đo nhiệt độ thường dùng ở Việt Nam là độ C [kí hiệu: °C].
- Dụng cụ đo nhiệt độ là nhiệt kế. Có nhiều loại nhiệt kế khác nhau.
1.2. Thanh đo nhiệt độ
Tìm hiểu về thang nhiệt độ Celsius
Năm 1742, nhà vật lí người Thụy Điển, Celsius [1701 - 1744] đã đề nghị chia nhỏ khoảng cách giữa nhiệt độ đông đặc của nước [0 °C] và nhiệt độ sôi của nước [100 °C] thành 100 phần bằng nhau, mỗi phần ứng với 1 độ, kí hiệu là 1 °C [C là chữ cái đầu tên gọi nhà vật lí Celsius]. Những nhiệt độ thấp hơn 0 °C gọi là nhiệt độ ấm.
Đo nhiệt độ bằng nhiệt kế
Khi đo nhiệt độ của một vật, ta cần thực hiện các bước sau:
- Bước 1: Ước lượng nhiệt độ của vật cần đo.
- Bước 2: Chọn nhiệt kế phù hợp.
- Bước 3: Hiệu chỉnh nhiệt kế đúng cách trước khi đo.
- Bước 4: Thực hiện phép đo.
- Bước 5: Đọc và ghi kết quả mỗi lần đo.
Ngoài thang nhiệt độ Celsius, ta còn thường dùng thang nhiệt độ Fahrenheit và thang nhiệt độ Kelvin.
Độ Fahrenheit: Là một thang nhiệt độ được đặt theo tên nhà vật lí người Đức Daniel Gabriel Fahrenheit [1686 -1736]. Trên thang đo này, điểm bằng là 32 °F và điểm hơi nước là 212 °E
Những Con số này phát sinh bởi Fahrenheit không sử dụng điểm bằng và điểm hơi nước cố định mà chọn một hỗn hợp bằng muối làm điểm mốc dưới mà ông gán cho giá trị 0 °F, và nhiệt độ cơ thể người được gán cho giá trị 96 9:
Thang đo Fahrenheit thỉnh thoảng vẫn được sử dụng trên bản tin thời tiết ở Mĩ, còn trong khoa học thì nó đã thuộc về lịch sử.
Độ Kelvin: Vào năm 1848, nhà vật li William Thomson [sau này là huân tước Kelvin] để xuất một thang đo nhiệt độ bắt đầu tại nhiệt độ thấp nhất có thể có trên lí thuyết, độ không tuyệt đối. Thang do này được gọi là nhiệt giai tuyệt đối hay nhiệt giai Kelvin. Các độ chia trên thang đo này được gọi là Kelvin và dược kí hiệu là K.
Một độ chia Kelvin bằng cỡ với một độ chia Celsius.
“Chúng ta biết rằng, nhiệt kế có thể được dùng để đo nhiệt độ của vật thể là bao nhiêu độ, song thang nhiệt độ biểu thị trên nhiệt kế đã được xác định như thế nào nhỉ?
Người đầu tiên định ra thang nhiệt độ là nhà vật lí người Đức, Fahrenheit. Ông lấy nhiệt độ ở hai điểm – băng tan chảy và nước sôi, làm hai điểm cơ bản rồi chia độ lên trên nhiệt kế thuỷ ngân. Trên cột thuỷ ngân, ông chia khoảng cách giữa hai điểm nhiệt độ thành 180 vạch nhỏ, mỗi vạch nhỏ là 1 độ. Đó là độ Fahrenheit, biểu thị bằng “”F””. Tuy nhiên, ông không đặt điểm băng tan là 0°F, mà là 32°F, như vậy điểm sôi của nước là 212°F. Hiện nay, thang nhiệt độ Fahrenheit vẫn còn được sử dụng ở các nước và khu vực như Anh, Châu Bắc Mĩ, Châu Đại Dương, Nam Phi v.v.
Cách xác định thang nhiệt độ thứ hai là do nhà thiên văn người Thuỵ Điển, Celsius, đề xuất năm 1742. Nhiệt kế và hai điểm nhiệt độ cơ bản mà ông chọn dùng hoàn toàn giống như Fahrenheit, vẫn là điểm băng tan và điểm sôi của nước, song Celsius lại chia đều cột thuỷ ngân thành 100 vạch, mỗi vạch là 1°C. Ông đặt điểm tan chảy của băng là 0°C, như vậy điểm sôi của nước là 100°C. Rõ ràng là thang nhiệt độ của Celsius sử dụng tiện lợi hơn thang nhiệt độ Fahrenheit. Hiện nay, đa số các nước trên thế giới đều dùng loại thang nhiệt độ này.
Cách xác định thang nhiệt độ thứ ba là do nhà vật lí người Anh, Thomson [tức huân tước Kelvin], nêu lên vào năm 1848. Nó là một loại thang nhiệt độ không liên quan gì với đặc tính của vật chất do nhiệt và chủng loại của nhiệt kế, gọi là thang nhiệt độ nhiệt động học. Đơn vị của nó là kelvin, dùng K để biểu thị. Đại hội đo lường quốc tế khoá 11 năm 1960 quy định, thang nhiệt độ nhiệt động học chọn điểm ba pha [hay ba trạng thái] của nước, tức là nhiệt độ 273,15 K khi băng, nước và hơi nước cùng tồn tại làm điểm gốc đo nhiệt độ.
Thang nhiệt độ nhiệt động học và thang nhiệt độ Celsius không có sự khác biệt về thực chất, vì khoảng cách mỗi một độ của chúng bằng nhau, tức là khoảng cách nhiệt độ mà 1 K biểu thị bằng với khoảng cách 1°C. Chỉ có sự khác nhau về cách tính điểm gốc của nhiệt độ. Chúng chỉ chênh nhau một hằng số, đó là 273,15.”
Twitter Facebook LinkedIn
Một cái nhiệt kế theo độ Celsius
Thông tin đơn vịHệ thống đơn vịĐơn vị SIĐơn vị củaNhiệt độKí hiệu°C Được đặt tên theoAnders Celsius K x + 273.15Độ Celsius [°C hay độ C] là đơn vị đo nhiệt độ được đặt tên theo nhà thiên văn học người Thụy Điển Anders Celsius [1701–1744]. Ông là người đầu tiên đề ra hệ thống đo nhiệt độ căn cứ theo trạng thái của nước với 100 độ C [212 độ Fahrenheit] là nước đông đá và 0 độ C [32 độ Fahrenheit] là nước sôi ở khí áp tiêu biểu [standard atmosphere] vào năm 1742. Hai năm sau nhà khoa học Carl Linnaeus đảo ngược hệ thống đó và lấy 0 độ là nước đá đông và một trăm độ là nước sôi.[1] Hệ thống này được gọi là hệ thống centigrade tức bách phân và danh từ này được dùng phổ biến cho đến nay mặc dù kể từ năm 1948, hệ thống nhiệt độ này đã chính thức vinh danh nhà khoa học Celsius bằng cách đặt theo tên của ông.[2] Một lý do nữa Celsius được dùng thay vì centigrade là vì thuật ngữ "bách phân" cũng được sử dụng ở lục địa châu Âu để đo một góc phẳng bằng phần vạn của góc vuông. Ở Việt Nam, độ C được sử dụng phổ biến nhất.
Lịch sử
Năm 1742, nhà thiên văn học người Thụy Điển, ông Anders Celsius [1701 – 1744] đã tạo ra một thang đo nhiệt độ ngược với thang đo hiện tại được gọi là "Celsius": 0 đại diện cho điểm sôi của nước, trong khi 100 đại diện cho điểm đóng băng của nước. Trong bài báo Quan sát hai độ bền trên nhiệt kế, ông đã kể lại các thí nghiệm của mình cho thấy điểm nóng chảy của băng về cơ bản không bị ảnh hưởng bởi áp suất. Ông cũng xác định với độ chính xác đáng kể làm thế nào điểm sôi của nước biến đổi như một hàm của áp suất khí quyển. Ông đề xuất rằng điểm 0 của thang đo nhiệt độ của mình, là điểm sôi, sẽ được hiệu chuẩn ở áp suất khí quyển trung bình ở mực nước biển trung bình. Áp lực này được gọi là một bầu không khí tiêu chuẩn. Hội nghị chung về trọng lượng và đo lường [CGPM] lần thứ 10 của BIPM sau đó đã xác định một bầu không khí tiêu chuẩn tương đương chính xác 1.013.250 dynes trên mỗi cm vuông [101.325 kPa].[3][4]
Năm 1743, nhà vật lý Jean-Pierre Christin, thư ký thường trực của Académie des sciences, belles-lettres et arts de Lyon, làm việc độc lập với Celsius, đã phát triển thang đo trong đó số 0 đại diện cho điểm đóng băng của nước và 100 đại diện cho điểm sôi của nước.[5][6] Vào ngày 19 tháng 5 năm 1743, ông đã xuất bản thiết kế của một nhiệt kế thủy ngân, "Nhiệt kế của Lyon" được chế tạo bởi nghệ nhân Pierre Casati sử dụng thang đo này.[7][8][9]
Năm 1744, trùng hợp với cái chết của Anders Celsius, nhà thực vật học người Thụy Điển Carl Linnaeus [1707 – 1778] đã đảo ngược thang đo nhiệt độ của Celsius.[10] "Nhiệt kế linnaeus" được tùy chỉnh theo ông, để sử dụng trong nhà kính của ông, được chế tạo bởi Daniel Ekström, nhà sản xuất dụng cụ khoa học hàng đầu của Thụy Điển vào thời điểm đó, có xưởng sản xuất nằm dưới tầng hầm của đài thiên văn Stockholm. Như thường lệ xảy ra trong thời đại này trước khi truyền thông hiện đại, nhiều nhà vật lý, nhà khoa học và nhà sản xuất dụng cụ được cho là đã phát triển độc lập cùng loại thang đo này; trong số đó có Pehr Elvius, thư ký của Viện Khoa học Hoàng gia Thụy Điển [nơi có xưởng chế tạo dụng cụ] và Linnaeus là người tương ứng; Daniel Ekstrom, nhà sản xuất dụng cụ; và Mårten Strömer [1707 Lỗi1770], người đã nghiên cứu về thiên văn học dưới thời Anders Celsius.[11][12]
Centigrade, hectograde và Celsius
Quốc gia sử dụng độ Fahrenheit.
Quốc gia sử dụng độ Fahrenheit và cả Celsius.
Quốc gia sử dụng độ Celsius.
Từ thế kỷ 19, trong cộng đồng khoa học, phép đo nhiệt độ được sử dụng cụm từ "Centigrade" ["bách phân"] cho thang đo Celsius. Nhiệt độ trên thang đo thường được đơn giản hóa là độ hoặc, khi độ muốn phân biệt rõ ràng hơn là độ C, ký hiệu: °C].[13] Bởi vì thuật ngữ centigrade cũng là tên trong tiếng Tây Ban Nha và tiếng Pháp cho một đơn vị đo góc [1/10000 của một góc vuông] và có một ý nghĩa tương tự trong một số ngôn ngữ khác, thuật ngữ độ centesimal [được gọi là gradian, "grad" hoặc "gon": 1ᵍ = 0,9°, 100ᵍ = 90°] đã được sử dụng khi ngôn ngữ rất chính xác, rõ ràng được yêu cầu bởi các cơ quan tiêu chuẩn quốc tế như BIPM. Nói cách khác, "Centigrade" lúc này được gọi là "hectograde".
Để tránh bất kỳ sự nhầm lẫn nào, hội nghị CGPM lần thứ 9 và CIPM [Comité International des poids et mesures] đã chính thức áp dụng "độ Celsius" từ năm 1948, chính thức giữ biểu tượng được công nhận [°C], thay vì sử dụng biểu tượng độ gradian/centesimal.[14]
Đối với sử dụng trong khoa học, "Celsius" là thuật ngữ thường được sử dụng nhất, trong khi "centigrade" vẫn còn sử dụng nhưng đã được giảm sử dụng, đặc biệt là trong bối cảnh không chính thức ở các nước nói tiếng Anh. Mãi đến tháng 2 năm 1985, dự báo thời tiết do BBC đưa ra mới chuyển từ "centigrade" sang "Celsius".[15]
Tên và các ký hiệu
Độ Celsius là đơn vị SI duy nhất có tên đơn vị đầy đủ chứa chữ in hoa kể từ khi đơn vị cơ bản của SI dành cho nhiệt độ là kelvin trở thành tên chính thức từ năm 1967 thay cho thuật ngữ Kelvin [có viết hoa chữ "K"].[16]
Nguyên tắc chung của Văn phòng Cân đo Quốc tế [BIPM] là giá trị số luôn đi trước đơn vị và một khoảng trắng luôn được sử dụng để tách đơn vị khỏi số, ví dụ: "30.2 °C" [không phải "30.2°C" hoặc "30.2° C"]. Các ngoại lệ duy nhất cho quy tắc này là đối với các ký hiệu đơn vị cho độ, phút và giây đối với góc phẳng [°, và các ký hiệu tương ứng], khi đó không còn khoảng trắng giữa giá trị số và ký hiệu đơn vị. Các ngôn ngữ khác và các nhà xuất bản khác nhau, có thể tuân theo các quy tắc đánh máy khác nhau.[17][18]
Ký tự Unicode
Trong Unicode, ký hiệu Celsius có mã là U+2103 ℃ degree celsius. Tuy nhiên, đây là một ký tự tương thích được cung cấp để tương thích ngược lại với các bảng mã mới hơn sau này. Nó dễ dàng cho phép kết xuất chính xác cho các chữ viết Đông Á được viết theo chiều dọc, chẳng hạn như tiếng Trung Quốc. Tiêu chuẩn Unicode rõ ràng không khuyến khích việc sử dụng ký tự này: "Trong sử dụng bình thường, tốt hơn nên biểu thị độ Celsius "°C" với một chuỗi U+00B0 ° degree sign + U+0043 C latin capital letter c, thay vì U+2103 ℃ degree celsius. Để tìm kiếm, hãy coi hai chuỗi này giống hệt nhau."[19]
Một số điểm nhiệt độ phổ biến
Một số nhiệt độ chính liên quan đến thang đo Celsius cùng với các thang đo nhiệt độ khác được trình bày trong bảng dưới đây.
| Điểm không tuyệt đối [chính xác] | 0 K | −273.15 °C | −459.67 °F |
| Nhiệt độ sôi của nitơ lỏng | 77.4 K | −195.8 °C[20] | −320.4 °F |
| Điểm thăng hoa của đá khô | 195.1 K | −78 °C | −108.4 °F |
| Giao của thang đo Celsius và Fahrenheit | 233.15 K | −40 °C | −40 °F |
| Điểm nóng chảy của H2O [nước đá nguyên chất][21] | 273,15 K | 0 °C | 32 °F |
| Nhiệt độ trung bình của cơ thể người[22] | 310.15 K | 36.5 °C | 97.7 °F |
| Nhiệt độ sôi của nước tại áp suất 1 atm [101.325 kPa] [xấp xỉ: xem điểm sôi] |
373.13 K | 100 °C | 212 °F |
Công thức đổi đơn vị
Bảng thông tin dưới đây cho biết các công thức đổi đơn vị từ thang đo nhiệt độ Celsius sang các thang đo nhiệt độ khác và ngược lại.
| Fahrenheit | Celsius | °C = 5/9 [F – 32] |
| Celsius | Fahrenheit | °F = 9/5 C + 32 |
| Celsius | Kelvin | K = C + 273,15 |
| Kelvin | Celsius | °C = K - 273,15 |
| Kelvin | Fahrenheit | °F= 9/5 [K – 273,15] + 32 |
| Fahrenheit | Kelvin | K = 5/9 [F - 32] + 273,15 |
Xem thêm
- Độ [nhiệt độ]
- Độ F
- K
Chú thích
- ^ Citations: Thermodynamics-information.net, A Brief History of Temperature Measurement Lưu trữ 2019-01-07 tại Wayback Machine and; Uppsala University [Sweden], Linnaeus' thermometer
- ^ “Temperature Scales, Conversion Formulae and Aids”. Bản gốc lưu trữ ngày 13 tháng 9 năm 2008. Truy cập 30 tháng 9 năm 2015.
- ^ Celsius, Anders [1742] "Observationer om twänne beständiga grader på en thermometer" [Observations about two stable degrees on a thermometer], Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar [Proceedings of the Royal Swedish Academy of Sciences], 3: 171–180 and Fig. 1.
- ^ “Resolution 4 of the 10th meeting of the CGPM [1954]”.
- ^ Don Rittner; Ronald A. Bailey [2005]: Encyclopedia of Chemistry. Facts On File, Manhattan, New York City. p. 43.
- ^ Smith, Jacqueline [2009]. “Appendix I: Chronology”. The Facts on File Dictionary of Weather and Climate. Infobase Publishing. tr. 246. ISBN 978-1-4381-0951-0. 1743 Jean-Pierre Christin inverts the fixed points on Celsius' scale, to produce the scale used today.
- ^ Mercure de France [1743]: MEMOIRE sur la dilatation du Mercure dans le Thermométre. Chaubert; Jean de Nully, Pissot, Duchesne, Paris. pp. 1609–1610.
- ^ Journal helvétique [1743]: LION. Imprimerie des Journalistes, Neuchâtel. pp. 308–310.
- ^ Memoires pour L'Histoire des Sciences et des Beaux Arts [1743]: DE LYON. Chaubert, París. pp. 2125–2128.
- ^ Citation: Uppsala University [Sweden], Linnaeus' thermometer
- ^ Citation for Daniel Ekström, Mårten Strömer, Christin of Lyons: The Physics Hypertextbook, Temperature; citation for Christin of Lyons: Le Moyne College, Glossary, [Celsius scale]; citation for Linnaeus's connection with Pehr Elvius and Daniel Ekström: Uppsala University [Sweden], Linnaeus' thermometer; general citation: The Uppsala Astronomical Observatory, History of the Celsius temperature scale
- ^ Citations: University of Wisconsin–Madison, Linnæus & his Garden and; Uppsala University, Linnaeus' thermometer
- ^ “CIPM, 1948 and 9th CGPM, 1948”. International Bureau of Weights and Measures. Truy cập ngày 9 tháng 5 năm 2008.
- ^ “centigrade, adj. and n.”. Oxford English Dictionary. Oxford University Press. Truy cập ngày 20 tháng 11 năm 2011.
- ^ 1985 BBC Special: A Change In The Weather trên YouTube
- ^ “Unit of thermodynamic temperature [kelvin]”. The NIST Reference on Constants, Units, and Uncertainty: Historical context of the SI. National Institute of Standards and Technology [NIST]. 2000. Truy cập ngày 16 tháng 11 năm 2011.
- ^ BIPM, SI Brochure, Section 5.3.3.
- ^ For more information on conventions used in technical writing, see the informative SI Unit rules and style conventions by the NIST as well as the BIPM's SI brochure: Subsection 5.3.3, Formatting the value of a quantity. Lưu trữ 2014-07-05 tại Wayback Machine
- ^ “22.2”. The Unicode Standard, Version 9.0 [PDF]. Mountain View, CA, USA: The Unicode Consortium. tháng 7 năm 2016. ISBN 978-1-936213-13-9. Truy cập ngày 20 tháng 4 năm 2017.
- ^ Lide, D.R., ed. [1990–1991]. Handbook of Chemistry and Physics. 71st ed. CRC Press. p. 4–22.
- ^ Điểm đóng băng của nước nguyên chất được đo bằng 0000089[10] độ Celsius – xem Magnum, B.W. [tháng 6 năm 1995]. “Reproducibility of the Temperature of the Ice Point in Routine Measurements” [PDF]. Nist Technical Note. 1411. Bản gốc [PDF] lưu trữ ngày 14 tháng 7 năm 2007. Truy cập ngày 11 tháng 2 năm 2007.
- ^ Elert, Glenn [2005]. “Temperature of a Healthy Human”. The Physics Factbook. Truy cập ngày 22 tháng 8 năm 2007.
Liên kết ngoài
- NIST, Basic unit definitions: Kelvin
- The Uppsala Astronomical Observatory, History of the Celsius temperature scale
- London South Bank University, Water, scientific data
- BIPM, SI brochure, section 2.1.1.5, Unit of thermodynamic temperature
- TAMPILE, Comparison of temperature scales Lưu trữ 2019-06-13 tại Wayback Machine
- C to F converter, Celsius to Fahrenheit Converter
Lấy từ “//vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Độ_Celsius&oldid=68613829”