Температурные шкалы, системы сопоставимых числовых значений температуры.

Температура не является непосредственно измеряемой величиной; её значение определяют по температурному изменению какого-либо удобного для измерения физического свойства термометрического вещества. Выбрав термометрическое вещество и свойство, необходимо задать начальную точку отсчёта и размер единицы температуры — градуса. Таким образом, определяют эмпирические температурные шкалы. В температурной шкале обычно фиксируют две основные температуры, соответствующие точкам фазовых равновесий однокомпонентных систем (так называемые реперные или постоянные точки), расстояние между которыми называется основным температурным интервалом шкалы. В качестве реперных точек используют: тройную точку воды, точки кипения воды, водорода и кислорода, точки затвердевания серебра, золота и др. Размер единичного интервала (единицы температуры) устанавливают как определённую долю основного интервала. За начало отсчёта температурной шкалы принимают одну из реперных точек. Так можно определить эмпирическую (условную) температурную по любому термометрическому свойству х. Если принять, что связь между х и температурой t линейна, то температура t^x= n (x _t - х ₀) / (x _n - x ₀), где x _t, x ₀ и x _n — числовые значения свойства х при температуре t в начальной и конечной точках основного интервала, (x _n - x ₀) / n — размер градуса, п — число делений основного интервала.

В шкале Цельсия, например, за начало отсчёта принята температура затвердевания воды (таяния льда), основной интервал между точками затвердевания и кипения воды разделён на 100 равных частей (n = 100).

Температурные шкалы представляет собой, таким образом, систему последовательных значений температуры, связанных линейно со значениями измеряемой физической величины (эта величина должна быть однозначной и монотонной функцией температуры). В общем случае температурные шкалы могут различаться по термометричкому свойству (им может быть тепловое расширение тел, изменение электрического сопротивления проводников с температурой и т. п.), по термометрическому веществу (газ, жидкость, твёрдое тело), а также зависеть от реперных точек. В простейшем случае температурные шкалы различаются числовыми значениями, принятыми для одинаковых реперных точек. Так, в шкалах Цельсия (°С), Реомюра (°R) и Фаренгейта (°F) точкам таяния льда и кипения воды при нормальном давлении приписаны разные значения температуры. Соотношение для пересчёта температуры из одной шкалы в другую:

n °C = 0,8 n °R = (1,8 n +32) °F.

Непосредственный пересчёт для температурных шкал, различающихся основными температурами, без дополнительных экспериментальных данных невозможен. Температурные шкалы, различающиеся по термометрическому свойству или веществу, существенно различны. Возможно неограниченное число не совпадающих друг с другом эмпирических температурных шкал, так как все термометрические свойства связаны с температурой нелинейно и степень нелинейности различна для разных свойств. Вещественную температуру, измеренную по эмпирической температурной шкале, называют условной ("ртутная", "платиновая" температура и т. д.), её единицу — условным градусом. Среди эмпирических температурных шкал особое место занимают газовые шкалы, в которых термометрическим веществом служат газы ("азотная", "водородная", "гелиевая" температурные шкалы). Эти температурные шкалы меньше других зависят от применяемого газа и могут быть (введением поправок) приведены к теоретической газовой температурной шкале Авогадро, справедливой для идеального газа. Абсолютной эмпирической температурной шкалой называют шкалу, абсолютный нуль которой соответствует температуре, при которой численное значение физического свойства х = 0 (например, в газовой температурной шкале Авогадро абсолютный нуль температуры соответствует нулевому давлению идеального газа). температуры t ^(x)(по эмпирической температурной шкале) и Т ^(Х) (по абсолютной эмпирической температурной шкале) связаны соотношением T ^(X) =t ^(x) +T ₀^(x), где T ₀^(x — абсолютный нуль эмпирической температурной шкалы (введение абсолютного нуля является экстраполяцией и не предполагает его реализации).

В 1954 Х Генеральная конференция по мерам и весам установила термодинамическую температурную шкалу с одной реперной точкой — тройной точкой воды, температура которой принята 273,16 К (точно), что соответствует 0,01 °С. Температура Т в абсолютной термодинамической температурной шкале измеряется в кельвинах (К). Термодинамическая температурная шкала, в которой для точки таяния льда принята температура t = 0 °С, называется стоградусной. Соотношения между температурами, выраженными по шкале Цельсия и абсолютной термодинамической температурной шкалой:

TK = t °C + 273,15K, n K= n °C ,