Температурные шкалы: Цельсий и Кельвин

Зачем нужны температурные шкалы

Температурная шкала — это договорённость о том, как численно выражать температуру. Чтобы измерять температуру, нужно выбрать опорные точки и разбить промежуток между ними на деления. В школьном курсе физики важны две шкалы: шкала Цельсия и шкала Кельвина (абсолютная шкала).

Шкала Цельсия

Шкала Цельсия построена на двух точках, связанных с водой при нормальном атмосферном давлении:

• 0 градусов — температура таяния льда;
• 100 градусов — температура кипения воды.

Промежуток между ними разделён на 100 равных частей. Каждая часть — это один градус Цельсия, обозначается °С. Температура может быть и отрицательной — ниже точки таяния льда.

Шкала Кельвина

В шкале Кельвина за начало отсчёта взят абсолютный нуль — самая низкая возможная температура, при которой тепловое движение частиц почти прекращается. Ниже неё охладить тело нельзя. Абсолютный нуль соответствует примерно −273 °С.

Единица этой шкалы называется кельвин и обозначается К (без значка градуса). Важно, что величина одного кельвина равна величине одного градуса Цельсия: шкалы отличаются только началом отсчёта.

Перевод между шкалами

Формулы перевода простые:

T = t + 273

t = T − 273

где T — температура в кельвинах, t — температура в градусах Цельсия.

Разберём пример. Комнатная температура t = 20 °С. Переведём в кельвины:

T = 20 + 273 = 293 К

Запомни: в шкале Кельвина не бывает отрицательных значений, ведь нельзя охладить тело ниже абсолютного нуля. Значок градуса с кельвином не ставят: пишут «293 К», а не «293 °К».

Почему именно абсолютный нуль

Температура связана со скоростью движения частиц вещества: чем быстрее движутся молекулы и атомы, тем выше температура. Если охлаждать тело, движение частиц замедляется. При абсолютном нуле тепловое движение становится наименьшим из возможных. Дальше замедлять движение некуда — поэтому и температуру ниже абсолютного нуля получить нельзя. На практике приблизиться к абсолютному нулю очень трудно: учёные смогли подойти к нему лишь на доли градуса.

Разность температур

Важное удобство шкалы Кельвина в том, что разность температур в ней совпадает с разностью по Цельсию. Если тело нагрелось на 30 градусов Цельсия, то и по шкале Кельвина оно нагрелось на 30 кельвинов.

Поэтому в формуле количества теплоты Q = c · m · (t_2 − t_1) неважно, в каких из этих двух шкал брать температуры, — разность получится одинаковой.

Кратко о главном

• Шкала Цельсия опирается на таяние льда (0 °С) и кипение воды (100 °С).
• Шкала Кельвина начинается от абсолютного нуля, равного −273 °С.
• Размер кельвина и градуса Цельсия одинаков.
• Перевод: T = t + 273 и t = T − 273.