Každý ví, že teplota se měří ve stupních Celsia. Lidé znalí fyziky vědí, že mezinárodní jednotkou této veličiny je kelvin. Historický vývoj pojmu teplota a odpovídající přístroje pro její stanovení vedl k tomu, že v současnosti používáme jiné metrické soustavy než naši předkové. Článek pojednává o otázkách: co je to Réaumurův stupeň, kdy byl použit a jak souvisí s obecně uznávanými stupnicemi pro měření teploty.
Rene Antoine Réaumur
Před zvážením Réaumurovy stupnice pro určování teploty okolních těles zvažte osobnost jejího tvůrce.
Rene Réaumur se narodil 28. února 1683 ve francouzském městě La Rochelle. Lásku k vědeckému zkoumání okolního světa začal projevovat již od raného dětství. René se zajímal o fyziku, matematiku,astronomie, právo, filozofie, biologie, metalurgie, jazyky a mnoho dalších oborů.
Ve 25 letech se stává členem Francouzské akademie věd a okamžitě začíná pověřovat realizaci vážných vědeckých projektů v národním měřítku. Jako člen Akademie věd publikoval Réaumur každoročně po dobu 50 let vědeckou práci. Mnoho jeho prací o studiu hmyzu a také o studiu vlastností kovů bylo přeloženo do angličtiny a němčiny. Jeho současníci mu říkali Plinius z 18. století.
Vědec zemřel ve věku 74 let na následky pádu z koně během jedné z vyjížďek na koni. Réaumur po sobě zanechal vědecké rukopisy, které zabíraly 138 složek.
Otevírání nové teplotní stupnice
Na začátku 18. století neexistovala na světě žádná obecně uznávaná stupnice pro měření teploty těles. V roce 1731 navrhl Rene Reaumur v důsledku termodynamických experimentů použití teplotní stupnice, která začala nést jeho příjmení. Tato stupnice se používá již více než 100 let v předních zemích Evropy, zejména ve Francii, Německu a Rusku. Nakonec byla nahrazena Celsiovou stupnicí, která se dodnes široce používá.
Je zajímavé poznamenat, že Réaumur navrhl použít svou stupnici 11 let před Celsiem.
Experimenty, které vedly k vynálezu Réaumurovy stupnice
Experimenty, které inspirovaly vědce k vynalezení nového měřítka, jsou velmi jednoduché. Jsou následující: Réaumur si dal za cíl změřit přechodovou teplotu mezi stavy agregace pro člověka životně důležité kapaliny – vody, tedy určit, kdy začíná krystalizovat tvorbou ledu a kdy začíná vaří a přechází v páru. Za tímto účelem se vědec rozhodl použít lihový teploměr, který sám navrhl.
Reaumurův teploměr byla skleněná trubice, vysoká asi 1,5 metru, která se u základny rozšiřovala do nádoby o průměru asi 10 cm. Tuba byla naplněna směsí etylalkoholu a vody a na obou koncích uzavřena. Právě lihová směs byla zvolena jako pracovní tekutina, protože tato lihová látka má 4x vyšší koeficient tepelné roztažnosti než voda. Posledně uvedená skutečnost znamená, že hladina alkoholového sloupce je velmi citlivá na změny teploty, takže ji lze použít k přesnému měření příslušného množství.
Nastavil hladinu alkoholového sloupce v teploměru na 0 stupňů, když je jeho základna spuštěna do tajícího ledu, Réaumur změřil tuto hodnotu umístěním zařízení do vroucí vody. Vědec si všiml, že pokud je počáteční výška sloupce alkoholu 1000 jednotek, jeho konečná hodnota je 1080 jednotek. Číslo 80, jako rozdíl mezi teplou a studenou úrovní sloupce v teploměru, Réaumur zařadil do základu své teplotní stupnice.
osmičková stupnice
Jak bylo řečeno, 0 stupňů na Réaumurově stupnici (°R) odpovídá teplotě tání (tání) ledu a 80 °R bodu varu vody. To znamená,že stupnice navržená francouzským vědcem je osmdesát desetinná, což ji odlišuje od stupnic Celsia nebo Kelvina, které jsou založeny na čísle 100. Posledně jmenovaná skutečnost samozřejmě vedla k jejímu postupnému vytlačování těmito stupnicemi. Náš číselný systém je desítkový, takže použití čísel jako 10, 100 a tak dále je mnohem pohodlnější než střední hodnoty.
Vztah se stupnicemi Celsia a Kelvina
Jak již bylo zmíněno výše, Réaumurova teplota se dnes téměř nikde nepoužívá, ale občas se používá při přípravě cukrového sirupu a při výrobě karamelu. Proto by měly být uvedeny vzorce pro převod Reaumurových stupňů na Celsia a Kelvina. Tyto vzorce jsou následující:
- C=1, 25R;
- K=1, 25R + 273, 15.
V prezentovaných výrazech R, C, K - stupně Réaumur, Celsius a Kelvin. Kontrola správnosti prvního vzorce je poměrně jednoduchá: dosadíme do něj hodnotu 80 ° R, při které se voda vaří. Pak dostaneme: C \u003d 1, 2580 \u003d 100 ° C, což přesně odpovídá bodu varu této kapaliny za normálních podmínek v nám známé stupnici.
Zde jsou také inverzní vzorce pro převod stupňů Celsia a Kelvina na Réaumur:
- R=0,8C;
- R=0,8K – 218,52.
Všimněte si, že nula stupňů Réaumur se shoduje s touto teplotou Celsia.
Příklad řešení problému
Jak je vidět ze vzorců v předchozím odstavci, převod mezi různými měřítkyteplota je dostatečně snadná. Vyřešme jednoduchý problém: „Při výrobě karamelu byl použit teploměr kalibrovaný na stupně Réaumur, který při přípravě cukroví ukazoval hodnotu 123 °R. Kolik stupňů by teploměr ukázal, kdyby byl kalibrován na Celsiova stupnice?"
Použitím vzorce pro převod Réaumurových stupňů na Celsia dostaneme: C=1,25123=153,75 °C. Pro úplnost řešení tyto stupně také převedeme na hodnotu Kelvina, dostaneme: K \u003d 1,25123 + 273, 15 \u003d 426,9 °K.
