Thermometer und die Celsius-Skala

An der Celsius-Skala ist nichts auszusetzen. Sie entspricht der Kelvin-Skala, jedoch mit einem anderen Nullpunkt. Das heißt, eine Temperaturänderung von 1 Grad Celsius entspricht genau einer Änderung von 1 Kelvin. Die Kelvin-Skala ist absolut, also ist ihr Nullpunkt der absolute Nullpunkt . Die Celsius-Skala verwendet für ihren Nullpunkt einen Punkt sehr nahe am Gefrierpunkt von reinem Wasser, 0°C = 273,15 Kelvin. (Die genaue Definition von Celsius bezieht sich auf den Tripelpunkt von Wasser , der bei 273,16 Kelvin auftritt).

Das in Halliday und Resnick diskutierte Problem besteht darin, dass jedes auf Wärmeausdehnung basierende Thermometer nicht perfekt ist. Die Gleichung der linearen Ausdehnung,

ist nur ungefähr. Ein gutes Thermometer verwendet eine Substanz wie Quecksilber oder Alkohol mit einem$\alpha$die über einen bestimmten Temperaturbereich ziemlich konstant ist. Wenn Sie ein Diagramm erstellen$\alpha$Für Quecksilber und Alkohol über einen bestimmten Temperaturbereich sind die Graphen fast gerade Linien, aber sie sind nicht genau gerade und weichen voneinander ab.

Das Problem ist also nicht, dass es schwer zu messen ist$\alpha$genau, das ist es$\alpha$ist eigentlich nicht ganz konstant.

Um ein einfaches Thermometer zu erstellen, müssen Sie einen Wert von auswählen$\alpha$durch Messen der Steigung seines Diagramms über einen bestimmten Temperaturbereich. Die Punkte in diesem Diagramm, an denen die Steigung des Diagramms unserer Wahl entspricht$\alpha$sind die von Halliday und Resnick erwähnten Kalibrierpunkte .

Sie müssen auch die Ausdehnung des Glases berücksichtigen, das die Arbeitsflüssigkeit des Thermometers enthält, aber das führt nur zu einem kleinen Fehler, da der Ausdehnungskoeffizient eines Feststoffs normalerweise viel kleiner ist als der einer Flüssigkeit.

Die Antwort von @PM2Ring ist gut, aber ich möchte eine historische Anmerkung hinzufügen, die Aufschluss darüber geben könnte, was möglicherweise hinter diesem Zitat steckt.

Während die Celsius-Skala heute an die Kelvin-Skala (die auf Thermodynamik basiert) gebunden ist, wie @PM2Ring erklärt, war das historisch anders und durch die Ausdehnung von Quecksilber definiert.

Möglicherweise bedeutet Ihr Zitat also nicht die heutige Definition, sondern die ursprüngliche Definition von Anders Celsius (modifiziert von Linnaeus).

Celsius definierte die Skala 1742, als die thermodynamische Theorie der Temperatur noch nicht entwickelt war. Die Menschen versuchten damals, die Temperatur auf sinnvolle Weise zu definieren, und das Beste, was ihnen einfiel, war, sie durch die Ausdehnung von Materialien zu definieren.

Celsius definierte ursprünglich nur zwei Fixpunkte (Gefrieren und Kochen von Wasser) und die Skala dazwischen, indem er den Arm des Quecksilberthermometers in 100 gleich lange Schritte unterteilte (das Wort „Grader“ verwendete er als schwedische Pluralform von lateinisch gradus= Schritt).

In seiner Definition wäre der Gefrierpunkt von Wasser 100 Grad und der Siedepunkt 0 Grad. Beachten Sie, dass dies umgekehrt zur heutigen Definition ist; Das erscheint uns heute unintuitiv, aber damals gab es ohne Thermodynamik keinen Grund zu der Annahme, dass „kalt“ „weniger“ von etwas (Energie) bedeutet, also machte dies genauso viel Sinn wie jede andere Skala.

Jean-Pierre Christin im Jahr 1743 (und möglicherweise unabhängig davon Carolus Linnaeus im Jahr 1744) kehrte die Skala dann auf unsere vertrauten 0 ° = Gefrierpunkt und 100 ° = Siedepunkt um, und lange Zeit wurde diese Skala "Centigrade" genannt (" hundert Schritte"); der Name Celsius-Skala kam erst viel später.

Damals wurde viel darüber diskutiert, ob Quecksilber oder Alkohol besser sei; beide haben praktische Vorteile. Die Leute erkannten, dass ihre Ausdehnung unterschiedlich ist, sodass Quecksilber- und Alkoholthermometer mit linearen Skalen nicht übereinstimmen, aber es gab keine Möglichkeit zu wissen, welches „richtig“ war. Es gab also viele verschiedene Skalen basierend auf verschiedenen Thermometern mit unterschiedlichen Abstufungen, wie Fahrenheit, Delisle, Reaumur und andere. Heute werden diese Waagen nicht mehr oder nur noch in einigen Randsituationen verwendet (Reaumur wird noch in der Käseproduktion verwendet und Fahrenheit nur noch in einigen Ländern wie den Kaimaninseln, den Bahamas und einigen Landmassen nordwestlich dieser Inseln). Heute sind diese Skalen ebenso wie die Celsius-Skala an die thermodynamische Kelvin-Skala gebunden, aber ursprünglich wurden sie alle von verschiedenen Thermometern definiert.