Температурні шкали, системи порівнянних числових значень температури . температура не є безпосередньо вимірюваною величиною; її значення визначають по температурній зміні якої-небудь зручної для виміру фізичної властивості термометричної речовини (див. Термометрія ) . Вибравши термометрична речовина і властивість, необхідно задати початкову точку відліку і розмір одиниці температури — градуса. Таким чином визначають емпіричні Т. ш. У Т. ш. зазвичай фіксують дві основні температури, відповідні точкам фазових равновесий однокомпонентних систем (так звані крапки реперів або постійних), відстань між якими називається основним температурним інтервалом шкали. Як крапки реперів використовують: потрійну точку води, точки кипіння води, водню і кисню, точки твердіння срібла, золота і ін. Розмір одиничного інтервалу (одиниці температури) встановлюють як певну долю основного інтервалу. За початок відліку Т. ш. приймають одну з крапок реперів. Так можна визначити емпіричну (умовну) Т. ш. по будь-якій термометричній властивості х. Якщо прийняти, що зв'язок між х і температурою t лінійний, то температура t x = n ( x t - х 0 ) / ( x n - x 0 ) , де x t , x 0 і x n — числові значення властивості х при температурі t в початковій і кінцевій точках основного інтервалу, ( x n - x 0 ) / n — розмір градуса, п — число ділень основного інтервалу.
В Цельсія шкалі, наприклад, початком відліку вважає температура твердіння води (танення льоду), основний інтервал між точками твердіння і кипіння води роздільний на 100 рівних частин ( n = 100).
Т. ш. є, таким чином, системою послідовних значень температури, пов'язаних лінійно із значеннями вимірюваної фізичної величини (ця величина має бути однозначною і монотонною функцією температури). У загальному випадку Т. ш. можуть розрізнятися по термометрічкому властивості (їм може бути теплове розширення тіл, зміна електричного опору провідників з температурою і т. п.), по термометричній речовині (газ, рідина, тверде тіло), а також залежати від крапок реперів. У простому випадку Т. ш. розрізняються числовими значеннями, прийнятими для однакових крапок реперів. Так, в шкалах Цельсія (°С), Реомюра (°R) і Фаренгейта (°F) точкам танення льоду і кипіння води при нормальному тиску приписані різні значення температури. Співвідношення для перерахунку температури з однієї шкали в іншу:
n °C = 0,8 n °R = (1,8 n +32) °F.
Безпосередній перерахунок для Т. ш., що розрізняються основними температурами, без додаткових експериментальних даних неможливий. Т. ш., що розрізняються по термометричній властивості або речовині, істотно різні. Можливо необмежене число не співпадаючих один з одним емпіричних Т. ш., оскільки всі термометричні властивості пов'язані з температурою нелінійно і міра нелінійності різна для різних властивостей і речову температуру, виміряну по емпіричній Т. ш., називають умовною («ртутна», «платинова» температура і т. д.), її одиницю — умовним градусом. Серед емпіричних Т. ш. особливе місце займають газові шкали, в яких термометричною речовиною служать гази («азотна», «воднева», «гелієва» Т. ш.). Ці Т. ш. менше інших залежать від вживаного газу і можуть бути (введенням поправок) приведені до теоретичної газової Т. ш. Авогадро, справедливою для ідеального газу (див. Газовий термометр ) . Абсолютною емпіричною Т. ш. називають шкалу, абсолютний нуль якої відповідає температурі, при якій чисельне значення фізичної властивості х = 0 (наприклад, в газовій Т. ш. Авогадро абсолютний нуль температури відповідає нульовому тиску ідеального газу). температури t ( x ) (по емпіричній Т. ш.) і Т ( Х ) (по абсолютній емпіричній Т. ш.) зв'язані співвідношенням T ( X ) =t ( x ) +T 0 ( x ) , де T 0 ( x — абсолютний нуль емпіричною Т. ш. (введення абсолютного нуля є екстраполяцією і не передбачає його реалізації).
Принциповий недолік емпіричною Т. ш. — їх залежність від термометричної речовини — відсутній в термодинамічної Т. ш., заснованою на другому початку термодинаміки . При визначенні абсолютною термодинамічною Т. ш. (шкала Кельвіна) виходять з Карно циклу . Якщо в циклі Карно тіло, що здійснює цикл, поглинає теплоту Q 1 при температурі T 1 і віддає теплоту Q 2 при температурі Т 2 , те відношення T 1 / T 2 = Q 1 / Q 2 не залежить від властивостей робочого тіла і дозволяє по доступних для вимірів величинах Q 1 і Q 2 визначати абсолютну температуру. Спочатку основний інтервал цієї шкали був заданий точками танення льоду і кипіння води при атмосферному тиску, одиниця абсолютної температури відповідала частині основного інтервалу, початком відліку вважала точка танення льоду. У 1954 Х Генеральна конференція по заходах і вагах встановила термодинамічну Т. ш. з однією крапкою репера — потрійною точкою води, температура якої прийнята 273,16 До (точно), що відповідає 0,01 °С. температура Т в абсолютній термодинамічній Т. ш. вимірюється в кельвінах (К). Термодинамічна Т. ш., у якій для точки танення льоду прийнята температура t = 0 °С, називається стоградусною. Співвідношення між температурами, вираженими в шкалі Цельсія і абсолютною термодинамічною Т. ш.:
TK = t °C + 273,15k, n K = n °C,
так що розмір одиниць в цих шкалах однаковий. У США і деяких ін. країнах, де прийнято вимірювати температуру за шкалою Фаренгейта застосовують також абсолютну Т. ш. Ранкина. Співвідношення між кельвіном і градусом Ранкина: n K = 1,8 n °Ra, за шкалою Ранкина точка танення льоду відповідає 491,67 °Ra, точка кипіння води 671,67 °Ra.
Будь-яка емпірична Т. ш. приводиться до термодинамічної Т. ш. введенням поправок, що враховують характер зв'язку термометричної властивості з термодинамічною температурою. Термодинамічна Т. ш. здійснюється не безпосередньо (проведенням циклу Карно з термометричною речовиною), а за допомогою інших процесів, пов'язаних з термодинамічною температурою. У широкому інтервалі температур (приблизно від точки кипіння гелію до точки твердіння золота) термодинамічні Т. ш. збігаються з Т. ш. Авогадро, так що термодинамічну температуру визначають по газовій, яку вимірюють газовим термометром. При нижчих температурах термодинамічна Т. ш. здійснюється по температурній залежності магнітній сприйнятливості парамагнетиків (див. Низькі температури ) , при вищих — по вимірах інтенсивності випромінювання абсолютно чорного тіла (див. Пірометрія ) . Здійснити термодинамічну Т. ш. навіть за допомогою Т. ш. Авогадро дуже складно, тому в 1927 була прийнята Міжнародна практична температурна шкала (МПТШ), яка збігається з термодинамічною Т. ш. з тією мірою точності, яка експериментально досяжна. Всі прилади для виміру температури градуйовані в МПТШ.
Літ.: Попів М. М., Термометрія і калориметрія, 2 видавництва, М., 1954; Гордов А. Н., Температурні шкали, М., 1966; Бурдун Р. Д., Довідник по Міжнародній системі одиниць, М. 1971; ГОСТ(державний загальносоюзний стандарт) 8.157—75. Шкали температурні практичні.
