Температурная шкала

Во всех приборах, которые были изобретены в XVIII веке, измерение температуры сводилось к измерению длины столбика воды, спирта или ртути. Можно было, конечно, сделать два одинаковых термометра и добиться того, чтобы их показания были всегда одинаковыми. Но термометры работали только в ограниченном интервале температур. Наполняющие их вещества замерзали или кипели, и этими термометрами нельзя было измерять очень низкие или очень высокие температуры. Кроме того, полезно было знать соотношение между градусами в разных местах шкалы. Измеряя количество теплоты, которое требуется для нагревания какого-то тела на один градус, например, при комнатной температуре и при температуре в 1000 градусов, нельзя было понять соотношение между градусами в этих точках. Перед зарождающейся термометрией возникли две задачи. Надо было, во-первых, установить "опорные" точки - условия, которым бы соответствовали какие-то точки на шкале термометра, в частности, начало отсчета этой шкалы,- и, во-вторых, придумать такое определение градуса, которое не зависело бы от конкретного термометра и могло бы быть использовано для построения шкалы в любом месте Земли в любое время.

Шкала Цельсия точно устанавливала положение двух точек - 0 и 100 градусов, расстояние между которыми на шкале было разбито на равные части. Но роль каждого деления оставалась неопределенной. Необходимо было еще понять, что происходит в теле, когда ртуть в термометре (который находится с этим телом в контакте) поднимается на один градус. Проще всего было бы предположить, что при этом энергия тела (или содержащееся в теле тепло) увеличивается на одну и ту же величину. Такая величина, отнесенная к единице массы тела, называется удельной теплоемкостью.

Однако из опытов хорошо известно, что теплоемкость разных тел разная и что даже у одного и того же тела она изменяется с температурой - в разных местах шкалы надо затратить разное количество теплоты, чтобы нагреть тело на один градус. Поэтому обычные вещества для такой цели не годятся.

Однако существует способ создать тело, которое приближенно обладает нужными качествами. Это идеальный газ, давление которого по закону Шарля изменяется линейно с температурой (при постоянном объеме). Реальные газы оказываются очень близки к идеальному, если давление газа, а значит, и его плотность достаточно малы.

Конечно, такой способ нельзя использовать при любых температурах и давлениях, так как все газы перестают когда-нибудь быть похожими на идеальный.

Тем не менее газовый термометр используется как эталонный почти для всех температур, достижимых в лаборатории.

Но как же все-таки определить температуру более строго?

Если температура есть физическая величина, то должен же существовать способ ее определения, который хотя бы в принципе не зависел бы от того, какой материал используется для устройства термометра. На такой вопрос можно было ответить лишь после того, как возникла термодинамика.

Ответ нашел Клаузис в 1848 г., основываясь на учении Карно о движении тепла.