Температура связана с хаотическим движением молекул. Это знал еще наш великий соотечественник М.В. Ломоносов. В своей работе «Размышления о причине теплоты и холода» он писал:

«Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются; дерево загорается пламенем; при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаливается от проковывания частыми и сильными ударами, а если их прекратить, то теплота уменьшается... Из этого всего совершенно очевидно, что достаточное основание теплоты заключается в движении. А так как движение не может происходить без материи, то необходимо, чтобы достаточное основание теплоты заключалось в движении какой-то материи.

И хотя в горячих телах большей частью на вид не заметно какого-либо движения, таковое все-таки очень часто обнаруживается по производимым действиям. Так, железо, нагретое почти до накаливания, кажется на глаз находящимся в покое; однако одни тела, придвинутые к нему, оно плавит, другие превращает в пар; то есть, приводя частицы их в движение, оно тем самым показывает, что и в нем имеется движение какой-то материи. Ведь нельзя отрицать существование движения там, где оно не видно: кто в самом деле будет отрицать, что когда через лес проносится сильный ветер, то листья и сучки дерев колышатся, хотя при рассматривании издали и не видно движения. Точно так же, как здесь вследствие расстояния, так и в теплых телах вследствие малости частиц движущейся материи движение ускользает от взора».

Ломоносов вплотную подошел к понятию абсолютного нуля. Он утверждал: «...невозможна высшая и последняя степень теплоты как движения. Наоборот, то же самое движение может настолько уменьшиться, что тело достигает наконец состояния совершенного покоя и никакое дальнейшее уменьшение движения невозможно. Следовательно, по необходимости должна существовать наибольшая и последняя ступень холода, которая должна состоять в полном прекращении... движения частиц».

Понятие абсолютного нуля было введено в 1848 году английским ученым У. Томсоном (Кельвином). Оно вытекает из второго начала термодинамики, а из третьего начала следует, что абсолютный нуль недостижим. Его значение – минус 273,15°C. С приближением температуры к абсолютному нулю стремятся к нулю все тепловые характеристики вещества: энтропия, теплоемкость и т.д.

Температуру нельзя измерять непосредственно, ее значение находят по изменению какого-либо свойства вещества, например, по увеличению объема тела с ростом его температуры. На этом основано действие ртутных, спиртовых и иных подобных термометров. Можно измерять температуру по изменению электрического сопротивления, давления, излучения и т.п., надо только, чтобы это изменение было хорошо заметно.

Рис. 1. Соотношение между температурными шкалами Фаренгейта (F), Цельсия © и Кельвина (K)

Английский ученый Р. Гук и нидерландский естествоиспытатель X. Гюйгенс установили две постоянные точки термометра: точку таяния льда и точку кипения воды. В 1742 году А. Цельсий предложил стоградусную шкалу термометра, на которой точка кипения воды отмечалась нулем, а точка таяния льда – числом 100. Сейчас мы часто пользуемся этой, но как бы перевернутой шкалой, которая по-прежнему носит имя шведского ученого. Помимо шкалы Цельсия ©, существуют еще температурные шкалы Кельвина (K), Фаренгейта (F), Реомюра ®, Ранкина (Ra). Соотношение между первыми тремя показано на рис. 1. Связь двух последних со шкалами Цельсия и Кельвина дают следующие формулы:

n°С = 0,8n° R

nK = 1,8n° Ra

Рис. 2. Температуры, встречающиеся в природе и технике

На рис. 2 представлены температуры, встречающиеся в природе и технике. Левая шкала логарифмическая. Это означает, что два соседних деления отличаются друг от друга по величине в десять раз. Правая шкала – «растянутая» небольшая часть левой шкалы. Она линейная.

Прежде всего вы найдете температуры, характеризующие пашу среду обитания – планету Земля. На ней много жарких мест. Одно из них – Долина смерти в Калифорнии (США). Там отмечена жара 56,7°C. Но рекорд по положительным температурам принадлежит, безусловно, Сахаре. Он равен 63°C в тени. На Земле есть также полюса холода. В Северном полушарии они расположены в Якутии и Гренландии, температура там достигает около 70 градусов мороза. А самое холодное место на нашей планете – это Антарктида. В ее глубинных районах зарегистрирована температура – 94,5°C. На таком морозе металл становится хрупким, соляр превращается в густую тестообразную массу, а керосин не вспыхивает даже при соприкосновении с открытым огнем.

А какова температура недр Земли? Раньше высказывались различные гипотетические предположения и приводились расчеты, по которым температура на глубине 15 км получалась 100...400°C. Теперь Кольская сверхглубокая скважина, которая прошла отметку 12 км, дала точный ответ на поставленный вопрос. Вначале (до 3 км) температура росла на 1° через каждые 100 м проходки, далее этот рост составил 2,5° на каждые новые 100 м. На глубине 10 км температура недр Земли оказалась равной 180°C!

На шкале вы найдете температуры внутренних зон самых горячих звезд, Вселенной вскоре после ее рождения, газов, вытекающих из сопла ракеты, и многих других объектов и процессов. Но, конечно, один рисунок не может вместить все обилие значений температур, встречающихся в природе и технике. Он только информация к размышлению.