摄氏度

温标单位

摄氏度(degree Celsius)是摄氏温标的计量单位,属于国际单位制(SI)导出单位，符号°C。

定义

基本概念

如果两个系统相互接触而传热，它们的状态参量将会互相影响而分别改变。经过一段时间，各自的状态参量就不再变化，说明两个系统达到了平衡。这种平衡叫作热平衡（thermal equilibrium）。

实验表明：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律。该定律表明，当两个系统处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，所以就把表征这一性质的物理量叫作温度（temperature）。温度是一个强度量，不具备加和性。

如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标（thermometricscale）。确定一个温标时首先要选择一种测温物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。例如，可以根据水银的热膨胀来制造水银温度计，这时规定细管中水银柱的高度与温度的关系是线性关系。

确定了测温物质和它用以测温的某种性质之后，还要确定温度的零点和分度的方法。摄氏温标便规定，标准大气压下冰的熔点为0 °C，水的沸点为100 °C；并据此把玻璃管上0 °C刻度与100 °C刻度之间均匀分成100等份，每份算作1 °C。

标准定义

摄氏度是热力学温度的导出单位。

热力学温度单位的定义是由第10届国际计量大会 (CGPM)给出的，选择水的三相点作为基本固定点，并将其温度分配为 273.16 K，从而定义热力学温度单位。第13届CGPM将热力学温度的单位定为开尔文。

遵循过去定义温标的方式，把热力学温度与参考温度（冰点）的温差称为摄氏温度。摄氏温度的单位是摄氏度，符号°C，根据定义，它的大小等于开尔文。以摄氏度表示的摄氏温度t 的数值由下式给出：

热力学温标和摄氏温标表示下的温差相同。

发展简史

历史来源

1742年,瑞典天文学家安德斯·摄尔修斯（Anders Celsius,1701-1744）发表了文章“Observationer om twänne beständiga Grader på en Thermometer”（《温度计上两个明确定义的度数的观测结果》），文中提出了一种新的温标：以0表示水的沸点，100表示水的冰点，其间分成100等分，每等分为1度。这是一种出于实用的表示方法，例如它在表示天气状况时不会出现负值（-90度会被表示为190度，36度会被表示为74度）。

经过多年实验，摄尔修斯发现冰水混合物的温度是固定的，并且不受外界因素影响；而水的沸点只受到气压影响，这两个都可以作为可靠的固定点。最终，摄尔修斯以此创立了他的温标，并建议用平均海平面的平均气压来校准零点，即水的沸点。这种气压则被称为标准大气压。

1743年，里昂物理学家让-皮埃尔·克里斯蒂安(Jean-Pierre Christin)将摄氏度倒置，提出以标准大气压下水的沸点为100度，水的冰点为0度。1744年，在植物学家卡尔·林奈(Carl Linnaeus)也制造了这种把刻度颠倒过来的温度计。此外同时期的许多科学家也被认为独立开发了这种倒置的摄氏温标。

事实上，18世纪40年代初期，瑞士和法国也独立出现了随着温度升高并基于水的冰点和沸点的温度计。然而，摄尔修斯成功的关键在于他对两个固定点的选取与测量，特别是他对沸点与大气压关系的研究。有了准确可靠的物理依据，摄尔修斯的温标很快被广泛采用。

相关实验

1730年，摄尔修斯成为乌普萨拉大学的天文学教授。经过多年的实验，他于1742年发表文章提出了摄氏温标。在文中，他指出了定义温标的两种方法，第一种方法是只用一个固定点来定义温标。温度计刻度基于特定液体的热膨胀，例如烈酒或汞。例如，列奥缪尔（René Antoine Ferchault de Réaumur）使用这种方法，他选择水的冰点作为葡萄酒温度计的固定点——零度，液体每膨胀的千分之一体积视为一度。摄尔修斯倾向另一种方法，即使用两个固定点定义温标。这种方法在温度计刻度上取两个固定点，将两个固定点间的温度间隔划分为合适的度数。摄尔修斯选择的两个固定点是水开始结冰时的温度和沸水的温度。

摄尔修斯观测到，冰融化成水和水结冰所需的温度相同。他将温度计浸入雪中至少半小时后读取数值，又用温度计测量了火炉中一桶雪水的温度，最终读取到了相同的温度。他还研究了气压对冰点的可能影响，发现气压对冰点无影响。1736年至1737年，摄尔修斯参加了莫佩尔蒂(Pierre-Louis Moreau de Maupertuis)领导的法国远征队，前往瑞典北部以确定纬线的长度。在Torneå（芬兰西北部小镇），他用同一个列氏温度计测量了水的冰点，结果与他在乌普萨拉和巴黎观察到的相同。因此他得出结论：水的冰点非常稳定，可以作为固定点。

摄尔修斯用一系列的实验确定了水的沸点。他测量了来源不同的水的沸点，例如雪水，河水和三口不同井中的水。摄尔修斯将几种水在茶壶里煮沸，并测量了沸腾几分钟后水的温度，最终得出结论，不同来源的水沸点相同。

先前华伦海特（Gabriel Daniel Fahrenheit）已经在阿姆斯特丹观测到沸水的温度取决于气压计中汞的高度。在此基础上，摄尔修斯决定进一步测量气压与水的沸点的关系。通过测量不同气压下水的沸点，摄尔修斯发现，水银气压计上大气压力示数变化一英寸会导致温度计上沸点示数变化8 Gran（当时的温度单位，相当于0.3 mm）。温度计上的沸点和冰点之间的距离为792 Gran，摄尔修斯将沸点和冰点之间的温度差值划分为一百份，这样气压变化一英寸，水的沸点大约变化一度。尽管实验条件相当原始，但摄尔修斯对气压与水沸点的关系做出了非常准确的测量。

从而，摄尔修斯得出结论：水的沸点温度只有在气压确定时才能作为固定点。他认为25.3英寸汞柱(751.2 mmHg，100.1kPa)是大气压的平均值，可以作为标准大气压来固定水的沸点。此外他还给出了大气压偏离标准大气压时的刻度标记方法。摄尔修斯在温度计的刻度尺上用0标记了水的沸点，用100标记了水的冰点，摄氏温标也就此诞生了。

单位换算

注：表中水的冰点、水的沸点、人体体温、室温并不是标准定义下的精确温度。

应用

生产领域

在工业生产和技术应用中，摄氏度被广泛用于控制各种设备和工艺中的温度。通过摄氏度的准确测量和控制，工业生产可以更加高效、精确地进行，从而提高生产效率和产品质量。例如，在金属加工、塑料成型、化工生产等过程中，需要严格控制温度以确保产品质量。

生活领域

在日常生活中，摄氏度被广泛用于描述环境温度、食品储存以及烹饪过程中。世界上大多数地区的人们习惯使用摄氏度来了解天气情况，并根据气温进行衣着和活动安排。

气象领域

摄氏度被广泛用于环境监测和气候研究中，帮助科学家们了解地球表面和大气层的温度变化。利用摄氏温标对温度进行测量和分析，人们可以更好地了解气候变化对地球和生物系统的影响，为环境保护和气候调控提供科学依据。

科技领域

在科技领域，摄氏度被用于实验室操作、储存以及各种仪器设备的温度控制。科研人员需要一个统一的温标来准确控制和记录温度，以便进行可靠的实验和研究。摄氏度的应用有助于确保科学实验的可重复性和数据的准确性。

医药领域

在医学和健康领域，摄氏度被用于测量人体体温，帮助医生诊断疾病和监测病情，药品储存等方面。摄氏度的标准化使得医学领域的温度数据更加方便可靠，有助于提高医疗诊断的准确性和治疗效果。

研究意义

在建立摄氏温标的过程中，摄尔修斯准确测量了水的沸点与大气压比例关系，同时还提出了标准大气压的概念，促进了热力学的发展。

摄氏温标提供了统一且精确的温度度量标准。这一标准的存在，使得人们能够准确地描述和记录各种物理、化学和生物过程中的温度变化。此外，由于具有很强的实用性，摄氏温标也极大方便了人们的生活。总之，摄氏温标作为人类生产生活，科学研究中不可或缺的一部分，为人类社会提供了一个重要的度量方法，推动了科学技术不断进步发展。

写法翻译

符号差异

中文摄氏度的写法：℃，是一个整体的符号，字符代码为2103。

英文摄氏度的写法：°C，是两个符号的组合，其中“°” ：是一个符号，字符代码为00B0； “C”：就是大写字母，是Celsius的简写。

翻译差异

自19世纪以来，世界各地的科学界和测温界一般使用“centigrade scale”来表示“摄氏温标”，用“degrees centigrade”来表示“摄氏度”。

在法语中，“centigrade”一词用于表示摄氏度但同时也用于角度测量表示百分之一度，为了避免歧义，1948年国际度量衡大会第九次会议和国际度量衡委员会（CIPM）正式通过了用“degree Celsius”表示“摄氏度”。

虽然在科学工作中用“degree Celsius”表示摄氏度，但在英语国家，尤其是非正式场合，“degrees centigrade”仍然很常用。

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