Dugotrajni termometri

Instrumenti za mjerenje temperature koji su danas rasprostranjeni igraju važnu ulogu u nauci, tehnologiji, u svakodnevnom životu ljudi, imaju dugu istoriju i vezuju se za imena mnogih briljantnih naučnika iz različitih zemalja, uključujući i ruske i one koji su radili u Rusija.

Detaljan opis povijesti stvaranja čak i običnog termometra za tekućinu može zauzeti cijelu knjigu, uključujući priče o stručnjacima iz različitih područja - fizičarima i kemičarima, filozofima i astronomima, matematičarima i mehaničarima, zoolozima i botaničarima, klimatolozima i puhačima stakla.

Napomene u nastavku ne pretenduju da zaokruže prezentaciju ove veoma zabavne priče, ali mogu biti korisne za upoznavanje oblasti znanja i oblasti tehnologije koja se zove Termometrija.

Temperatura

Temperatura je jedan od najvažnijih indikatora koji se koristi u raznim granama prirodnih nauka i tehnologije. U fizici i hemiji se koristi kao jedna od glavnih karakteristika ravnotežnog stanja izolovanog sistema, u meteorologiji - kao glavna karakteristika klime i vremena, u biologiji i medicini - kao najvažnija veličina koja određuje vitalne funkcije.

Čak je i starogrčki filozof Aristotel (384–322 pne) smatrao koncepte toplote i hladnoće fundamentalnim. Uz takve kvalitete kao što su suhoća i vlažnost, ovi koncepti karakteriziraju četiri elementa "primarne materije" - zemlju, vodu, zrak i vatru. Iako se tih dana i nekoliko vekova nakon toga već govorilo o stepenu toplote ili hladnoće („toplije“, „vruće“, „hladnije“), kvantitativnih mera nije bilo.

Prije otprilike 2500 godina, starogrčki ljekar Hipokrat (oko 460 - oko 370 pne) shvatio je da je povišena temperatura ljudskog tijela znak bolesti. Došlo je do problema pri određivanju normalne temperature.

Jedan od prvih pokušaja da se uvede koncept standardne temperature napravio je drevni rimski ljekar Galen (129 - oko 200), koji je predložio da se temperatura mješavine jednakih količina kipuće vode i leda smatra "neutralnom" , a temperature pojedinih komponenti (ključale vode i leda koji se otapa) smatrati četiri stepena, odnosno toplim i četiri stepena hladnim. Vjerovatno Galenu dugujemo uvođenje pojma temper(izjednačiti), od čega je izvedena riječ "temperatura". Međutim, temperatura je počela da se meri mnogo kasnije.

Termoskop i prvi vazdušni termometri

Istorija mjerenja temperature ima tek nešto više od četiri stoljeća. Na osnovu sposobnosti vazduha da se širi kada se zagreje, što su opisali stari vizantijski Grci još u 2. veku pre nove ere. prije Krista, nekoliko pronalazača stvorilo je termoskop - najjednostavniji uređaj sa staklenom cijevi ispunjenom vodom. Treba reći da su se Grci (prvi Evropljani) sa staklom upoznali još u 5. veku, u 13. veku. prva staklena venecijanska ogledala pojavila su se u 17. veku. staklarstvo u Evropi postalo je prilično razvijeno, a 1612. godine pojavio se prvi priručnik "De arte vitraria"(“O umjetnosti pravljenja stakla”) Firentinca Antonija Nerija (umro 1614.).

Proizvodnja stakla je posebno razvijena u Italiji. Stoga nije iznenađujuće što su se tamo pojavili prvi stakleni instrumenti. Prvi opis termoskopa uvršten je u knjigu napuljskog prirodnjaka, koji se bavi keramikom, staklom, umjetnim dragim kamenjem i destilacijom, Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) Magia Naturalis("Prirodna magija"). Izdanje je objavljeno 1558.

1590-ih godina talijanski fizičar, mehaničar, matematičar i astronom Galileo Galilei (1564-1642), prema riječima njegovih učenika Nelli i Viviani, napravio je svoj stakleni termobaroskop u Veneciji koristeći mješavinu vode i alkohola; mjerenja se mogu izvršiti ovim instrumentom. Neki izvori kažu da je Galileo koristio vino kao obojenu tečnost. Radni fluid je bio vazduh, a promene temperature određivane su zapreminom vazduha u uređaju. Uređaj je bio neprecizan, očitavanja su mu zavisila i od temperature i od pritiska, ali je dozvoljavao da se stub tečnosti „ispusti“ promenom pritiska vazduha. Opis ovog uređaja dao je 1638. godine Galileov učenik Benadetto Castelli.

Bliska komunikacija između Santoria i Galilea onemogućava utvrđivanje doprinosa svakog od njih brojnim tehničkim inovacijama. Santorio je poznat po svojoj monografiji "De statica medicine"(“O medicini ravnoteže”), koji sadrži rezultate njegovih eksperimentalnih istraživanja i izdržao je pet izdanja. Godine 1612. Santorio u svom radu "Commentaria in artem medicinalem Galeni"("Napomene o Galenovoj medicinskoj umetnosti") prvi je opisao vazdušni termometar. Koristio je i termometar za mjerenje temperature ljudskog tijela („pacijenti rukama stežu bocu, dišu na nju pod poklopcem, uzimaju je u usta“), koristio je klatno za mjerenje pulsa. Njegova metoda se sastojala u fiksiranju brzine pada očitavanja termometra tokom deset zamaha klatna, zavisila je od spoljašnjih uslova i bila je netačna.

Instrumente slične Galilejevom termoskopu izradili su holandski fizičar, alhemičar, mehaničar, graver i kartograf Cornelis Jacobson Drebbel (1572–1633) i engleski mistik i medicinski filozof Robert Fludd (1574–1637), koji su bili upoznati sa radom navodnog firentinski naučnici. Bio je to Drebbelov uređaj koji je prvi (1636. godine) nazvan "termometar". Izgledalo je kao cijev u obliku slova U sa dva rezervoara. Dok je radio na tečnosti za svoj termometar, Drebbel je otkrio način da napravi jarke karminske boje. Fludd je zauzvrat opisao zračni termometar.

Prvi termometri za tečnost

Sljedeći mali, ali važan korak ka transformaciji termoskopa u moderan tečni termometar bila je upotreba tekućine i staklene cijevi zapečaćene na jednom kraju kao radnog medija. Koeficijenti toplotnog širenja tečnosti su manji od onih u gasovima, ali se zapremina tečnosti ne menja sa promenom spoljašnjeg pritiska. Ovaj korak je napravljen oko 1654. godine u radionicama velikog vojvode od Toskane, Ferdinanda II de' Medici (1610-1670).

U međuvremenu su počela sistematska meteorološka mjerenja u raznim evropskim zemljama. Svaki naučnik u to vrijeme koristio je svoju temperaturnu skalu, a rezultati mjerenja koji su došli do nas ne mogu se međusobno porediti niti povezati sa savremenim stepenima. Koncept temperaturnog stepena i referentnih tačaka temperaturne skale pojavio se u nekoliko zemalja još u 17. veku. Majstori su primijenili 50 podjela na oko, tako da na temperaturi topljenja snijega stupac alkohola nije pao ispod 10. podjele, a na suncu se nije dizao iznad 40. podjela.

Jedan od prvih pokušaja kalibracije i standardizacije termometara napravljen je u oktobru 1663. godine u Londonu. Članovi Kraljevskog društva složili su se da koriste jedan od alkoholnih termometara koje je napravio fizičar, mehaničar, arhitekta i pronalazač Robert Hooke (1635-1703) kao standard i s njim uporede očitanja drugih termometara. Hooke je u alkohol uveo crveni pigment, skala je podijeljena na 500 dijelova. Izmislio je i minimalni termometar (koji pokazuje najnižu temperaturu).

Hoolandski teorijski fizičar, matematičar, astronom i pronalazač Christian Huygens (1629–1695) je 1665. godine zajedno s R. Hookeom predložio korištenje temperatura topljenja leda i kipuće vode za stvaranje temperaturne skale. Prvi razumljivi meteorološki zapisi snimljeni su pomoću Hooke-Huygensove skale.

Prvi opis pravog tečnog termometra pojavio se 1667. godine u publikaciji Accademia del Cimento * "Eseji o prirodnim naučnim aktivnostima Akademije eksperimenata." Prvi eksperimenti iz oblasti kalorimetrije izvedeni su i opisani na Akademiji. Pokazalo se da pod vakuumom voda ključa na nižoj temperaturi nego na atmosferskom pritisku, a da se kada se smrzava širi. "Firencijski termometri" su bili široko korišćeni u Engleskoj (uveo R. Boyle) iu Francuskoj (distribuirani zahvaljujući astronomu I. Bullou). Autor poznate ruske monografije "Koncepti i osnove termodinamike" (1970) I.R. Krichevsky smatra da je upravo rad Akademije postavio temelje za korištenje tekućih termometara.

Jedan od članova Akademije, matematičar i fizičar Karlo Renaldini (1615–1698) u svom eseju Philosophia naturalis(„Prirodna filozofija“), objavljena 1694. godine, predložila je da se kao referentne tačke uzmu temperature topljenja leda i kipuće vode.

Rođen u njemačkom gradu Magdeburgu, termometrima se bavio i mašinski inženjer, elektroinženjer, astronom, pronalazač vazdušne pumpe Otto von Guericke (1602–1686), koji se proslavio iskustvima sa magdeburškim hemisferama. Godine 1672. napravio je vodeno-alkoholni uređaj visok nekoliko metara sa skalom koja je imala osam podjela: od "veoma hladno" do "veoma vruće". Dimenzije konstrukcije, mora se priznati, nisu unaprijedile termometriju.

Guerickeova gigantomanija našla je sljedbenike u Sjedinjenim Državama tri stoljeća kasnije. Najveći termometar na svijetu, visok 40,8 m (134 ft), izgrađen je 1991. godine u znak sjećanja na rekordno visoku temperaturu postignutu u kalifornijskoj Dolini smrti 1913.: +56,7 °C (134 °F). Trosmjerni termometar nalazi se u gradiću Baker u blizini Nevade.

Prve tačne termometre koji su ušli u široku upotrebu napravio je njemački fizičar Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736). Pronalazač je rođen na teritoriji današnje Poljske, u Gdanjsku (tadašnjem Dancigu), rano ostao bez roditelja, počeo je da studira trgovinu u Amsterdamu, ali nije završio studije i, zanesen fizikom, počeo je da posećuje laboratorije i radionice u Njemačka, Holandija i Engleska. Od 1717. živi u Holandiji, gdje je imao radionicu za duvanje stakla i bavio se izradom preciznih meteoroloških instrumenata - barometara, visinomjera, higrometara i termometara. Godine 1709. napravio je alkoholni termometar, a 1714. živin termometar.

Ispostavilo se da je živa vrlo pogodan radni fluid, budući da je imao linearniju zavisnost zapremine od temperature od alkohola, zagrijavao se mnogo brže od alkohola i mogao se koristiti na mnogo višim temperaturama. Fahrenheit je razvio novu metodu za pročišćavanje žive i koristio je cilindar umjesto kuglice za živu. Osim toga, kako bi poboljšao tačnost termometara, Fahrenheit, koji je posjedovao vještine puhanja stakla, počeo je koristiti staklo s najnižim koeficijentom toplinskog širenja. Samo u području niskih temperatura živa (tačka smrzavanja -38,86 °C) je bila inferiorna od alkohola (tačka smrzavanja -114,15 °C).

Od 1718. Farenhajt je u Amsterdamu predavao hemiju, 1724. postao je član Kraljevskog društva, iako nije dobio diplomu i objavio je samo jednu zbirku istraživačkih članaka.

Za svoje termometre Farenhajt je prvi put koristio modifikovanu skalu koju je usvojio danski fizičar Olaf Römer (1644-1710) i predložio engleski matematičar, mehaničar, astronom i fizičar Isak Njutn (1643-1727) 1701. godine.

Njutnovi početni pokušaji da razvije temperaturnu skalu pokazali su se naivnim i skoro odmah su napušteni. Predloženo je da se kao referentne tačke uzima temperatura zraka zimi i temperatura užarenog uglja. Tada je Newton iskoristio tačku topljenja snijega i temperaturu tijela zdrave osobe, laneno ulje kao radni medij i razbio skalu (po modelu 12 mjeseci godišnje i 12 sati dnevno do podneva) za 12 stepeni ( prema drugim izvorima za 32 stepena). U ovom slučaju kalibracija je izvršena miješanjem određenih količina kipuće i svježe odmrznute vode. Ali i ova metoda je bila neprihvatljiva.

Newton nije bio prvi koji je koristio ulje: davne 1688. godine francuski fizičar Dalence je koristio tačku topljenja kravljeg putera kao referentnu tačku za kalibraciju alkoholnih termometara. Da je ova tehnika sačuvana, Rusija i Francuska bi imale različite temperaturne skale: i rastopljeni maslac uobičajen u Rusiji i čuveni vologdski maslac razlikuju se po sastavu od evropskih sorti.

Promatračni Roemer je primijetio da njegovi satovi s klatnom ljeti rade sporije nego zimi, a podjele skala njegovih astronomskih instrumenata ljeti su veće nego zimi. Da bi se poboljšala tačnost mjerenja vremena i astronomskih parametara, bilo je potrebno izvršiti ova mjerenja na istim temperaturama i samim tim imati precizan termometar. Roemer je, kao i Newton, koristio dvije referentne točke: normalnu temperaturu ljudskog tijela i temperaturu topljenja leda (obogaćeno crno vino ili 40% alkoholna otopina obojena šafranom služila je kao radni fluid u cijevi od 18 inča). Farenhajt im je dodao treću tačku, što je odgovaralo najnižoj temperaturi koja je tada postignuta u mješavini vode-led-amonijaka.

Pošto je postigao znatno veću tačnost merenja sa svojim živinim termometrom, Farenhajt je podelio svaki Remerov stepen na četiri i uzeo tri tačke kao referentne tačke za svoju temperaturnu skalu: temperaturu mešavine soli vode sa ledom (0°F), temperaturu tela zdrave osobe (96 °F) i temperaturu topljenja leda (32 °F), pri čemu se ovo posljednje smatra kontrolom.

Evo kako je o tome pisao u članku objavljenom u časopisu Philosophical Transaction"(1724.
tom 33, str. 78): „... stavljajući termometar u mješavinu amonijumove soli ili morske soli, vode i leda, nalazimo tačku na skali koja pokazuje nulu. Drugi bod se postiže ako se koristi ista smjesa bez soli. Označimo ovu tačku kao 30. Treća tačka, označena kao 96, dobija se ako se termometar unese u usta, primajući toplinu zdrave osobe.

Postoji legenda da je Farenhajt temperaturu na koju se ohladio vazduh u zimu 1708/09. u njegovom rodnom gradu Dancigu uzeo kao najnižu tačku na Farenhajtovoj skali. Mogu se naći i izjave da je vjerovao da osoba umire od hladnoće na 0°F i od toplotnog udara na
100°F. Konačno, rečeno je da je bio član masonske lože sa svoja 32 stepena inicijacije, te je stoga usvojio tačku topljenja leda jednaku ovom broju.

Nakon nekoliko pokušaja i grešaka, Fahrenheit je došao do vrlo udobne temperaturne skale. Ispostavilo se da je tačka ključanja vode bila 212 °F na prihvaćenoj skali, a cijeli temperaturni raspon tekućeg stanja vode bio je 180 °F. Obrazloženje za ovu skalu je odsustvo negativnih stupnjeva.

Nakon toga, nakon serije preciznih mjerenja, Fahrenheit je otkrio da tačka ključanja varira s atmosferskim pritiskom. To mu je omogućilo da stvori hipsotermometar - uređaj za mjerenje atmosferskog pritiska po tački ključanja vode. Pripada mu i primat u otkriću fenomena prehlađenja tečnosti.

Farenhajtov rad označio je početak termometrije, a potom termohemije i termodinamike. Farenhajtova skala je prihvaćena kao službena u mnogim zemljama (u Engleskoj od 1777.), samo je normalna temperatura ljudskog tijela korigirana na 98,6 o F. Sada se ova skala koristi samo u SAD-u i Jamajci, drugim zemljama 1960-1970-ih godina. i 1970-ih prešao na Celzijusovu skalu.

Termometar su u široku medicinsku praksu uveli holandski profesor medicine, botanike i hemije, osnivač naučne klinike Hermann Boerhaave (1668–1738), njegov učenik Gerard van Swieten (1700–1772), austrijski ljekar Anton de Haen (1704–1776) i, bez obzira na njih, Englez George Martin.

Osnivač bečke škole medicine Haen otkrio je da se temperatura zdrave osobe povećava i pada dva puta tokom dana. Budući da je pristalica teorije evolucije, objasnio je to činjenicom da su preci čovjeka - gmazovi koji su živjeli uz more - mijenjali temperaturu u skladu s osekama i osekama. Međutim, njegov rad je dugo bio zaboravljen.

Martin je u jednoj od svojih knjiga napisao da su se njegovi savremenici raspravljali da li se temperatura topljenja leda mijenja sa visinom, a da bi se utvrdilo istinu, prenijeli su termometar iz Engleske u Italiju.

Nije manje iznenađujuće da su se za mjerenje temperature ljudskog tijela kasnije zainteresovali naučnici koji su se proslavili u različitim oblastima znanja: A. Lavoisier i P. Laplace, J. Dalton i G. Davy, D. Joule i P. Dulong , W. Thomson i A. Becquerel, J. Foucault i G. Helmholtz.

Od tada je "iscurilo mnogo žive". Čini se da se skoro tri stotine godina raširene upotrebe živinih termometara uskoro završava zbog toksičnosti tečnog metala: u evropskim zemljama, gdje pitanja ljudske sigurnosti postaju sve važnija, doneseni su zakoni za ograničavanje i zabraniti proizvodnju takvih termometara.

* Osnovana u Firenci 1657. godine od strane učenika Galilea pod pokroviteljstvom Ferdinanda II Medičija i njegovog brata Leopolda, Accademia del Cimento nije dugo trajala, ali je postala prototip Kraljevskog društva, Pariške akademije nauka i drugih evropskih akademija. Zamišljen je da promoviše naučna saznanja i proširi kolektivne aktivnosti za njihov razvoj.

Štampano sa nastavkom

Sve što nam sada treba je snijeg, šolja, termometar i malo strpljenja. Sa hladnoće ćemo donijeti šolju snijega, staviti je na toplo, ali ne vruće mjesto, uroniti termometar u snijeg i pratiti temperaturu. U početku će se stub žive relativno brzo povući. Snijeg je još suv. Kada dostigne nulu, stub žive će se zaustaviti. Od tog trenutka snijeg počinje da se topi. Voda se pojavljuje na dnu šolje, ali termometar i dalje pokazuje nulu. Neprekidnim miješanjem snijega, lako je osigurati da živa neće pomaknuti dok se sav ne otopi.

Šta je uzrokovalo zaustavljanje temperature i to baš u vrijeme kada snijeg prelazi u vodu? Toplota dovedena u šolju u potpunosti se troši na uništavanje kristala pahuljica. I čim se posljednji kristal uništi, temperatura vode će početi rasti.

Isti fenomen se može uočiti prilikom topljenja bilo koje druge kristalne supstance. Svima im je potrebna određena količina toplote da bi prešli iz čvrstog u tečno. Ova količina, sasvim specifična za svaku supstancu, naziva se toplota fuzije.

Vrijednost topline fuzije za različite tvari je različita. I upravo ovdje, kada počnemo porediti specifične topline fuzije za različite tvari, voda se opet ističe među njima. Kao i specifični toplinski kapacitet, specifična toplina fuzije leda daleko premašuje toplinu fuzije bilo koje druge tvari.

Da biste otopili jedan gram benzena, potrebno vam je 30 kalorija, toplina fuzije kalaja je 13 kalorija, olova - oko 6 kalorija, cinka - 28, bakra - 42 kalorije. A da biste led pretvorili u vodu na nula stepeni, potrebno vam je 80 kalorija! Ova količina toplote je dovoljna da se temperatura jednog grama tečne vode podigne sa 20 stepeni do ključanja. Samo jedan metal, aluminij, ima specifičnu toplinu fuzije koja je veća od one u ledu.

Dakle, voda na nula stepeni razlikuje se od leda na istoj temperaturi po tome što svaki gram vode sadrži 80 kalorija više toplote nego gram leda.

Sada, znajući koliko je visoka toplota fuzije leda, vidimo da nemamo razloga da se ponekad žalimo da se led topi "prebrzo". Kada bi led imao istu toplotu fuzije kao većina drugih tijela, otopio bi se nekoliko puta brže.

U životu naše planete topljenje snijega i leda ima apsolutno izuzetan značaj po svom značaju. Mora se imati na umu da sam ledeni pokrivač zauzima više od tri posto ukupne Zemljine površine, odnosno 11 posto cjelokupnog kopna. U regionu južnog pola leži ogroman kontinent Antarktika, veći od Evrope i Australije zajedno, prekriven neprekidnim slojem leda. Permafrost vlada milionima kvadratnih kilometara zemlje. Samo glečeri i permafrost čine petinu kopnene mase. Ovome moramo dodati još jednu površinu prekrivenu snijegom zimi. I onda možemo reći da je od jedne četvrtine do jedne trećine zemlje uvijek pokriveno ledom i snijegom. Nekoliko mjeseci u godini ovo područje prelazi polovinu cjelokupnog kopna.

Jasno je da ogromne mase smrznute vode ne mogu a da ne utiču na klimu Zemlje. Kakva se kolosalna količina sunčeve toplote troši samo da bi se otopio jedan snježni pokrivač u proljeće! Zaista, u prosjeku doseže oko 60 centimetara debljine, a za svaki gram trebate potrošiti 80 kalorija. Ali sunce je toliko moćan izvor energije da na našim geografskim širinama može obaviti ovaj posao ponekad i za nekoliko dana. I teško je zamisliti kakva bi nas visoka voda čekala da led ima, na primjer, takvu toplinu fuzije kao što je olovo. Sav snijeg bi se mogao otopiti za jedan dan ili čak za nekoliko sati, a onda bi rijeke koje su se izlile do nevjerovatnih veličina isprale najplodniji sloj tla i biljaka sa površine zemlje, donoseći nebrojene katastrofe cijelom životu na Zemlji. .

Kada se led topi, on upija ogromnu količinu toplote. Istu količinu toplote daje voda kada se smrzava. Kada bi voda imala nisku toplotu fuzije, onda bi se naše rijeke, jezera i mora vjerovatno smrzli nakon prvog mraza.

Dakle, velikom toplotnom kapacitetu vode dodana je još jedna izuzetna karakteristika - velika toplota fuzije.

SKALA APSOLUTNE TEMPERATURE.

1. Temperatura je mjera prosječne kinetičke energije molekula, karakterizira
stepen zagrevanja tela.

2. Instrument za mjerenje temperature - termometar .

3. Princip rada termometar:
Prilikom mjerenja temperature koristi se ovisnost promjene bilo kojeg makroskopskog parametra (zapremina, tlak, električni otpor itd.) tvari o temperaturi.
U tečnim termometrima to je promjena zapremine tečnosti.
Kada dva medija dođu u kontakt, energija se prenosi sa više zagrejanog medija na manje zagrejan.
U procesu mjerenja temperature tijela i termometar dolaze u stanje termičke ravnoteže.

Termometri.
U praksi se često koriste tečni termometri: živina (u rasponu od -35 C do +750 C) i alkoholna (od -80 C do +70 C).
Oni koriste svojstvo tečnosti da mijenjaju svoj volumen s promjenom temperature.
Međutim, svaka tekućina ima svoje karakteristike promjene volumena (ekspanzije) na različitim temperaturama.
Kao rezultat poređenja, na primjer, očitavanja živinih i alkoholnih termometara, doći će do potpunog podudaranja samo na dvije tačke (na temperaturama od 0 C i 100 C).
Ovi nedostaci nisugasni termometri .
Prvi plinski termometar kreirali su Francuzi. fizičar J. Charles.

Kada dva tijela različite temperature dođu u dodir, unutrašnja energija se prenosi sa više zagrijanog tijela na manje zagrijano, a temperature oba tijela se izjednačavaju.
Nastaje stanje termičke ravnoteže u kojem svi makroparametri (volumen, pritisak, temperatura) oba tijela ostaju nepromijenjeni u budućnosti pod nepromijenjenim vanjskim uvjetima.
4. termička ravnoteža je stanje u kojem svi makroskopski parametri ostaju nepromijenjeni proizvoljno dugo vremena.

5. Stanje toplotne ravnoteže sistema tela karakteriše temperatura: sva tela sistema koja su međusobno u toplotnoj ravnoteži imaju istu temperaturu.

gdje je k Boltzmannova konstanta

Ova zavisnost omogućava uvođenje nove temperaturne skale - apsolutne temperaturne skale koja ne zavisi od supstance koja se koristi za merenje temperature.

6. Apsolutna temperaturna skala - uveo engleski. fizičar W. Kelvin
- nema negativnih temperatura

Jedinica apsolutne temperature u SI: [T] = 1K (kelvin)
Nulta temperatura apsolutne skale je apsolutna nula (0K = -273 C), najniža temperatura u prirodi. APSOLUTNA NULA je najniža temperatura na kojoj prestaje termičko kretanje molekula.

Odnos apsolutne skale sa Celzijusovom skalom

U formulama se apsolutna temperatura označava slovom "T", a temperatura na Celzijusovoj skali slovom "t".

Istorija izuma termometar

Termometar se smatra pronalazačem : u njegovim vlastitim spisima nema opisa ovog uređaja, ali njegovi učenici, Nelly i , svjedočio je da je već u napravio je nešto poput termobaroskopa ( ). Galileo je u to vrijeme proučavao djelo , u kojem je već opisan sličan uređaj, ali ne za mjerenje stupnjeva topline, već za podizanje vode zagrijavanjem. Termoskop je bio mala staklena kugla sa staklenom cijevi zalemljenom na nju. Lopta je lagano zagrijana i kraj cijevi je spušten u posudu s vodom. Nakon nekog vremena, vazduh u kugli se ohladio, njen pritisak se smanjio, a voda se pod dejstvom atmosferskog pritiska podigla u cevi do određene visine. Nakon toga, sa zagrijavanjem, pritisak zraka u kugli se povećao i nivo vode u cijevi se smanjio; kada se ohladi, voda u njoj je porasla. Uz pomoć termoskopa bilo je moguće suditi samo o promjeni stupnja zagrijavanja tijela: nije pokazivao numeričke vrijednosti temperature, jer nije imao skalu. Osim toga, nivo vode u cijevi nije ovisio samo o temperaturi, već i o atmosferskom pritisku. Firentinski naučnici su 1657. godine poboljšali Galilejev termoskop. Opremili su instrument skalom perli i ispustili vazduh iz rezervoara (kuglice) i cevi. To je omogućilo ne samo kvalitativno, već i kvantitativno upoređivanje temperatura tijela. Nakon toga, termoskop je promijenjen: okrenut je naopako, a u epruvetu je umjesto vode sipan alkohol i posuda je uklonjena. Rad ovog uređaja zasnivao se na širenju tijela, a kao "stalne" tačke uzete su temperature najtoplijih ljetnih i najhladnijih zimskih dana. Izum termometra se takođe pripisuje Gospodu , , Sanctorius, Scarpi, Cornelius Drebbel ( ), Porte i Salomon de Caus, koji su pisali kasnije i dijelom imali lične odnose s Galileom. Svi ovi termometri su bili vazdušni i sastojali su se od posude sa cevčicom u kojoj je bio vazduh, odvojen od atmosfere stubom vode, menjali su svoja očitavanja kako od promena temperature tako i od promena atmosferskog pritiska.

Tečni termometri su prvi put opisani u d. "Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento", gdje se o njima govori kao o predmetima koji su dugo izrađivali vješti majstori, zvani "Confia", koji griju staklo na vatri raspršene lampe i od njega prave zadivljujuće i vrlo delikatne proizvode. U početku su ovi termometri bili napunjeni vodom, a pucali su kada bi se smrzla; za to su počeli koristiti vinsko žestoko piće 1654. prema zamisli velikog vojvode od Toskane . Firentinski termometri nisu prikazani samo u Saggiju, već je nekoliko kopija preživjelo do našeg vremena u Galilejevom muzeju u Firenci; njihova priprema je detaljno opisana.

Najprije je majstor morao napraviti podjele na cijevi, s obzirom na njene relativne dimenzije i veličinu kuglice: podjele su nanesene rastopljenim emajlom na cijev zagrijanoj na lampi, svaka deseta je označena bijelom tačkom, a ostale po crnom. Obično su pravili 50 podjela na način da kada se snijeg otopio, alkohol nije padao ispod 10, a na suncu se ne dizao iznad 40. Dobri majstori su tako uspješno pravili takve termometre da su svi pokazivali istu temperaturnu vrijednost ispod isti uslovi, ali to nije bilo moguće postići ako bi se cijev podijelila na 100 ili 300 dijelova kako bi se dobila veća tačnost. Termometri su punjeni zagrijavanjem sijalice i spuštanjem kraja cijevi u alkohol, punjenje je završeno pomoću staklenog lijevka s tanko izvučenim krajem koji je slobodno ulazio u prilično široku cijev. Nakon podešavanja količine tečnosti, otvor epruvete je zapečaćen voskom za brtvljenje, koji se naziva "hermetički". Iz ovoga je jasno da su ovi termometri bili veliki i da su mogli da služe za određivanje temperature vazduha, ali su ipak bili nezgodni za druge, raznovrsnije eksperimente, a stepeni različitih termometara nisu bili međusobno uporedivi.

AT G. ( ) u poboljšao termometar za zrak, mjereći ne ekspanziju, već povećanje elastičnosti zraka svedenog na istu zapreminu na različitim temperaturama ulivanjem žive u otvoreno koljeno; barometarski pritisak i njegove promjene su uzete u obzir. Nula takve skale trebalo je da bude „onaj značajan stepen hladnoće“ pri kojem vazduh gubi svu svoju elastičnost (tj. ), a druga konstantna tačka je tačka ključanja vode. Amontonu još nije bio poznat utjecaj atmosferskog tlaka na tačku ključanja, a zrak u njegovom termometru nije bio oslobođen vodenih plinova; stoga se iz njegovih podataka dobija apsolutna nula na -239,5° Celzijusa. Drugi Amontonov zračni termometar, napravljen vrlo nesavršeno, bio je neovisan o promjenama atmosferskog tlaka: bio je to sifonski barometar, čije je otvoreno koljeno bilo ispruženo prema gore, napunjeno odozdo jakom otopinom potaša, odozgo uljem, i završeno u zatvorenom rezervoaru vazduha.

On je dao moderni oblik termometru i opisao svoj način pripreme 1723. U početku je i svoje lule punio alkoholom i tek na kraju prešao na živu. Nulu svoje skale postavio je na temperaturu mješavine snijega sa amonijakom ili kuhinjskom solju, na temperaturi “početka smrzavanja vode” pokazivao je 32°, a tjelesnu temperaturu zdrave osobe u ustima odn. ispod ruke bio je ekvivalentan 96°. Nakon toga je otkrio da voda ključa na 212° i da je ta temperatura uvijek bila ista u istom stanju. . Preživjeli primjerci Farenhajtovih termometara odlikuju se pomnom izradom.

Konačno su uspostavljene obje stalne tačke, topljeni led i kipuća voda, švedski astronom, geolog i meteorolog 1742. Ali prvobitno je stavio 0° na tačku ključanja i 100° na tačku smrzavanja. U svom radu, Celzijus ” govorio je o svojim eksperimentima koji pokazuju da tačka topljenja leda (100°) ne zavisi od pritiska. Takođe je utvrdio, sa neverovatnom tačnošću, kako varira tačka ključanja vode . Predložio je da se oznaka 0 ( voda) može se kalibrirati znajući na kojoj se razini u odnosu na more nalazi termometar.

Kasnije, nakon smrti Celzijusa, njegovi savremenici i kolege botaničari i astronom Morten Strömer koristio je ovu skalu naopako (za 0 ° počeli su uzimati tačku topljenja leda, a za 100 ° - tačku ključanja vode). U ovom obliku Pokazalo se da je vrlo zgodno, postalo je rašireno i koristi se do danas.

Prema jednom izveštaju, sam Celzijus je okrenuo svoju vagu po savetu Strömera. Prema drugim izvorima, vagu je preokrenuo Carl Linnaeus 1745. godine. A prema trećem - vagu je preokrenuo nasljednik Celzijusa M. Stremer i u 18. vijeku je takav termometar bio široko rasprostranjen pod nazivom "švedski termometar", a u samoj Švedskoj - pod imenom Stremer, ali poznati švedski hemičar Johann Jakob u svom radu "Vodiči za hemiju" greškom je skalu M. Strömera nazvao Celzijusovom skalom i od tada je skala Celzijusa dobila ime po Andersu Celzijusu.

Radi 1736. godine, iako su doveli do uspostavljanja skale od 80°, bili su prilično korak unazad u odnosu na ono što je Farenhajt već učinio: Reaumurov termometar je bio ogroman, nezgodan za upotrebu, a njegova metoda podjele na stepene bila je neprecizna i nezgodna.

Nakon Fahrenheita i Réaumura, posao izrade termometara pao je u ruke zanatlija, jer su termometri postali roba.

Godine 1848. engleski fizičar (Lord Kelvin) dokazao je mogućnost stvaranja apsolutne temperaturne skale, čija nula ne ovisi o svojstvima vode ili tvari koja ispunjava termometar. Referentna tačka u " » poslužena vrijednost : -273,15 °C. Na ovoj temperaturi, termičko kretanje molekula prestaje. Posljedično, dalje hlađenje tijela postaje nemoguće.

Tečni termometri

Tečni termometri se zasnivaju na principu promene zapremine tečnosti koja se uliva u termometar (obično ili ), kada se temperatura okoline promijeni.

U vezi sa zabranom upotrebe žive u mnogim oblastima djelatnosti, traže se alternativna punjenja za kućne termometre. Na primjer, takva zamjena može biti legura .

Da biste uklonili prolivenu živu iz pokvarenog termometra, pogledajte članak

Mehanički termometri

Termometri ovog tipa rade na istom principu kao i elektronski, ali se obično koriste kao senzori. spirala ili .

Električni termometri

Princip rada električnih termometara zasniva se na promeni kontakt razlika potencijala u zavisnosti od temperature). Najprecizniji i stabilniji tokom vremena su na bazi platinaste žice ili raspršivanja platine na keramici.

Optički termometri

Optički termometri omogućavaju mjerenje temperature promjenom

Infracrveni termometri

Infracrveni termometar omogućava mjerenje temperature bez direktnog kontakta s osobom. U nekim zemljama već dugo postoji tendencija napuštanja živinih termometara u korist infracrvenih, ne samo u medicinskim ustanovama, već i na nivou domaćinstva.

Tehnički termometri

Tehnički termometri se koriste u preduzećima u poljoprivredi, petrohemijskoj, hemijskoj, rudarskoj i metalurškoj industriji, u mašinstvu, stambeno-komunalnoj delatnosti, saobraćaju, građevinarstvu, medicini, jednom rečju, u svim oblastima života.

Postoje takve vrste tehničkih termometara:

tehnički termometri za tekućine TTŽ-M;

bimetalni termometri TB, TBT, TBI;

poljoprivredni termometri TS-7-M1;

termometri maksimalni SP-83 M;

termometri za posebne komore niskostepeni SP-100;

specijalni termometri otporni na vibracije SP-V;

živini elektrokontaktni termometri TPK;

laboratorijski termometri TLS;

termometri za naftne derivate TN;

termometri za ispitivanje naftnih proizvoda TIN1, TIN2, TIN3, TIN4.

29. marta 1561. godine rođen je italijanski doktor Santorio - jedan od pronalazača prvog živinog termometra, aparata koji je bio inovacija za ono vreme i bez kojeg danas ne može niko.

Santorio nije bio samo doktor, već i anatom i fiziolog. Radio je u Poljskoj, Mađarskoj i Hrvatskoj, aktivno proučavao proces disanja, "nevidljivog isparavanja" s površine kože i provodio istraživanja u području ljudskog metabolizma. Santorio je provodio eksperimente na sebi i, proučavajući karakteristike ljudskog tijela, stvorio mnoge mjerne instrumente - uređaj za mjerenje jačine pulsiranja arterija, vage za praćenje promjena ljudske mase i - prvi živin termometar.

Tri pronalazača

Danas je prilično teško reći ko je tačno napravio termometar. Pronalazak termometra pripisuje se mnogim naučnicima odjednom - Galileu, Santoriu, Lordu Baconu, Robertu Fluddu, Scarpiju, Cornelijusu Drebbelu, Porteu i Salomonu de Causu. To je zbog činjenice da su mnogi naučnici istovremeno radili na stvaranju aparata koji bi pomogao u mjerenju temperature zraka, tla, vode i osobe.

U Galilejevim spisima nema opisa ovog uređaja, ali njegovi učenici su svjedočili da je 1597. godine stvorio termoskop - aparat za podizanje vode zagrijavanjem. Termoskop je bio mala staklena kugla sa staklenom cijevi zalemljenom na nju. Razlika između termoskopa i modernog termometra je u tome što se u Galilejevom izumu širio zrak umjesto žive. Takođe, mogao se koristiti samo za suđenje relativnog stepena zagrevanja ili hlađenja tela, pošto on još nije imao vagu.

Santorio sa Univerziteta u Padovi kreirao je vlastiti uređaj koji je mogao mjeriti temperaturu ljudskog tijela, ali je uređaj bio toliko glomazan da je postavljen u dvorištu kuće. Santoriov izum imao je oblik lopte i duguljastu vijugavu cijev na kojoj su ucrtane podjele, a slobodni kraj cijevi bio je ispunjen obojenom tekućinom. Njegov izum datira iz 1626.

Godine 1657. firentinski naučnici poboljšali su Galileov termoskop, posebno tako što su uređaj opremili vagom za perle.

Kasnije su naučnici pokušali da poboljšaju uređaj, ali svi termometri su bili vazdušni, a njihova očitavanja nisu zavisila samo od promena telesne temperature, već i od atmosferskog pritiska.

Prvi termometri za tečnost opisani su 1667. godine, ali su pukli kada se voda smrzla, pa je za njihovu izradu korišten etil alkohol. Izum termometra, čiji podaci se ne bi određivali promjenama atmosferskog tlaka, nastao je zahvaljujući eksperimentima fizičara Evangeliste Torricellija, Galileovog učenika. Kao rezultat toga, termometar je napunjen živom, preokrenut, u kuglu je dodan obojeni alkohol, a gornji kraj cijevi je zapečaćen.

Pojedinačna vaga i živa

Dugo vremena naučnici nisu mogli da pronađu početne tačke, među kojima bi se razdaljina mogla ravnomerno podeliti.

Kao početni podaci za skalu, predložene su tačke odmrzavanja leda i rastopljenog putera, tačka ključanja vode i neki apstraktni koncepti poput "značajnog stepena hladnoće".

Termometar modernog oblika, najprikladniji za kućnu upotrebu, sa preciznom mjernom skalom kreirao je njemački fizičar Gabriel Fahrenheit. Svoju metodu izrade termometra opisao je 1723. godine. U početku je Farenhajt napravio dva alkoholna termometra, ali je onda fizičar odlučio da koristi živu u termometru. Farenhajtova skala se zasnivala na tri utvrđene tačke:

prva tačka bila je jednaka nula stepeni - ovo je temperatura sastava vode, leda i amonijaka;
druga, označena kao 32 stepena, je temperatura mješavine vode i leda;
treća je tačka ključanja vode, jednaka 212 stepeni.
Skala je kasnije dobila ime po svom tvorcu.

Referenca
Danas je Celzijusova skala najčešća, Farenhajtova skala se i dalje koristi u Sjedinjenim Državama i Engleskoj, a Kelvinova skala se koristi u naučnim istraživanjima.
No, švedski astronom, geolog i meteorolog Anders Celsius konačno je uspostavio obje stalne tačke - topljenje leda i kipuću vodu - 1742. godine. Podijelio je udaljenost između tačaka na 100 intervala, pri čemu je 100 tačka topljenja leda, a 0 tačka ključanja vode.

Danas se Celzijeva skala koristi obrnuta, odnosno 0° se uzima kao tačka topljenja leda, a 100° je tačka ključanja vode.

Prema jednoj verziji, skalu su "preokrenuli" savremenici i sunarodnici, botaničar Carl Linnaeus i astronom Morten Strömer, nakon Celzijusove smrti, ali prema drugoj, sam Celzijus je okrenuo svoju vagu po Strömerovom savjetu.

Godine 1848. engleski fizičar William Thomson (Lord Kelvin) dokazao je mogućnost stvaranja apsolutne temperaturne skale, gdje je referentna tačka vrijednost apsolutne nule: -273,15 °C - na ovoj temperaturi dalje hlađenje tijela više nije moguće .

Već sredinom 18. vijeka termometri su postali predmet trgovine, a izrađivali su ih zanatlije, ali su termometri u medicinu došli mnogo kasnije, sredinom 19. stoljeća.

Moderni termometri

Ako je u 18. veku bio „bum“ otkrića u oblasti sistema za merenje temperature, danas se sve više radi na stvaranju metoda za merenje temperature.

Obim termometara je izuzetno širok i od posebnog je značaja za život savremenog čoveka. Termometar izvan prozora javlja temperaturu napolju, termometar u frižideru pomaže u kontroli kvaliteta skladištenja hrane, termometar u rerni omogućava održavanje temperature tokom pečenja, a termometar meri telesnu temperaturu i pomaže u proceni uzroka. lošeg zdravlja.
Termometar je najčešći tip toplomjera, koji se može naći u svakom domu. Međutim, živini termometri, koji su nekada bili sjajno otkriće naučnika, sada postepeno postaju stvar prošlosti kao nesigurni. Živi termometri sadrže 2 grama žive i imaju najveću tačnost u određivanju temperature, ali ne samo da morate pravilno rukovati njima, već i znati šta učiniti ako se termometar iznenada pokvari.
Živini termometri zamjenjuju se elektronskim ili digitalnim termometrima, koji rade na bazi ugrađenog metalnog senzora. Postoje i posebne termalne trake i infracrveni termometri.