Dugo putovanje termometara

Instrumenti za mjerenje temperature koji su danas uobičajeni igraju važnu ulogu u znanosti, tehnologiji iu svakodnevnom životu ljudi; imaju dugu povijest i povezani su s imenima mnogih briljantnih znanstvenika iz različitih zemalja, uključujući Ruse i one koji su radili u Rusiji.

Detaljan opis povijesti stvaranja čak i običnog tekućeg termometra može potrajati cijelu knjigu, uključujući priče o stručnjacima u različitim područjima - fizičarima i kemičarima, filozofima i astronomima, matematičarima i mehaničarima, zoolozima i botaničarima, klimatolozima i puhačima stakla.

Bilješke koje slijede ne pretendiraju biti cjeloviti prikaz ove vrlo zabavne priče, ali mogu biti korisne za upoznavanje s područjem znanja i područjem tehnologije čije je ime termometrija.

Temperatura

Temperatura je jedan od najvažnijih pokazatelja koji se koristi u raznim granama prirodnih znanosti i tehnologije. U fizici i kemiji koristi se kao jedna od glavnih karakteristika stanja ravnoteže izoliranog sustava, 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. pr. Kr.) pojmove topline i hladnoće smatrao temeljnima. Zajedno s takvim kvalitetama kao što su suhoća i vlaga, ovi koncepti karakteriziraju četiri elementa "primarne materije" - zemlju, vodu, zrak i vatru. Iako se u to vrijeme i nekoliko stoljeća kasnije već govorilo o stupnju topline ili hladnoće (“toplije”, “toplije”, “hladnije”), kvantitativne mjere nisu postojale.

Prije otprilike 2500 godina starogrčki liječnik Hipokrat (oko 460. – oko 370. pr. Kr.) shvatio je da je povišena tjelesna temperatura čovjeka znak bolesti. Pojavio se problem pri određivanju normalne temperature.

Jedan od prvih pokušaja uvođenja koncepta standardne temperature napravio je starorimski liječnik Galen (129. - cca. 200.), koji je predložio da se temperatura mješavine jednakih volumena kipuće vode i leda smatra "neutralnom", a temperature pojedinih komponenti (kipuće vode i leda koji se otapa) smatraju se redom četiri stupnja.toplo i četiri stupnja hladno. Vjerojatno Galenu dugujemo uvođenje tog pojma "temperatura"(nivelirati), od čega dolazi riječ "temperatura". Međutim, mjerenja temperature počela su mnogo kasnije.

Termoskop i prvi zračni termometri

Povijest mjerenja temperature seže nešto više od četiri stoljeća. Temelji se na sposobnosti zraka da se širi pri zagrijavanju, što su opisali stari bizantski Grci još u 2. stoljeću. Kr., nekoliko izumitelja stvorilo je termoskop - jednostavan uređaj sa staklenom cijevi napunjenom vodom. Treba reći da su se Grci (prvi Europljani) sa staklom upoznali još u 5. stoljeću, u 13. stoljeću. Prva staklena venecijanska ogledala pojavila su se u 17. stoljeću. staklarstvo u Europi postalo je prilično razvijeno, a 1612. pojavio se prvi priručnik "De arte vitraria"(“O umijeću izrade stakla”) Firentinca Antonija Nerija (umro 1614.).

Staklarstvo je bilo posebno razvijeno u Italiji. Stoga ne čudi što su se upravo ondje pojavili prvi stakleni instrumenti. Prvi opis termoskopa nalazi se u knjizi napuljskog prirodoslovca koji se bavio keramikom, staklom, umjetnim dragim kamenjem i destilacijom, Giovanni Battista de la Porta (1535.-1615.) "Magia Naturalis"(“Prirodna magija”) Publikacija je objavljena 1558. godine.

Godine 1590. Talijanski fizičar, mehaničar, matematičar i astronom Galileo Galilei (1564.–1642.), prema svjedočenju svojih učenika Nellija i Vivianija, izradio je u Veneciji svoj stakleni termobaroskop od mješavine vode i alkohola; Ovim uređajem bilo je moguće vršiti mjerenja. Neki izvori govore da je Galileo koristio vino kao obojenu tekućinu. Kao radni fluid poslužio je zrak, a promjene temperature određivane su volumenom zraka u uređaju. Uređaj je bio neprecizan, njegova su očitanja ovisila i o temperaturi i tlaku, ali je omogućio "izbacivanje" stupca tekućine promjenom tlaka zraka. Opis ove naprave dao je 1638. godine Galilejev učenik Benadetto Castelli.

Bliska povezanost između Santorija i Galilea otežava određivanje doprinosa svakog od njih njihovim brojnim tehničkim inovacijama. Santorio je poznat po svojoj monografiji "De statica medicina"(“On Balance Medicine”), koji sadrži rezultate njegovih eksperimentalnih istraživanja i doživio je pet izdanja. Godine 1612. Santorio u svom djelu "Commentaria in artem medicinalem Galeni"(“Notes on the Medical Art of Galen”) prvi je opisao zračni termometar. Također je koristio toplomjer za mjerenje temperature ljudskog tijela (“pacijenti stisnu bocu rukama, dišu na nju pokriveno, uzimaju je u usta”), a koristio se njihalom za mjerenje pulsa. Njegova se metoda sastojala od bilježenja brzine pada očitanja termometra tijekom deset njihanja njihala; ovisila je o vanjskim uvjetima i bila je netočna.

Instrumente slične Galilejevom termoskopu izradili su nizozemski fizičar, alkemičar, mehaničar, graver i kartograf Cornelis Jacobson Drebbel (1572–1633) i engleski mistični filozof i liječnik Robert Fludd (1574–1637), koji su vjerojatno bili upoznati s radom firentinski znanstvenici. Upravo je Drebbelov uređaj prvi (1636.) nazvan “termometrom”. Izgledao je kao cijev u obliku slova U s dva rezervoara. Dok je radio na tekućini za svoj termometar, Drebbel je otkrio metodu za proizvodnju svijetlih karminskih boja. Fludd je pak opisao zračni termometar.

Prvi tekući termometri

Sljedeći mali, ali važan korak prema pretvaranju termoskopa u moderni tekući termometar bila je uporaba tekućine i staklene cijevi zatvorene na jednom kraju kao radne tekućine. Koeficijenti toplinskog širenja tekućina manji su od koeficijenata plinova, ali se volumen tekućine ne mijenja s promjenama vanjskog tlaka. Taj je korak učinjen oko 1654. u radionicama velikog vojvode Toskane, Ferdinanda II de' Medicija (1610.–1670.).

U međuvremenu su počela sustavna meteorološka mjerenja u raznim europskim zemljama. Svaki znanstvenik u to vrijeme koristio je svoju temperaturnu ljestvicu, a rezultati mjerenja koji su stigli do nas ne mogu se međusobno uspoređivati ​​niti povezivati ​​sa suvremenim stupnjevima. Koncept temperaturnih stupnjeva i referentnih točaka temperaturne ljestvice očito se pojavio u nekoliko zemalja još u 17. stoljeću. Majstori su na oko nanijeli 50 podjela tako da stupac alkohola pri otapanju snijega ne pada ispod 10. podjeljka, a na suncu ne prelazi 40. podjeljak.

Jedan od prvih pokušaja kalibracije i standardizacije termometara učinjen je u listopadu 1663. godine u Londonu. Članovi Kraljevskog društva pristali su koristiti jedan od alkoholnih termometara koji je izradio fizičar, mehaničar, arhitekt i izumitelj Robert Hooke (1635. – 1703.) kao standard i s njim usporediti očitanja drugih termometara. Hooke je u alkohol uveo crveni pigment i podijelio kamenac na 500 dijelova. Također je izumio minimalni termometar (koji pokazuje najnižu temperaturu).

Godine 1665. nizozemski teorijski fizičar, matematičar, astronom i izumitelj Christiaan Huygens (1629. – 1695.), zajedno s R. Hookeom, predložio je korištenje temperatura topljenja leda i vrenja vode za izradu temperaturne ljestvice. Prvi razumljivi meteorološki zapisi zabilježeni su pomoću Hooke-Huygensove ljestvice.

Prvi opis pravog tekućeg termometra pojavio se 1667. u publikaciji Accademia del Chimento * “Eseji o prirodnim znanstvenim aktivnostima Akademije za eksperimente.” Na Akademiji su izvedeni i opisani prvi pokusi iz područja kalorimetrije. Pokazalo se da pri razrjeđivanju voda vrije na nižoj temperaturi nego pri atmosferskom tlaku, a da se pri smrzavanju širi. "Firentinski termometri" bili su naširoko korišteni u Engleskoj (uveo R. Boyle) iu Francuskoj (širio se zahvaljujući astronomu I. Bullou). Autor poznate ruske monografije "Pojmovi i osnove termodinamike" (1970.), I. R. Krichevsky, smatra da je rad Akademije postavio temelje za korištenje tekućinskih termometara.

Jedan od članova Akademije, matematičar i fizičar Carlo Renaldini (1615–1698) u eseju "Philosophia naturalis"(“Natural Philosophy”), objavljen 1694., predložio je uzimanje temperatura topljenja leda i kipuće vode kao referentnih točaka.

Rođen u njemačkom gradu Magdeburgu, inženjer strojarstva, elektrotehnike, astronom i izumitelj zračne pumpe, Otto von Guericke (1602. – 1686.), koji se proslavio iskustvom s magdeburškim hemisferama, također je radio na termometrima. Godine 1672. izgradio je vodeno-alkoholnu napravu visoku nekoliko metara sa skalom koja je imala osam podjela: od "vrlo hladno" do "vrlo vruće". Veličina strukture, mora se priznati, nije unaprijedila termometriju.

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

Prve precizne termometre koji su ušli u široku upotrebu izradio je njemački fizičar Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736). Izumitelj je rođen u današnjoj Poljskoj, u Gdanjsku (tadašnjem Danzigu), rano je ostao siroče, počeo je studirati trgovinu u Amsterdamu, ali nije završio studij te je, zainteresirajući se za fiziku, počeo posjećivati ​​laboratorije i radionice u Njemačkoj, Nizozemskoj i Engleskoj. . Od 1717. živio je u Nizozemskoj, gdje je imao radionicu za puhanje stakla i bavio se izradom preciznih meteoroloških instrumenata - barometara, visinomjera, higrometara i termometara. Godine 1709. proizveo je alkoholni termometar, a 1714. živin toplomjer.

Pokazalo se da je živa vrlo prikladna radna tekućina, budući da je imala linearniju ovisnost volumena o temperaturi od alkohola, zagrijavala se mnogo brže od alkohola i mogla se koristiti na mnogo višim temperaturama. Fahrenheit je razvio novu metodu za pročišćavanje žive i koristio spremnik žive u obliku cilindra, a ne lopte. Osim toga, kako bi poboljšao točnost termometara, Fahrenheit, koji je imao vještine puhanja stakla, počeo je koristiti staklo s najnižim koeficijentom toplinskog širenja. Samo je u području niskih temperatura živa (ledište –38,86 °C) bila inferiorna u odnosu na alkohol (ledište –114,15 °C).

Od 1718. Fahrenheit je predavao kemiju u Amsterdamu, a 1724. postao je član Kraljevskog društva, iako nije stekao akademski stupanj i objavio je samo jednu zbirku znanstvenih članaka.

Za svoje termometre Fahrenheit je prvi upotrijebio modificiranu ljestvicu koju je usvojio danski fizičar Olaf Roemer (1644. – 1710.), a predložio engleski matematičar, mehaničar, astronom i fizičar Isaac Newton (1643. – 1727.) 1701. godine.

Newtonovi početni pokušaji da razvije temperaturnu ljestvicu bili su naivni i gotovo odmah napušteni. Predloženo je da se kao referentne točke uzmu temperatura zraka zimi i temperatura tinjajućeg ugljena. Tada je Newton upotrijebio točku topljenja snijega i tjelesnu temperaturu zdrave osobe, laneno ulje kao radnu tekućinu, te je ljestvicu (na temelju 12 mjeseci u godini i 12 sati u danu prije podne) podijelio na 12 stupnjeva (prema drugi izvori, 32 stupnja) . U ovom slučaju kalibracija je provedena miješanjem određenih količina kipuće i tek otopljene vode. Ali i ova se metoda pokazala neprihvatljivom.

Newton nije bio prvi koji je koristio naftu: davne 1688. godine francuski fizičar Dalance upotrijebio je talište kravljeg maslaca kao referentnu točku za baždarenje alkoholnih termometara. Kad bi se ova tehnika očuvala, Rusija i Francuska imale bi različite temperaturne ljestvice: i ghee, koji je uobičajen u Rusiji, i poznati maslac iz Vologde razlikuju se po sastavu od europskih sorti.

Pažljivi Roemer primijetio je da njegov sat s njihalom ljeti radi sporije nego zimi, a podjeli skala njegovih astronomskih instrumenata veći su ljeti nego zimi. Da bi se povećala točnost mjerenja vremena i astronomskih parametara, bilo je potrebno ta mjerenja provoditi na istim temperaturama, a samim tim i imati točan termometar. Roemer je, kao i Newton, koristio dvije referentne točke: normalnu temperaturu ljudskog tijela i temperaturu topljenja leda (radna tekućina bila je pojačano crno vino ili 40%-tna otopina alkohola, obojena šafranom, u 18-inčnoj tubi). Fahrenheit im je dodao treću točku, koja je odgovarala najnižoj temperaturi tada postignutoj u smjesi voda-led-amonijak.

Postigavši ​​znatno veću točnost mjerenja uz pomoć svog živinog termometra, Fahrenheit je svaki Roemerov stupanj podijelio na četiri i uzeo tri točke kao referentne točke za svoju temperaturnu ljestvicu: temperaturu mješavine soli vode i leda (0 °F), tjelesna temperatura zdrave osobe (96 °F) i temperatura topljenja leda (32 °F), pri čemu se potonja smatra kontrolom.

Tako je o tome napisao u članku objavljenom u časopisu "Filozofska transakcija"(1724,
svezak 33, str. 78): “...stavljanjem termometra u mješavinu amonijeve soli ili morske soli, vode i leda, naći ćemo točku na skali koja pokazuje nulu. Druga točka se dobiva ako se koristi ista smjesa bez soli. Označimo ovu točku kao 30. Treću točku, označenu kao 96, dobivamo ako termometar unesemo u usta, primajući toplinu zdrave osobe.”

Postoji legenda da je Fahrenheit za najnižu točku ljestvice uzeo temperaturu do koje se hladio zrak u zimi 1708./09. u njegovom rodnom gradu Danzigu. Također se mogu naći izjave da je vjerovao da je osoba umrla od hladnoće na 0°F i od toplinskog udara na
100°F. Naposljetku, rekli su da je bio član masonske lože s njezina 32 stupnja inicijacije, te su stoga uzeli točku topljenja leda jednakom ovom broju.

Nakon nekoliko pokušaja i pogrešaka, Fahrenheit je došao do vrlo korisne temperaturne ljestvice. Ispostavilo se da je vrelište vode jednako 212 °F na prihvaćenoj ljestvici, a cijeli raspon temperature tekućeg stanja vode odgovarao je 180 °F. Obrazloženje za ovu ljestvicu bilo je nepostojanje negativnih vrijednosti stupnjeva.

Nakon što je naknadno proveo niz preciznih mjerenja, Fahrenheit je ustanovio da vrelište varira ovisno o atmosferskom tlaku. To mu je omogućilo da stvori hipsotermometar - uređaj za mjerenje atmosferskog tlaka na temelju vrelišta vode. Također je prednjačio u otkriću fenomena superhlađenja tekućina.

Fahrenheitov rad postavio je temelje za termometriju, a potom i za termokemiju i termodinamiku. Fahrenheitova ljestvica prihvaćena je kao službena u mnogim zemljama (u Engleskoj - od 1777.), samo je normalna temperatura ljudskog tijela ispravljena na 98,6 o F. Sada se ova ljestvica koristi samo u SAD-u i na Jamajci, drugim zemljama 1960-ih x i 1970-ih prešao na korištenje Celzijeve ljestvice.

Toplomjer su u široku medicinsku praksu uveli nizozemski profesor medicine, botanike i kemije, osnivač znanstvene klinike Hermann Boerhaave (1668–1738), njegov učenik Gerard van Swieten (1700–1772), austrijski liječnik Anton de Haen ( 1704–1776) i samostalno ih Englez George Martin.

Utemeljitelj Medicinskog fakulteta u Beču, Jaen, otkrio je da se temperatura zdrave osobe diže i spušta dva puta tijekom dana. Kao pristaša teorije evolucije, objasnio je to činjenicom da su ljudski preci - gmazovi koji su živjeli u blizini mora - mijenjali temperaturu u skladu s osekom i osekom. Međutim, njegova su djela dugo bila zaboravljena.

Martin je u jednoj od svojih knjiga napisao kako su njegovi suvremenici raspravljali o tome mijenja li se talište leda s visinom, a kako bi utvrdili istinu prenijeli su termometar iz Engleske u Italiju.

Ništa manje ne čudi da su se za mjerenje temperature ljudskog tijela kasnije zainteresirali znanstvenici koji su se proslavili u raznim područjima 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 “mnogo žive proteklo ispod mosta”. Čini se da će gotovo tristogodišnja era raširene uporabe živinih termometara uskoro završiti zbog toksičnosti tekućeg metala: u europskim zemljama, gdje se sve više pozornosti pridaje pitanjima sigurnosti ljudi, doneseni su zakoni ograničiti i zabraniti proizvodnju takvih termometara.

* Osnovana u Firenci 1657. godine od strane Galileovih učenika pod pokroviteljstvom Ferdinanda II de' Medicija i njegovog brata Leopolda, Accademia del Cimento nije dugo trajala, već je postala prototip Kraljevskog društva, Pariške akademije znanosti i drugih europskih akademija. . Zamišljen je za promicanje znanstvenih spoznaja i širenje zajedničkih aktivnosti za njihov razvoj.

Ponovno tiskano s nastavkom

Sada nam samo treba snijeg, šalica, toplomjer i malo strpljenja. Donesimo čašu snijega od mraza, stavimo je na toplo, ali ne vruće mjesto, uronimo termometar u snijeg i pratimo temperaturu. U početku će živin stupac relativno brzo puzati prema gore. Snijeg ostaje suh. Kada dosegne nulu, stupac žive će se zaustaviti. Od tog trenutka snijeg se počinje topiti. Voda se pojavljuje na dnu šalice, ali termometar i dalje pokazuje nulu. Neprekidnim miješanjem snijega nije teško osigurati da se živa neće pomaknuti dok se sav ne otopi.

Što uzrokuje prestanak temperature i to baš u vrijeme kada se snijeg pretvara u vodu? Toplina koja se dovodi u šalicu u potpunosti se troši na uništavanje kristala snježne pahulje. I čim se posljednji kristal sruši, temperatura vode će početi rasti.

Isti se fenomen može primijetiti tijekom taljenja bilo koje druge kristalne tvari. Svi oni zahtijevaju određenu količinu topline da prijeđu iz krutog u tekuće stanje. Ova količina, sasvim specifična za svaku tvar, naziva se toplina taljenja.

Toplina taljenja je različita za različite tvari. I tu se, kada počnemo uspoređivati ​​specifične topline taljenja za razne tvari, voda opet ističe među njima. Kao i specifični toplinski kapacitet, specifična toplina taljenja leda mnogo je veća od topline taljenja bilo koje druge tvari.

Za topljenje jednog grama benzena potrebno vam je 30 kalorija, toplina taljenja kositra je 13 kalorija, olova - oko 6 kalorija, cinka - 28, bakra - 42 kalorije. A za pretvaranje leda u vodu na nula stupnjeva potrebno je 80 kalorija! Ova količina topline dovoljna je da podigne temperaturu jednog grama tekuće vode od 20 stupnjeva do vrenja. Samo jedan metal, aluminij, ima specifičnu toplinu taljenja koja premašuje toplinu taljenja leda.

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

Sada kada znamo kolika je toplina taljenja leda, vidimo da nemamo razloga ponekad se žaliti da se led topi "prebrzo". Kad bi led imao istu toplinu taljenja kao većina drugih tijela, topio bi se nekoliko puta brže.

U životu našeg planeta, topljenje snijega i leda je od apsolutno izuzetne važnosti. Treba imati na umu da samo ledeni pokrivač zauzima više od tri posto cijele Zemljine površine ili 11 posto cjelokupne kopnene mase. U području južnog pola nalazi se golemi kontinent Antarktik, veći od Europe i Australije zajedno, prekriven neprekinutim slojem leda. Permafrost vlada milijunima četvornih kilometara zemlje. Ledenjaci i permafrost sami čine petinu kopna. Tome treba dodati i površinu koja je zimi pokrivena snijegom. I onda možemo reći da je od jedne četvrtine do jedne trećine kopna uvijek prekriveno ledom i snijegom. Nekoliko mjeseci u godini ovo područje prelazi polovicu cjelokupne kopnene mase.

Jasno je da ogromne mase smrznute vode ne mogu ne utjecati na klimu na Zemlji. Kakva se samo kolosalna količina sunčeve topline troši samo da se u proljeće otopi jedan snježni pokrivač! Uostalom, u prosjeku doseže oko 60 centimetara debljine, a za svaki gram morate potrošiti 80 kalorija. Ali sunce je toliko moćan izvor energije da se u našim geografskim širinama ponekad nosi s tim poslom za nekoliko dana. I teško je zamisliti kakav bi nas potop čekao da led ima, primjerice, istu toplinu taljenja kao i olovo. Sav snijeg mogao bi se otopiti u jednom danu ili čak u nekoliko sati, a tada bi rijeke, nabujale do nevjerojatnih veličina, odnijele i najplodniji sloj tla i biljke s površine zemlje, donoseći neopisive katastrofe čitavom životu na zemlji.

Led, kada se topi, apsorbira ogromnu količinu topline. Istu količinu topline voda oslobađa kada se smrzava. Kad bi voda imala malu toplinu taljenja, onda bi se naše rijeke, jezera i mora vjerojatno zaledili nakon prvog mraza.

Dakle, uz visok toplinski kapacitet vode, dodana je još jedna izvanredna značajka - visoka toplina taljenja.

APSOLUTNA TEMPERATURNA SKALA.

1. Temperatura je mjera prosječne kinetičke energije molekula, koja karakterizira
stupanj zagrijavanja tijela.

2. Uređaj za mjerenje temperature - termometar .

3. Princip rada termometar:
Pri mjerenju temperature koristi se ovisnost promjene bilo kojeg makroskopskog parametra (volumen, tlak, električni otpor itd.) tvari o temperaturi.
U tekućinskim termometrima to je promjena volumena tekućine.
Kada dva medija dođu u dodir, energija se prenosi iz jače zagrijane sredine u manje zagrijanu.
Tijekom procesa mjerenja tjelesna temperatura i termometar postižu stanje toplinske ravnoteže.

Termometri.
U praksi se često koriste tekući termometri: živini (u rasponu od -35 C do +750 C) i alkoholni (od -80 C do +70 C).
Oni koriste svojstvo tekućine da mijenja svoj volumen pri promjeni temperature.
Međutim, svaka tekućina ima svoje karakteristike promjene volumena (ekspanzije) pri različitim temperaturama.
Kao rezultat usporedbe, na primjer, očitanja živinog i alkoholnog termometra, točno podudaranje bit će samo u dvije točke (na temperaturama od 0 C i 100 C).
Ovi nedostaci su odsutniplinski termometri .
Prvi plinski termometar stvorili su Francuzi. fizičar J. Charles.

Kada dva tijela različite temperature dođu u dodir, unutarnja energija se prenosi s jače zagrijanog tijela na manje zagrijano, te se temperature obaju tijela izjednače.
Dolazi do stanja toplinske ravnoteže u kojem svi makroparametri (volumen, tlak, temperatura) obaju tijela naknadno ostaju nepromijenjeni pod stalnim vanjskim uvjetima.
4. Toplinska ravnoteža je stanje u kojem svi makroskopski parametri ostaju nepromijenjeni neodređeno dugo vremena.

5. Stanje toplinske ravnoteže sustava tijela karakterizira temperatura: sva tijela sustava koja su međusobno u toplinskoj ravnoteži imaju istu temperaturu.

gdje je k Boltzmannova konstanta

Ova ovisnost omogućuje uvođenje nove temperaturne ljestvice - apsolutne temperaturne ljestvice koja ne ovisi o tvari kojom se mjeri temperatura.

6.Skala apsolutne temperature - engleski uveden fizičar W. Kelvin
- nema negativnih temperatura

SI jedinica apsolutne temperature: [T] = 1K (Kelvin)
Nulta temperatura apsolutne ljestvice je apsolutna nula (0K = -273 C), najniža temperatura u prirodi. APSOLUTNA NULA je ekstremno niska temperatura pri kojoj prestaje toplinsko kretanje molekula.

Odnos između apsolutne ljestvice i Celzijeve ljestvice

U formulama se apsolutna temperatura označava slovom “T”, a temperatura na Celzijevoj skali slovom “t”.

Povijest izuma termometar

Izumiteljem termometra smatra se : u njegovim vlastitim spisima nema opisa ovog uređaja, ali njegovi učenici, Nelly i , svjedoči da je već u napravio je nešto poput termobaroskopa ( ). Galileo je u to vrijeme proučavao djelo , koji je već opisao sličan uređaj, ali ne za mjerenje stupnjeva topline, već za podizanje vode zagrijavanjem. Termoskop je bila mala staklena kugla na koju je bila zalemljena staklena cijev. Lopta je lagano zagrijana i kraj cijevi spušten u posudu s vodom. Nakon nekog vremena zrak u kugli se ohladio, njegov tlak se smanjio i voda se pod utjecajem atmosferskog tlaka podigla u cijevi do određene visine. Naknadno, sa zagrijavanjem, tlak zraka u kugli se povećao i razina vode u cijevi se smanjila kako se hladila, ali je voda u njoj porasla. Pomoću termoskopa bilo je moguće procijeniti samo promjenu stupnja zagrijavanja tijela: nije pokazivao numeričke vrijednosti temperature, jer nije imao ljestvicu. Osim toga, razina vode u cijevi nije ovisila samo o temperaturi, već io atmosferskom tlaku. Godine 1657. Galileijev termoskop poboljšali su firentinski znanstvenici. Uređaj su opremili vagom za kuglice i ispumpavali zrak iz spremnika (kugle) i cijevi. To je omogućilo ne samo kvalitativno, već i kvantitativno uspoređivanje tjelesnih temperatura. Naknadno je termoskop promijenjen: okrenut je naopako, a umjesto vode u cijev je uliven alkohol i posuda je uklonjena. Djelovanje ovog uređaja temeljilo se na širenju tijela, a temperature najtoplijih ljetnih i najhladnijih zimskih dana uzete su kao “konstantne” točke. Lordu se pripisuje i izum termometra , , Sanctorius, Scarpi, Cornelius Drebbel ( ), Porte i Salomon de Caus, koji je kasnije pisao i dijelom imao osobne odnose s Galileijem. Svi ti termometri bili su zračni termometri i sastojali su se od posude s cijevi koja je sadržavala zrak odvojen od atmosfere vodenim stupcem; mijenjali su svoja očitanja prema promjenama temperature i promjenama atmosferskog tlaka.

Tekući termometri su prvi put opisani u d. »Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento«, gdje se o njima govori kao o predmetima koje su od davnina izrađivali vješti majstori, koji se zovu »Confia«, koji zagrijavaju staklo na puhanoj vatri svjetiljke i napraviti nevjerojatne i vrlo osjetljive proizvode od njega. Isprva su ovi toplomjeri bili napunjeni vodom, a rasprsnuli su se kad se smrznula; za to su počeli koristiti vinski alkohol 1654. prema zamisli velikog vojvode od Toskane . Firentinski termometri nisu samo prikazani u Saggiju, nego su do danas sačuvani u nekoliko primjeraka u Galilejskom muzeju u Firenci; detaljno je opisana njihova priprema.

Najprije je majstor morao napraviti podjele na cijevi, vodeći računa o njezinim relativnim veličinama i dimenzijama kuglice: podjele su nanesene rastaljenim emajlom na cijev zagrijanu u lampi, svaka desetina označena je bijelom točkom, a ostali po crnoj. Pravili su obično 50 podjela na način da kad se snijeg otopi, alkohol ne pada ispod 10, a na suncu se ne diže iznad 40. Dobri su majstori izradili takve termometre tako uspješno da su svi pokazivali istu vrijednost temperature pod Isti uvjeti, ali to nije bio slučaj, mogli bi se postići ako bi se cijev podijelila na 100 ili 300 dijelova kako bi se dobila veća točnost. Termometri su se punili zagrijavanjem kuglice i spuštanjem kraja cijevi u alkohol, a punjenje se vršilo pomoću staklenog lijevka s tankim krajem koji je slobodno ulazio u prilično široku cijev. Nakon podešavanja količine tekućine, otvor cijevi je zapečaćen pečatnim voskom, nazvanim "brtvilo". Iz ovoga je jasno da su ti toplomjeri bili veliki i da su se mogli koristiti za određivanje temperature zraka, ali su ipak bili nepogodni za druge, raznolikije pokuse, a stupnjevi različitih termometara nisu bili međusobno usporedivi.

U G. ( ) V poboljšao zračni termometar, mjereći ne širenje, već povećanje elastičnosti zraka dovedenog do istog volumena pri različitim temperaturama dodavanjem žive otvorenom laktu; u obzir su uzeti barometarski tlak i njegove promjene. Nula takve ljestvice trebala je biti "onaj značajan stupanj hladnoće" pri kojem zrak gubi svu svoju elastičnost (tj. ), a druga konstantna točka je vrelište vode. Amontonu još nije bio poznat učinak atmosferskog tlaka na vrelište, a zrak u njegovom termometru nije bio oslobođen vodenih plinova; stoga je iz njegovih podataka apsolutna nula dobivena na -239,5° Celzijusa. Drugi Amontonov termometar za zrak, napravljen vrlo nesavršeno, bio je neovisan o promjenama atmosferskog tlaka: bio je to sifonski barometar, čiji je otvoreni koljeno bio proširen prema gore, ispunjen jakom otopinom potaše na dnu, uljem na vrhu i završavao u zatvorenom spremniku sa zrakom.

Dao je moderan oblik termometru a svoj način pripreme opisao je 1723. U početku je svoje lule također punio alkoholom i tek je na kraju prešao na živu. Nulu svoje skale postavio je na temperaturu mješavine snijega s amonijakom ili kuhinjskom soli, na temperaturi “početka smrzavanja vode” pokazivao je 32°, a tjelesna temperatura zdrave osobe u ustima ili ispod pazuha bio je ekvivalentan 96°. Kasnije je otkrio da voda ključa na 212° i da je ta temperatura uvijek ista pod istim uvjetima . Preživjeli primjerci Fahrenheit termometara odlikuju se preciznom izvedbom.

Švedski astronom, geolog i meteorolog konačno je uspostavio obje konstantne točke, topljenje leda i kipuću vodu. 1742. Ali u početku je postavio 0° na vrelište, a 100° na ledište. U svom djelu Celsius " je govorio o svojim eksperimentima koji pokazuju da temperatura taljenja leda (100°) ne ovisi o tlaku. Također je s nevjerojatnom preciznošću odredio kako vrelište vode varira ovisno o . Predložio je oznaku 0 ( voda) može se baždariti znajući na kojoj se razini u odnosu na more nalazi termometar.

Kasnije, nakon Celzijeve smrti, njegovi suvremenici i sunarodnjaci botaničari a astronom Morten Stremer upotrijebio je ovu ljestvicu obrnuto (počeli su uzimati temperaturu taljenja leda kao 0°, a vrelište vode kao 100°). U ovom obliku Pokazalo se da je vrlo prikladno, postalo je široko rasprostranjeno i koristi se do danas.

Prema nekim izvorima, Celsius je sam okrenuo svoju vagu naglavačke po savjetu Stremera. Prema drugim izvorima, vagu je preokrenuo Carl Linnaeus 1745. godine. A prema trećem, ljestvicu je naglavačke okrenuo Celsiusov nasljednik M. Stremer, au 18. stoljeću takav je termometar bio široko rasprostranjen pod nazivom “švedski termometar”, au samoj Švedskoj - pod imenom Stremer, ali poznati švedski kemičar Johann Jacob u svom djelu “Manuals of Chemistry” pogrešno je M. Stremerovu ljestvicu nazvao Celzijevom ljestvicom, a od tada je centigradska ljestvica počela nositi ime Andersa Celsiusa.

Djela 1736., iako su doveli do uspostavljanja ljestvice od 80°, bili su prilično korak unatrag u odnosu na ono što je Fahrenheit već učinio: Reaumurov termometar bio je ogroman, nezgodan za korištenje, a njegova metoda dijeljenja u stupnjeve bila je netočna i nezgodna.

Nakon Fahrenheita i Reaumura, posao izrade termometara je pao u ruke obrtnika, jer su termometri postali predmet trgovine.

Godine 1848. engleski fizičar (Lord Kelvin) dokazao je mogućnost stvaranja apsolutne temperaturne ljestvice, čija nula ne ovisi o svojstvima vode ili tvari koja puni termometar. Polazna točka u " " poslužio je smislu : −273,15° C. Na ovoj temperaturi prestaje toplinsko kretanje molekula. Posljedično, daljnje hlađenje tijela postaje nemoguće.

Tekući termometri

Tekući termometri temelje se na principu promjene volumena tekućine koja se ulijeva u termometar (obično ili ), kada se promijeni temperatura okoline.

Zbog zabrane uporabe žive u mnogim područjima djelatnosti traže se alternativna punjenja toplomjera za kućanstvo. Na primjer, takva zamjena može biti legura .

Informacije o uklanjanju prolivene žive iz razbijenog toplomjera potražite u članku

Mehanički termometri

Ova vrsta termometra radi na istom principu kao i elektronički termometri, ali senzor je obično spirala ili .

Električni termometri

Princip rada električnih termometara temelji se na promjeni kontakt razlika potencijala ovisno o temperaturi). Najprecizniji i stabilniji tijekom vremena su na bazi platinske žice ili platinske prevlake na keramici.

Optički termometri

Optički termometri omogućuju vam da bilježite temperaturu promjenom

Infracrveni termometri

Infracrveni termometar omogućuje mjerenje temperature bez izravnog kontakta s osobom. U nekim zemljama već dugo postoji tendencija napuštanja živinih termometara u korist infracrvenih, ne samo u medicinskim ustanovama, već i na razini kućanstava.

Tehnički termometri

Tehnički termometri koriste se u poduzećima u poljoprivredi, petrokemijskoj, kemijskoj, rudarskoj i metalurškoj industriji, strojogradnji, stambeno-komunalnim djelatnostima, prometu, građevinarstvu, medicini, jednom riječju u svim sferama života.

Postoje sljedeće vrste tehničkih termometara:

tehnički tekući termometri TTZh-M;

bimetalni termometri TB, TBT, TBI;

poljoprivredni termometri TS-7-M1;

maksimalni termometri SP-83 M;

termometri niskog stupnja za posebne komore SP-100;

posebni termometri otporni na vibracije SP-V;

živini termometri, električni kontakt TPK;

laboratorijski termometri TLS;

termometri za naftne derivate TN;

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

29. ožujka 1561. godine rođen je talijanski liječnik Santorio - jedan od izumitelja prvog živinog toplomjera, uređaja koji je bio inovacija za ono vrijeme i bez kojeg danas više nitko ne može.

Santorio nije bio samo liječnik, već i anatom i fiziolog. Radio je u Poljskoj, Mađarskoj i Hrvatskoj, aktivno proučavao proces disanja, “nevidljiva isparavanja” s površine kože, te provodio istraživanja na području ljudskog metabolizma. Santorio je provodio eksperimente na sebi i, proučavajući karakteristike ljudskog tijela, stvorio mnoge mjerne instrumente - uređaj za mjerenje sile pulsiranja arterija, vagu za praćenje promjena u ljudskoj težini i prvi živin termometar.

Tri izumitelja

Danas je prilično teško reći tko je točno stvorio termometar. Izum termometra pripisuje se mnogim znanstvenicima odjednom - Galileu, Santoriu, Lordu Baconu, Robertu Fluddu, Scarpiju, Corneliusu Drebbelu, Porteu i Salomonu de Causu. To je zbog činjenice da su mnogi znanstvenici istovremeno radili na stvaranju uređaja koji bi pomogao u mjerenju temperature zraka, tla, vode i ljudi.

Nema opisa ovog uređaja u Galileovim vlastitim spisima, ali njegovi učenici posvjedočili su da je 1597. napravio termoskop - aparat za podizanje vode pomoću topline. Termoskop je bila mala staklena kugla na koju je bila zalemljena staklena cijev. Razlika između termoskopa i modernog termometra je u tome što se u Galilejevom izumu umjesto žive širio zrak. Također, mogao se koristiti samo za prosuđivanje relativnog stupnja zagrijavanja ili hlađenja tijela, budući da još nije imao vagu.

Santorio sa Sveučilišta u Padovi napravio je vlastiti uređaj kojim je bilo moguće izmjeriti temperaturu ljudskog tijela, no uređaj je bio toliko glomazan da je postavljen u dvorištu jedne kuće. Santoriov izum imao je oblik lopte i duguljastu zavojitu cijev na kojoj su bile iscrtane podjele, a slobodni kraj cijevi bio je ispunjen obojenom tekućinom. Njegov izum datira iz 1626. godine.

Godine 1657. firentinski znanstvenici poboljšali su Galileov termoskop, posebno opremivši uređaj ljestvicom kuglica.

Kasnije su znanstvenici pokušali poboljšati uređaj, ali svi su termometri bili zrak, a njihova očitanja nisu ovisila samo o promjenama tjelesne temperature, već io atmosferskom tlaku.

Prvi tekući toplomjeri opisani su 1667. godine, ali su se rasprsnuli ako bi se voda smrznula, pa su za njihovu izradu počeli koristiti vinski alkohol. Izum termometra, čiji se podaci ne bi određivali promjenama atmosferskog tlaka, dogodio se zahvaljujući eksperimentima fizičara Evangelista Torricellia, učenika Galilea. Kao rezultat toga, termometar je napunjen živom, okrenut naopako, u kuglicu je dodan obojeni alkohol, a gornji kraj cijevi je zapečaćen.

Jedna vaga i živa

Dugo vremena znanstvenici nisu mogli pronaći početne točke, udaljenost između kojih bi se mogla ravnomjerno podijeliti.

Početni podaci za ljestvicu bile su točke otapanja leda i otopljenog maslaca, vrelište vode i neki apstraktni koncepti poput "značajnog stupnja hladnoće".

Termometar modernog oblika, najprikladniji za upotrebu u kućanstvu, s preciznom mjernom skalom stvorio je njemački fizičar Gabriel Fahrenheit. Opisao je svoju metodu za stvaranje termometra 1723. godine. U početku je Fahrenheit stvorio dva alkoholna termometra, ali onda je fizičar odlučio koristiti živu u termometru. Fahrenheitova ljestvica temeljila se na tri utvrđene točke:

prva točka bila je jednaka nula stupnjeva - ovo je temperatura sastava vode, leda i amonijaka;
druga, označena kao 32 stupnja, je temperatura mješavine vode i leda;
treća, točka ključanja vode, bila je 212 stupnjeva.
Ljestvica je kasnije dobila ime po svom tvorcu.

Referenca
Danas je najzastupljenija Celzijeva ljestvica, u SAD-u i Engleskoj još uvijek se koristi Fahrenheitova ljestvica, a u znanstvenim istraživanjima Kelvinova.
Ali švedski astronom, geolog i meteorolog Anders Celsius bio je taj koji je konačno ustanovio obje konstantne točke - topljenja leda i kipuće vode - 1742. godine. Razmak između točaka podijelio je na 100 intervala, pri čemu je broj 100 označavao talište leda, a 0 vrelište vode.

Danas se Celzijeva ljestvica koristi obrnuta, odnosno za talište leda uzima se 0°, a za vrelište vode 100°.

Prema jednoj verziji, ljestvicu su "preokrenuli" njegovi suvremenici i sunarodnjaci, botaničar Carl Linnaeus i astronom Morten Stremer, nakon Celzijeve smrti, no prema drugoj je Celsius sam preokrenuo svoju ljestvicu po Stremerovu savjetu.

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

Već sredinom 18. stoljeća termometri su postali trgovački predmet, a izrađivali su ih obrtnici, no u medicinu su toplomjeri ušli mnogo kasnije, sredinom 19. stoljeća.

Moderni termometri

Ako je u 18. stoljeću došlo do "procvata" otkrića na području sustava za mjerenje temperature, danas se sve više radi na stvaranju metoda za mjerenje temperature.

Opseg primjene toplomjera je izuzetno širok i od posebne je važnosti za život suvremenog čovjeka. Termometar izvan prozora javlja vanjsku temperaturu, termometar u hladnjaku pomaže u kontroli kvalitete skladištenja hrane, termometar u pećnici omogućuje održavanje temperature tijekom pečenja, a termometar mjeri tjelesnu temperaturu i pomaže u procjeni uzroka lošeg zdravlje.
Toplomjer je najčešća vrsta toplomjera i može se naći u svakom domu. Međutim, živini toplomjeri, koji su nekoć bili briljantno otkriće znanstvenika, sada postupno postaju prošlost jer nisu sigurni. Živini toplomjeri sadrže 2 grama žive i imaju najveću točnost u određivanju temperature, ali ne samo da morate s njima pravilno rukovati, već i znati što učiniti ako se termometar iznenada razbije.
Živine toplomjere zamjenjuju elektronički ili digitalni termometri koji rade na temelju ugrađenog metalnog senzora. Postoje i posebne termalne trake i infracrveni termometri.