Perjalanan panjang termometer

Alat pengukur suhu yang lazim pada hari ini memainkan peranan penting dalam sains, teknologi dan dalam kehidupan seharian manusia; ia mempunyai sejarah yang panjang dan dikaitkan dengan nama ramai saintis cemerlang dari negara yang berbeza, termasuk orang Rusia dan mereka yang bekerja di Rusia.

Penerangan terperinci tentang sejarah penciptaan walaupun termometer cecair biasa boleh mengambil keseluruhan buku, termasuk cerita tentang pakar dalam pelbagai bidang - ahli fizik dan ahli kimia, ahli falsafah dan astronomi, ahli matematik dan mekanik, ahli zoologi dan ahli botani, pakar klimatologi dan peniup kaca.

Nota-nota di bawah tidak berlagak sebagai persembahan lengkap kisah yang sangat menghiburkan ini, tetapi mungkin berguna untuk membiasakan diri dengan bidang ilmu dan bidang teknologi, yang namanya Termometri.

Suhu

Suhu adalah salah satu penunjuk terpenting yang digunakan dalam pelbagai cabang sains dan teknologi semula jadi. Dalam fizik dan kimia ia digunakan sebagai salah satu ciri utama keadaan keseimbangan sistem terpencil, dalam meteorologi - sebagai ciri utama iklim dan cuaca, dalam biologi dan perubatan - sebagai kuantiti paling penting yang menentukan fungsi penting.

Malah ahli falsafah Yunani kuno Aristotle (384–322 SM) menganggap konsep haba dan sejuk sebagai asas. Bersama dengan kualiti seperti kekeringan dan kelembapan, konsep ini mencirikan empat unsur "bahan utama" - tanah, air, udara dan api. Walaupun pada masa itu dan beberapa abad selepas mereka sudah bercakap tentang tahap haba atau sejuk ("lebih panas", "lebih panas", "lebih sejuk"), langkah kuantitatif tidak wujud.

Kira-kira 2,500 tahun yang lalu, pakar perubatan Yunani kuno Hippocrates (c. 460 – c. 370 SM) menyedari bahawa suhu badan manusia yang tinggi adalah tanda penyakit. Masalah timbul dalam menentukan suhu normal.

Salah satu percubaan pertama untuk memperkenalkan konsep suhu standard telah dibuat oleh pakar perubatan Rom kuno Galen (129 - kira-kira 200), yang mencadangkan bahawa suhu campuran air mendidih dan ais dengan jumlah yang sama dianggap "neutral", dan suhu komponen individu (air mendidih dan ais lebur) dianggap sebagai empat darjah, masing-masing panas dan empat darjah sejuk. "suhu"(ke tahap), dari mana perkataan "suhu" berasal. Walau bagaimanapun, pengukuran suhu bermula lebih lama kemudian.

Termoskop dan termometer udara pertama

Sejarah pengukuran suhu kembali lebih dari empat abad. Berdasarkan keupayaan udara mengembang apabila dipanaskan, yang digambarkan oleh orang Yunani Byzantine purba pada abad ke-2. SM, beberapa pencipta mencipta termoskop - peranti mudah dengan tiub kaca yang diisi dengan air. Harus dikatakan bahawa orang Yunani (orang Eropah pertama) mula mengenali kaca pada abad ke-5, pada abad ke-13. Cermin kaca Venetian pertama muncul pada abad ke-17. pembuatan kaca di Eropah menjadi agak maju, dan pada tahun 1612 manual pertama muncul "De arte vitraria"(“Tentang Seni Pembuatan Kaca”) oleh Florentine Antonio Neri (meninggal dunia 1614).

Pembuatan kaca telah dibangunkan terutamanya di Itali. Oleh itu, tidak menghairankan bahawa instrumen kaca pertama muncul di sana. Penerangan pertama termoskop dimasukkan dalam buku naturalis Neapolitan yang terlibat dalam seramik, kaca, batu permata tiruan dan penyulingan, Giovanni Battista de la Porta (1535–1615)"Magia Naturalis"

(“Sihir Alami”) Penerbitan itu diterbitkan pada tahun 1558.

Pada tahun 1590-an. Ahli fizik, mekanik, ahli matematik dan astronomi Itali Galileo Galilei (1564–1642), menurut keterangan pelajarnya Nelli dan Viviani, membina termobaroskop kacanya di Venice menggunakan campuran air dan alkohol; Dengan peranti ini adalah mungkin untuk membuat pengukuran. Beberapa sumber mengatakan bahawa Galileo menggunakan wain sebagai cecair berwarna. Udara berfungsi sebagai bendalir kerja, dan perubahan suhu ditentukan oleh isipadu udara dalam peranti. Peranti itu tidak tepat, bacaannya bergantung pada suhu dan tekanan, tetapi ia memungkinkan untuk "membuang" lajur cecair dengan menukar tekanan udara. Penerangan mengenai peranti ini telah dibuat pada tahun 1638 oleh pelajar Galileo, Benadetto Castelli. Perkaitan rapat antara Santorio dan Galileo menjadikannya sukar untuk menentukan sumbangan setiap satu kepada banyak inovasi teknikal mereka. Santorio terkenal dengan monografnya "De statica medicina"(“Nota mengenai Seni Perubatan Galen”) pertama kali menerangkan termometer udara. Dia juga menggunakan termometer untuk mengukur suhu badan manusia ("pesakit mengepit kelalang dengan tangan mereka, bernafas di atasnya di bawah penutup, masukkan ke dalam mulut mereka"), dan menggunakan bandul untuk mengukur kadar nadi. Tekniknya terdiri daripada merekodkan kadar bacaan termometer jatuh semasa sepuluh ayunan bandul ia bergantung kepada keadaan luaran dan tidak tepat.

Instrumen yang serupa dengan termoskop Galileo telah dibuat oleh ahli fizik, alkimia, mekanik, pengukir dan kartografer Belanda Cornelis Jacobson Drebbel (1572–1633) dan ahli falsafah dan doktor mistik Inggeris Robert Fludd (1574–1637), yang mungkin biasa dengan karya saintis Florentine. Ia adalah peranti Drebbel yang pertama (pada 1636) dipanggil "termometer". Ia kelihatan seperti tiub berbentuk U dengan dua takungan. Semasa mengerjakan cecair untuk termometernya, Drebbel menemui kaedah untuk menghasilkan pewarna merah terang. Fludd pula menerangkan termometer udara.

Termometer cecair pertama

Langkah kecil tetapi penting seterusnya ke arah menukar termoskop kepada termometer cecair moden ialah penggunaan cecair dan tiub kaca yang dimeterai pada satu hujung sebagai cecair kerja. Pekali pengembangan haba cecair adalah kurang daripada gas, tetapi isipadu cecair tidak berubah dengan perubahan dalam tekanan luaran. Langkah ini diambil sekitar 1654 di bengkel Grand Duke of Tuscany, Ferdinand II de' Medici (1610–1670).

Sementara itu, pengukuran meteorologi yang sistematik bermula di pelbagai negara Eropah. Setiap saintis pada masa itu menggunakan skala suhunya sendiri, dan hasil pengukuran yang telah sampai kepada kita tidak boleh dibandingkan antara satu sama lain mahupun dikaitkan dengan darjah moden. Konsep darjah suhu dan titik rujukan skala suhu nampaknya muncul di beberapa negara seawal abad ke-17.

Salah satu percubaan pertama untuk menentukur dan menyeragamkan termometer telah dibuat pada Oktober 1663 di London. Ahli-ahli Royal Society bersetuju untuk menggunakan salah satu termometer alkohol yang dibuat oleh ahli fizik, mekanik, arkitek dan pencipta Robert Hooke (1635–1703) sebagai piawai dan membandingkan bacaan termometer lain dengannya.

Hooke memperkenalkan pigmen merah ke dalam alkohol dan membahagikan skala kepada 500 bahagian. Dia juga mencipta termometer minima (menunjukkan suhu terendah).

Pada tahun 1665, ahli fizik teori Belanda, ahli matematik, ahli astronomi dan pencipta Christiaan Huygens (1629–1695), bersama R. Hooke, mencadangkan menggunakan suhu pencairan ais dan air mendidih untuk mencipta skala suhu. Rekod meteorologi pertama yang boleh difahami telah direkodkan menggunakan skala Hooke-Huygens.

Penerangan pertama termometer cecair sebenar muncul pada tahun 1667 dalam penerbitan Accademia del Chimento * "Esai mengenai aktiviti saintifik semula jadi Akademi Eksperimen." Eksperimen pertama dalam bidang kalorimetri telah dijalankan dan diterangkan di Akademi. Telah ditunjukkan bahawa di bawah rarefaction, air mendidih pada suhu yang lebih rendah daripada pada tekanan atmosfera, dan apabila ia membeku, ia mengembang. "Termometer Florentine" digunakan secara meluas di England (diperkenalkan oleh R. Boyle) dan di Perancis (sebarkan terima kasih kepada ahli astronomi I. Bullo). Pengarang monograf Rusia yang terkenal "Konsep dan Asas Termodinamik" (1970), I.R Krichevsky, percaya bahawa ia adalah kerja Akademi yang meletakkan asas untuk penggunaan termometer cecair. Salah seorang ahli Akademi, ahli matematik dan fizik Carlo Renaldini (1615–1698) dalam sebuah esei"Philosophia naturalis"

(“Natural Philosophy”), yang diterbitkan pada tahun 1694, mencadangkan mengambil suhu ais cair dan air mendidih sebagai titik rujukan.

Gigantomania Guericke menemui pengikut di Amerika Syarikat tiga abad kemudian. Termometer terbesar di dunia, 40.8 m (134 kaki) tinggi, dibina pada tahun 1991 untuk memperingati rekod suhu tinggi yang dicapai di Death Valley di California pada tahun 1913: +56.7 °C (134 °F). Termometer tiga hala terletak di bandar kecil Baker, berhampiran Nevada.

Termometer tepat pertama yang mula digunakan secara meluas telah dibuat oleh ahli fizik Jerman Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736). Pencipta itu dilahirkan di tempat yang kini dikenali sebagai Poland, di Gdansk (kemudian Danzig), yatim piatu awal, mula belajar perdagangan di Amsterdam, tetapi tidak menamatkan pengajiannya dan, menjadi berminat dalam fizik, mula melawat makmal dan bengkel di Jerman, Belanda dan England. .

Dari 1717 dia tinggal di Belanda, di mana dia mempunyai bengkel meniup kaca dan terlibat dalam pembuatan instrumen meteorologi ketepatan - barometer, altimeter, higrometer dan termometer. Pada tahun 1709 dia menghasilkan termometer alkohol, dan pada tahun 1714 termometer merkuri.

Merkuri ternyata menjadi cecair kerja yang sangat mudah, kerana ia mempunyai pergantungan volum yang lebih linear pada suhu berbanding alkohol, dipanaskan lebih cepat daripada alkohol dan boleh digunakan pada suhu yang lebih tinggi. Fahrenheit membangunkan kaedah baru untuk menulenkan merkuri dan menggunakan takungan merkuri berbentuk silinder dan bukannya bola. Di samping itu, untuk meningkatkan ketepatan termometer, Fahrenheit, yang mempunyai kemahiran meniup kaca, mula menggunakan kaca dengan pekali pengembangan terma terendah. Hanya di kawasan suhu rendah merkuri (takat beku –38.86 °C) lebih rendah daripada alkohol (takat beku –114.15 °C).

Dari 1718, Fahrenheit memberi syarahan tentang kimia di Amsterdam, dan pada 1724 dia menjadi ahli Royal Society, walaupun dia tidak menerima ijazah akademik dan hanya menerbitkan satu koleksi artikel penyelidikan.

Percubaan awal Newton sendiri untuk membangunkan skala suhu adalah naif dan hampir serta-merta ditinggalkan.

Ia dicadangkan untuk mengambil suhu udara pada musim sejuk dan suhu arang batu yang membara sebagai titik rujukan. Kemudian Newton menggunakan takat lebur salji dan suhu badan orang yang sihat, minyak biji rami sebagai cecair kerja, dan membahagi skala (berdasarkan 12 bulan setahun dan 12 jam dalam sehari sebelum tengah hari) kepada 12 darjah (mengikut sumber lain, 32 darjah). Dalam kes ini, penentukuran dijalankan dengan mencampurkan kuantiti tertentu air mendidih dan hanya dicairkan. Tetapi kaedah ini juga ternyata tidak boleh diterima.

Newton bukanlah orang pertama yang menggunakan minyak: pada tahun 1688, ahli fizik Perancis Dalance menggunakan takat lebur mentega lembu sebagai titik rujukan untuk menentukur termometer alkohol. Jika teknik ini dipelihara, Rusia dan Perancis akan mempunyai skala suhu yang berbeza: kedua-dua minyak sapi, biasa di Rusia, dan mentega Vologda yang terkenal berbeza dalam komposisi daripada jenis Eropah.

Roemer yang pemerhati mendapati bahawa jam bandulnya berjalan lebih perlahan pada musim panas berbanding musim sejuk, dan pembahagian skala instrumen astronominya lebih besar pada musim panas berbanding musim sejuk. Untuk meningkatkan ketepatan pengukuran masa dan parameter astronomi, adalah perlu untuk menjalankan pengukuran ini pada suhu yang sama dan, oleh itu, mempunyai termometer yang tepat. Roemer, seperti Newton, menggunakan dua titik rujukan: suhu badan manusia normal dan suhu lebur ais (cecair berfungsi adalah wain merah yang diperkaya atau larutan alkohol 40%, diwarnakan dengan kunyit, dalam tiub 18 inci). Fahrenheit menambah mata ketiga kepada mereka, yang sepadan dengan suhu terendah yang kemudian dicapai dalam campuran air-ais-ammonia.

Setelah mencapai ketepatan pengukuran yang jauh lebih tinggi dengan termometer merkurinya, Fahrenheit membahagikan setiap darjah Roemer kepada empat dan mengambil tiga mata sebagai titik rujukan untuk skala suhunya: suhu campuran garam air dengan ais (0 °F), suhu badan daripada orang yang sihat (96 ° F) dan suhu lebur ais (32 ° F), dengan yang kedua dianggap sebagai kawalan. Ini adalah bagaimana dia menulis mengenainya dalam artikel yang diterbitkan dalam majalah itu"Transaksi Falsafah
jld 33, hlm. 78): “...dengan meletakkan termometer dalam campuran garam ammonium atau garam laut, air dan ais, kita akan mencari titik pada skala yang menunjukkan sifar. Titik kedua diperoleh jika campuran yang sama tanpa garam digunakan. Mari kita tentukan titik ini sebagai 30. Titik ketiga, yang ditetapkan sebagai 96, diperoleh jika termometer dimasukkan ke dalam mulut, menerima haba orang yang sihat.

Terdapat legenda bahawa Fahrenheit mengambil suhu di mana udara disejukkan pada musim sejuk 1708/09 di kampung halamannya Danzig sebagai titik terendah skala. Anda juga boleh mencari kenyataan bahawa dia percaya bahawa seseorang mati akibat sejuk pada 0 ° F dan akibat strok haba pada
100°F. Akhirnya, mereka berkata bahawa dia adalah ahli pondok Freemasonik dengan 32 darjah permulaannya, dan oleh itu mengambil takat lebur ais yang sama dengan nombor ini.

Selepas beberapa percubaan dan kesilapan, Fahrenheit tiba pada skala suhu yang sangat berguna. Takat didih air ternyata sama dengan 212 °F pada skala yang diterima, dan keseluruhan julat suhu keadaan fasa cecair air sepadan dengan 180 °F.

Rasional untuk skala ini adalah ketiadaan nilai darjah negatif.

Selepas menjalankan satu siri pengukuran yang tepat, Fahrenheit menetapkan bahawa takat didih berbeza-beza bergantung pada tekanan atmosfera.

Ini membolehkannya mencipta hypsothermometer - alat untuk mengukur tekanan atmosfera berdasarkan takat didih air. Beliau juga menerajui penemuan fenomena penyejukan super cecair.

Kerja Fahrenheit meletakkan asas untuk termometri, dan kemudian termokimia dan termodinamik. Skala Fahrenheit telah diterima pakai sebagai rasmi di banyak negara (di England - sejak 1777), hanya suhu normal badan manusia diperbetulkan kepada 98.6 o F. Kini skala ini hanya digunakan di Amerika Syarikat dan Jamaica, negara lain pada tahun 1960-an x dan 1970-an

Martin menulis dalam salah satu bukunya bahawa orang sezamannya berhujah sama ada takat lebur ais berubah mengikut ketinggian, dan untuk membuktikan kebenaran, mereka mengangkut termometer dari England ke Itali.

Tidak kurang memeranjatkan bahawa saintis yang terkenal dalam pelbagai bidang ilmu kemudiannya berminat untuk mengukur suhu badan manusia: A. Lavoisier and P. Laplace, J. Dalton and G. Davy, D. Joule and P. Dulong, W. Thomson dan A. Becquerel, J. Foucault dan G. Helmholtz.

"Banyak merkuri telah mengalir di bawah jambatan" sejak itu. Era hampir tiga ratus tahun penggunaan meluas termometer merkuri nampaknya akan berakhir tidak lama lagi disebabkan oleh ketoksikan logam cecair: di negara-negara Eropah, di mana semakin banyak perhatian diberikan kepada isu keselamatan manusia, undang-undang telah diluluskan kepada menghadkan dan melarang pengeluaran termometer tersebut.

* Ditubuhkan di Florence pada 1657 oleh pelajar Galileo di bawah naungan Ferdinand II de' Medici dan abangnya Leopoldo, Accademia del Cimento tidak bertahan lama, tetapi menjadi prototaip Royal Society, Akademi Sains Paris dan akademi Eropah yang lain . Ia diilhamkan untuk mempromosikan pengetahuan saintifik dan mengembangkan aktiviti kolektif untuk pembangunannya.

Dicetak semula dengan sambungan

Sekarang yang kita perlukan hanyalah salji, cawan, termometer dan sedikit kesabaran. Mari kita bawa secawan salji dari fros, letakkan di tempat yang hangat, tetapi tidak panas, rendam termometer di dalam salji dan perhatikan suhu. Pada mulanya, lajur merkuri akan menjalar ke atas dengan agak cepat. Salji kekal kering. Setelah mencapai sifar, lajur merkuri akan berhenti. Dari saat ini salji mula mencair. Air kelihatan di bahagian bawah cawan, tetapi termometer masih menunjukkan sifar. Dengan mencampurkan salji secara berterusan, tidak sukar untuk memastikan sehingga semuanya cair, merkuri tidak akan berganjak.

Apakah yang menyebabkan suhu berhenti dan tepat pada masa salji bertukar menjadi air? Haba yang dibekalkan kepada cawan dibelanjakan sepenuhnya untuk pemusnahan kristal kepingan salji. Dan sebaik sahaja kristal terakhir runtuh, suhu air akan mula meningkat.

Fenomena yang sama boleh diperhatikan semasa mencairkan sebarang bahan kristal lain. Kesemuanya memerlukan sedikit haba untuk berubah daripada pepejal kepada cecair. Jumlah ini, agak khusus untuk setiap bahan, dipanggil haba pelakuran.

Haba pelakuran adalah berbeza untuk bahan yang berbeza. Dan di sinilah, apabila kita mula membandingkan haba spesifik pelakuran untuk pelbagai bahan, air sekali lagi menonjol di antara mereka. Seperti haba tentu, haba tentu pelakuran ais jauh lebih besar daripada haba pelakuran mana-mana bahan lain.

Untuk mencairkan satu gram benzena, anda memerlukan 30 kalori, haba pelakuran timah ialah 13 kalori, plumbum - kira-kira 6 kalori, zink - 28, tembaga - 42 kalori. Dan untuk menukar ais menjadi air pada sifar darjah memerlukan 80 kalori! Jumlah haba ini cukup untuk menaikkan suhu satu gram air cecair daripada 20 darjah kepada mendidih. Hanya satu logam, aluminium, mempunyai haba tentu pelakuran yang melebihi haba pelakuran ais.

Jadi, air pada sifar darjah berbeza daripada ais pada suhu yang sama kerana setiap gram air mengandungi 80 kalori lebih panas daripada satu gram ais.

Sekarang setelah kita tahu betapa tingginya haba pelakuran ais, kita melihat bahawa kita tidak mempunyai sebab untuk kadang-kadang mengadu bahawa ais cair "terlalu cepat." Jika ais mempunyai haba gabungan yang sama seperti kebanyakan badan lain, ia akan mencair beberapa kali lebih cepat.

Dalam kehidupan planet kita, pencairan salji dan ais adalah sangat penting. Perlu diingat bahawa kepingan ais sahaja menduduki lebih daripada tiga peratus daripada keseluruhan permukaan bumi atau 11 peratus daripada keseluruhan daratan. Di kawasan kutub selatan terletak benua Antartika yang besar, saiznya lebih besar daripada gabungan Eropah dan Australia, ditutup dengan lapisan ais yang berterusan. Permafrost menguasai berjuta-juta kilometer persegi tanah. Glasier dan permafrost sahaja membentuk satu perlima daripada jisim daratan. Untuk ini kita mesti menambah permukaan yang ditutup dengan salji pada musim sejuk. Dan kemudian kita boleh mengatakan bahawa dari satu perempat hingga satu pertiga daripada tanah sentiasa dilitupi dengan ais dan salji. Beberapa bulan dalam setahun kawasan ini melebihi separuh daripada keseluruhan daratan.

Adalah jelas bahawa jisim besar air beku tidak boleh tidak menjejaskan iklim Bumi. Betapa besarnya jumlah haba suria yang dibelanjakan hanya untuk mencairkan satu litupan salji pada musim bunga! Lagipun, secara purata ia mencapai ketebalan kira-kira 60 sentimeter, dan untuk setiap gram anda perlu menghabiskan 80 kalori. Tetapi matahari adalah sumber tenaga yang kuat sehingga di latitud kita kadang-kadang mengatasi kerja ini dalam beberapa hari. Dan sukar untuk membayangkan jenis banjir yang akan menanti kita jika ais mempunyai, sebagai contoh, haba gabungan yang sama seperti plumbum. Semua salji boleh mencair dalam satu hari atau bahkan dalam beberapa jam, dan kemudian sungai-sungai, yang membengkak ke saiz yang luar biasa, akan menghanyutkan kedua-dua lapisan tanah dan tumbuhan yang paling subur dari permukaan bumi, membawa bencana yang tidak terperi kepada semua kehidupan. di Bumi.

Ais, apabila mencair, menyerap sejumlah besar haba. Jumlah haba yang sama dibebaskan oleh air apabila ia membeku. Jika air mempunyai haba gabungan yang kecil, maka sungai, tasik dan laut kita mungkin akan membeku selepas fros pertama.

Jadi, sebagai tambahan kepada kapasiti haba air yang tinggi, satu lagi ciri yang luar biasa telah ditambah - haba gabungan yang tinggi.

SKALA SUHU MUTLAK.

1. Suhu ialah ukuran tenaga kinetik purata molekul, mencirikan
tahap pemanasan badan.

2. Alat pengukur suhu - termometer .

3. Prinsip operasi termometer:
Apabila mengukur suhu, pergantungan perubahan dalam mana-mana parameter makroskopik (isipadu, tekanan, rintangan elektrik, dll.) sesuatu bahan pada suhu digunakan.
Dalam termometer cecair, ini adalah perubahan dalam isipadu cecair.
Apabila dua media bersentuhan, tenaga dipindahkan dari persekitaran yang lebih panas kepada persekitaran yang kurang panas.
Semasa proses pengukuran, suhu badan dan termometer mencapai keadaan keseimbangan terma.

Termometer.
Dalam amalan, termometer cecair sering digunakan: merkuri (dalam julat dari -35 C hingga +750 C) dan alkohol (dari -80 C hingga +70 C).
Mereka menggunakan sifat cecair untuk menukar isipadu apabila suhu berubah.
Walau bagaimanapun, setiap cecair mempunyai ciri-ciri perubahan isipadu (pengembangan) yang tersendiri pada suhu yang berbeza.
Sebagai hasil daripada membandingkan, sebagai contoh, bacaan termometer merkuri dan alkohol, padanan tepat hanya akan berada pada dua titik (pada suhu 0 C dan 100 C).
Kelemahan ini tiadatermometer gas .
Termometer gas pertama dicipta oleh Perancis. ahli fizik J. Charles.

Apabila dua jasad suhu berbeza bersentuhan, tenaga dalaman dipindahkan dari jasad yang lebih panas kepada jasad yang kurang panas, dan suhu kedua-dua jasad adalah sama.
Keadaan keseimbangan terma berlaku di mana semua makroparameter (isipadu, tekanan, suhu) kedua-dua jasad kemudiannya kekal tidak berubah di bawah keadaan luaran yang tetap.
4. Keseimbangan terma ialah keadaan di mana semua parameter makroskopik kekal tidak berubah untuk jangka masa yang lama.

5. Keadaan keseimbangan terma sistem jasad dicirikan oleh suhu: semua jasad sistem yang berada dalam keseimbangan terma antara satu sama lain mempunyai suhu yang sama.

di mana k ialah pemalar Boltzmann

Pergantungan ini memungkinkan untuk memperkenalkan skala suhu baharu - skala suhu mutlak yang tidak bergantung pada bahan yang digunakan untuk mengukur suhu.

6. Skala suhu mutlak - Bahasa Inggeris diperkenalkan ahli fizik W. Kelvin
- tiada suhu negatif

Unit SI bagi suhu mutlak: [T] = 1K (Kelvin)
Suhu sifar skala mutlak ialah sifar mutlak (0K = -273 C), suhu paling rendah dalam alam semula jadi. SIFAR MUTLAK ialah suhu yang sangat rendah di mana pergerakan terma molekul berhenti.

Hubungan antara skala mutlak dan skala Celsius

Dalam formula, suhu mutlak dilambangkan dengan huruf "T", dan suhu pada skala Celsius dengan huruf "t".

Sejarah ciptaan termometer

Pencipta termometer dianggap sebagai : dalam tulisannya sendiri tidak ada penerangan tentang peranti ini, tetapi pelajarnya, Nelly dan , memberi keterangan bahawa sudah masuk dia membuat sesuatu seperti termobaroskop ( ). Galileo belajar pada masa ini kerja , yang telah pun menerangkan peranti yang serupa, tetapi bukan untuk mengukur darjah haba, tetapi untuk menaikkan air dengan memanaskan. Termoskop adalah bola kaca kecil dengan tiub kaca dipateri kepadanya. Bola itu dipanaskan sedikit dan hujung tiub itu diturunkan ke dalam bekas berisi air. Selepas beberapa lama, udara dalam bola menjadi sejuk, tekanannya berkurangan dan air, di bawah pengaruh tekanan atmosfera, naik ke dalam tiub ke ketinggian tertentu. Selepas itu, dengan pemanasan, tekanan udara dalam bola meningkat dan paras air dalam tiub berkurangan apabila ia sejuk, tetapi air di dalamnya meningkat. Menggunakan termoskop, adalah mungkin untuk menilai hanya perubahan dalam tahap pemanasan badan: ia tidak menunjukkan nilai suhu berangka, kerana ia tidak mempunyai skala. Di samping itu, paras air dalam tiub bergantung bukan sahaja pada suhu, tetapi juga pada tekanan atmosfera. Pada tahun 1657, termoskop Galileo telah diperbaiki oleh saintis Florentine. Mereka melengkapkan peranti dengan skala manik dan mengepam keluar udara dari takungan (bola) dan tiub. Ini membolehkan bukan sahaja untuk membandingkan suhu badan secara kualitatif, tetapi juga secara kuantitatif. Selepas itu, termoskop ditukar: ia terbalik, dan bukannya air, alkohol dituangkan ke dalam tiub dan kapal dikeluarkan. Tindakan peranti ini adalah berdasarkan pengembangan badan; suhu musim panas yang paling panas dan hari musim sejuk yang paling sejuk diambil sebagai titik "malar". Penciptaan termometer juga dikaitkan dengan Tuhan , , Sanctorius, Scarpi, Cornelius Drebbel ( ), Porte dan Salomon de Caus, yang menulis kemudian dan sebahagiannya mempunyai hubungan peribadi dengan Galileo. Semua termometer ini adalah termometer udara dan terdiri daripada sebuah kapal dengan tiub yang mengandungi udara yang dipisahkan dari atmosfera oleh lajur air mereka menukar bacaannya daripada perubahan suhu dan daripada perubahan tekanan atmosfera.

Termometer cecair diterangkan buat kali pertama dalam d. "Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento", di mana ia disebut sebagai objek yang telah lama dibuat oleh tukang mahir, yang dipanggil "Confia", yang memanaskan kaca pada api yang ditiup lampu dan buat produk yang menakjubkan dan sangat halus daripadanya. Pada mulanya termometer ini diisi dengan air, dan ia pecah apabila ia membeku; mereka mula menggunakan alkohol wain untuk ini pada tahun 1654 mengikut idea Grand Duke of Tuscany . Termometer Florentine bukan sahaja digambarkan dalam Saggi, tetapi telah dipelihara dalam beberapa salinan sehingga hari ini di Muzium Galilea, di Florence; penyediaan mereka diterangkan secara terperinci.

Pertama, tuan harus membuat pembahagian pada tiub, dengan mengambil kira saiz relatifnya dan dimensi bola: bahagian itu digunakan dengan enamel cair pada tiub yang dipanaskan dalam lampu, setiap persepuluh ditunjukkan oleh titik putih, dan yang lain oleh hitam. Mereka biasanya membuat 50 bahagian sedemikian rupa sehingga apabila salji cair, alkohol tidak jatuh di bawah 10, dan di bawah sinar matahari tidak naik melebihi 40. Pengrajin yang baik membuat termometer sedemikian dengan jayanya sehingga mereka semua menunjukkan nilai suhu yang sama di bawah keadaan yang sama, tetapi ini tidak boleh dicapai jika tiub dibahagikan kepada 100 atau 300 bahagian untuk mendapatkan ketepatan yang lebih tinggi. Termometer diisi dengan memanaskan bola dan menurunkan hujung tiub ke dalam alkohol. Selepas melaraskan jumlah cecair, pembukaan tiub telah dimeteraikan dengan lilin pengedap, dipanggil "sealant". Daripada ini adalah jelas bahawa termometer ini adalah besar dan boleh digunakan untuk menentukan suhu udara, tetapi ia masih menyusahkan untuk eksperimen lain yang lebih pelbagai, dan darjah termometer yang berbeza tidak setanding antara satu sama lain.

DALAM G. ( ) V meningkatkan termometer udara, bukan mengukur pengembangan, tetapi peningkatan keanjalan udara yang dibawa ke isipadu yang sama pada suhu yang berbeza dengan menambahkan merkuri pada siku terbuka; tekanan barometrik dan perubahannya telah diambil kira. Sifar skala sedemikian sepatutnya "darjah sejuk yang ketara" di mana udara kehilangan semua keanjalannya (iaitu, moden ), dan takat malar kedua ialah takat didih air. Kesan tekanan atmosfera pada takat didih belum diketahui oleh Amonton, dan udara dalam termometernya tidak dibebaskan daripada gas air; oleh itu, daripada datanya, sifar mutlak diperolehi pada -239.5° Celsius. Satu lagi termometer udara Amonton, dibuat dengan sangat tidak sempurna, tidak bergantung pada perubahan tekanan atmosfera: ia adalah barometer sifon, siku terbuka yang dipanjangkan ke atas, diisi dengan larutan potash yang kuat di bahagian bawah, minyak di bahagian atas dan berakhir. dalam tangki tertutup dengan udara.

Berikan bentuk moden kepada termometer dan menerangkan kaedah penyediaannya pada tahun 1723. Pada mulanya, dia juga mengisi paipnya dengan alkohol dan akhirnya bertukar kepada merkuri. Dia menetapkan sifar skalanya pada suhu campuran salji dengan ammonia atau garam meja, pada suhu "permulaan pembekuan air" dia menunjukkan 32°, dan suhu badan orang yang sihat di dalam mulut atau di bawah ketiak adalah bersamaan dengan 96°. Selepas itu, beliau mendapati bahawa air mendidih pada 212° dan suhu ini sentiasa sama dalam keadaan yang sama . Contoh-contoh termometer Fahrenheit yang masih hidup dibezakan dengan pelaksanaannya yang teliti.

Ahli astronomi, ahli geologi dan meteorologi Sweden akhirnya menubuhkan kedua-dua titik tetap, ais cair dan air mendidih. pada tahun 1742. Tetapi pada mulanya dia menetapkan 0° pada takat didih, dan 100° pada takat beku. Dalam karyanya Celsius " "bercakap tentang eksperimennya yang menunjukkan bahawa suhu lebur ais (100°) tidak bergantung kepada tekanan. Dia juga menentukan dengan ketepatan yang menakjubkan bagaimana takat didih air berubah bergantung kepada . Dia mencadangkan supaya markah 0 ( air) boleh ditentukur dengan mengetahui pada aras berapa berbanding dengan laut termometer itu terletak.

Kemudian, selepas kematian Celsius, ahli botani sezaman dan rakan senegaranya dan ahli astronomi Morten Stremer menggunakan skala terbalik ini (mereka mula mengambil suhu lebur ais sebagai 0°, dan takat didih air sebagai 100°). Dalam borang ini Ia ternyata sangat mudah, menjadi meluas dan digunakan sehingga hari ini.

Menurut beberapa sumber, Celsius sendiri membalikkan skalanya atas nasihat Stremer. Menurut sumber lain, skala itu telah diserahkan oleh Carl Linnaeus pada tahun 1745. Dan menurut yang ketiga, skala telah diterbalikkan oleh pengganti Celsius M. Stremer, dan pada abad ke-18 termometer sedemikian diedarkan secara meluas di bawah nama "Termometer Sweden", dan di Sweden sendiri - di bawah nama Stremer, tetapi ahli kimia Sweden terkenal Johann Jacob dalam karyanya "Manuals of Chemistry" tersilap memanggil skala M. Stremer skala Celsius, dan sejak itu skala centigrade mula membawa nama Anders Celsius.

Berfungsi pada tahun 1736, walaupun mereka membawa kepada penubuhan skala 80°, mereka agak mundur daripada apa yang telah dilakukan oleh Fahrenheit: Termometer Reaumur adalah besar, menyusahkan untuk digunakan, dan kaedah membahagikannya kepada darjah adalah tidak tepat dan menyusahkan.

Selepas Fahrenheit dan Reaumur, perniagaan membuat termometer jatuh ke tangan tukang, kerana termometer menjadi barang dagangan.

Pada tahun 1848, ahli fizik Inggeris (Lord Kelvin) membuktikan kemungkinan mencipta skala suhu mutlak, yang sifarnya tidak bergantung pada sifat air atau bahan yang mengisi termometer. Titik permulaan dalam " " melayan maksudnya : −273.15° C. Pada suhu ini, pergerakan terma molekul berhenti. Akibatnya, penyejukan lebih lanjut badan menjadi mustahil.

Termometer cecair

Termometer cecair adalah berdasarkan prinsip menukar isipadu cecair yang dituangkan ke dalam termometer (biasanya atau ), apabila suhu persekitaran berubah.

Disebabkan larangan penggunaan merkuri dalam banyak bidang aktiviti, pengisian alternatif untuk termometer isi rumah sedang dicari. Sebagai contoh, penggantian sedemikian boleh menjadi aloi .

Untuk maklumat tentang mengeluarkan merkuri yang tertumpah daripada termometer yang rosak, lihat artikel

Termometer mekanikal

Jenis termometer ini beroperasi pada prinsip yang sama seperti termometer elektronik, tetapi penderia biasanya lingkaran atau .

Termometer elektrik

Prinsip operasi termometer elektrik adalah berdasarkan perubahan kenalan beza keupayaan bergantung kepada suhu). Yang paling tepat dan stabil dari semasa ke semasa ialah berasaskan wayar platinum atau salutan platinum pada seramik.

Termometer optik

Termometer optik membolehkan anda merekod suhu dengan menukar

Termometer inframerah

Termometer inframerah membolehkan anda mengukur suhu tanpa sentuhan langsung dengan seseorang. Di sesetengah negara, telah lama terdapat kecenderungan untuk meninggalkan termometer merkuri memihak kepada yang inframerah, bukan sahaja di institusi perubatan, tetapi juga di peringkat isi rumah.

Termometer teknikal

Termometer teknikal digunakan di perusahaan dalam industri pertanian, petrokimia, kimia, perlombongan dan metalurgi, kejuruteraan mekanikal, perumahan dan perkhidmatan komunal, pengangkutan, pembinaan, perubatan, dalam satu perkataan, dalam semua bidang kehidupan.

Terdapat jenis termometer teknikal berikut:

termometer cecair teknikal TTZh-M;

termometer dwilogam TB, TBT, TBI;

termometer pertanian TS-7-M1;

termometer maksimum SP-83 M;

termometer darjah rendah untuk ruang khas SP-100;

termometer tahan getaran khas SP-V;

termometer merkuri, TPK sentuhan elektrik;

termometer makmal TLS;

termometer untuk produk petroleum TN;

termometer untuk menguji produk petroleum TIN1, TIN2, TIN3, TIN4.

Pada 29 Mac 1561, doktor Itali Santorio dilahirkan - salah seorang pencipta termometer merkuri pertama, peranti yang merupakan inovasi pada masa itu dan tidak boleh dilakukan oleh sesiapa pun hari ini.

Santorio bukan sahaja seorang doktor, tetapi juga ahli anatomi dan fisiologi. Dia bekerja di Poland, Hungary dan Croatia, secara aktif mengkaji proses pernafasan, "penyejatan tidak kelihatan" dari permukaan kulit, dan menjalankan penyelidikan dalam bidang metabolisme manusia. Santorio menjalankan eksperimen ke atas dirinya sendiri dan, mengkaji ciri-ciri tubuh manusia, mencipta banyak alat pengukur - alat untuk mengukur daya denyutan arteri, skala untuk memantau perubahan berat badan manusia, dan termometer merkuri pertama.

Tiga pencipta

Agak sukar untuk mengatakan hari ini siapa sebenarnya yang mencipta termometer. Penciptaan termometer itu dikaitkan dengan ramai saintis sekaligus - Galileo, Santorio, Lord Bacon, Robert Fludd, Scarpi, Cornelius Drebbel, Porte dan Salomon de Caus. Ini disebabkan oleh fakta bahawa ramai saintis secara serentak bekerja untuk mencipta peranti yang akan membantu mengukur suhu udara, tanah, air dan manusia.

Tiada penerangan tentang peranti ini dalam tulisan Galileo sendiri, tetapi pelajarnya memberi keterangan bahawa pada tahun 1597 dia mencipta termoskop - alat untuk menaikkan air menggunakan haba. Termoskop adalah bola kaca kecil dengan tiub kaca dipateri kepadanya. Perbezaan antara termoskop dan termometer moden ialah dalam ciptaan Galileo, bukannya merkuri, udara mengembang. Juga, ia hanya boleh digunakan untuk menilai tahap relatif pemanasan atau penyejukan badan, kerana ia belum mempunyai skala.

Santorio dari Universiti Padua mencipta peranti sendiri yang boleh mengukur suhu badan manusia, tetapi peranti itu sangat besar sehingga dipasang di halaman rumah. Ciptaan Santorio mempunyai bentuk bola dan tiub berliku bujur di mana bahagian telah dilukis pada hujung bebas tiub itu diisi dengan cecair berwarna. Ciptaannya bermula pada tahun 1626.

Pada tahun 1657, saintis Florentine menambah baik termoskop Galileo, khususnya dengan melengkapkan peranti dengan skala manik.

Kemudian, saintis cuba memperbaiki peranti itu, tetapi semua termometer adalah udara, dan bacaannya bergantung bukan sahaja pada perubahan suhu badan, tetapi juga pada tekanan atmosfera.

Termometer cecair pertama diterangkan pada tahun 1667, tetapi ia pecah jika air membeku, jadi mereka mula menggunakan alkohol wain untuk menciptanya. Penciptaan termometer, data yang tidak akan ditentukan oleh perubahan tekanan atmosfera, berlaku berkat eksperimen ahli fizik Evangelista Torricelli, seorang pelajar Galileo. Akibatnya, termometer diisi dengan merkuri, terbalikkan, alkohol berwarna ditambah ke dalam bola dan hujung atas tiub itu dimeteraikan.

Skala tunggal dan merkuri

Untuk masa yang lama, saintis tidak dapat mencari titik permulaan, jarak antara yang boleh dibahagikan sama rata.

Data awal untuk skala ialah takat pencairan ais dan mentega cair, takat didih air, dan beberapa konsep abstrak seperti "darjah sejuk yang ketara."

Termometer dalam bentuk moden, paling sesuai untuk kegunaan isi rumah, dengan skala ukuran yang tepat telah dicipta oleh ahli fizik Jerman Gabriel Fahrenheit. Dia menerangkan kaedahnya untuk mencipta termometer pada tahun 1723. Pada mulanya, Fahrenheit mencipta dua termometer alkohol, tetapi kemudian ahli fizik memutuskan untuk menggunakan merkuri dalam termometer itu. Skala Fahrenheit adalah berdasarkan tiga perkara yang telah ditetapkan:

titik pertama adalah sama dengan sifar darjah - ini adalah suhu komposisi air, ais dan ammonia;
yang kedua, yang ditetapkan 32 darjah, ialah suhu campuran air dan ais;
yang ketiga, takat didih air, ialah 212 darjah.
Skala itu kemudiannya dinamakan sempena penciptanya.

Rujukan
Hari ini, yang paling biasa ialah skala Celsius, skala Fahrenheit masih digunakan di Amerika Syarikat dan England, dan skala Kelvin digunakan dalam penyelidikan saintifik.
Tetapi ahli astronomi, ahli geologi dan meteorologi Sweden Anders Celsius yang akhirnya mewujudkan kedua-dua titik tetap - ais cair dan air mendidih - pada tahun 1742. Dia membahagikan jarak antara titik kepada 100 selang, dengan nombor 100 menandakan takat lebur ais, dan 0 takat didih air.

Hari ini, skala Celsius digunakan secara songsang, iaitu, takat lebur ais diambil sebagai 0°, dan takat didih air sebagai 100°.

Menurut satu versi, skala itu "dibalikkan" oleh rakan seangkatan dan rakan senegaranya, ahli botani Carl Linnaeus dan ahli astronomi Morten Stremer, selepas kematian Celsius, tetapi menurut yang lain, Celsius sendiri mengubah skalanya atas nasihat Stremer.

Pada tahun 1848, ahli fizik Inggeris William Thomson (Lord Kelvin) membuktikan kemungkinan mencipta skala suhu mutlak, di mana titik rujukan adalah nilai sifar mutlak: -273.15 ° C - pada suhu ini penyejukan badan tidak lagi mungkin.

Sudah pada pertengahan abad ke-18, termometer menjadi barang dagangan, dan ia dibuat oleh tukang, tetapi termometer masuk ke dalam bidang perubatan lebih lama kemudian, pada pertengahan abad ke-19.

Termometer moden

Jika pada abad ke-18 terdapat "ledakan" penemuan dalam bidang sistem pengukuran suhu, hari ini kerja semakin dijalankan untuk mencipta kaedah untuk mengukur suhu.

Skop penggunaan termometer adalah sangat luas dan amat penting untuk kehidupan manusia moden. Termometer di luar tingkap melaporkan suhu di luar, termometer di dalam peti sejuk membantu mengawal kualiti penyimpanan makanan, termometer di dalam ketuhar membolehkan anda mengekalkan suhu semasa membakar, dan termometer mengukur suhu badan dan membantu menilai punca buruk kesihatan.
Termometer ialah jenis termometer yang paling biasa, dan ia adalah yang boleh didapati di setiap rumah. Walau bagaimanapun, termometer merkuri, yang dahulunya merupakan penemuan cemerlang oleh saintis, kini beransur-ansur menjadi perkara lama sebagai tidak selamat. Termometer merkuri mengandungi 2 gram merkuri dan mempunyai ketepatan tertinggi dalam menentukan suhu, tetapi anda bukan sahaja perlu mengendalikannya dengan betul, tetapi juga tahu apa yang perlu dilakukan jika termometer tiba-tiba pecah.
Termometer merkuri digantikan dengan termometer elektronik atau digital, yang beroperasi berdasarkan sensor logam terbina dalam. Terdapat juga jalur haba khas dan termometer inframerah.