Bazele măsurării moderne a temperaturii au fost puse în 1592 de Galileo Galilei. Dispozitivul său de măsurare din sticlă era o sferă de sticlă, din care se prelungea de jos un tub umplut parțial cu apă. Capătul deschis al tubului îngust a fost, de asemenea, scufundat în apă. Dacă aerul din balon era răcit, apa din tubul de sticlă se ridica în sus. Un astfel de termometru ar putea, datorită compresiei sau expansiunii aerului, să arate schimbarea temperaturii, dar nu ar putea măsura temperatura absolută.
Proiectele ulterioare s-au bazat, de asemenea, pe ideea lui Galileo, deși au folosit alte medii de transmisie. Oamenii de știință ai Academiei Florentine del Cimento au dezvoltat primul termometru cu alcool în 1641 și un termometru cu mercur în 1657. Au folosit în acest caz expansiunea diferită a acestor substanțe cu temperatură variabilă. Într-un termometru medical tradițional, așa-numitul termometru de maximă, dilatarea unui lichid indică temperatura maximă într-o perioadă de timp. În termometrele medicale digitale, care au devenit recent răspândite, temperatura este măsurată de un senzor a cărui rezistență electrică se modifică odată cu temperatura.
Diverse scale
Prima măsurare precisă a temperaturii a fost efectuată în 1714 de către fizicianul Gabriel Daniel Fahrenheit din Danzig (azi Gdansk), creând un termometru cu o scară gradată. A luat temperatura unui amestec de apă și gheață cu amoniac ca zero. În acest caz, punctul de îngheț al apei pure este de 32 °, iar punctul de fierbere este de 212 °. În 1742, a apărut scala de temperatură Anders Celsius, în care punctul de îngheț al apei a fost luat ca 0 °, iar punctul de fierbere ca 100 °.
- În jurul anului 230 î.Hr.: Philon al Bizantinului a descoperit că aerul se dilată atunci când este încălzit.
- 1624: Iezuitul Jean Leurechon a folosit pentru prima dată cuvântul „termometru”.
- 1731: Peter Van Muschenbrook construiește primul pirometru pentru măsurarea temperaturii fără contact.
Ce este căldura? Grade si temperatura
Toată lumea știe ce este căldura. Se știe că particulele din gaze, lichide și solide sunt în mișcare continuă și această mișcare este percepută ca căldură. Energia de mișcare a particulelor, mediată pe numărul lor uriaș, determină temperatura.
Teoria căldurii nu a apărut imediat. Multă vreme nu au putut înțelege ce este căldura și nici care este diferența dintre temperatură și căldură. Mulți fizicieni au asociat căldura cu mișcarea moleculelor. Deci, în special, se gândi Lomonosov. Dar transformarea raționamentului general în știință riguroasă nu a fost ușor.
Povestea modului în care au învățat să măsoare temperatura este interesantă și neobișnuită. Termometrele au fost inventate cu mulți ani înainte ca oamenii să știe ce măsoară.
Temperatura este asociată cu concepte foarte nedefinite de căldură și frig, care au fost localizate în crearea unei persoane undeva lângă miros, gust. Din timpuri imemoriale, omul știa că atunci când două corpuri sunt în contact strâns, atunci se stabilește un echilibru termic între ele. O mână scufundată în apă se dovedește a fi încălzită (sau răcită) în același grad ca apa. Peste tot în natură există fluxuri de căldură. În aceasta, oamenii de știință natural au văzut de multă vreme manifestarea marilor legi ale naturii.
Savanții antici și savanții din Evul Mediu au comparat proprietățile de atracție și repulsie cu căldura și frigul. Medicii antici au fost primii care au avut nevoie de o scară comparativă și, în plus, destul de precisă a căldurii corporale. Au observat cu mult timp în urmă că sănătatea unei persoane este oarecum legată de căldura corpului său și că medicamentele pot schimba această calitate. Medicamentelor li sa atribuit un efect de răcire sau încălzire, iar gradul acestui efect a fost determinat în grade. Medicamentele erau amestecate între ele, iar amestecurile aveau grade diferite. „Amestec” în latină – „temperatură” (temperatura).
Istoria creării și dezvoltării termometrului
Galileo
Niciunul dintre contemporanii lui Galileo nu s-a putut compara cu el în capacitatea sa de a vedea mari legi în fenomene simple. El a fost unul dintre primii care a scris despre natura mecanică a căldurii.
Galileo a publicat o carte numită „EL saggiatore” (cântar pentru cântărirea aurului), în care își expune în detaliu părerile sale asupra naturii fenomenelor fizice. În ea, el vorbește, în special, despre încălzirea solidelor prin frecare și oferă alte dovezi ale naturii mecanice a căldurii. Cu toate acestea, nu știa că mecanic este posibil să se încălzească nu numai solide, ci și lichide sau chiar gaze. Galileo a fost, de asemenea, împiedicat de lipsa datelor numerice despre căldură.
Galileo a abordat studiul fenomenelor termice din aceleași poziții; în primul rând, a început să măsoare temperatura corpului. Termometrele realizate de Galileo (aproximativ 1597) constau dintr-o bilă de sticlă umplută cu aer; un tub umplut parțial cu apă prelungit de la fundul mingii, care se termina într-un vas umplut și el cu apă. Înălțimea coloanei depindea atât de temperatură, cât și de presiunea atmosferică și era imposibil să se măsoare cu un astfel de termometru cu exactitate. Sub Galileo, ideea că aerul ar putea apăsa pământul părea destul de sălbatică. Prin urmare, termometrul lui Galileo a măsurat o valoare destul de incertă, dar chiar și un astfel de termometru a făcut posibilă compararea temperaturii diferitelor corpuri în același timp și în același loc.
Chiar și atunci, cu ajutorul unui termometru încă imperfect, medicul și anatomistul Sanctorius de la Universitatea din Padova a început să măsoare temperatura corpului uman. Pentru aceasta, el însuși, neștiind despre Galileo, a construit un termometru similar.
Otto von Guerick
Istoria termometrului îi datorează mult unuia dintre cei mai uimitori oameni ai secolului al XVIII-lea - Otto von Guericke. A făcut primul barometru. Similar cu dispozitivul lui Galileo. Dar cu un tub foarte lung. Spre deosebire de dispozitivul lui Galileo, aerul a fost evacuat din barometrul lui Garicke, astfel încât apa a umplut nu numai tubul lung, ci și o parte din minge. Barometrul era atașat de peretele exterior al casei, iar presiunea aerului era marcată pe o scară arătată de un om de lemn care plutea într-o bilă de sticlă. Guericke a fost primul care a măsurat în mod sistematic presiunea atmosferică și a încercat să descopere relația dintre schimbările de presiune și vreme.
Garike a construit și un termometru relativ bun. Constă dintr-o bilă de alamă umplută cu aer și un tub în formă de U umplut cu alcool. Pe termometrul său era un punct în mijlocul scalei, lângă care indicatorul se opri la primul îngheț - acest punct a fost ales de Garike ca început al scalei. Este clar că o astfel de alegere a fost naivă, dar totuși Garike a făcut primul pas.
Newton
Să amintim și lucrarea lui Newton „La scara gradelor de căldură și frig”, publicată în 1701, care descrie o scară de 12 grade. El a pus zero în același loc în care îl punem acum - la punctul de îngheț al apei, iar 12 grade corespundeau temperaturii unei persoane sănătoase.
Amontan a construit un termometru complet etanș, făcându-l în cele din urmă complet independent de presiunea atmosferică.
Primul termometru modern a fost descris în 1724 de Daniel Fahrenheit, o suflantă de sticlă din Olanda. Diferite termometre Fahrenheit ar putea fi comparate între ele comparând citirile lor în diferite puncte de „pivot” de pe scară. Prin urmare, au devenit faimoși pentru acuratețea lor. Această scară este încă utilizată în Anglia și Statele Unite.
Scară modernă Celsius a fost propus în 1742. Fizicianului suedez nu i-au plăcut temperaturile negative și a considerat necesar să întoarcă vechea cântare și să pună zero la punctul de fierbere al apei și 100 de grade la punctul ei de îngheț. Dar „scara inversată” nu a câștigat popularitate și foarte curând a fost „întors” înapoi.
Înainte de revoluția din Rusia, a fost adoptată scara Reaumur (punctul de apă era 0, iar punctul de fierbere 80) - termometrele Reaumur atârnau pe străzi și în toate casele. Abia în anii treizeci au fost înlocuite cu termometre Celsius.
Ce este căldura? Echilibru termic
Până la începutul secolului al XIX-lea, termometrul devenise un dispozitiv foarte comun. Dar de mult timp nu a existat un consens cu privire la ceea ce măsoară termometrul.
După ce au învățat să măsoare temperatura, fizicienii nu au făcut prea multe progrese în înțelegerea a ceea ce este căldura. Conceptul de „căldură” și „temperatură” a fost și mai greu de separat. Când un corp este încălzit, temperatura acestuia crește. Când căldura trece de la un corp la altul, temperatura unui corp scade, iar celălalt crește.
Concept "Echilibru termic" foarte frecvente în teoria căldurii. Cel mai ușor este de înțeles ce este echilibrul termic în cazul unui gaz monoatomic. Dacă gazul din vas se comportă în așa fel încât temperatura să fie aceeași în toate punctele vasului - în mod natural, temperatura pereților vasului este, de asemenea, întotdeauna aceeași - atunci gazul este în echilibru termic. Aceasta înseamnă că într-un astfel de gaz căldura nu curge dintr-o parte a vasului în alta, nici presiunea, nici compoziția chimică nu se modifică în el și, în general, din punctul de vedere al fenomenelor termice clasice, nu se întâmplă nimic în gaz.
Căldura curge întotdeauna astfel încât temperatura să fie egalată, astfel încât sistemul să intre într-o stare de echilibru termic. Trecerea la o stare de echilibru termic poate fi un proces complex și destul de lung.
Scala de temperatură. Scala de temperatură absolută
Scala de temperatură
În toate dispozitivele care au fost inventate în secolul al XVIII-lea, măsurarea temperaturii a fost redusă la măsurarea lungimii unei coloane de apă, alcool sau mercur. Termometrele au funcționat doar într-un interval limitat de temperatură. Substanțele care le umpleau au înghețat și au fiert, iar aceste termometre nu puteau măsura temperaturi foarte scăzute sau foarte ridicate.
Scara Celsius a stabilit cu precizie poziția a două puncte - 0 și 100 de grade, distanța dintre care pe scară a fost împărțită în părți egale. Dar rolul fiecărei divizii a rămas nedefinit. De asemenea, a fost necesar să înțelegem ce se întâmplă în organism când mercurul din termometru crește cu un grad. Cel mai simplu mod ar fi să presupunem că energia corpului crește cu aceeași cantitate. Această valoare, referită la o unitate de masă corporală, se numește capacitatea termică specifică.
Scala de temperatură absolută
Unitatea de temperatură a apărut întâmplător - punem numărul 100 la punctul de fierbere al apei. Acest act a avut consecințe importante: în legea Clapeyron-Clausius a apărut o nouă constantă de gaz R = 8,3157 joule/grad. Un astfel de număr a apărut doar pentru că valoarea gradului a fost introdusă cu foarte mult timp în urmă și toate schimbările care apar cu gazele au fost atribuite din obișnuință unei scări de temperatură alese destul de aleatoriu. Ar fi mai convenabil acum să schimbăm definiția gradului și să o „legați” de ecuația gazelor ideale. Pentru a face acest lucru, trebuie doar să reduceți valoarea gradului de 8,3157 de ori și să presupuneți că temperatura este într-o astfel de scară de „gaz ideal”:
Descoperirea lordului Kelvin
Problema semnificației temperaturii a devenit interesată de Thomson (mai târziu Lord Kelvin), care în 1848 a descoperit că din teorema lui Carnot se poate trage o concluzie simplă, dar foarte importantă. Kelvin a observat că, dacă activitatea ciclului Carnot depinde numai de temperaturile încălzitorului și frigiderului, atunci acest lucru face posibilă stabilirea unei noi scale de temperatură care nu depinde de proprietățile fluidului de lucru.
Ciclul Carnot, dacă poate fi efectuat între două corpuri, vă permite să determinați raportul dintre temperaturile acestor două corpuri. Scara de temperatură determinată în acest fel se numește scala de temperatură absolută. Pentru ca temperatura absolută în sine să aibă o anumită valoare, este necesar să alegeți un număr pentru un punct al noii scale absolute: o valoare numerică a temperaturii trebuie setată în mod arbitrar. După aceea, toate celelalte valori sunt determinate în principiu folosind un ciclu Karnot.
Din păcate, cu toată frumusețea construcției teoretice a scării Kelvin, este foarte dificil să implementezi ciclul Carnot în practică. Este dificil să implementezi o buclă reversibilă, este dificil să scapi de deșeuri.
Scala de temperatură reală
Timp de mulți ani, pentru scala de temperatură au fost alese două puncte - punctul de topire al gheții și punctul de fierbere al apei - iar distanța dintre ele a fost împărțită în 100 de părți, fiecare dintre ele fiind considerată un grad. O astfel de scară cu două puncte de referință a fost acceptată în întreaga lume.
Dar această scară a avut, totuși, un mare dezavantaj din punct de vedere al preciziei măsurătorii. Pentru ea a fost necesar să se poată reproduce cu acuratețe atât condițiile de topire a gheții, cât și condițiile de fierbere a apei. A fost mai ușor să te descurci cu un singur punct de referință, cum ar fi punctul de topire al gheții, și să măsori temperatura față de raportul presiunilor asociat cu raportul de temperaturi prin ecuația de stare.
Așa-numitul punct triplu al apei - temperatura la care toate cele trei faze ale sale sunt efectuate în echilibru: abur - apă - gheață, este acum ales ca punct de referință. Trecerea la o asemenea scară a trecut aproape neobservată. O astfel de reformă a fost realizată în 1954, iar acum la întrebarea la ce temperatură se topește gheața la presiune normală trebuie să se răspundă „la aproximativ 0”.
Scala internațională de temperatură
O scară cu un punct pivot este ușor de convenit cu scala Kelvin-Mendeleev bazată pe teorema lui Carnot. Scara termodinamică nu se modifică dacă toate valorile temperaturii sunt înmulțite cu același număr. Alegerea punctului de pivot elimină această ambiguitate.
Cantarul termodinamic poate fi folosit numai in laboratoare specializate, bine echipate. Laboratoarele obișnuite folosesc o scală numită MPTSh68 (International Practical Temperature Scale, adoptată în 1968). În această scară, punctul de fierbere al apei este exact de 100 de grade, în plus, există și alte puncte de referință cărora le este atribuită și o anumită valoare a temperaturii.
Temperaturi scazute
Interesul pentru obținerea de temperaturi scăzute a apărut nu numai din considerente practice. Fizicienii au fost de mult interesați de întrebarea dacă gazele, cum ar fi aerul, oxigenul și hidrogenul, pot fi transformate într-un lichid. Începutul acestei povești datează din 1877.
În 1877, inginerul minier Kayete aruncă acetilenă lichidă într-un vas de laborator, în care s-a deschis brusc o scurgere. Scăderea bruscă a presiunii a făcut să se formeze ceață. Aproape în aceleași zile, Pictet de la Geneva a raportat o scădere secvențială, în cascadă, a diferitelor gaze, care s-a încheiat cu producerea de oxigen lichid la o temperatură de -140 de grade Celsius și o presiune de 320 de atmosfere.
Trebuie să menționăm și Dewart. Care în 1898 a primit hidrogen lichid, coborând temperatura la aproximativ 129 K. În cele din urmă, în 1908, Kamerlingh Onnes din Olanda a primit heliu lichid. Temperatura pe care a atins-o a fost doar cu 1 grad diferită de zero absolut.
În 1939, P.L.Kapitsa a dovedit marea eficiență a mașinilor de lichefiere, în care gazul funcționează cu ajutorul unei turbine. De atunci, turboexpansoarele au devenit larg răspândite. El a propus și proiectarea unei instalații eficiente de lichefiere a heliului.
Bibliografie
Edelman V.S. „Aproape de zero absolut.” 1-M., 1987.
Detlaf AA, Yavorskiy BN, „Curs de fizică”. -M., 1989.
Trofimova T.I. „Curs de Fizică”. 1-M., 1990.
Smorodinsky Ya.A. "Temperatura". - M., 1987.
Text preluat de pe site: www.xreferat.ru
Omul modern a fost de mult obișnuit cu faptul că este înconjurat de dispozitive utile și „inteligente”. Dar nu toată lumea realizează cât de lungă și adesea grea a fost calea acestor lucruri prin grosimea secolelor. Luați, de exemplu, termometrul medical familiar sau, în mod colocvial, un termometru. Se pare că nu există nimic mai simplu și mai cotidian, dar de fapt a trecut pragul casei noastre nu cu mult timp în urmă.
Primele prototipuri
Primul termometru – mai precis, un termoscop cu aer – era complet diferit de cel modern. A fost creat în 1597 de unul dintre titanii Renașterii, omul de știință italian Galileo Galilei. Totuși, el nu este autorul direct al dezvoltării: Galileo a pus în practică ideile lui Heron din Alexandria, care a descris deja un dispozitiv similar - totuși, nu pentru măsurarea gradelor de căldură, ci pentru ridicarea apei prin încălzire.
La o bilă de sticlă de mărimea unui ou de găină, omul de știință a lipit un tub subțire de sticlă. Încălzind mingea cu mâinile (și, în consecință, aerul din ea) și răsturnând-o, a scufundat capătul liber al tubului într-un vas cu apă colorată sau vin. De îndată ce bila s-a răcit, volumul de aer conținut în ea a scăzut, iar apa, luându-i locul, s-a ridicat prin tub. Spre deosebire de termometrul modern, dispozitivul lui Galileo a expandat aerul, nu mercurul. În plus, era într-adevăr doar un prototip fără o scară de măsurare specifică.
Aproape simultan cu Galileo, neștiind încă despre invenția sa, profesorul Universității din Padova S. Santorio, medic, anatomist și fiziolog, și-a creat propriul aparat cu care măsura temperatura corpului uman. În acele zile, se credea că aerul expirat de o persoană vine direct din inimă și poartă „căldură vitală”. Pe ea a încercat Santorio să o măsoare pentru a înțelege unul dintre principalele secrete ale vieții organismului.
Dispozitivul său era destul de voluminos și era, de asemenea, format dintr-o minge, dar deja umplută cu lichid, precum și un butoi de înfășurare cu gradații aplicate. Persoana a respirat în termometru, sau l-a luat în gură sau l-a încălzit cu mâinile (în funcție de scopul experimentului). Drept urmare, Santorio a devenit primul medic care a aflat că corpul nostru are o temperatură normală constantă și a evaluat abaterea sa de la normă ca fiind o afecțiune dureroasă.
Apariția termometrului clasic
În 1657, termoscopul lui Galileo a fost îmbunătățit de oamenii de știință florentini. Ei au echipat dispozitivul cu cântare cu talon și aer evacuat din rezervor (bilă) și tub. Acest lucru a făcut posibilă nu numai calitativ, ci și cantitativ să se compare temperaturile corpurilor. Ulterior, termoscopul a fost schimbat: a fost răsturnat cu o minge și a fost turnat alcool în tub în loc de apă și vasul a fost îndepărtat. Dar, din moment ce alcoolul fierbe rapid la temperaturi ridicate, era potrivit doar pentru măsurarea frigului. Și au început să „încarce” termometrul cu mercur.
O singură scară de grade, atât de familiară nouă astăzi, nu exista în acele vremuri. Faimoșii Fahrenheit și Reaumur și-au propus propriile opțiuni de măsurare, dar cuvântul decisiv (și, ulterior, cea mai extinsă aplicație) s-a dovedit a fi dincolo de scara de 100 de grade dezvoltată de fizicianul și astronomul suedez Andersen Celsius. Adevărat, la început acest sistem a funcționat „cu susul în jos”: 0 grade corespundeau punctului de fierbere al apei și 100 de grade - până la punctul de topire a gheții. Ulterior, scara a fost dată peste cap: după unele informații, de către inventatorul însuși, după alții - de succesorul lui Celsius M. Stroemer, și care crede că a fost editată de Karl Linnaeus în 1745. În această formă, această scară a prins rădăcini și a ajuns până în zilele noastre.
În plus, la curtea lui Ferdinand al II-lea, împăratul Sfântului Imperiu Roman, care era cunoscut nu numai ca patronul artelor, ci a fost și autorul unui număr de dispozitive fizice, au fost create termometre amuzante, asemănătoare cu micile broaște. Au fost executați atât de subtil și de priceput încât au stârnit admirația contemporanilor. Aceste termometre au fost concepute pentru a măsura temperatura corpului unei persoane și au fost ușor atașate de piele cu o ghips. Cavitatea „broaștelor” a fost parțial umplută cu lichid, pe suprafața căruia pluteau bile colorate de diferite densități. Când lichidul s-a încălzit, volumul acestuia a crescut ușor, iar densitatea a scăzut în consecință. Și apoi unele dintre bile s-au scufundat în partea de jos a dispozitivului.
Termometrul cu mercur în vremea noastră
În practica medicală, termometria a început să fie folosită mult mai târziu decât în tehnologie. În 1861, medicul german Karl Gerhard considera „măsurarea temperaturii o procedură prea complexă pentru a fi pusă în practică și utilizată frecvent”. Într-un fel sau altul, prognoza lui nu a împiedicat termometrul cu mercur să ocupe un loc onorabil în arsenalul fiecărui medic generalist și al aproape oricărui cabinet de medicină de acasă.
Un termometru cu mercur este un tub de sticlă raționalizat cu un capilar care conține 2 grame de mercur. Aceste termometre funcționează datorită faptului că în timpul încălzirii și răcirii, mercurul se extinde și se contractă uniform. Datorită acestor proprietăți, este folosit și în barometre și alte instrumente de cercetare. Termometrele cu mercur au cea mai mare precizie de determinare a temperaturii (eroarea nu mai mult de 0,1 grade).
Dacă respectați regulile de utilizare și depozitare, atunci un astfel de termometru vă va servi mulți ani. În plus, poate fi cumpărat ieftin de la orice farmacie - cu excepția țărilor UE, care au fost interzise recent din cauza toxicității ridicate a metalului lichid. Dintre minusurile termometrelor cu mercur, pe lângă umplerea lor otrăvitoare, trebuie remarcat faptul că temperatura este măsurată pentru o lungă perioadă de timp - aproximativ 10 minute pentru cel mai precis rezultat.
Un termometru trebuie să fie întotdeauna la îndemână, deoarece o temperatură crescută a corpului este primul semn al unui proces inflamator în organism. Cu toate acestea, mulți oameni moderni folosesc greșit informațiile pe care le transmite termometrul. Este important de inteles ca o crestere a temperaturii NU este cauza inflamatiei, ci o manifestare a functiilor protectoare ale sistemului imunitar. Prin urmare, temperatura sub 38 de grade nu trebuie să fie redusă cu ajutorul medicamentelor - aceasta este o modalitate destul de stupidă de a interfera cu recuperarea. Dar temperatura este sub normal, dimpotrivă, sugerează că organismul nu are suficientă forță pentru a lupta singur.
A aranjat ceva ca un termobaroscop (termoscop). Galileo l-a studiat în acest moment pe Stârcul Alexandriei, care a descris deja un dispozitiv similar, dar nu pentru măsurarea gradelor de căldură, ci pentru ridicarea apei prin încălzire. Termoscopul era o minge mică de sticlă cu un tub de sticlă lipit de ea. Bila a fost ușor încălzită și capătul tubului a fost scufundat într-un vas cu apă. După ceva timp, aerul din minge s-a răcit, presiunea acesteia a scăzut, iar apa, sub influența presiunii atmosferice, s-a ridicat în tub până la o anumită înălțime. Ulterior, odată cu încălzirea, presiunea aerului din minge a crescut și nivelul apei din tub a scăzut în timpul răcirii, în timp ce apa din ea a crescut. Cu ajutorul unui termoscop, a fost posibil să se judece numai despre modificarea gradului de încălzire a corpului: nu a arătat valori numerice ale temperaturii, deoarece nu avea o scară. În plus, nivelul apei din tub depindea nu numai de temperatură, ci și de presiunea atmosferică. În 1657, termoscopul lui Galileo a fost îmbunătățit de oamenii de știință florentini. Ei au echipat dispozitivul cu cântare cu talon și aer evacuat din rezervor (bilă) și tub. Acest lucru a făcut posibilă nu numai calitativ, ci și cantitativ să se compare temperaturile corpurilor. Ulterior, termoscopul a fost schimbat: a fost răsturnat cu o minge și a fost turnat alcool în tub în loc de apă și vasul a fost îndepărtat. Funcționarea acestui dispozitiv s-a bazat pe extinderea măsurilor; temperaturile celei mai calde zile de vară și cele mai reci zile de iarnă au fost luate drept puncte „constante”. Invenția termometrului este atribuită și lui Lord Bacon, Robert Fludd, Sanctorius, Scarpi, Cornelius Drebbel ( Cornelius drebbel), Porte și Salomon de Caus, care au scris mai târziu și au avut parțial o relație personală cu Galileo. Toate aceste termometre erau de aer și constau dintr-un vas cu un tub care conținea aer separat de atmosferă printr-o coloană de apă; și-au schimbat citirile atât în funcție de schimbările de temperatură, cât și de modificările presiunii atmosferice.
Termometru medical cu mercur
Termometrele lichide sunt descrise pentru prima dată în Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento, unde se vorbește despre ele ca fiind obiecte realizate de mult timp de artizani iscusiți numiți Confia, care încălzesc sticla pe foc suflat și fac produse uimitoare și foarte delicate. făcut din ea. În primul rând, aceste termometre au fost umplute cu apă și au izbucnit când a înghețat; au început să folosească alcool de vin pentru aceasta în 1654, conform ideii marelui duce al toscanului Ferdinand al II-lea. Termometrele florentine nu sunt doar descrise în Saggi, ci au fost păstrate în mai multe exemplare până astăzi în Muzeul Galileian din Florența; pregătirea lor este descrisă în detaliu.
La început, maestrul a trebuit să facă diviziuni pe tub, având în vedere dimensiunile sale relative și dimensiunile mingii: diviziunile au fost aplicate cu email topit pe un tub încălzit la o lampă, fiecare zecime era indicată printr-un punct alb și altele de negru. De obicei, se făceau 50 de diviziuni în așa fel încât atunci când zăpada s-a topit, alcoolul să nu coboare sub 10, iar la soare să nu se ridice peste 40. Meșteri buni au realizat astfel de termometre cu atâta succes încât toate au arătat aceeași valoare a temperaturii sub aceleași condiții, dar acest lucru nu a fost posibil dacă tubul era împărțit în 100 sau 300 de părți pentru a obține o precizie mai mare. Termometrele au fost umplute prin încălzirea mingii și coborând capătul tubului în alcool, iar umplerea se termină folosind o pâlnie de sticlă cu un capăt trasat subțire care se potrivește liber într-un tub destul de lat. După reglarea cantității de lichid, deschiderea tubului a fost sigilată cu ceară de etanșare, numită „ermetică”. Din aceasta, este clar că aceste termometre erau mari și puteau servi la determinarea temperaturii aerului, dar erau încă incomod pentru alte experimente, mai diverse, iar gradele diferitelor termometre nu erau comparabile între ele.
Fizicianul suedez Celsius a stabilit în cele din urmă ambele puncte constante de topire a gheții și apă de fierbere în 1742, dar inițial a stabilit 0 ° la punctul de fierbere și 100 ° la punctul de îngheț și a luat denumirea opusă doar la sfatul lui M. Störmer. . Exemplele care au supraviețuit de termometre Fahrenheit se disting prin manopera lor meticuloasă. Cu toate acestea, scara „inversată” s-a dovedit a fi mai convenabilă, pe care temperaturile de topire a gheții au fost desemnate 0 C și punctul de fierbere 100 C. Acest termometru a fost folosit pentru prima dată de oamenii de știință suedezi botanist K. Linnaeus și astronomul M. Stremer. Acest termometru este utilizat pe scară largă.
Consultați articolul despre cum să îndepărtați mercurul vărsat dintr-un termometru spart. DemercurizareaTermometre mecanice
Termometru mecanic
Termometru mecanic pentru fereastră
Termometrele de acest tip funcționează pe același principiu ca și termometrele pentru lichide, dar o spirală metalică sau o bandă bimetală este de obicei folosită ca senzor.
Termometre electrice
Termometru electric medical
Principiul de funcționare al termometrelor electrice se bazează pe o modificare a rezistenței unui conductor atunci când temperatura ambientală se modifică.
Termometrele electrice dintr-o gamă mai largă se bazează pe termocupluri (contactul dintre metale cu electronegativitate diferită creează o diferență de potențial de contact în funcție de temperatură).
Stație meteo de acasă
Cele mai precise și stabile în timp sunt termometrele de rezistență pe bază de sârmă de platină sau platină pulverizată pe ceramică. Cele mai utilizate sunt PT100 (rezistență la 0 ° C - 100Ω) PT1000 (rezistență la 0 ° C - 1000Ω) (IEC751). Dependența de temperatură este aproape liniară și respectă o lege pătratică la temperaturi pozitive și o ecuație de 4 grade la temperaturi negative (constantele corespunzătoare sunt foarte mici, iar în prima aproximare această dependență poate fi considerată liniară). Interval de temperatură -200 - +850 ° C.
Prin urmare, rezistența la T° C, rezistență la 0 ° C și constante (pentru rezistența la platină) -
Termometre optice
Termometrele optice vă permit să înregistrați temperatura datorită modificării nivelului de luminozitate, a spectrului și a altor parametri (vezi Măsurarea temperaturii prin fibră optică) atunci când temperatura se schimbă. De exemplu, contoare de temperatură corporală cu infraroșu.
Termometre cu infrarosu
Un termometru cu infraroșu vă permite să măsurați temperatura fără contact uman direct. În unele țări, a existat de multă vreme tendința de a abandona termometrele cu mercur în favoarea termometrelor cu infraroșu, nu doar în instituțiile medicale, ci și la nivelul gospodăriei.
Un termometru cu infraroșu are o serie de avantaje incontestabile, și anume:
- siguranța utilizării (chiar și cu avarii mecanice grave, nimic nu amenință sănătatea)
- precizie de măsurare mai mare
- timpul minim pentru procedură (măsurarea se efectuează în 0,5 secunde)
- posibilitatea colectării datelor de grup
Termometre tehnice
Termometrele tehnice lichide sunt utilizate la întreprinderile din agricultură, petrochimie, chimie, industria minieră și metalurgică, inginerie mecanică, locuințe și servicii comunale, transport, construcții, medicină, într-un cuvânt, în toate sferele vieții.
Există următoarele tipuri de termometre tehnice:
- termometre tehnice lichide TTZH-M;
- termometre bimetalice TB, TBT, TBI;
- termometre agricole TS-7-M1;
- termometre de maxim SP-83 M;
- termometre de grad scăzut pentru camere speciale SP-100;
- termometre speciale rezistente la vibrații SP-V;
- termometre mercur electrocontact TPK;
- termometre de laborator TLS;
- termometre pentru produse petroliere TN;
- termometre pentru testarea produselor petroliere TIN1, TIN2, TIN3, TIN4.
Înainte de inventarea unui astfel de dispozitiv de măsurare obișnuit și simplu pentru viața noastră de zi cu zi, oamenii puteau judeca despre o stare termică doar după senzațiile lor directe: cald sau rece, cald sau rece.
Istoria termodinamicii a început când, în 1592, a creat primul dispozitiv pentru observarea schimbărilor de temperatură, numit termoscop. Termoscopul era o minge mică cu un tub de sticlă lipit. Bila a fost încălzită și capătul tubului a fost scufundat în apă. Când mingea s-a răcit, presiunea din ea a scăzut, iar apa din tub, sub influența presiunii atmosferice, a crescut la o anumită înălțime în sus.
Odată cu încălzirea, nivelul apei din tuburi a scăzut. Dezavantajul dispozitivului era că putea fi folosit doar pentru a judeca gradul relativ de încălzire sau răcire a corpului, deoarece nu avea încă o scară.
Mai târziu, oamenii de știință florentini au îmbunătățit termoscopul lui Galileo adăugându-i o scară de mărgele și pompând aer din minge.
În secolul al XVII-lea, termoscopul aerian a fost transformat într-unul alcoolic de către omul de știință florentin Torricelli. Dispozitivul a fost răsturnat cu o minge, vasul cu apă a fost îndepărtat și s-a turnat alcool în tub. Funcționarea dispozitivului s-a bazat pe expansiunea alcoolului la încălzire, - acum citirile nu depind de presiunea atmosferică. A fost unul dintre primele termometre lichide.
La acel moment, citirile instrumentelor nu erau încă în concordanță între ele, deoarece nu era luat în considerare un sistem specific la calibrarea cântarilor. În 1694, Carlo Renaldini a propus să ia temperatura gheții de topire și punctul de fierbere al apei drept două puncte extreme.
În 1714 D.G. Fahrenheit a făcut un termometru cu mercur. Pe scară, el a marcat trei puncte fixe: cel inferior, 32 ° F - punctul de îngheț al soluției saline, 96 ° - temperatura corpului uman și cel de sus 212 ° F - punctul de fierbere al apei. Termometrul Fahrenheit a fost folosit în țările vorbitoare de limbă engleză până în anii 70 ai secolului XX și este încă folosit în Statele Unite.
O altă scară a fost propusă de omul de știință francez Réaumur în 1730. A experimentat cu un termometru cu alcool și a ajuns la concluzia că scara poate fi construită în conformitate cu dilatarea termică a alcoolului. După ce a stabilit că alcoolul folosit de el, amestecat cu apă într-un raport de 5: 1, se extinde într-un raport de 1000: 1080 atunci când temperatura se schimbă de la punctul de îngheț la punctul de fierbere al apei, omul de știință a sugerat utilizarea unei scale de la 0. la 80 de grade. Luând pentru 0 ° temperatura de topire a gheții și pentru 80 ° punctul de fierbere al apei la presiunea atmosferică normală.
În 1742, omul de știință suedez Andres Celsius a propus o scară pentru un termometru cu mercur, în care intervalul dintre punctele extreme a fost împărțit la 100 de grade. În același timp, la început, punctul de fierbere al apei a fost desemnat ca 0 °, iar temperatura de topire a gheții a fost desemnată ca 100 °. Cu toate acestea, în această formă, scara s-a dovedit a nu fi foarte convenabilă, iar mai târziu astronomul M. Stremer și botanistul K. Linnaeus au decis să schimbe punctele extreme pe alocuri.
M.V. Lomonosov a propus un termometru lichid cu o scară de 150 de diviziuni de la punctul de topire al gheții până la punctul de fierbere al apei. IG. Lambert a fost responsabil pentru crearea unui termometru de aer cu o scară de 375 °, unde un grad a fost considerat a fi o miime din expansiunea volumului de aer. Au existat, de asemenea, încercări de a crea un termometru bazat pe expansiunea solidelor. Așa că în 1747 olandezul P. Muschenbrug a folosit expansiunea barei pentru a măsura temperatura de topire a unui număr de metale.
Până la sfârșitul secolului al XVIII-lea, numărul diferitelor scări de temperatură a crescut semnificativ. Potrivit „Pilometrics” lui Lambert la acea vreme, erau 19. Scalele de temperatură discutate mai sus se disting prin faptul că punctul de referință pentru ele a fost ales în mod arbitrar.
În 1848, fizicianul englez William Thomson (Lord Kelvin) a demonstrat posibilitatea creării unei scale de temperatură absolută, al cărei zero nu depinde de proprietățile apei sau de umplerea substanței. Punctul de referință în „scara Kelvin” a fost valoarea zero absolut: -273,15 ° C. La această temperatură, mișcarea termică a moleculelor se oprește. În consecință, răcirea ulterioară a corpurilor devine imposibilă.
Aceasta este istoria de bază a apariției termometrului și scalelor termometrice. Astăzi, termometrele cu o scară Celsius, Fahrenheit (în SUA), precum și cu o scară Kelvin sunt folosite în cercetarea științifică. În prezent, temperatura se măsoară cu ajutorul instrumentelor a căror funcționare se bazează pe diferitele proprietăți termometrice ale lichidelor, gazelor și solidelor. Și dacă în secolul al XVIII-lea a existat un adevărat „boom” al descoperirilor în domeniul sistemelor de măsurare a temperaturii, atunci din secolul trecut a început o nouă eră a descoperirilor în domeniul metodelor de măsurare a temperaturii.
Astăzi există multe dispozitive folosite în industrie, în viața de zi cu zi, în cercetarea științifică - termometre de expansiune și termometre manometrice, termoelectrice și termometre de rezistență, precum și termometre pirometrice care vă permit să măsurați temperatura fără contact.
