urodzony 29 marca 1561 r Włoski lekarz Santorio jest jednym z wynalazców pierwszego termometru rtęciowego, urządzenia będącego na tamte czasy innowacją, bez którego nikt dziś się nie obejdzie.

Santorio był nie tylko lekarzem, ale także anatomem i fizjologiem. Pracował w Polsce, na Węgrzech i w Chorwacji, aktywnie badał proces oddychania, „niewidzialne parowanie” z powierzchni skóry, prowadził badania z zakresu metabolizmu człowieka. Santorio przeprowadzał na sobie eksperymenty i badając cechy ludzkiego ciała, stworzył wiele przyrządów pomiarowych - urządzenie do pomiaru siły pulsacji tętnic, wagi do monitorowania zmian masy ciała człowieka oraz pierwszy termometr rtęciowy.

Trzej wynalazcy

Trudno dziś powiedzieć, kto dokładnie stworzył termometr. Wynalazek termometru przypisuje się jednocześnie wielu naukowcom - Galileo, Santorio, Lordowi Baconowi, Robertowi Fluddowi, Scarpiemu, Corneliusowi Drebbelowi, Porte i Salomonowi de Caus. Wynika to z faktu, że wielu naukowców jednocześnie pracowało nad stworzeniem urządzenia, które pomogłoby mierzyć temperaturę powietrza, gleby, wody i ludzi.

W pismach Galileusza nie ma opisu tego urządzenia, jednak jego uczniowie zeznali, że w 1597 roku stworzył termoskop – urządzenie do podnoszenia wody za pomocą ciepła. Termoskop był małą szklaną kulką z przylutowaną do niej szklaną rurką. Różnica między termoskopem a nowoczesnym termometrem polega na tym, że w wynalazku Galileusza zamiast rtęci rozszerzało się powietrze. Można go było również używać jedynie do oceny względnego stopnia nagrzania lub ochłodzenia ciała, ponieważ nie miał on jeszcze skali.

Santorio z Uniwersytetu w Padwie stworzył własne urządzenie, za pomocą którego można było mierzyć temperaturę ludzkiego ciała, ale urządzenie było na tyle nieporęczne, że instalowano je na dziedzińcu domu. Wynalazek Santorio miał kształt kuli i podłużnej rurki nawojowej, na której narysowano podziałki; wolny koniec rurki był wypełniony zabarwioną cieczą. Jego wynalazek datuje się na rok 1626.

W 1657 roku florenccy naukowcy udoskonalili termoskop Galileusza, w szczególności wyposażając urządzenie w skalę koralikową.

Później naukowcy próbowali ulepszyć urządzenie, ale wszystkie termometry były powietrzne, a ich odczyty zależały nie tylko od zmian temperatury ciała, ale także od ciśnienia atmosferycznego.

Pierwsze termometry płynne opisano w 1667 roku, ale pękały, gdy zamarzła woda, dlatego do ich tworzenia zaczęto używać alkoholu winnego. Wynalezienie termometru, którego danych nie można określić na podstawie zmian ciśnienia atmosferycznego, nastąpiło dzięki eksperymentom fizyka Evangelisty Torricellego, ucznia Galileusza. W rezultacie termometr napełniono rtęcią, odwrócono do góry nogami, do kulki dodano kolorowy alkohol i zamknięto górny koniec rurki.

Pojedyncza skala i rtęć

Przez długi czas naukowcom nie udało się znaleźć punktów początkowych, których odległość można by równomiernie rozłożyć.

Początkowymi danymi dla skali były temperatury rozmrażania lodu i roztopionego masła, temperatura wrzenia wody oraz pewne abstrakcyjne pojęcia, takie jak „znaczny stopień zimna”.

Termometr o nowoczesnej formie, najbardziej odpowiedni do użytku domowego, z dokładną skalą pomiarową, został stworzony przez niemieckiego fizyka Gabriela Fahrenheita. Opisał swoją metodę tworzenia termometru w 1723 roku. Początkowo Fahrenheit stworzył dwa termometry alkoholowe, ale potem fizyk zdecydował się użyć w termometrze rtęci. Skala Fahrenheita opierała się na trzech ustalonych punktach:

pierwszy punkt był równy zero stopni - jest to temperatura składu wody, lodu i amoniaku;
druga, oznaczona jako 32 stopnie, to temperatura mieszaniny wody i lodu;
trzecia, temperatura wrzenia wody, wynosiła 212 stopni.
Skala została później nazwana na cześć jej twórcy.

Odniesienie
Obecnie najpowszechniejszą jest skala Celsjusza, w USA i Anglii nadal stosowana jest skala Fahrenheita, a w badaniach naukowych wykorzystywana jest skala Kelvina.
Ale to szwedzki astronom, geolog i meteorolog Anders Celsjusza ostatecznie ustalił oba punkty stałe – topniejący lód i wrzącą wodę – w 1742 roku. Podzielił odległość między punktami na 100 przedziałów, gdzie liczba 100 oznaczała temperaturę topnienia lodu, a 0 temperaturę wrzenia wody.

Obecnie stosuje się odwróconą skalę Celsjusza, co oznacza, że ​​temperaturę topnienia lodu przyjmuje się jako 0°, a temperaturę wrzenia wody jako 100°.

Według jednej wersji skalę „odwrócili” jego współcześni i rodacy, botanik Carl Linnaeus i astronom Morten Stremer, po śmierci Celsjusza, ale według innej, Celsjusza sam przewrócił swoją skalę za radą Stremera.

W 1848 roku angielski fizyk William Thomson (Lord Kelvin) udowodnił możliwość stworzenia absolutnej skali temperatur, gdzie punktem odniesienia jest wartość zera absolutnego: -273,15°C – w tej temperaturze dalsze schładzanie ciał nie jest już możliwe.

Już w połowy XVIII wieku wieków termometry stały się przedmiotem handlu i wykonywali je rzemieślnicy, lecz termometry weszły do ​​medycyny znacznie później, bo w połowie XIX wieku.

Nowoczesne termometry

O ile w XVIII wieku nastąpił „rozkwit” odkryć w dziedzinie systemów pomiaru temperatury, to dziś coraz częściej prowadzone są prace nad stworzeniem metod pomiaru temperatury.

Zakres zastosowania termometrów jest niezwykle szeroki i ma szczególne znaczenie dla współczesne życie osoba. Termometr za oknem informuje o temperaturze na zewnątrz, termometr w lodówce pomaga kontrolować jakość przechowywania żywności, termometr w piekarniku pozwala utrzymać temperaturę podczas pieczenia, a termometr mierzy temperaturę ciała i pomaga ocenić przyczyny złego samopoczucia zdrowie.
Termometr to najpopularniejszy rodzaj termometru, który można znaleźć w każdym domu. Jednak termometry rtęciowe, które kiedyś były genialnym odkryciem naukowców, obecnie stopniowo odchodzą w przeszłość ze względu na ryzyko. Termometry rtęciowe zawierają 2 gramy rtęci i mają najwyższą dokładność w określaniu temperatury, ale trzeba nie tylko prawidłowo się z nimi obchodzić, ale także wiedzieć, co zrobić, jeśli termometr nagle się zepsuje.
Termometry rtęciowe wypierane są przez termometry elektroniczne lub cyfrowe, które działają w oparciu o wbudowany czujnik metalowy. Istnieją również specjalne paski termiczne i termometry na podczerwień.

O ile mechanika w XVIII wieku stała się dojrzałą, dobrze określoną dziedziną nauk przyrodniczych, o tyle nauka o cieple w zasadzie stawiała dopiero pierwsze kroki. Oczywiście nowe podejście do badania zjawisk termicznych pojawiło się już w XVII wieku. Termoskop Galileusza i późniejsze termometry florenckich akademików, Guerickego i Newtona przygotowały grunt, na którym rozwinęła się termometria już w pierwszym ćwierćwieczu nowego stulecia. Termometry Fahrenheita, Delisle'a, Łomonosowa, Reaumura i Celsjusza, różniące się od siebie cechami konstrukcyjnymi, jednocześnie określiły typ termometru z dwoma stałymi punktami, co jest nadal akceptowane do dziś.

Już w 1703 roku paryski akademik Amonton (1663-1705) zaprojektował termometr gazowy, w którym do pomiaru temperatury służyła rurka manometryczna podłączona do zbiornika gazu o stałej objętości. Ciekawe w teoretycznie urządzenie będące prototypem nowoczesnych termometrów wodorowych było niewygodne ze względów praktycznych. Od 1709 roku gdański dmuchacz szkła Fahrenheit (1686-1736) zajmował się produkcją termometrów alkoholowych ze stałymi punktami. W 1714 roku rozpoczął produkcję termometrów rtęciowych. Fahrenheit przyjął temperaturę zamarzania wody na 32°, a temperaturę wrzenia wody na 212°. Za temperaturę Fahrenheita uważano temperaturę zamarzania mieszaniny wody, lodu i amoniaku lub soli kuchennej. Punkt wrzenia wody podał dopiero w 1724 roku w publikacji drukowanej. Nie wiadomo, czy używał go wcześniej.

Francuski zoolog i metalurg Reaumur (1683-1757) zaproponował termometr ze stałym punktem zerowym, dla którego przyjął temperaturę zamarzania wody. Wykorzystując jako ciało termometryczne 80% roztwór alkoholu, a w ostatecznej wersji rtęć, za drugi stały punkt przyjął temperaturę wrzenia wody, oznaczając ją liczbą 80. Reaumur opisywał swój termometr w artykułach publikowanych w czasopiśmie „The Journal of the Journal” Paryska Akademia Nauk w 1730, 1731 gg.

Test termometru Reaumura przeprowadził szwedzki astronom Celsjusza (1701-1744), który opisał swoje doświadczenia w 1742 r. „Doświadczenia te – pisał – „powtarzałem przez dwa lata w sumie miesiące zimowe, przy różnej pogodzie i różnych zmianach stanu barometru i zawsze znajdował dokładnie ten sam punkt na termometrze. Nie tylko umieściłem termometr w topniejącym lodzie, ale także, gdy było bardzo zimno, wrzucałem do ognia śnieg w moim pokoju, aż zaczął się topić. Umieściłem także kocioł z topniejącym śniegiem wraz z termometrem w piecu grzewczym i zawsze stwierdzałem, że termometr pokazywał ten sam punkt, gdyby tylko śnieg owinął ciasno kulkę termometru. Po dokładnym sprawdzeniu stałości temperatury topnienia lodu, Celsjusz zbadał temperaturę wrzenia wody i stwierdził, że zależy ona od ciśnienia. W wyniku badań pojawił się nowy termometr, obecnie znany jako termometr Celsjusza. Celsjusz przyjął temperaturę topnienia lodu jako 100, temperaturę wrzenia wody pod ciśnieniem 25 cali, 3 linie rtęci jako 0. Słynny szwedzki botanik Carl Linnaeus (1707-1788) użył termometru z przestawionymi wartościami punktów stałych . O oznaczało temperaturę topnienia lodu, 100 oznaczało temperaturę wrzenia wody. Zatem współczesna skala Celsjusza jest zasadniczo skalą Linneusza.

W Akademii Nauk w Petersburgu akademik Delisle zaproponował skalę, w której temperaturę topnienia lodu przyjęto na 150, a temperaturę wrzenia wody na 0. Akademik P. S. Pallas w swoich wyprawach w latach 1768–1774. na Uralu i Syberii korzystałem z termometru Deli. M.V. Łomonosow wykorzystał w swoich badaniach zaprojektowany przez siebie termometr ze skalą odwrotną do skali Deli.

Termometry wykorzystywano przede wszystkim do celów meteorologicznych i geofizycznych. Łomonosow, który odkrył istnienie prądów pionowych w atmosferze, badając zależność gęstości warstw atmosfery od temperatury, dostarcza danych, z których można wyznaczyć współczynnik rozszerzalności objętościowej powietrza, który według tych danych wynosi około ]/367. Łomonosow z pasją bronił priorytetu petersburskiego akademika Browna w odkryciu temperatury zamarzania rtęci, który 14 grudnia 1759 r. jako pierwszy zamroził rtęć za pomocą mieszanin chłodzących. Była to najniższa temperatura osiągnięta w tym czasie.

Najwyższe temperatury (bez szacunków ilościowych) uzyskała w 1772 roku komisja Paryskiej Akademii Nauk pod przewodnictwem słynnego chemika Lavoisiera. Wysokie temperatury uzyskano stosując specjalnie wykonaną soczewkę. Soczewkę zbudowano z dwóch wklęsło-wypukłych soczewic, których przestrzeń wypełniono alkoholem. Do soczewki o średnicy 120 cm wlano około 130 litrów alkoholu; jej grubość sięgała w środku 16 cm, dzięki skupieniu promieni słonecznych można było stopić cynk, złoto i spalić diament. Zarówno w eksperymentach Browna-Łomonosowa, gdzie „lodówką” było zimowe powietrze, jak i w eksperymentach Lavoisiera, źródłem wysokich temperatur był naturalny „piec” – Słońce.

Rozwój termometrii był pierwszym naukowym i praktyczne zastosowanie Rozszerzalność cieplna ciał. Naturalnie samo zjawisko rozszerzalności cieplnej zaczęto badać nie tylko jakościowo, ale także ilościowo. Pierwsze dokładne pomiary rozszerzalności cieplnej ciała stałe przeprowadzili Lavoisier i Laplace w 1782 r. Ich metodę opisywano przez długi czas na kursach fizyki, począwszy od kursu Biota w 1819 r., a kończąc na kursie fizyki O. D. Khvolsona w 1923 r.

Pasek badanego ciała umieszczano najpierw w topniejącym lodzie, a następnie we wrzącej wodzie. Dane uzyskano dla różnych rodzajów szkła, stali i żelaza, a także dla różnych rodzajów złota, miedzi, mosiądzu, srebra, cyny i ołowiu. Naukowcy odkryli, że w zależności od metody przygotowania metalu wyniki są różne. Pasek niehartowanej stali zwiększa swoją pierwotną długość o 0,001079 po podgrzaniu o 100°, a pasek stali hartowanej zwiększa się o 0,001239. Dla żelaza kutego uzyskano wartość 0,001220, dla żelaza ciągnionego na okrągło 0,001235. Dane te dają wyobrażenie o dokładności metody.

Tak więc już w pierwszej połowie XVIII wieku stworzono termometry i zaczęto wprowadzać ilościowe pomiary termiczne wysoki stopień dokładność w eksperymentach termofizycznych Laplace'a i Lavoisiera. Jednak podstawowe ilościowe koncepcje termofizyki nie skrystalizowały się natychmiast. W pracach ówczesnych fizyków panowało spore zamieszanie w zakresie takich pojęć, jak „ilość ciepła”, „stopień ciepła”, „stopień ciepła”. Na potrzebę rozróżnienia pojęć temperatury i ilości ciepła zwrócił uwagę już w 1755 roku I. G. Lambert (1728-1777). Jego instrukcje nie spotkały się jednak z uznaniem współczesnych, a rozwój poprawnych koncepcji następował powoli.

Pierwsze podejścia do kalorymetrii zawarte są w pracach petersburskich akademików G.V. Krafta i G.V. Richmana (1711-1753). Artykuł Crafta „Różne eksperymenty z ciepłem i zimnem”, przedstawiony Konferencji Akademii w 1744 r. i opublikowany w 1751 r., porusza problem określenia temperatury mieszaniny dwóch porcji cieczy pobranych o różnych temperaturach. Problem ten był często nazywany w podręcznikach „problemem Richmanna”, chociaż Richmann rozwiązał problem bardziej ogólny i bardziej ogólny trudne zadanie niż Kraft. Kraft podał błędny wzór empiryczny, aby rozwiązać problem.

Zupełnie inne podejście do rozwiązania problemu znajdujemy u Richmana. W opublikowanym w 1750 roku artykule „Rozważania o ilości ciepła, jakie należy uzyskać mieszając ciecze o określonym stopniu ciepła” Richmann stawia problem określenia temperatury mieszaniny kilku (a nie dwóch, jak u Krafta) cieczy i rozwiązuje je w oparciu o zasadę bilans cieplny. „Załóżmy”, mówi Richman, „że masa cieczy jest równa a; ciepło rozprowadzane w tej masie jest równe m; niech druga masa, w której rozłożone jest to samo ciepło m, co w masie a, będzie równa a + b. Następnie powstałe ciepło

jest równe am/(a+b). Tutaj Richmann rozumie temperaturę przez „ciepło”, ale sformułowana przez niego zasada, że ​​„to samo ciepło jest odwrotnie proporcjonalne do mas, w których jest rozprowadzane”, jest czysto kalorymetryczna. „Tak więc” – pisze dalej Richmann – „ciepło masy a równe m i ciepło masy b równe n są równomiernie rozłożone na masie a + b, a ciepło tej masy, tj. mieszanina aib, musi być równa sumie ciepła m + n rozłożonych w masie a + b lub równa (ma + nb) / (a ​​+ b) . Wzór ten pojawiał się w podręcznikach jako „wzór Richmanna”. „Aby uzyskać bardziej ogólny wzór”, kontynuuje Richman, „za pomocą którego można by określić stopień ciepła podczas mieszania 3, 4, 5 itd. mas tej samej cieczy o różnym stopniu ciepła, ja nazwałem te masy a, b, c, d, e itd., a odpowiadające im ciepło to m, n, o, p, q, itd. Dokładnie w ten sam sposób założyłem, że każda z nich jest rozłożona na całość wszystkie masy.” W rezultacie „ciepło po zmieszaniu wszystkich ciepłych mas wynosi:

(am + bп + с + dp + równ.) itd./(a + b + c+d + e) ​​​​itd.

to znaczy suma mas cieczy, w których ciepło poszczególnych mas po zmieszaniu rozkłada się równomiernie, wiąże się z sumą wszystkich produktów każdej masy przez jej ciepło w taki sam sposób, jak jedność ma się do ciepła mieszaniny. ”

Richmann nie opanował jeszcze pojęcia ilości ciepła, ale napisał i logicznie uzasadnił całkowicie poprawny wzór kalorymetryczny. Z łatwością odkrył, że jego wzór lepiej zgadza się z doświadczeniem niż wzór Krafga. Prawidłowo ustalił, że jego „ciepło” nie było „rzeczywistym ciepłem, ale nadmiarem ciepła mieszaniny w porównaniu do zera stopni Fahrenheita”. Wyraźnie zrozumiał, że: 1. „Ciepło mieszaniny rozkłada się nie tylko w samej jej masie, ale także wzdłuż ścian naczynia i samego termometru”. 2. „Ciepło własne termometru i ciepło naczynia rozprowadzane są po całej mieszaninie, wzdłuż ścianek naczynia, w którym znajduje się mieszanina, oraz po całym termometrze.” 3. „Część ciepła mieszaniny w czasie przeprowadzania doświadczenia przechodzi do otaczającego powietrza…”

Richman trafnie sformułował źródła błędów w eksperymentach kalorymetrycznych, wskazał przyczyny rozbieżności wzoru Krafta z eksperymentem, czyli położył podwaliny kalorymetrii, chociaż sam nie zbliżył się jeszcze do pojęcia ilości ciepła. Prace Richmanna kontynuowali szwedzki akademik Johann Wilcke (1732-1796) i szkocki chemik Joseph Black (1728-1799). Obaj naukowcy, opierając się na wzorze Richmanna, uznali za konieczne wprowadzenie do nauki nowych koncepcji. Wilke badając ciepło mieszaniny wody i śniegu w 1772 roku odkrył, że część ciepła zanika, stąd doszedł do koncepcji ciepła utajonego topnienia śniegu i konieczności wprowadzenia nowego pojęcia, które później nazwano „pojemność cieplna”.

Do tego samego wniosku doszedł Black, który nie opublikował swoich wyników. Jego badania opublikowano dopiero w 1803 roku i wtedy okazało się, że Black jako pierwszy wyraźnie rozróżnił pojęcia ilości ciepła i temperatury oraz jako pierwszy wprowadził termin „pojemność cieplna”. Już w latach 1754-1755 Black odkrył nie tylko stałość temperatury topnienia lodu, ale także to, że termometr utrzymuje tę samą temperaturę pomimo napływu ciepła, aż cały lód się stopi. Stąd Black doszedł do koncepcji utajonego ciepła topnienia. Później ustalił koncepcję utajonego ciepła parowania. Tym samym już w latach 70. XVIII w. ustalono podstawowe koncepcje kalorymetryczne. Dopiero prawie sto lat później (w 1852 r.) wprowadzono jednostkę ilości ciepła, która znacznie później otrzymała nazwę „kaloria”. Clausius również mówi po prostu o jednostce ciepła i nie używa terminu „kalorie”.)

W 1777 roku Lavoisier i Laplace, po zbudowaniu kalorymetru lodowego, określili pojemność cieplną właściwą różnych ciał. Podstawową cechę Arystotelesa, ciepło, zaczęto badać w drodze precyzyjnego eksperymentu.

Pojawił się i teorie naukowe ciepło. Jedną z najpowszechniejszych koncepcji (której wyznawał także Black) jest teoria specjalnego płynu termicznego – kalorycznego. Drugi, którego Łomonosow był zagorzałym zwolennikiem, uważał ciepło za rodzaj ruchu „niewrażliwych cząstek”. Pojęcie kaloryczności bardzo dobrze pasowało do opisu faktów kalorymetrycznych: wzór Richmanna i późniejsze wzory uwzględniające ciepło utajone można było doskonale wyjaśnić, dzięki czemu teoria kaloryczności dominowała aż do połowy XIX wieku, kiedy to odkryto Prawo zachowania energii zmusiło fizyków do powrotu do koncepcji, którą Łomonosow z sukcesem rozwinął na kolejne sto lat przed odkryciem tego prawa.

Pogląd, że ciepło jest formą ruchu, był bardzo powszechny w XVII wieku. F. Bacon w New Organon, stosując swoją metodę do badania natury ciepła, dochodzi do wniosku, że „ciepło jest ruchem propagacji, utrudnionym i zachodzącym w małych częściach”. Kartezjusz mówi bardziej szczegółowo i wyraźnie o cieple jako o ruchu małych cząstek. Rozważając naturę ognia, dochodzi do wniosku, że „ciało płomienia... składa się z drobnych cząstek, poruszających się bardzo szybko i gwałtownie oddzielnie od siebie”. Dalej wskazuje, że „tylko ten ruch, w zależności od różnych wywoływanych przez niego działań, nazywany jest ciepłem lub światłem”. Przechodząc do reszty ciał stwierdza, że ​​„drobne cząstki, które nie zatrzymują swego ruchu, występują nie tylko w ogniu, ale także we wszystkich innych ciałach, choć w tych ostatnich ich działanie nie jest tak silne, a ze względu na ich niewielkich rozmiarów, same w sobie nie mogą być zauważone przez żaden z naszych zmysłów.”

Atomizm zdominował fizyczne poglądy naukowców i myślicieli XVII wieku. Hooke, Huygens i Newton wyobrażali sobie, że wszystkie ciała Wszechświata składają się z drobnych cząstek, „niewrażliwych”, jak później krótko je nazwał Łomonosow. Koncepcja ciepła jako formy ruchu tych cząstek wydawała się naukowcom całkiem rozsądna. Ale te poglądy na temat ciepła były charakter jakościowy i powstały na bardzo wątłych podstawach faktycznych. W XVIII wieku wiedza o zjawiskach termicznych stała się dokładniejsza i dokładniejsza; ogromne postępy poczyniła także chemia, w której teoria flogistonu, jeszcze przed odkryciem tlenu, pomogła zrozumieć procesy spalania i utleniania. Wszystko to przyczyniło się do przyswojenia sobie nowego punktu widzenia na ciepło jako substancję szczególną, a pierwsze sukcesy kalorymetrii umocniły pozycję zwolenników kaloryczności. Opracowanie kinetycznej teorii ciepła w tej sytuacji wymagało wielkiej odwagi naukowej.

Kinetyczna teoria ciepła została w naturalny sposób połączona z kinetyczną teorią materii, a przede wszystkim powietrza i pary. Gazy (słowo „gaz” wprowadził Van Helmont; 1577-1644) w zasadzie nie zostały jeszcze odkryte i nawet Lavoisier uważał parę za połączenie wody i ognia. Sam Łomonosow, obserwując rozpuszczanie żelaza w mocnej wódce ( kwas azotowy), uwierzyłem

pęcherzyki azotu uwalniane przez powietrze. Zatem powietrze i para były w czasach Łomonosowa prawie jedynymi gazami - „płynami elastycznymi”, zgodnie z ówczesną terminologią.

D. Bernoulli w swojej „Hydrodynamice” wyobrażał sobie powietrze jako składające się z cząstek poruszających się „niezwykle szybko w różnych kierunkach” i uważał, że cząstki te tworzą „sprężysty płyn”. Bernoulli uzasadnił prawo Boyle’a-Mariotte’a swoim modelem „płynu sprężystego”. Ustalił związek między prędkością ruchu cząstek a nagrzewaniem powietrza i w ten sposób wyjaśnił wzrost sprężystości powietrza po ogrzaniu. Była to pierwsza w historii fizyki próba interpretacji zachowania gazów poprzez ruch cząsteczek, próba niewątpliwie genialna, a Bernoulli przeszedł do historii fizyki jako jeden z twórców kinetycznej teorii gazów.

Sześć lat po opublikowaniu Hydrodynamiki Łomonosow przedstawił Zgromadzeniu Akademickiemu swoją pracę „Refleksje na temat przyczyn ciepła i zimna”. Opublikowano ją dopiero sześć lat później, w 1750 r., wraz z inną, późniejszą pracą: „Doświadczenie z teorii sprężystości powietrza”. Tym samym teoria sprężystości gazów Łomonosowa jest nierozerwalnie związana z jego teorią ciepła i na niej się opiera.

D. Bernoulli dużą uwagę poświęcił także zagadnieniom ciepła, w szczególności zagadnieniu zależności gęstości powietrza od temperatury. Nie ograniczając się do odwoływania się do eksperymentów Amontona, sam próbował doświadczalnie określić zależność sprężystości powietrza od temperatury. „Odkryłem” – pisze Bernoulli – „że elastyczność powietrza, które tutaj, w Petersburgu, było bardzo zimne 25 grudnia 1731 r. art. Art. odnosi się do elastyczności tego samego powietrza, które ma taką samą temperaturę jak wrząca woda i wynosi od 523 do 1000.” Ta wartość Bernoulliego jest wyraźnie błędna, ponieważ zakłada, że ​​​​temperatura zimnego powietrza odpowiada - 78 ° C.

Podobne obliczenia Łomonosowa, wspomniane powyżej, są znacznie dokładniejsze. Ale końcowy wynik Bernoulliego jest bardzo niezwykły: „sprężystości są wyrażone w stosunku złożonym z kwadratu prędkości cząstek i pierwszej potęgi gęstości”, co jest całkowicie zgodne z podstawowym równaniem kinetycznej teorii gazów we współczesnej prezentacja.

Bernoulli w ogóle nie poruszył kwestii natury ciepła, która była kluczowa dla teorii Łomonosowa. Łomonosow wysuwa hipotezę, że ciepło jest formą ruchu niewrażliwych cząstek. Rozważa możliwą naturę tych ruchów: ruch translacyjny, obrotowy i oscylacyjny – i stwierdza, że ​​„ciepło polega na wewnętrznym ruchu obrotowym związanej materii”.

Przyjmując jako wstępną przesłankę hipotezę ruchu obrotowego cząsteczek jako przyczyny ciepła, Łomonosow wyprowadza z tego szereg konsekwencji: 1) cząsteczki (cząsteczki) mają kształt kulisty; 2) „...przy szybszym obrocie cząstek materii związanej ciepło powinno rosnąć, a przy wolniejszym obrocie powinno maleć; 3) cząstki ciał gorących obracają się szybciej, cząstki ciał zimnych wolniej; 4) ciała gorące muszą się ochładzać w kontakcie z zimnymi, gdyż spowalnia to kaloryczny ruch cząstek; wręcz przeciwnie, zimne ciała muszą się nagrzewać z powodu przyspieszenia ruchu w wyniku kontaktu. Zatem obserwowane w przyrodzie przejście ciepła z ciała gorącego do zimnego jest potwierdzeniem hipotezy Łomonosowa.

Bardzo znaczący jest fakt, że Łomonosow jako jedną z głównych konsekwencji wymienił wymianę ciepła, co według niektórych autorów stanowi podstawę do zaklasyfikowania Łomonosowa jako odkrywcy drugiej zasady termodynamiki. Jest jednak mało prawdopodobne, aby powyższe stwierdzenie można było uznać za pierwotne sformułowanie drugiego prawa, jednak cała praca jako całość stanowi niewątpliwie pierwszy szkic termodynamiki. W ten sposób Łomonosow wyjaśnia w nim powstawanie ciepła podczas tarcia, co posłużyło za podstawę eksperymentalną pierwszego prawa w klasycznych eksperymentach Joule'a. Łomonosow dalej, poruszając kwestię przejścia ciepła z ciała gorącego do zimnego, odnosi się do następującego stanowiska: „Ciało A, działając na ciało B, nie może nadać temu drugiemu większej prędkości ruchu niż samo .” Stanowisko to stanowi szczególny przypadek „powszechnego prawa zachowania”. Na tej podstawie dowodzi, że zimne ciało B zanurzone w ciepłej cieczy A „oczywiście nie może odbierać większego stopnia ciepła niż ciało A”.

Łomonosow odkłada kwestię rozszerzalności cieplnej „na inny czas”, dopóki nie rozważy elastyczności powietrza. Jego prace termodynamiczne sąsiadują zatem bezpośrednio z jego późniejszymi pracami nad sprężystością gazów. Jednakże mówiąc o swoim zamiarze odłożenia rozważań na temat rozszerzalności cieplnej „na inny czas”, Łomonosow tutaj również wskazuje, że skoro nie ma górnej granicy prędkości cząstek (teoria względności jeszcze nie istnieje!), to nie ma nie ma górnej granicy temperatury. Ale „z konieczności musi nastąpić największy i ostateczny stopień zimna, który musi polegać na całkowitym ustaniu ruch obrotowy cząstki.” Łomonosow stwierdza zatem istnienie „ostatniego stopnia zimna” – zera absolutnego.

Podsumowując, Łomonosow krytykuje teorię kaloryczną, którą uważa za powrót do starożytnej idei ognia elementarnego. Analizując różne zjawiska fizyczne i chemiczne, związane z wydzielaniem i pochłanianiem ciepła, Łomonosow dochodzi do wniosku, że „ciepła ciał nie można przypisać kondensacji jakiejś cienkiej, specjalnie przeznaczonej materii, lecz ciepło to polega na wewnętrznym ruchu obrotowym ciał połączona materia rozgrzanych ciał.” Przez materię „związaną” Łomonosow rozumie materię cząstek ciał, odróżniając ją od materii „płynącej”, która może przepływać „jak rzeka” przez pory ciała.

Jednocześnie Łomonosow włączył eter światowy do swojego układu termodynamicznego, znacznie wyprzedzając nie tylko swoje czasy, ale także XIX wiek. „W ten sposób – kontynuuje Łomonosow – nie tylko mówimy, że taki ruch i ciepło są charakterystyczne także dla tej najsubtelniejszej materii eteru, która wypełnia wszystkie przestrzenie nie zawierające ciał wrażliwych, ale także twierdzimy, że materia eteru może przekazują kaloryczny ruch otrzymany od Słońca naszej ziemi i reszcie ciał świata i ogrzewają je, będąc ośrodkiem, za pośrednictwem którego ciała odległe od siebie przekazują ciepło bez pośrednictwa czegokolwiek namacalnego.

Tak więc Łomonosow, na długo przed Boltzmannem, Golicynem i Wiedniem, włączył promieniowanie cieplne do termodynamiki. Termodynamika Łomonosowa jest niezwykłym osiągnięciem myśl naukowa XVIII wiek, znacznie wyprzedzając swoją epokę.

Powstaje pytanie: dlaczego Łomonosow odmówił uwzględnienia termicznego ruchu translacyjnego cząstek i zdecydował się na ruch obrotowy? Założenie to znacznie osłabiło jego pracę, a teoria D. Bernoulliego była znacznie bliższa późniejszym badaniom Clausiusa i Maxwella niż teoria Łomonosowa. Łomonosow miał w tej sprawie bardzo głębokie przemyślenia. Musiał wyjaśnić tak sprzeczne rzeczy, jak spójność i elastyczność, spójność cząstek ciała i zdolność ciał do rozszerzania się. Łomonosow był zagorzałym przeciwnikiem sił dalekiego zasięgu i nie mógł się do nich odwołać, rozważając struktura molekularna tel. Nie chciał też sprowadzać wyjaśnienia sprężystości gazów do sprężystych uderzeń cząstek, czyli wyjaśniać sprężystość sprężystością. Szukał mechanizmu, który w najbardziej naturalny sposób wyjaśniałby zarówno elastyczność, jak i rozszerzalność cieplną. W swojej pracy „Doświadczenie z teorii sprężystości powietrza” odrzuca hipotezę o sprężystości samych cząstek, które według Łomonosowa „pozbawione są jakiegokolwiek składu fizycznego i zorganizowanej struktury...” i są atomami. Dlatego właściwość sprężystości nie wykazują pojedyncze cząstki, które nie mają żadnej fizycznej złożoności i zorganizowanej struktury, ale jest wytwarzana przez ich zbiór. Zatem elastyczność gazu (powietrza) według Łomonosowa jest „właściwością zbiorowości atomów”. Same atomy, według Łomonosowa, „muszą być solidne i mieć rozciągłość”, a ich kształt uważa za „bardzo zbliżony” do kulistego. Zjawisko ciepła powstające w wyniku tarcia zmusza go do przyjęcia hipotezy, że „atomy powietrza są szorstkie”. Fakt, że elastyczność powietrza jest proporcjonalna do gęstości, prowadzi Łomonosowa do wniosku, że „pochodzi ona z jakiegoś bezpośredniego oddziaływania jego atomów”. Ale atomy, zdaniem Łomonosowa, nie mogą działać na odległość, ale działają tylko w kontakcie. Ściśliwość powietrza świadczy o obecności w nim pustych przestrzeni, które uniemożliwiają wzajemne oddziaływanie atomów. Stąd Łomonosow dochodzi do dynamicznego obrazu, w którym interakcję atomów zastępuje się w czasie tworzeniem się pustej przestrzeni między nimi, a przestrzenną separację atomów zastępuje kontakt. „Jest zatem oczywiste, że poszczególne atomy powietrza w nieuporządkowanej kolejności zderzają się z najbliższymi w niewrażliwych odstępach czasu, a gdy jedne się stykają, inne odbijają się od siebie i zderzają z najbliższymi, aby ponownie się odbić; W ten sposób nieustannie odpychane od siebie przez częste wzajemne wstrząsy, mają tendencję do rozprzestrzeniania się we wszystkich kierunkach. Łomonosow widzi elastyczność tego rozproszenia we wszystkich kierunkach. „Siła sprężystości polega na tendencji powietrza do rozprzestrzeniania się we wszystkich kierunkach”.

Konieczne jest jednak wyjaśnienie, dlaczego atomy odbijają się od siebie podczas oddziaływania. Według Łomonosowa przyczyną tego jest ruch termiczny: „Oddziaływanie atomów powietrza jest spowodowane wyłącznie ciepłem”. A ponieważ ciepło polega na ruchu obrotowym cząstek, aby wyjaśnić ich odpychanie, wystarczy rozważyć, co się dzieje, gdy zetkną się dwie wirujące, kuliste, szorstkie cząstki. Łomonosow pokazuje, że będą się od siebie odpychać, i ilustruje to znanym mu z dzieciństwa przykładem odbicia szczytów („po piętach”), które chłopcy rzucają na lód. Kiedy takie bączki stykają się ze sobą, odbijają się od siebie na znaczne odległości. Zatem według Łomonosowa sprężyste zderzenia atomów są spowodowane oddziaływaniem ich momentów obrotowych. Dlatego potrzebował hipotezy o termicznym ruchu rotacyjnym cząstek! W ten sposób Łomonosow całkowicie uzasadnił model sprężystego gazu składającego się z chaotycznie poruszających się i zderzających cząstek.

Model ten pozwolił Łomonosowowi nie tylko wyjaśnić prawo Boyle'a-Mariotte'a, ale także przewidzieć odchylenia od niego przy dużych ściskaniach. Wyjaśnienia prawa i odstępstw od niego udzielił Łomonosow w swojej pracy „Dodatek do refleksji na temat sprężystości powietrza”, opublikowanej w tym samym tomie „Nowych komentarzy” Akademii Nauk w Petersburgu, w którym znalazły się dwa poprzednie ukazały się prace. W pracach Łomonosowa pojawiają się także błędne stwierdzenia, które można w pełni wytłumaczyć poziomem ówczesnej wiedzy. Ale nie one przesądzają o znaczeniu pracy naukowca. Nie sposób nie podziwiać odwagi i głębi myśli naukowej Łomonosowa, który w początkach nauki o cieple stworzył potężną koncepcję teoretyczną, która znacznie wyprzedzała swoją epokę. Współcześni nie poszli drogą Łomonosowa; w teorii ciepła, jak powiedziano, królowało kaloryczne myślenie; fizyczne myślenie XVIII wieku wymagało różnych substancji: termicznych, świetlnych, elektrycznych, magnetycznych. Zwykle postrzega się to jako metafizyczny charakter myślenia przyrodników XVIII wieku i po części jego reakcyjny charakter. Ale dlaczego tak się stało? Wydaje się, że przyczyną tego jest postęp nauk ścisłych. W XVIII wieku nauczył się mierzyć ciepło, światło, elektryczność, magnetyzm. Znaleziono miary dla wszystkich tych czynników, tak jak dawno temu znaleziono je dla zwykłych mas i objętości. Fakt ten przybliżył środki nieważkie do zwykłych mas i cieczy i zmusił do uznania ich za analogię zwykłych cieczy. Pojęcie „nieważkości” było niezbędnym etapem w rozwoju fizyki, umożliwiło głębsze wniknięcie w świat termiczny, elektryczny i zjawiska magnetyczne. Przyczyniła się do rozwoju precyzyjnych eksperymentów, kumulacji licznych faktów i ich pierwotnej interpretacji.

Skale temperatur. Istnieje kilka stopniowanych skal temperatur, a za punkty odniesienia przyjmuje się zwykle temperaturę zamarzania i wrzenia wody. Obecnie najpopularniejszą skalą na świecie jest skala Celsjusza. W 1742 roku szwedzki astronom Anders Celsjusza zaproponował 100-stopniową skalę termometru, w której 0 stopni to temperatura wrzenia wody pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym, a 100 stopni to temperatura topnienia lodu. Podział skali wynosi 1/100 tej różnicy. Kiedy zaczęto używać termometrów, wygodniejsza okazała się zamiana 0 i 100 stopni. Być może brał w tym udział Carl Linnaeus (wykładał medycynę i nauki przyrodnicze na tym samym uniwersytecie w Uppsali, gdzie Celsjusza wykładał astronomię), który już w 1838 roku proponował przyjąć temperaturę topnienia lodu jako temperaturę 0, ale najwyraźniej nie pomyślał o drugim punkcie odniesienia . Do tej pory skala Celsjusza nieco się zmieniła: 0°C nadal przyjmuje się jako temperaturę topnienia lodu pod normalnym ciśnieniem, która nie jest zbytnio zależna od ciśnienia. Ale temperatura wrzenia wody pod ciśnieniem atmosferycznym wynosi obecnie 99 975°C, co nie wpływa na dokładność pomiaru prawie wszystkich termometrów, z wyjątkiem specjalnych termometrów precyzyjnych. Znane są także skale temperatur Fahrenheita Kelvina Reaumura i innych. Skala temperatur Fahrenheita (w drugiej wersji przyjętej od 1714 r.) ma trzy stałe punkty: 0° odpowiadało temperaturze mieszaniny wody lodowej i amoniaku 96° – ciała. temperatura zdrowej osoby (pod pachą lub w ustach). Za temperaturę odniesienia do porównywania różnych termometrów przyjęto 32°C dla temperatury topnienia lodu. Skala Fahrenheita jest szeroko stosowana w krajach anglojęzycznych, ale prawie nigdy nie jest używana literatura naukowa. Aby przeliczyć temperaturę Celsjusza (°C) na temperaturę Fahrenheita (°F), należy skorzystać ze wzoru °F = (9/5)°C + 32, a w przypadku odwrotnej konwersji można skorzystać ze wzoru °C = (5/9)(° F-32) ). Obie skale – zarówno Fahrenheita, jak i Celsjusza – są bardzo niewygodne podczas prowadzenia eksperymentów w warunkach, gdy temperatura spada poniżej punktu zamarzania wody i wyraża się liczba ujemna. Dla takich przypadków wprowadzono bezwzględne skale temperatury, które opierają się na ekstrapolacji do tzw. zera absolutnego – punktu, w którym ruch cząsteczek powinien się zatrzymać. Jedna z nich nazywa się skalą Rankine’a, a druga jest absolutną skalą termodynamiczną; temperatury mierzone są w stopniach Rankine’a (°Ra) i kelwinach (K). Obie skale zaczynają się od temperatury zera absolutnego, a temperatura zamarzania wody odpowiada 491,7° R i 273,16 K. Liczba stopni i kelwinów pomiędzy temperaturami zamarzania i wrzenia wody w skali Celsjusza i absolutnej skali termodynamicznej jest taka sama i równe 100; dla skali Fahrenheita i Rankine’a jest ona również taka sama, ale równa 180. Stopnie Celsjusza przelicza się na kelwiny przy użyciu wzoru K = °C + 273 16, a stopnie Fahrenheita przelicza się na stopnie Rankine’a przy użyciu wzoru °R = °F + 459 7. Od dawna powszechna w Europie skala Reaumur wprowadzona w 1730 roku przez Rene Antoine de Reaumur. Nie jest ona zbudowana arbitralnie jak skala Fahrenheita, ale zgodnie z rozszerzalnością cieplną alkoholu (w stosunku 1000:1080). 1 stopień Reaumur jest równy 1/80 przedziału temperatur pomiędzy punktami topnienia lodu (0°R) i wrzącej wody (80°R), tj. 1°R = 1,25°C 1°C = 0,8°R. ale obecnie wyszło z użycia.

ABSOLUTNA SKALA TEMPERATURY.

1. Temperatura jest miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek, charakteryzującą się
stopień nagrzania ciał.

2. Urządzenie do pomiaru temperatury - termometr .

3. Zasada działania termometr:
Podczas pomiaru temperatury zależność zmian dowolnego parametru makroskopowego (objętość, ciśnienie, opór elektryczny itp.) substancji w zależności od temperatury.
W termometrach cieczowych jest to zmiana objętości cieczy.
Kiedy dwa media stykają się, energia jest przekazywana z bardziej nagrzanego środowiska do mniej nagrzanego.
Podczas pomiaru temperatura ciała i termometr osiągają stan równowagi termicznej.

Termometry.
W praktyce często stosuje się termometry cieczowe: rtęciowe (w zakresie od -35 C do +750 C) i alkoholowe (od -80 C do +70 C).
Wykorzystują właściwości cieczy do zmiany jej objętości pod wpływem zmiany temperatury.
Jednak każda ciecz ma swoją własną charakterystykę zmiany objętości (rozszerzania) w różnych temperaturach.
W wyniku porównania np. wskazań termometrów rtęciowych i alkoholowych dokładne dopasowanie będzie tylko w dwóch punktach (w temperaturach 0 C i 100 C).
Tych wad nie matermometry gazowe .
Pierwszy termometr gazowy stworzyli Francuzi. fizyk J. Charles.

Kiedy zetkną się dwa ciała o różnych temperaturach, energia wewnętrzna zostaje przekazana z ciała bardziej nagrzanego do ciała mniej ogrzanego, a temperatury obu ciał wyrównują się.
Zachodzi stan równowagi termicznej, w którym wszystkie makroparametry (objętość, ciśnienie, temperatura) obu ciał pozostają niezmienione w stałych warunkach zewnętrznych.
4. Równowaga termiczna to stan, w którym wszystkie parametry makroskopowe pozostają niezmienione przez nieokreślony czas.

5. Stan równowagi termicznej układu ciał charakteryzuje się temperaturą: wszystkie ciała układu będące ze sobą w równowadze termicznej mają tę samą temperaturę.

gdzie k jest stałą Boltzmanna

Zależność ta umożliwia wprowadzenie nowego skala temperatury– bezwzględna skala temperatury, niezależna od substancji użytej do pomiaru temperatury.

6.Skala temperatury bezwzględnej - Wprowadzenie języka angielskiego fizyk W. Kelvin
- brak ujemnych temperatur

Jednostka temperatury bezwzględnej w układzie SI: [T] = 1K (Kelwin)
Temperatura zerowa skali absolutnej to zero absolutne (0K = -273 C), najbardziej niska temperatura w naturze. ZERO BEZWZGLĘDNE to ekstremalnie niska temperatura, w której zatrzymuje się ruch termiczny cząsteczek.

Związek między skalą bezwzględną a skalą Celsjusza

We wzorach temperatura bezwzględna jest oznaczona literą „T”, a temperatura w skali Celsjusza literą „t”.

Historia wynalazku termometr

Za wynalazcę termometru uważa się : w jego własnych pismach nie ma opisu tego urządzenia, ale jego uczniowie, Nelly i , zeznał, że już w zrobił coś w rodzaju termobaroskopu ( ). Galileusz studiował w tym czasie dzieło , który opisał już podobne urządzenie, ale nie do pomiaru stopni ciepła, ale do podnoszenia wody przez ogrzewanie. Termoskop był małą szklaną kulką z przylutowaną do niej szklaną rurką. Kulę lekko podgrzano i koniec rurki opuszczono do naczynia z wodą. Po pewnym czasie powietrze w kuli ostygło, jego ciśnienie spadło, a woda pod wpływem ciśnienia atmosferycznego podniosła się w rurze do określonej wysokości. Następnie, wraz z ociepleniem, ciśnienie powietrza w kuli wzrosło, a poziom wody w rurce spadł w miarę ochładzania, ale woda w niej wzrosła. Za pomocą termoskopu można było ocenić jedynie zmianę stopnia nagrzania ciała: nie pokazywał on liczbowych wartości temperatury, gdyż nie miał skali. Ponadto poziom wody w rurze zależał nie tylko od temperatury, ale także od ciśnienia atmosferycznego. W 1657 roku florenccy naukowcy ulepszyli termoskop Galileusza. Wyposażyli urządzenie w skalę kulkową i wypompowali powietrze ze zbiornika (kulki) i rurki. Umożliwiło to nie tylko jakościowe, ale także ilościowe porównanie temperatur ciała. Następnie zmieniono termoskop: odwrócono go do góry nogami i zamiast wody do rurki wlano alkohol i usunięto naczynie. Działanie tego urządzenia opierało się na rozszerzaniu się ciał; jako „stałe” punkty przyjęto temperatury najgorętszego lata i najzimniejsze. zimowy dzień. Wynalazek termometru przypisuje się także Lordowi , , Sanctorius, Scarpi, Cornelius Drebbel ( ), Porte i Salomon de Caus, którzy pisali później i częściowo mieli osobiste kontakty z Galileuszem. Wszystkie te termometry były termometrami powietrznymi i składały się z naczynia z rurką zawierającą powietrze oddzielone od atmosfery słupem wody; zmieniały swoje odczyty zarówno pod wpływem zmian temperatury, jak i zmian ciśnienia atmosferycznego.

Termometry cieczowe zostały po raz pierwszy opisane w r d. „Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento”, gdzie mówi się o nich jako o przedmiotach od dawna wytwarzanych przez wykwalifikowanych rzemieślników, zwanych „Confia”, którzy podgrzewają szkło w ogniu dmuchanej lampy i stwórz z niego niesamowite i bardzo delikatne produkty. Początkowo termometry te były wypełnione wodą, a gdy zamarzły, pękały; alkohol winny zaczęto w tym celu wykorzystywać już w 1654 roku według pomysłu wielkiego księcia Toskanii . Termometry florenckie są nie tylko przedstawione w Saggi, ale do dziś zachowały się w kilku egzemplarzach w Muzeum Galilejskim we Florencji; szczegółowo opisano ich przygotowanie.

Najpierw mistrz musiał wykonać podziały na rurze, biorąc pod uwagę jej względne rozmiary i wymiary kuli: podziały nałożono roztopioną emalią na rurę nagrzaną w lampie, co dziesiąty był oznaczony białą kropką, a pozostali na czarno. Zwykle robili 50 podziałek w taki sposób, aby po stopieniu śniegu zawartość alkoholu nie spadła poniżej 10, a w słońcu nie wzeszła powyżej 40. Dobrzy rzemieślnicy wykonali takie termometry z takim sukcesem, że wszystkie pokazywały tę samą wartość temperatury pod temperaturą. tych samych warunkach, ale tak nie było, można było osiągnąć, dzieląc rurę na 100 lub 300 części w celu uzyskania większej dokładności. Termometry napełniano poprzez podgrzanie kulki i zanurzenie końca rurki w alkoholu; napełnianie odbywało się za pomocą szklanego lejka z cienką końcówką, która swobodnie mieściła się w dość szerokiej rurce. Po dostosowaniu ilości płynu otwór tubki zaklejano lakiem zwanym „uszczelniaczem”. Z tego jasno wynika, że ​​termometry te były duże i można je było wykorzystać do określenia temperatury powietrza, ale nadal były niewygodne w przypadku innych, bardziej zróżnicowanych eksperymentów, a stopnie różnych termometrów nie były ze sobą porównywalne.

W G. ( ) W ulepszył termometr powietrza, mierząc nie rozszerzanie, ale wzrost elastyczności powietrza doprowadzonego do tej samej objętości w różnych temperaturach poprzez dodanie rtęci do otwartego kolanka; ciśnienie barometryczne i jego zmiany zostały uwzględnione. Zerom takiej skali miał być „ten znaczny stopień chłodu”, przy którym powietrze traci całą swoją elastyczność (czyli współczesne ), a drugim stałym punktem jest temperatura wrzenia wody. Amonton nie wiedział jeszcze, jaki wpływ ciśnienie atmosferyczne ma na temperaturę wrzenia, a powietrze w jego termometrze nie było wolne od gazów wodnych; dlatego z jego danych wynika, że ​​zero absolutne uzyskuje się przy -239,5° Celsjusza. Inny termometr powietrzny Amontona, wykonany bardzo niedoskonało, był niezależny od zmian ciśnienia atmosferycznego: był to barometr syfonowy, którego otwarte kolanko było wysunięte do góry, wypełnione od dołu mocnym roztworem potażu, od góry olejem i zakończone w szczelnym zbiorniku z powietrzem.

Nowoczesny kształt dodany do termometru i opisał swój sposób przyrządzania w 1723 r. Początkowo także napełniał swoje fajki alkoholem, dopiero ostatecznie przeszedł na rtęć. Zero swojej skali ustalił na temperaturę mieszaniny śniegu z amoniakiem lub solą kuchenną, na temperaturę „początku zamarzania wody” wskazywał 32°, a temperaturę ciała zdrowego człowieka w jamie ustnej lub pod pachą wynosił 96°. Następnie odkrył, że woda wrze w temperaturze 212°C i temperatura ta jest zawsze taka sama w tych samych warunkach . Zachowane przykłady termometrów Fahrenheita wyróżniają się starannym wykonaniem.

Szwedzki astronom, geolog i meteorolog ostatecznie ustalił zarówno punkty stałe, topniejący lód, jak i wrzącą wodę. w 1742 r. Początkowo jednak ustalił 0° w temperaturze wrzenia i 100° w temperaturze zamarzania. W swojej pracy Celsjusz” „opowiadał o swoich eksperymentach, które wykazały, że temperatura topnienia lodu (100°) nie zależy od ciśnienia. Z zadziwiającą precyzją określił także, jak zmienia się temperatura wrzenia wody w zależności od: . Zasugerował, aby zaznaczyć 0 ( woda) można skalibrować, wiedząc, na jakim poziomie względem morza znajduje się termometr.

Później, po śmierci Celsjusza, jego współcześni i rodacy byli botanikami a astronom Morten Stremer zastosował tę skalę w odwróceniu (zaczęli przyjmować temperaturę topnienia lodu jako 0°, a temperaturę wrzenia wody jako 100°). W tej formie Okazało się to bardzo wygodne, stało się powszechne i jest używane do dziś.

Według niektórych źródeł sam Celsjusza za radą Stremera wywrócił swoją skalę do góry nogami. Według innych źródeł skalę przestawił Karol Linneusz w 1745 roku. I według trzeciego skalę wywrócił do góry nogami następca Celsjusza M. Stremer, a w XVIII wieku taki termometr był szeroko rozpowszechniony pod nazwą „termometr szwedzki”, a w samej Szwecji – pod nazwą Stremer, ale słynny szwedzki chemik Johann Jacob w swoim dziele „Podręczniki chemii” błędnie nazwał skalę M. Stremera skalą Celsjusza i od tego czasu skala Celsjusza zaczęła nosić imię Andersa Celsjusza.

Fabryka w 1736 r., choć doprowadziły do ​​ustalenia skali 80°, były raczej krokiem wstecz w stosunku do tego, co zrobił już Fahrenheit: termometr Reaumura był ogromny, niewygodny w użyciu, a sposób jego dzielenia na stopnie był niedokładny i niewygodny.

Po Fahrenheita i Reaumurze produkcja termometrów wpadła w ręce rzemieślników, ponieważ termometry stały się przedmiotem handlu.

W 1848 roku angielski fizyk (Lord Kelvin) udowodnił możliwość stworzenia bezwzględnej skali temperatury, której zero nie zależy od właściwości wody ani substancji wypełniającej termometr. Punkt wyjścia w „ „służyło znaczeniu : −273,15° C. W tej temperaturze zatrzymuje się ruch termiczny cząsteczek. W rezultacie dalsze chłodzenie ciał staje się niemożliwe.

Termometry cieczowe

Termometry cieczowe działają na zasadzie zmiany objętości cieczy wlewanej do termometru (zazwyczaj Lub ), gdy zmienia się temperatura otoczenia.

W związku z zakazem stosowania rtęci w wielu obszarach działalności poszukuje się alternatywnych wypełnień do termometrów domowych. Na przykład takim zamiennikiem może być stop .

Informacje na temat usuwania rozlanej rtęci z pękniętego termometru można znaleźć w artykule

Termometry mechaniczne

Ten typ termometru działa na tej samej zasadzie, co termometry elektroniczne, z tą różnicą, że czujnik zwykle działa spirala lub .

Termometry elektryczne

Zasada działania termometrów elektrycznych opiera się na zmianie kontakt różnica potencjałów w zależności od temperatury). Najbardziej dokładne i stabilne w czasie są na bazie drutu platynowego lub powłoki platynowej na ceramice.

Termometry optyczne

Termometry optyczne umożliwiają rejestrację temperatury poprzez jej zmianę

Termometry na podczerwień

Termometr na podczerwień umożliwia pomiar temperatury bez bezpośredniego kontaktu z człowiekiem. W niektórych krajach od dawna istnieje tendencja do rezygnacji z termometrów rtęciowych na rzecz termometrów na podczerwień, nie tylko w placówkach medycznych, ale także na poziomie gospodarstw domowych.

Termometry techniczne

Termometry techniczne są stosowane w przedsiębiorstwach w rolnictwo, przemysł petrochemiczny, chemiczny, wydobywczy i metalurgiczny, budowa maszyn, mieszkalnictwo i usługi komunalne, transport, budownictwo, medycyna, jednym słowem, we wszystkich dziedzinach życia.

Wyróżniamy następujące typy termometrów technicznych:

techniczne termometry cieczowe TTZh-M;

termometry bimetaliczne TB, TBT, TBI;

termometry rolnicze TS-7-M1;

termometry maksymalne SP-83 M;

termometry niskiego stopnia do komór specjalnych SP-100;

specjalne termometry odporne na wibracje SP-V;

termometry rtęciowe, styki elektryczne TPK;

termometry laboratoryjne TLS;

termometry do produktów naftowych TN;

termometry do badania produktów naftowych TIN1, TIN2, TIN3, TIN4.

Teraz potrzebujemy tylko śniegu, kubka, termometru i odrobiny cierpliwości. Przynieśmy z mrozu kubek śniegu, postawmy go w ciepłym, ale nie gorącym miejscu, zanurzmy termometr w śniegu i obserwujmy temperaturę. Początkowo słup rtęci będzie pełzał w górę stosunkowo szybko. Śnieg pozostaje suchy. Po osiągnięciu zera kolumna rtęci zatrzyma się. Od tego momentu śnieg zaczyna się topić. Na dnie filiżanki pojawia się woda, a termometr nadal wskazuje zero. Ciągłe mieszanie śniegu nie jest trudne, aby upewnić się, że dopóki cały się nie stopi, rtęć się nie poruszy.

Co powoduje zatrzymanie temperatury i właśnie w momencie, gdy śnieg zamienia się w wodę? Ciepło dostarczane do kubka jest w całości wykorzystywane na niszczenie kryształów płatków śniegu. A gdy tylko ostatni kryształ się zapadnie, temperatura wody zacznie rosnąć.

To samo zjawisko można zaobserwować podczas topienia dowolnego innego substancje krystaliczne. Wszystkie wymagają pewnej ilości ciepła, aby przejść ze stanu stałego w ciecz. Ilość ta, dość specyficzna dla każdej substancji, nazywana jest ciepłem topnienia.

Ciepło topnienia dla różne substancje różny. I właśnie tutaj, gdy zaczynamy porównywać specyficzne ciepło topnienia różnych substancji, woda ponownie wyróżnia się wśród nich. Podobnie jak ciepło właściwe, ciepło właściwe topnienia lodu jest znacznie większe niż ciepło topnienia jakiejkolwiek innej substancji.

Aby stopić jeden gram benzenu, potrzeba 30 kalorii, ciepło topnienia cyny wynosi 13 kalorii, ołowiu – około 6 kalorii, cynku – 28, miedzi – 42 kalorii. A zamiana lodu w wodę w temperaturze zero stopni wymaga 80 kalorii! Ta ilość ciepła wystarczy, aby podnieść temperaturę jednego grama ciekłej wody z 20 stopni do wrzenia. Tylko jeden metal, aluminium, ma ciepło topnienia wyższe niż ciepło topnienia lodu.

Zatem woda o temperaturze zerowej różni się od lodu o tej samej temperaturze tym, że każdy gram wody zawiera o 80 kalorii więcej ciepła niż gram lodu.

Teraz, gdy wiemy, jak wysokie jest ciepło topnienia lodu, widzimy, że nie mamy powodu czasami narzekać, że lód topi się „zbyt szybko”. Gdyby lód miał takie samo ciepło topnienia jak większość innych ciał, topiłby się kilka razy szybciej.

W życiu naszej planety topnienie śniegu i lodu ma absolutnie wyjątkowe znaczenie. Należy pamiętać, że sama pokrywa lodowa zajmuje ponad trzy procent powierzchni całej Ziemi, czyli 11 procent całego lądu. W okolicy biegun południowy leży ogromny kontynent Antarktyda, większy niż Europa i Australia razem wzięte, pokryty ciągłą warstwą lodu. Króluje ponad miliony kilometrów kwadratowych ziemi wieczna zmarzlina. Same lodowce i wieczna zmarzlina stanowią jedną piątą masy lądu. Do tego musimy dodać powierzchnię zawartą w czas zimowyśnieg. A wtedy możemy powiedzieć, że od jednej czwartej do jednej trzeciej ziemi jest zawsze pokryta lodem i śniegiem. Przez kilka miesięcy w roku obszar ten przekracza połowę całego lądu.

Oczywiste jest, że ogromne masy zamarzniętej wody nie mogą nie wpłynąć na klimat Ziemi. Cóż za kolosalna ilość ciepła słonecznego zużywana na roztopienie jednej pokrywy śnieżnej na wiosnę! Przecież średnio osiąga około 60 centymetrów grubości, a na każdy gram trzeba wydać 80 kalorii. Ale słońce jest tak potężnym źródłem energii, że na naszych szerokościach geograficznych czasami radzi sobie z tą pracą w ciągu kilku dni. I trudno sobie wyobrazić, jaka powódź by nas czekała, gdyby lód miał na przykład takie samo ciepło topnienia jak ołów. Cały śnieg mógłby stopić się w ciągu jednego dnia lub nawet kilku godzin, a wtedy rzeki wezbrane do niezwykłych rozmiarów zmyły z powierzchni ziemi zarówno najżyźniejszą warstwę gleby, jak i rośliny, sprowadzając niewypowiedziane katastrofy na całe życie na Ziemi.

Lód podczas topienia pochłania ogromną ilość ciepła. Tę samą ilość ciepła wydziela woda, gdy zamarza. Gdyby woda miała małe ciepło topnienia, to nasze rzeki, jeziora i morza prawdopodobnie zamarzłyby już po pierwszych przymrozkach.

Tak więc, oprócz dużej pojemności cieplnej wody, dodano jeszcze jedną niezwykłą cechę - wysokie ciepło topnienia.