Хтось винайшов ртутний. Термометр – прилад для вимірювання температури повітря. Види температурних шкал

Він влаштував щось на зразок термобароскопа (термоскоп). Галілей вивчав у цей час Герона Олександрійського, у якого вже описано подібний пристрій, але не для вимірювання ступенів тепла, а для підняття води за допомогою нагрівання. Термоскоп являв собою невелику скляну кульку з припаяною до неї скляною трубкою. Кульку трохи нагрівали і кінець трубки опускали в посудину з водою. Через деякий час повітря в кульці охолоджувалося, його тиск зменшувався і вода під дією атмосферного тиску піднімалася в трубці на деяку висоту. Надалі при потеплінні тиск повітря в кульці збільшувався і рівень води в трубці знижувався при охолодженні ж вода в ній піднімалася. За допомогою термоскопа можна було судити лише про зміну ступеня нагрітості тіла: числових значень температури він не показував, оскільки не мав шкали. Крім того, рівень води у трубці залежав не тільки від температури, а й від атмосферного тиску. У 1657 р. термоскоп Галілея був удосконалений флорентійськими вченими. Вони забезпечили прилад шкалою з намистин і відкачали повітря з резервуара (кульки) та трубки. Це дозволило як якісно, а й кількісно порівнювати температури тіл. Згодом термоскоп було змінено: його перевернуло кулькою вниз, а в трубку замість води налили спирт і видалили посудину. Дія цього приладу ґрунтувалася на розширенні заходів, як «постійні» точки брали температури найспекотнішого літнього і найхолоднішого зимового дня. Винахід термометра також приписують лорду Бекону, Роберт Фладду, Санкторіусу, Скарпі, Корнелію Дреббелю ( Cornelius Drebbel), Порте і Саломону де Каус, які писали пізніше і частиною мали особисті стосунки з Галілеєм. Всі ці термометри були повітряні і складалися з посудини з трубкою, що містить повітря, відокремлене від атмосфери стовпчиком води, вони змінювали свої показання і зміни температури, і зміни атмосферного тиску.

Ртутний медичний термометр

Термометри з рідиною описані вперше в м. «Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento», де про них говориться як про предмети, які давно виготовляють майстерні ремісники, яких називають «Confia», що розігрівають скло на вогні, що роздмухується, і виготовляють з нього дивовижні та дуже ніжні вироби. Спочатку ці термометри наповнювали водою, і вони лопалися, коли вона замерзала; вживати при цьому винний спирт почали 1654 року на думку великого герцога тосканського Фердинанда II. Флорентійські термометри не лише зображені у «Saggi», але збереглися в кількох примірниках до нашого часу у Галілеївському музеї, у Флоренції; їхнє приготування описується докладно.

Спочатку майстер повинен був зробити поділки на трубці, міркуючи з її відносними розмірами та розмірами кульки: поділки наносилися розплавленою емаллю на розігріту на лампі трубку, кожне десяте позначалося білою точкою, інші чорними. Зазвичай робили 50 поділів таким чином, щоб при таненні снігу спирт не опускався нижче 10, а на сонці не піднімався вище 40. Хороші майстри робили такі термометри настільки вдало, що всі вони показували те саме значення температури за однакових умов, проте такого не вдавалося досягти, якщо трубку розділяли на 100 або 300 частин, щоб отримати більшу точність. Наповнювали термометри за допомогою підігріву кульки і опускання кінця трубки спирт, закінчували наповнення за допомогою скляної лійки з тонко відтягнутим кінцем, вільно входили в досить широку трубку. Після регулювання кількості рідини отвір трубки запечатували сургучем, званим «герметичним». З цього ясно, що ці термометри були більшими і могли служити для визначення температури повітря, але були ще незручні для інших, різноманітніших дослідів, і градуси різних термометрів були не порівняти між собою.

Остаточно встановив обидві постійні точки, що тане льоду і киплячої води, шведський фізик Цельсій в 1742 р., але спочатку він ставив 0 ° при точці кипіння, а 100 ° при точці замерзання, і прийняв зворотне позначення лише за порадою М. Штермера. Примірники термометрів Фаренгейта, що збереглися, відрізняються ретельністю виконання. Проте зручнішою виявилася «перевернута» шкала, де температури танення льоду позначили 0 З, а температуру кипіння 100 З. Таким термометром вперше користувалися шведські вчені ботанік К. Лінней і астроном М. Штремер. Цей термометр набув широкого поширення.

Про видалення ртуті, що розлилася, з розбитого термометра див. Демеркурізація

Механічні термометри

Механічний термометр

Віконний механічний термометр

Термометри цього типу діють за тим же принципом, що і рідинні, але як датчик зазвичай використовується металева спіраль або стрічка з біметалу.

Електричні термометри

Медичний електричний термометр

Принцип роботи електричних термометрів ґрунтується на зміні опору провідника при зміні температури навколишнього середовища.

Електричні термометри ширшого діапазону засновані на термопарах (контакт між металами з різною електронегативністю створює контактну різницю потенціалів, яка залежить від температури).

Домашня метеостанція

Найбільш точними та стабільними у часі є термометри опору на основі платинового дроту або платинового напилення на кераміку. Найбільшого поширення набули PT100 (опір при 0°C - 100Ω) PT1000 (опір при 0°C - 1000Ω) (IEC751). Залежність від температури майже лінійна і підпорядковується квадратичному закону за позитивної температури і рівняння 4 ступеня при негативних (відповідні константи дуже малі, й у першому наближенні цю залежність вважатимуться лінійної). Температурний діапазон -200 - +850 °C.

Звідси, опір при T°C, опір при 0 °C, та константи (для платинового опору) -

Оптичні термометри

Оптичні термометри дозволяють реєструвати температуру завдяки зміні рівня світності, спектру та інших параметрів (див. Волоконно-оптичний вимір температури) при зміні температури. Наприклад, інфрачервоні вимірювачі температури тіла.

Інфрачервоні термометри

Інфрачервоний термометр дозволяє вимірювати температуру без безпосереднього контакту з людиною. У деяких країнах вже давно є тенденція відмовитися від ртутних градусників на користь інфрачервоних у медичних установах, а й у побутовому рівні.

Інфрачервоний термометр має низку незаперечних переваг, а саме:

безпека використання (навіть за серйозних механічних пошкоджень ніщо не загрожує здоров'ю)
більш висока точність виміру
мінімальний час проведення процедури (вимір проводиться протягом 0,5 секунди)
можливість групового збору даних

Технічні термометри

Термометри технічні рідинні використовуються на підприємствах у сільському господарстві, нафтохімічній, хімічній, гірничо-металургійній промисловості, машинобудуванні, житлово-комунальному господарстві, транспорті, будівництві, медицині, словом у всіх життєвих сферах.

Вирізняють такі види технічних термометрів:

термометри технічні рідинні ТТЖ-М;
термометри біметалічні ТБ, ТБТ, ТБІ;
термометри сільськогосподарські ТС-7-М1;
максимальні термометри СП-83 М;
термометри для спецкамер низькоградусні СП-100;
термометри спеціальні вібростійкі СПВ;
термометри ртутні електроконтактні ТПК;
термометри лабораторні ТЛЗ;
термометри для нафтопродуктів ТН;
термометри для випробувань нафтопродуктів ТІН1, ТІН2, ТІН3, ТІН4.

Ртутний медичний термометр

Електронні термометри

Медичний електронний термометр

Принцип роботи електронних термометрів ґрунтується на зміні опору провідника при зміні температури навколишнього середовища.

Електронні термометри ширшого діапазону засновані на термопарах (контакт між металами з різною електронегативністю створює контактну різницю потенціалів, яка залежить від температури).

Домашня метеостанція

R T = R 0 [ 1 + A T + B T 2 + C T 3 (T − 100) ] (− 200 ∘ C< T < 0 ∘ C) , {\displaystyle R_{T}=R_{0}\left\;(-200\;{}^{\circ }\mathrm {C} R T = R 0 [1 + A T + B T 2] (0 ∘ C ≤ T< 850 ∘ C) . {\displaystyle R_{T}=R_{0}\left\;(0\;{}^{\circ }\mathrm {C} \leq T<850\;{}^{\circ }\mathrm {C}).}

Звідси, R T (\displaystyle R_(T))опір при T°C, R 0 (\displaystyle R_(0))опір при 0 °C, та константи (для платинового опору) -

A = 3.9083 × 10 − 3 ∘ C − 1 (\displaystyle A=3.9083\times 10^(-3)\;()^(\circ )\mathrm (C) ^(-1)) B = − 5.775 × 10 − 7 ∘ C − 2 (\displaystyle B=-5.775\times 10^(-7)\;()^(\circ )\mathrm (C) ^(-2)) C = − 4.183 × 10 − 12 ∘ C − 4 .

Оптичні термометри

Інфрачервоні термометри

(\displaystyle C=-4.183\times 10^(-12)\;()^(\circ )\mathrm (C) ^(-4).)

Технічні термометри

Інфрачервоний термометр дозволяє вимірювати температуру без безпосереднього контакту з людиною. У деяких країнах вже давно є тенденція відмови від ртутних термометрів на користь інфрачервоних не лише в медичних установах, а й на побутовому рівні.

Санторіо був як лікарем, а й анатомом, і фізіологом. Він працював у Польщі, Угорщині та Хорватії, активно вивчав процес дихання, «невидимі випари» з поверхні шкіри, проводив дослідження в галузі обміну речовин людини. Досліди Санторіо проводив на собі і, вивчаючи особливості людського організму, створив безліч вимірювальних приладів – прилад для вимірювання сили пульсації артерій, ваги для спостереження за змінами маси людини – перший ртутний термометр.

Три винахідники

Сказати сьогодні, хто саме створив термометр — досить складно. Винахід термометра приписують відразу багатьом вченим - Галілею, Санторіо, лорду Бекону, Роберту Фладду, Скарпі, Корнелію Дреббелю, Порте та Саломону де Каус. Це зумовлено тим, що багато вчених одночасно працювали над створенням апарату, який би допоміг виміряти температуру повітря, ґрунту, води, людини.

У своїх творах Галілея немає опису цього приладу, але його учні засвідчили, що в 1597 він створив термоскоп - апарат для підняття води за допомогою нагрівання. Термоскоп являв собою невелику скляну кульку з припаяною до неї скляною трубкою. Різниця між термоскопом і сучасним термометром у тому, що у винаході Галілея замість ртуті розширювалося повітря. Також по ньому можна було судити лише про відносний ступінь нагрівання або охолодження тіла, оскільки шкали в нього ще не було.

Парниковий термометр, 1798 рік. Фото: www.globallookpress.com

Санторіо з Падуанського університету створив свій пристрій, за допомогою якого можна було вимірювати температуру людського тіла, але прилад був настільки громіздким, що його встановлювали у дворі будинку. Винахід Санторіо мало форму кулі та довгасту звивисту трубку, на якій були намальовані поділки, вільний кінець трубки заповнювали підфарбованою рідиною. Його винахід датований 1626 роком.

У 1657 році флорентійські вчені вдосконалили термоскоп Галілео, зокрема забезпечивши прилад шкалою з намистин.

Пізніше вчені намагалися вдосконалити прилад, але всі термометри були повітряні, і їх свідчення залежали від зміни температури тіла, а й від атмосферного тиску.

Перші термометри з рідиною були описані в 1667, але вони лопалися, якщо вода замерзала, тому для їх створення почали використовувати винний спирт. Винахід термометра, дані якого не зумовлювалися б перепадами атмосферного тиску, відбулося завдяки експериментам фізика Еванджеліста Торрічеллі, учня Галілея. В результаті термометр наповнили ртуттю, перевернули, додали в шар підфарбований спирт і запаяли верхній кінець трубки.

Єдина шкала та ртуть

Довгий час вчені було неможливо знайти вихідні точки, відстань між якими можна було розділити рівномірно.

Як вихідні дані для шкали пропонувалися точки відтавання льоду та розтопленого вершкового масла, температура кипіння води та деякі абстрактні поняття на кшталт «значний ступінь холоду».

Термометр сучасної форми, найбільш придатний для побутового застосування, з точною шкалою виміру створив німецький фізик Габріель Фаренгейт. Він описав свій спосіб створення термометра у 1723 році. Спочатку Фаренгейт створив два спиртові термометри, але потім фізик вирішив застосувати в термометрі ртуть. Шкала Фаренгейта базувалася на трьох встановлених точках:

перша точка дорівнювала нулю градусів - це температура складу води, льоду та нашатирю;
друга, позначена як 32 градуси, - це температура суміші води та льоду;
третя - температура кипіння води, дорівнювала 212 градусів.

Пізніше шкала була названа на честь свого творця.

Сьогодні найпоширенішою є шкала Цельсія, шкалою Фаренгейта досі користуються у США та Англії, а шкала Кельвіна використовується у наукових дослідженнях.

Але остаточно встановив обидві постійні точки — льоду, що тане, і киплячої води — шведський астроном, геолог і метеоролог Андерс Цельсій у 1742 році. Він поділив відстань між точками на 100 інтервалів, цифрою 100 було відзначено точку танення льоду, а 0 точку кипіння води.

Сьогодні шкала Цельсія використовується у перевернутому вигляді, тобто за 0° стали приймати температуру плавлення льоду, а за 100° – кипіння води.

За однією з версій, шкалу «перевернули» сучасники та співвітчизники, ботанік Карл Лінней та астроном Мортен Штремер, вже після смерті Цельсія, але за іншою — Цельсій сам перевернув свою шкалу за порадою Штремера.

В 1848 англійський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін) довів можливість створення абсолютної шкали температур, де точкою відліку служить значення абсолютного нуля: -273,15 ° С - при цій температурі вже неможливо подальше охолодження тіл.

Вже в середині XVIII століття термометри стали предметом торгівлі, і вони виготовлялися ремісниками, але в медицину термометри прийшли набагато пізніше, в середині XIX століття.

Сучасні термометри

Якщо у XVIII столітті був «бум» відкриттів у галузі систем вимірювання температури, то сьогодні все активніше ведуться роботи зі створення способів вимірювання температури.

Область застосування термометрів дуже широка і має особливе значення для сучасного життя людини. Термометр за вікном повідомляє про температуру на вулиці, термометр у холодильнику допомагає контролювати якість зберігання продуктів, термометр у духовці дозволяє підтримувати температуру при випіканні, а градусник – вимірює температуру тіла та допомагає оцінити причини поганого самопочуття.

На заміну ртутним градусникам приходять електронні чи цифрові термометри, які працюють на основі вбудованого металевого датчика. Також є спеціальні термосмужки та інфрачервоні градусники.

Ймовірно, першим приладом, яким можна було якщо не вимірювати, то хоча б оцінювати температуру, був термоскоп Галілея : колба розміром з куряче яйце, шийка якої тонка, як пшеничний стебло, заповнювалося водою до половини і поринало в чашку. Незважаючи на цю простоту, прилад був дуже чутливим, хоча і реагував, крім температури, на тиск повітря.

У 1636 році вперше з'являється слово «термометр» . Так називався прилад голландця К. Дреббеля — «Дреббелів інструмент» для вимірювання температури, що має цілих 8 поділів.

Термос до оп Галілея. Малюнок близько XVII століття.

І. Ньюто н у роботі 1701 року «Про шкале ступенів тепла та холоду» описав 12-градусну шкалу , 0 0 якої відповідав температурі замерзання води, а 12 ° - температурі тіла здорової людини. Всі ці та багато інших термометрів були газовими: при нагріванні їх розширювалося повітря.

Перший рідинний термометр, схожий на сучасний градусник, був зроблений німецьким фізиком Г. Фаренгейтом у 1724 році. Конструюючи спиртові і ртутні термометри більше п'ятнадцяти років, він зрозумів, як домогтися від них ідентичності і більшої точності показань: потрібно взяти кілька точок з відомою температурою, нанести їх значення на шкали і розділити відстані між ними.

Найнижчу температуру надзвичайно суворої зими 1709 року Фаренгейт прийняв за 0° і надалі імітував її у суміші кухонної солі та нашатирю з льодом. Як другий опорної точки він взяв температуру льоду, що тане, і цей відрізок поділив на 32 градуси. Третя точка — температура людського тіла — дорівнювала майже 98, а температура кипіння води лягла на 212.

У кіносценарії Гайдара «Комендант снігової фортеці» є такий епізод:

«Нянька вказує на Сашка:

— Ось, батюшку, у нього температура.

— Кожна людина має температуру.

— У нього сто градусів температура,— каже Женя.

— Це не в кожного,— погоджується лікар.

Діалог незмінно викликає веселе пожвавлення у юних читачів, але діти в США та Англії, де досі прийнято шкала Фаренгейта , його комізму можуть і не оцінити: температура хворого 100 ° - всього лише невеликий жар, який якраз може бути у кожного - 37,8 ° С.

У Франції та Росії вживалася шкала Реомюра , створена у 1730 році.

Ком Даний термометр початку XX століття зі шкалами Цельсія і Реомюра.

Р. Реомюр. Термометри цього типу побутували в нашій країні до 30-х років XX століття.

Французький натураліст, вчений із широким кругозіром, «Пліній XVIII століття», як називали його сучасники, Р. Реомюрпобудував її відповідно до теплового розширення рідини. Виявивши, що при нагріванні суміш води зі спиртом між температурами замерзання і кипіння води розширюється на 80 тисячних свого обсягу (сучасне значення — 0,084), Реомюр розділив цей інтервал на 80 градусів.

Трохи раніше, на початку XVIII століття, в Росії були поширені, але протрималися недовго термометри петербурзького академіка Ж. Деліля зі 150-градусою шкалою на тому ж температурному відрізку. Витіснили їх термометри Реомюра були в ходу майже два століття і тільки якихось 50—60 років тому остаточно поступилися місцем термометрам Цельсія з сучасною 100-градусною шкалою .

До кінця XVIII століття число різних температурних шкал наблизилося до двох десятків, що було незручно, і не потрібно. Крім того, незабаром з'ясувалося, що навіть ретельно проградуйовані прилади з різними рідинами показують різну температуру. При 50 ° С по ртутному термометру спиртовий показував 43 ° С, термометр з оливковою олією -49 ° С, з чистою водою - 25,6 ° С, а з солоною - 45,4 ° С.

Вихід знайшов відомий англійський фізик У. Томсон (лорд Кельвін) . У 1848 році він запропонував вимірювати не температуру, а кількість тепла, яке у певному процесі, званому циклом Карно , Передається від гарячого тіла до холодного: воно визначається тільки їх температурами і зовсім не залежить від речовини, що нагрівається. У термодинамічній, або абсолютній, шкалі температур, побудованої на цьому принципі, одиниця температури називається кельвін .

Термодинамічна шкала була хороша всім, кроме одного: у повсякденній практиці теплові виміри з наступними розрахунками вкрай незручні, та й сам цикл Карно, чудово вивчений теоретично, важко відтворити над спеціалізованої метрологічної лабораторії. Тому на її основі в 1968 році було остаточно встановлено Міжнародна практична температурна шкала (МПТШ-68) , яка базується на 11 відтворюваних опорних точках між потрійною точкою одороду (13,81 К) і температурою затвердіння золота(1337,58 К) ) і розходиться з термодинамічної шкалою в області кипіння води всього на 0,005 К. Цією шкалою користуються і зараз.

В англійській та американській науковій літературі іноді зустрічається абсолютна шкала шотландця У. Ранкіна (середина ХІХ століття), одного із творців технічної термодинаміки. Її нульова точка збігається з 0 К, а градус Ранкіна за величиною дорівнює градусу Фаренгейта.

До нашого часу з усього безлічі температурних шкал дійшли всього чотири, хоча і це явно забагато. У науці температуру виражають у Кельвінах, а у житті ми використовуємо градуси Цельсія і зрідка зустрічаємо шкали Реомюра та Фаренгейта.

Можна зробити, використовуючи спеціальні співвідношення (формули) або автоматично на сторінках нашого сайту (перехід за посиланням зліва).

Мегалов А.

Температура – один із найважливіших показників, який застосовується у різних галузях природознавства та техніки. У фізиці та хімії її використовують як одну з основних характеристик рівноважного стану ізольованої системи, у метеорології – як головну характеристику клімату та погоди, у біології та медицині – як найважливішу величину, що визначає життєві функції.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Щоб користуватися попереднім переглядом, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Попередній перегляд:

Щоб скористатися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Презентацію на тему: «Історія винаходу термометрів» Презентацію виконав Учень МОУ «Гімназії №2» 10 «А» класу Мегалов Артем

Термоскоп Галілео Галілея у 1592 році Галілео Галілей створив термоскоп. Термоскоп являв собою невелику скляну кульку з припаяною скляною трубкою. Кульку нагрівали, а кінець трубки опускали у воду. Коли кулька охолоджувалась, тиск у ньому зменшувався, і вода у трубці під дією атмосферного тиску піднімалася на певну висоту вгору. При потеплінні рівень води трубки опускався вниз. Недоліком приладу було те, що по ньому можна було судити лише про відносний ступінь нагрівання або охолодження тіла, оскільки шкали ще не було.

Флорентійські термометри Пізніше флорентійські вчені вдосконалили термоскоп Галілея, додавши до нього шкалу з намистин і відкачавши з кульки повітря. У 17 столітті повітряний термоскоп був перетворений на спиртовий флорентійським ученим Торрічеллі. Прилад було перевернуто кулькою вниз, посудину з водою видалили, а трубку налили спирт. Дія приладу ґрунтувалася на розширенні спирту під час нагрівання, - тепер показання не залежали від атмосферного тиску. Це був один із перших рідинних термометрів. Флорентійський термометр

Дві крайні точки На той момент показання приладів ще не узгоджувалися, оскільки ніякої конкретної системи при градуюванні шкал не враховувалося. У 1694 році Карло Ренальдіні запропонував прийняти як дві крайні точки температуру танення льоду і температуру кипіння води.

Ртутний термометр Форенгейта У 1714 Д. Г. Фаренгейт виготовив ртутний термометр. На шкалі він позначив три фіксовані точки: 32°F – температура замерзання сольового розчину, 96°F – температура тіла людини, 212°F – температура кипіння води. Термометром Фаренгейта користувалися в англомовних країнах до 70-х років 20 століття, а США користуються і досі.

Шкала француза Реомюра Ще одну шкалу було запропоновано французьким ученим Реомюром у 1730 році. Він робив досліди зі спиртовим термометром і дійшов висновку, що шкала може бути побудована відповідно до теплового розширення спирту. Встановивши, що спирт, змішаний з водою в пропорції 5:1, розширюється відносно 1000:1080, учений запропонував використовувати шкалу від 0 до 80 градусів. Прийнявши за 0° температуру танення льоду, а за 80° температуру кипіння води за нормального атмосферного тиску.

Шкала Андерса Цельсія В 1742 Андерс Цельсій запропонував шкалу для ртутного термометра, в якій проміжок між крайніми точками був розділений на 100 градусів. При цьому спочатку температура кипіння води була позначена як 0°, а температура танення льоду як 100°. Однак у такому вигляді шкала виявилася не зручною, і пізніше астрономом М. Штремером та ботаніком К. Ліннеєм було прийнято рішення поміняти крайні точки місцями.

Різні термометри та шкали М. В. Ломоносовим було запропоновано рідинний термометр, що має шкалу зі 150. І. Г. Ламберту належить створення повітряного термометра зі шкалою 375 °, де за один градус приймалася одна тисячна частина розширення об'єму повітря. Були спроби створити термометр з урахуванням розширення твердих тіл. Так у 1747 р. голландець П. Мушенбруг використав розширення залізного бруска для вимірювання температури плавлення ряду металів.

Абсолютна шкала Кельвіна У температурних шкалах, про які йшлося вище, точка відліку була довільною. На початку 19 століття англійським вченим лордом Кельвіном було запропоновано абсолютну термодинамічну шкалу. Одночасно Кельвін обґрунтував поняття абсолютного нуля, позначивши їм температуру, за якої припиняється тепловий рух молекул. За Цельсієм це -273,15 °С.

Як було тоді така основна історія виникнення термометра та термометричних шкал. На сьогоднішній день використовуються термометри зі шкалою Цельсія, Фаренгейта (у США), а також зі шкалою Кельвіна у наукових дослідженнях

В даний час температуру вимірюють за допомогою приладів, дія яких заснована на різних термометричних властивостях рідин, газів і твердих тіл. Сьогодні існує безліч пристроїв, що застосовуються в промисловості, у побуті, у наукових дослідженнях – термометри розширення та лабораторне обладнання, термоелектричні та термометри опору, а також пірометричні термометри, що дозволяють вимірювати температуру безконтактним способом.