Деланси заметил о таком термометре: “Он позволял определять повышение и понижение температуры. Для этого были изготовлены специальные термометры подобного типа, по форме напоминающие маленькую черепаху, чтобы их можно было удобно засунуть подмышку.
Кто изобрел ртутный термометр?
Термометр, так прочно вошедший в нашу жизнь, имеет очень интересную историю.
Голландский ученый Ван Гельмонт (1577-1644) был изобретателем термометра, а первый “термометр” был построен итальянским физиком Галилео Галилеем в 1597 году. Капля ртути была помещена в открытое горлышко пробирки. При изменении температуры воздуха внутри шара ртутная “пробка” поднималась и опускалась соответственно.
Затем Ван Дреббель упростил свой термометр, введя воду в пробковую трубку путем энергичного нагревания шарика, а затем его охлаждения.
Из-за относительно высокой точки замерзания вода вскоре была заменена смесью из трех частей воды и одной части азотной кислоты. Для окрашивания было добавлено немного сульфата меди. Хотя эти термометры были очень чувствительными, по сути это были “баротермоскопы” – приборы, показания которых зависели от изменений атмосферного давления.
Первый термометр в современном понимании был построен во Флорентийской академии (Италия). Он состоял из стеклянной трубки, закрытой в верхней части и соединенной с полой стеклянной сферой в нижней части. Жидкость термометра была окрашена винным спиртом. Для заполнения резервуара сфера термометра сильно нагревалась, разбавляя воздух до такой степени, что большая его часть улетучивалась. Затем открытый конец пробирки окунался в окрашенный спирт, который поднимался в пробирке и заполнял не только ее, но и шар. Затем термометр охлаждали так, чтобы примерно половина пробирки оставалась пустой, и открытый конец запаивали.
Это было слишком сложно.
Затем прибор заполняли окрашенным спиртом так, чтобы спирт заполнил примерно четверть длины пробирки, и нагревали до тех пор, пока жидкость не поднималась почти до верха пробирки (с удалением воздуха), после чего пробирку немедленно запаивали. Термометры, изготовленные таким образом, были почти такими же чувствительными, как и современные термометры.
Гораздо позже было обнаружено, что размер сферы контейнера не должен быть слишком большим и, кроме того, что тепло должно передаваться как можно дальше через центральную часть контейнера. В результате термометры были сплющены так причудливо, что напоминали, по выражению одного современника, “даму, играющую на трехколесном велосипеде”. Для компактности вместо прямолинейных трубок использовались несколько изогнутых, причем каждый физик делал это по-своему: флорентийские академики поместили нулевую точку своей шкалы в месте расположения столбика жидкостного термометра, размещенного в подвале их обсерватории. Другие принимали температуру максимального зимнего мороза за ноль. Термометры того времени также имели “горячую” шкалу, которую определяли, прикладывая к руке больного лихорадкой во время пароксизмов или подставляя ее под прямые солнечные лучи в один из самых жарких летних дней.
В середине семнадцатого века. Известный физик Роберт Бойль (1627-1691) предложил взять за точку отсчета точку замерзания воды. Однако вскоре стало очевидно, что одной отправной точки недостаточно для построения шкалы. Деланси в своем труде о жаре писал:
“Вы должны проследить процесс замерзания воды зимой и соответственно отметить на шкале термометра. Положите немного масла на шарик того же термометра и, когда масло растает, сделайте вторую отметку на его шкале относительно верха столбика. Разделите расстояние на шкале между этими двумя отметками пополам, чтобы получить место третьей отметки – средней температуры между холодной и горячей. Разделите каждое из двух получившихся делений на десять равных частей и нанесите четыре аналогичных деления ниже точки замерзания воды и выше точки плавления нефти. В результате получится пятнадцать делений для холодного и столько же для горячего.
Для повышения чувствительности термометров предпринимались попытки сделать трубки как можно более длинными, длина которых могла достигать 1 м! Однако эти термометры были слишком громоздкими и сложными для транспортировки. Поэтому они попытались уменьшить общую длину термометра, сделав ряд изгибов в трубках.
В 1694 году Чарльз Ренальдини в Павии (Италия) сконструировал термометр, нулевая отметка которого определялась при помещении шарика в смесь воды и льда; вторая отметка соответствовала температуре кипящей воды. Ньютон (1643-1727) для определения верхней точки использовал льняное масло, которое имело более высокую температуру кипения, а не спирт. У него было шесть делений на шкале: 1° для плавления льда, 2° для плавления человеческой крови, 3° для плавления воска, 4° для плавления кипящей воды, 6° для плавления сплава свинца, висмута и олова и 6° для плавления чистого свинца.
Некоторые очень интересные термометры появились в середине 17 века. Один из них назывался “Картезианский водолаз” и представлял собой продолговатый хрустальный сосуд длиной 10-12 см и диаметром около 5 см. Этот сосуд герметично закрыт, в верхней части имеется лишь небольшое количество воздуха. Остальное пространство заполнено разбавленным спиртом, в котором плавают 10-12 маленьких каплевидных шариков разного веса, сделанных из тонкого выдувного стекла и заполненных воздухом. При достаточном понижении температуры эти шарики всплывают на поверхность жидкости, а когда температура окружающего пространства повышается, они снова погружаются в жидкость на разную глубину. При очень высоких температурах все шарики опускаются на дно кристаллического сосуда.
Деланси сказал об этом термометре: “Он позволил обнаружить повышение и понижение температуры. Для этого были изготовлены специальные термометры того же типа, в форме маленькой черепахи, чтобы их можно было удобно носить под мышкой.
Особенно важным моментом в дальнейшем развитии термометров стала замена ртути на ртуть, которая имеет следующие основные преимущества: она является хорошим проводником тепла и быстро реагирует на изменения температуры окружающей среды, не замерзает при обычных низких температурах и не кипит при относительно высоких температурах, а также не смачивает стекло.
Голландский физик Даниэль Фаренгейт (1686-1736) впервые построил (1714) сравнимые термометры, используя в качестве термометрической жидкости винный спирт. На верхнюю часть спиртовой колонки наносился ноль, в то время как контейнер погружался в морозильную смесь, состоящую из определенного количества льда, воды и морской соли. Температура тающего льда составляет 32° по Фаренгейту. Кроме того, существует третья фиксированная точка, соответствующая нормальной температуре здорового человека, измеряемая у рта или в подмышечной впадине. Затем Фаренгейт внес два существенных усовершенствования в свой термометр: он установил третью точку на температуру кипящей воды (212°) и заменил спирт ртутью. Шкала Фаренгейта до сих пор используется в Англии и США. Чтобы перевести градусы Фаренгейта в градусы Цельсия, нужно вычесть из числа 32 и умножить остаток на 5/9. И наоборот, чтобы перевести градусы Цельсия в градусы Фаренгейта, нужно умножить число на 9/5 и прибавить к результату 32. Французский физик Рене Антуан Реомюр в 1730 году изготовил термометры с жидкостью, состоящей из такой смеси воды и спирта, что ее объем увеличивался в соотношении 80/1000 при повышении температуры от нуля (тающий лед) до 80° (кипящая вода). Интервал между этими отметками был разделен на 80 равных частей. Термометры Reaumur быстро распространились во Франции и Италии, но по качеству они уступали ртутным термометрам.
Например, Королевское физическое общество в Лондоне использовало термометры со шкалой Реомюра, и наряду с цифрами градусов были и словесные обозначения, а именно: при 0° – “Очень жарко”, 25° – “Горячо”, 45° – “Умеренно” и 65° – “Мороз”. Порядок был обратным – чем выше число градусов, тем ниже температура.
Последнее уточнение шкалы было сделано шведским ученым Андерсом Цельсием (1701 – 1744), который предложил разделить всю шкалу на 100 градусов и указал на необходимость наличия только двух фиксированных точек – тающего льда и кипящей воды. Такая конструкция термометра получила широкое распространение и до сих пор используется в науке и технике, а также в повседневной жизни.
Более высокие температуры, которые невозможно измерить ртутными термометрами (выше 300°), измеряются специальными приборами – пирометрами, основанными на измерении оптических или электрических свойств определенных тел. Электрические пирометры бывают двух типов: одни основаны на изменении сопротивления проводников пропорционально повышению или понижению температуры, другие – на изменении напряжения термоэлектрических токов.
Еще более высокие температуры, недоступные для этих двух типов пирометров, измеряются приборами, основанными на измерении излучения тела накаливания. Существует два типа таких пирометров: оптический, который сравнивает интенсивность излучения данного тела с интенсивностью излучения нормально излучающего тела, и радиационный, который измеряет общее количество энергии, излучаемой нагретым телом. С помощью этих пирометров можно измерять температуру до 2000°.
Для особо точных измерений температуры существуют так называемые “болометры” – чрезвычайно чувствительные приборы, основанные на измерении сопротивления тонкой платиновой проволоки при изменении температуры. С помощью болометра можно измерить температуру менее одной миллионной доли градуса. В этом приборе изменение сопротивления металлической нити измеряется с помощью моста Унтстона. Границами болометра являются абсолютный ноль при 273° и температура плавления платины около 3000°.
В одном университете с Галилеем на медицинском факультете …был доктор Санторио… . Они хорошо знали друг друга, и именно Санторио, используя принцип Галилея, разработал первый медицинский ртутный термометр. Она была очень большой, и ее пришлось разместить во дворе дома. Но принцип был тот же: пациент сидел под одеялом и дышал на шарик, и уровень ртути менялся.
Открытия и изобретения. Давайте посмотрим, кто первым изобрел термометр.
Если вы наберете в поисковике “изобретение термометра”, то увидите множество вариантов. Различные историки науки приписывают изобретение термометра Санторио, Галилею, Бэкону, Фладду, Спарки, Дреббелю и де Коссе.
Почему такая путаница? Потому что все они работали над изобретением измерения температуры почти одновременно.
Давайте посмотрим, кто на самом деле приложил руку к изобретению термометра. Чаще всего честь изобретения приписывается Галилео Галилею. Он, безусловно, блестящий ученый, но есть одна загвоздка. Сам Галилео Галилей ни в одной из своих работ никогда не описывал созданный им термометр. Об изобретении итальянского ученого известно только благодаря свидетельствам его учеников. Ученик Галилея Бенадетто Кастелли был первым, кто описал его.
Устройство представляло собой стеклянную сферу с припаянной к ней тонкой трубкой, погруженной в цветную жидкость (предположительно вино). Жидкость будет подниматься вверх по трубке, а если вы нагреете воздух в шарике, уровень жидкости в трубке упадет. Год был 1597.
Его еще нельзя было назвать термометром, потому что он не измерял (не было шкалы). Поэтому правильнее будет назвать его термоскоп или даже более точно. термобароскоп потому что его показания зависели от атмосферного давления.
В том же университете, что и Галилей, на медицинском факультете. …был доктор Санторио… . Они хорошо знали друг друга, и именно Санторио, используя принцип Галилея, разработал первый медицинский ртутный термометр. Она была очень большой, и ее пришлось разместить во дворе дома. Но принцип был тот же: пациент должен был сидеть под одеялом и дышать на шарик, и уровень ртути менялся.
Если вспомнить термоскопы других ученых, таких как голландец Корнелиус Дреббель или английский врач Роберт Фладд, то все они были адаптацией прибора Галилея. С собственными изменениями в дизайне – форма, размер, жидкость внутри сферы – но без изменения сути устройства. Однако тот факт, что сам Галилей не описал прибор, внес путаницу в исторические аспекты.
Существенное, фундаментальное изменение произошло в 1641 году. в лаборатории принца Фернандо де Медичи. Во-первых, он наполнил шар не воздухом, а специальной жидкостью – камнем, а во-вторых, из бусинок была создана шкала, сделанная “на глаз”, но это уже была шкала. Да, он также перевернул мяч вверх ногами.
Они разобрали его и разобрали, но вопрос остался открытым: кто изобрел термометр? Он был изобретен знаменитым Фаренгейтом. Конечно, используя все достижения своих предшественников. Но как он это сделал, об этом в следующий раз.
История термометра насчитывает много лет. Люди всегда хотели иметь прибор для измерения того, насколько горяч или холоден тот или иной объект. Такая возможность появилась в 1592 году, когда Галилео Галилей построил первый прибор для определения изменений температуры.
Термометр
История термометра насчитывает много лет. Люди всегда хотели иметь прибор, который мог бы измерить, насколько горяч или холоден тот или иной объект. Необходимость в термометре возникла еще в 1592 году, когда Галилео Галилей изобрел первый прибор, способный определять изменения температуры.
Прибор, состоящий из стеклянной сферы и припаянной к ней трубки, был назван термоскопом. Конец трубки помещали в сосуд с водой и нагревали сферу. Когда нагрев прекратился, давление внутри сферы упало, и вода при атмосферном давлении поднялась по трубке. При повышении температуры происходил обратный процесс, и уровень воды в трубке снижался. Весов не было, поэтому получить точные показания температуры с помощью прибора было невозможно. Позже флорентийские ученые устранили этот недостаток, и измерения стали более точными. Это привело к созданию прототипа первого термометра.
В начале следующего века известный флорентийский ученый Эванджелиста Торричелли, ученик Галилея, изобрел спиртовой термометр. Как мы все хорошо знаем, в нем шарик находится под стеклянной трубкой, а вместо воды используется спирт. Показания этого прибора не зависят от атмосферного давления.
Изобретение первого ртутного термометра Д.Х. Фаренгейтом относится к 1714 г. За нижнюю точку шкалы он принял 32 градуса – точку замерзания раствора соли – и 2120 градусов – точку кипения воды. Шкала Фаренгейта используется и в наши дни в США.
В 1730 году французский ученый Р. А. Реомюр предложил шкалу, крайними точками которой были точки кипения и замерзания воды, причем точка замерзания воды по шкале Реомюра равнялась 0 градусов, а точка кипения – 80 градусов. Сегодня шкала Реомюра практически не используется.
Спустя 28 лет шведский исследователь А. Цельсий разработал собственную шкалу, в которой, как и в шкале Реомюра, за крайние точки принимались точки кипения и замерзания, но интервал между ними делился не на 80, а на 100 градусов, и первоначально шкала шла сверху вниз, то есть ноль принимался за точку кипения воды, а сто градусов – за точку замерзания воды. Неудобство такого деления вскоре стало очевидным, и позднее Штреммер и Линней поменяли местами крайние точки шкалы, придав ей привычный для нас вид.
В середине 19 века британский ученый Уильям Томсон, известный как лорд Кельвин, предложил температурную шкалу, самой низкой точкой которой было -273,15 0C – абсолютный ноль, при котором никакие частицы не движутся.
Вот так, в двух словах, можно описать историю термометра и температурной шкалы. Сегодня наиболее распространены термометры со шкалой Цельсия, в США по-прежнему используется шкала Фаренгейта, а в науке наиболее популярна шкала Кельвина.
В настоящее время существует множество конструкций термометров, которые измеряют температуру на основе различных физических свойств и широко используются в быту, науке и промышленности.
По некоторым данным, сам Цельсий, по совету Штремера, перевернул свою шкалу вверх ногами. По мнению других, шкала была перевернута Карлом Линнеем в 1745 году. Третье – шкала была перевернута преемником Цельсия, М. Стрёмером, и в XVIII веке термометр был широко известен как шведский термометр, а в самой Швеции – как термометр Стрёмера, но известный шведский химик Иоганн Якоб в своем “Справочнике по химии” неправильно назвал его шкалой Цельсия, и с тех пор 100-градусная шкала называется шкалой Андерса – Цельсия.
Личности, участвовавшие в его создании
Некоторые ученые считают, что именно Галилео Галилей изобрел термометр. В его сохранившихся трудах нет описания такого устройства. Однако эта информация содержится в работах ближайших последователей Галилея. Интересно, что при создании термоскопа знаменитый ученый опирался на аналогичный прибор, созданный еще в Древней Греции, но совсем для других целей. Термоскопы показывают только изменение степени нагрева; из-за отсутствия шкалы они не подходят для практических измерений.
В 1657 году во Флоренции появилось более сложное устройство. Он был разработан таким образом, чтобы температуру можно было определить количественно. Однако это был еще очень примитивный термометр.
Фиксированными” точками отсчета были тепло в самые жаркие и самые холодные (субъективно) дни года. Позже появились конструкции Фрэнсиса Бэкона, Роберта Фладда, Корнелиуса Дреббеля и некоторых других изобретателей.
Все ранние термометры содержали трубку с воздухом, окруженную столбом воды. Поэтому влияние атмосферного давления не удалось избежать. Считается, что жидкостный термометр был изобретен в 1667 году. Такие приборы изготавливались строго вручную, позволяя измерять только температуру воздуха. Шкала была разработана для каждого конкретного случая, поэтому результаты не сопоставимы.
Фаренгейт, в честь которого не зря названа одна из популярных термометрических шкал, создал термометр в его современном виде в 1723 году. Именно он понял, что спирт недостаточно совершенен в качестве измерительного реагента для такого уровня технологии, поэтому он перешел на использование ртути. За нулевую точку англичанин принял точку плавления смеси снега и аммиака или обычной соли. Он установил температуру плавления воды в 32 градуса, а температуру тела здорового человека – в 96 градусов.
Разработав такую шкалу, Фаренгейт вскоре обнаружил, что температура кипения воды всегда равна 212 градусам (если атмосферное давление не меняется).
Термометры, созданные Фаренгейтом, были очень тщательно изготовлены, о чем свидетельствуют все сохранившиеся экземпляры. Позже Андерс Цельсий обнаружил, что температура плавления льда не меняется при изменении давления. Но связь между температурой кипения воды и давлением была прослежена им с большой точностью. В 1736 году Реомюр ввел 80-градусную шкалу, которая долгое время использовалась во Франции. Существовали и другие температурные шкалы, которые сейчас вышли из употребления или имеют очень ограниченное применение.
Термометры со шкалой Кельвина активно используются в научной сфере. Перевести градусы Цельсия в градусы Кельвина очень просто: достаточно добавить 273,15.
Но термометрия развивалась и в техническом плане. В 1867 году. Появилось устройство длиной 0,15 м. В 1881 году началось массовое производство карманных термометров.
Долгое время ученые не могли найти точку отсчета, на которую можно было бы равномерно разделить это расстояние.
Три изобретателя
Сегодня трудно точно определить, кто именно изобрел термометр. Изобретение термометра приписывается одновременно многим ученым – Галилею, Санторио, лорду Бэкону, Роберту Фладду, Скарпе, Корнелиусу Дреббелю, Порте и Соломону де Каусу. Это объясняется тем, что многие ученые одновременно работали над аппаратом, который помог бы измерить температуру воздуха, почвы, воды и человека.
В трудах самого Галилея нет описания этого прибора, но его ученики свидетельствовали, что в 1597 году он создал термоскоп – прибор для поднятия воды путем ее нагревания. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Разница между термоскопом и современным термометром заключалась в том, что изобретение Галилея расширяло воздух вместо ртути. Он также мог использоваться только для оценки относительной степени нагрева или охлаждения тела, поскольку еще не имел шкалы.
Санторио из университета Падуи создал собственный прибор, с помощью которого можно было измерять температуру человеческого тела, но он был настолько громоздким, что его устанавливали на заднем дворе дома. Изобретение Санторио имело форму шара и удлиненную изогнутую трубку, на которой были нанесены деления, а свободный конец трубки был заполнен цветной жидкостью. Его изобретение датируется 1626 годом.
В 1657 году флорентийские ученые усовершенствовали термоскоп Галилея, снабдив его бисерной шкалой.
Позже ученые пытались усовершенствовать прибор, но все термометры были воздушными, и их показания зависели не только от изменения температуры тела, но и от атмосферного давления.
Первые жидкостные термометры были описаны в 1667 году, но они разбивались при замерзании воды, поэтому для их изготовления стали использовать винный спирт. Изобретение термометра, на данные которого не влияют изменения атмосферного давления, произошло в результате экспериментов физика Эванджелисты Торричелли, ученика Галилея. Для этого нужно было наполнить термометр ртутью, перевернуть его вверх дном, добавить в шарик окрашенный спирт и запечатать верхний конец трубки.
Голландец Ван Дреббель также претендует на звание изобретателя термометра. Почти одновременно с Галилеем и Санторио он также работал над созданием прибора для измерения температуры. Его термометр учитывал способность газов значительно изменяться в объеме при небольших изменениях температуры и работал следующим образом:
Точный, безопасный и удобный термометр
Термометр прошел долгий и извилистый путь, но сегодня он может быстро и легко провести измерения и проверить состояние вашего здоровья. С помощью цифрового термометра можно измерить температуру даже спящего ребенка, не разбудив его.
Только в начале XVIII века ученые пришли к согласию относительно ряда точек отсчета (таких как нормальная температура тела, температура кипения воды, температура смеси льда, хлорида аммония и воды и т.д.), что в конечном итоге привело к разработке ряда температурных шкал. Наиболее известные и долговечные были разработаны Габриэлем Фаренгейтом (1686-1736)
и Андерс Цельсий (1701-1744).
История ртутного термометра завершается на наших глазах
Известно, что до начала 17 века не существовало универсального способа определения количества выделяемого тепла. В теории материи Аристотеля тепло и холод были просто важными основными свойствами. Как сухость и влага, тепло и холод были свойствами “первоматерии”, из которой возникли элементы земля, вода, воздух и огонь. Количественно степень нагрева измерялась очень грубо и приблизительно. Конечно, прикоснувшись к предмету, можно было определить, холодный он, теплый или горячий, но этих расплывчатых значений было недостаточно для развития науки.
Как мы измеряем?
Измерение тепла было сложной задачей для круга венецианских ученых и практиков на рубеже XVI и XVII веков. На основе научного труда “Пневматика” Герона Александрийского (I век н.э.), впервые опубликованного на Западе только в 1575 году, несколько известных исследователей начали экспериментировать с идеей расширения воздуха при его нагревании. Первым решением стало появление воздушного термоскопа, создание которого следует считать совместным изобретением круга ученых, включавшего Галилео Галилея, Санторио Санторио, Джованни Франческо Сагредо и других великих естествоиспытателей того времени.
Кстати, идея измерения температуры овладела умами многих людей в то время, и подобные приборы были разработаны в других частях Европы. Чтобы термоскоп стал термометром, к нему нужно было добавить цифровую шкалу. С этим сразу же возникли проблемы, и температурный стандарт, который устроил бы всех, долгое время оставался предметом обсуждения. Дело в том, что каждый ученый предложил свои собственные деления шкалы, часто основанные на разных точках отсчета.
Важное слово ботаники
Только в начале XVIII века ученые смогли договориться о нескольких точках отсчета (например, нормальная температура тела, точка кипения воды, температура смеси льда, хлорида аммония и воды и т.д.), что в итоге привело к появлению ряда температурных шкал. Наиболее известные и долговечные были разработаны Габриэлем Фаренгейтом (1686-1736)
и Андерс Цельсий (1701-1744).
Немецкий физик и изобретатель Фаренгейт изобрел спиртовой термометр в 1709 году и ртутный термометр в 1714 году. В 1724 году он ввел стандартную температурную шкалу, которая использовалась для точной регистрации изменений температуры. Сегодня только США не могут расстаться с довольно громоздкой шкалой Фаренгейта.
Шведский математик и астроном Цельсий создал свою шкалу в 1742 году. Его термометр был откалиброван на 100° для точки замерзания воды и 0° для точки ее кипения. В 1745 году, через год после смерти Цельсия, шкала была перевернута с ног на голову шведским ботаником Карлом Линнеем и используется до сих пор, став стандартной научной температурной шкалой. В течение многих лет термометр со шкалой в 100 градусов Цельсия называли просто шведским термометром.
Все мы в той или иной степени врачи.
Следует отметить, что изначально некоторые врачи выступали против широкого внедрения термометра в медицину, видя в нем угрозу своему опыту и практике. Если простой инструмент из стекла и ртути мог указать, здоров пациент или болен, жив или мертв, существовал риск потерять не только авторитет, но и средства к существованию. Однако вместо запретов врачам постепенно удалось перестроить иерархию медицинской работы таким образом, что пациенты и их родственники были включены в нее наряду с медсестрами и врачами, сохранив при этом главенствующее положение врача. Впервые единая температурная шкала позволила большой группе людей составить единую картину заболевания, собрать информацию, на основании которой врач мог составить мнение о течении болезни и принять решение о лечении. Сегодня, помимо температуры, мы можем самостоятельно контролировать свое кровяное давление, потребление калорий, уровень сахара в крови и т.д.
Мы делаем упор на простоту и миниатюрность
Долгое время термометры оставались громоздкими и не очень удобными в использовании. До середины 19 века их длина составляла около 30 см, а для снятия показаний требовалось 20 минут. В 1867 году английскому врачу сэру Клиффорду Оллбутту удалось разработать портативный термометр. Уменьшенную версию прибора длиной всего 15 см может носить в кармане любой врач, а время, необходимое для измерения температуры, сократилось до пяти минут.
Возможно, самый замечательный термометр своего времени был изобретен в конце XIX века потомственным немецким часовщиком Морицем Иммишем. В 1881 году этот мастер, живший в то время в Лондоне, запатентовал удивительно маленький термометр, около 3 см в диаметре, который выглядел как круглые карманные часы. Этот прибор регистрировал температуру, когда его сжимали в руке, и работал по принципу изменения свойств жидкости, расширяющейся в трубке Бурдона. Этот металлический прибор был более прочным, чем современные стеклянные термометры, наполненные ртутью. Индикатор теплового расширения и циферблатный датчик давали очень точные показания. Небольшой размер устройства сделал его очень популярным в Европе и Америке. За свое изобретение Иммиш получил множество наград на международных выставках.
Консерваторы утешают себя
В течение последних ста лет ртутные термометры были самыми точными приборами для измерения температуры тела человека. Но их дни сочтены. В соответствии с Минаматской конвенцией, подписанной Россией, все приборы, содержащие ртуть, включая термометры и тонометры, были объявлены чрезвычайно опасными и запрещены. В нашей стране он вступит в силу с 2020 года.
Для тех, кто привык к ртутному термометру, но обеспокоен токсичностью ртутных паров в случае его повреждения, можно обратить внимание на совершенно безопасный термометр, заполненный вместо ртути голубоватым сплавом галлия – галинстаном. Визуально этот термометр отличается от традиционного только зеленым цветом корпуса. Этот термометр дает точные показания, но стоит значительно дороже своего ртутного аналога, а также довольно громоздок при встряхивании. Из-за особых свойств сплава это устройство следует хранить при температуре выше минус 15°. В противном случае он может сломаться.
Безопасность в обмен на точность
Альтернативой известному ртутному термометру является широкий спектр цифровых считывающих устройств со встроенной электроникой, которые завоевывают рынок.
Они измеряют температуру с помощью чувствительного датчика и выводят результат на цифровой дисплей. Модели для измерения температуры внутри слухового прохода стали самыми популярными. Однако, несмотря на его простоту и надежность, существуют факторы, которые в некоторых случаях делают показания такого термометра сомнительными, например, неправильное размещение в наружном слуховом проходе или закупорка ушной серой. Факторы, вызывающие ошибку, обычно дают показания ниже истинного значения, поэтому повышение температуры может быть не обнаружено.
Существуют цифровые термометры для измерения температуры подмышкой или во рту. Некоторые из них оснащены звуковым сигналом, оповещающим о завершении измерения температуры, и электронной памятью для отслеживания изменений температуры. Цифровые термометры обычно измеряют с точностью до нескольких десятых долей градуса, но даже слегка разряженная батарея иногда может дать неожиданные и пугающие результаты.
Самые современные термометры на рынке – это, конечно же, бесконтактные инфракрасные термометры, способные работать с инфракрасным излучением, исходящим от любого нагретого объекта. Они безопасны, универсальны, просты в использовании (особенно когда нужно быстро и массово измерить температуру большому количеству людей), достаточно точны при регулярной проверке и калибровке, но очень дороги. Пожалуй, единственное, что может сбить их с толку, – это плачущий ребенок. Решение этой проблемы все еще остается за пределами их возможностей.
Следует отметить, что изначально некоторые врачи выступали против широкого внедрения термометра в медицину, видя в нем угрозу своему опыту и практике. Если простой прибор из стекла и ртути мог определить, болен пациент или здоров, жив или мертв, они рисковали потерять не только свою репутацию, но и средства к существованию. Однако вместо запретов врачи постепенно смогли перестроить иерархию медицинской работы таким образом, чтобы пациенты и их родственники были включены в нее наряду с медсестрами и врачами, сохраняя при этом главенство врача. Впервые общепризнанная температурная шкала позволила большой группе людей составить единую картину заболевания, собрать информацию, на основании которой врач мог составить мнение о течении болезни и принять решение о необходимом лечении. Сегодня, помимо температуры, мы можем самостоятельно контролировать свое кровяное давление, потребление калорий, уровень сахара в крови и т.д.
Мы выбираем простоту и миниатюрность
Долгое время термометры оставались громоздкими и не очень удобными в использовании. До середины XIX века их длина составляла около 30 см, а на снятие показаний уходило до 20 минут. Английский врач, сэр Клиффорд Оллбутт, сумел сделать термометр портативным в 1867 году. Уменьшенную версию прибора длиной всего 15 см можно было легко носить в кармане, а время на снятие показаний температуры сократилось до пяти минут.
Возможно, самый замечательный термометр своего времени был изобретен в конце XIX века потомственным немецким часовщиком Морицем Иммишем. В 1881 году мастер, живший тогда в Лондоне, получил патент на удивительно маленький термометр, около 3 см в диаметре, который напоминал круглые карманные часы. Этот прибор регистрировал температуру при сжатии в руке и работал по принципу изменения свойств жидкости, расширяющейся в трубке Бурдона. Этот металлический прибор был более прочным, чем современные стеклянные термометры, наполненные ртутью. Индикатор теплового расширения и циферблатный датчик давали очень точные показания. Небольшой размер устройства сделал его очень популярным в Европе и Америке. За свое изобретение Иммиш получил несколько наград на международных выставках.
Консерваторы утешают себя
На протяжении веков ртутные термометры были самыми точными измерителями температуры человеческого тела. Но их дни сочтены. В соответствии с Минаматской конвенцией, подписанной Россией, все приборы, содержащие ртуть, включая термометры и тонометры, были объявлены чрезвычайно опасными и запрещены. В нашей стране он вступит в силу с 2020 года.
Для тех, кто привык к ртутному термометру, но обеспокоен токсичностью паров ртути в случае его повреждения, можно обратить внимание на совершенно безопасный термометр, заполненный вместо ртути голубоватым сплавом галлия – галинстаном. Визуально этот термометр отличается от традиционного только зеленым цветом корпуса. Этот термометр дает точные показания, но стоит значительно дороже своего ртутного аналога, и его довольно громоздко трясти. Из-за особых свойств сплава это устройство следует хранить при температуре выше минус 15°. В противном случае она может треснуть.
Безопасность
в обмен на точность
В качестве альтернативы известному ртутному термометру существуют различные цифровые устройства, которые считывают температуру с помощью встроенной электроники.
Они измеряют температуру с помощью чувствительного датчика и показывают результат на цифровом дисплее. Модели для измерения температуры внутри слухового прохода стали самыми популярными. Однако, несмотря на его простоту и надежность, существуют факторы, которые в некоторых случаях делают показания такого термометра сомнительными, например, неправильное размещение в наружном слуховом проходе или закупорка ушной серой. Факторы, вызывающие ошибку, обычно дают показания ниже истинного значения, поэтому повышение температуры может быть не обнаружено.
Среди цифровых термометров есть модели для измерения температуры подмышек или рта. Некоторые из них оснащены звуковым сигналом, оповещающим о завершении процедуры измерения температуры, и электронной памятью для отслеживания температурных тенденций. Цифровые термометры обычно точны с точностью до нескольких десятых градуса, но даже слегка разряженная батарейка иногда может дать неожиданные и пугающие результаты.
Самые современные термометры на рынке – это, конечно же, бесконтактные инфракрасные термометры, способные работать с инфракрасным излучением, исходящим от любого нагретого объекта. Они безопасны, универсальны, просты в использовании (особенно когда нужно быстро и массово измерить температуру большому количеству людей), достаточно точны при регулярной проверке и калибровке, но очень дороги. Пожалуй, единственное, что может помешать их чтению, – это плачущий ребенок. Решение этой проблемы все еще остается за пределами их возможностей.
Фаренгейт также изобрел другой прибор – ареометр, который и сегодня используется для определения плотности жидкостей. Он состоял из герметичной колбы с грузом, которая могла вертикально плавать в сосуде с жидкостью. В зависимости от плотности этой жидкости колбу поднимали или опускали. Для определения плотности достаточно отметить градуированную шкалу на боковой стенке колбы.
Изобретение, которое изменило мир
Ученые уже могут измерять давление. Первым прибором для измерения атмосферного давления был ртутный барометр, изобретенный Эванджелистой Торричелли в 1643 году. Искусный стеклодув Фаренгейт быстро освоил производство барометров и, можно сказать, положил этому конец.
Измерение температуры, однако, оказалось более сложным. Во времена Фаренгейта еще не было возможности точно измерять температуру в широком диапазоне. Хорошо известно, что Исаак Ньютон (1642 – 1727) изобрел метод температурных эталонов для проверки кипения воды, поместив на нагретую поверхность специальный сплав висмута, свинца и олова, который расплавился при температуре 98 °C. Но этот метод был явно непрактичным и сравнительным, а потому неточным.
Фаренгейт, с другой стороны, изобрел ртутный стеклянный термометр. Термометр состоял из колбы, наполненной ртутью. К колбе была подсоединена стеклянная трубка. При нагревании колбы ртуть расширялась и перетекала в стеклянную трубку. Чем больше тепла, тем больше расширялась ртуть и тем дальше ртуть проходила по трубке. Если к стеклянной трубке прикреплена градуированная шкала, температуру можно измерить, измеряя длину столбика ртути. Просто, правда?
Возможно, многие люди, читая описание ртутного термометра, изобретенного Фаренгейтом, вспомнили медицинский ртутный термометр, который они в детстве засовывали себе подмышку, чтобы узнать, нет ли у их ребенка насморка или температуры? Да, да, можно сказать, что это правнук того самого первого термометра Фаренгейта. Конечно, ртутные термометры больше не продаются, и рекомендуется отказаться от них, тем более что новые термометры, которые измеряют температуру практически мгновенно, не содержат ртути и поэтому безопаснее и дешевле.
Фаренгейт изобрел другой прибор – ареометр, который и сегодня используется для определения плотности жидкостей. Он состоял из герметичной колбы с грузом, которая могла вертикально плавать в сосуде с жидкостью. В зависимости от плотности этой жидкости колбу поднимали или опускали. Для определения плотности достаточно отметить градуированную шкалу на стенках колбы.
Основной частью любого измерительного прибора является шкала. После изобретения первого в мире термометра Фаренгейт также предложил первую в мире температурную шкалу в 1724 году. В качестве двух точек отсчета для этой шкалы Фаренгейт взял точку кипения воды и точку плавления льда при стандартном атмосферном давлении. Он установил температуру точки плавления льда на уровне +32°F и точку кипения воды на уровне +212°F. Он разделил разницу между этими температурами на 180 равных интервалов, каждый из которых он назвал градусом Фаренгейта (1 °F). Таким образом, изменение температуры на 1 °F соответствует изменению на 5/9 °C.
t °C = 5/9 (t °F – 32),
Типы термометров
Понятие температуры, история изобретения и типы термометров, термоскоп Галилея
Понятие температуры вводится для характеристики различных степеней нагревания тел. Как и сила, понятие температуры было введено в науку благодаря нашему сенсорному восприятию. Наши органы чувств позволяют нам различать качественные градации тепла: теплое, холодное, горячее и т.д.
Все мы испытывали неприятное ощущение холода при медленном вхождении в холодную воду во время купания, которое быстро исчезает и сменяется чувством радости и удовольствия после полного погружения в воду, слегка охлаждающую тело купающегося. Сенсорная оценка температуры сильно зависит от теплопроводности тела.
Сенсорная оценка температуры применима только в очень узком диапазоне температур. Не подходит для очень горячих или очень холодных тел. Ничего хорошего не будет от попыток почувствовать, насколько горячи расплавленное железо или жидкий воздух.
Температура – это мера относительной теплоты тела по сравнению с другими телами. Неосознанно мы сравниваем температуру своего тела с температурой воздуха, температурой кипения или замерзания воды.
Первый термометр
Нет более приятного способа измерения температуры, чем термометр Галилея. Хотя это не самый точный прибор, он, безусловно, один из самых привлекательных. Этот прибор основан на термоскопе, изобретенном Галилео Галилеем.
В отличие от простого ртутного стеклянного термометра, который представляет собой узкий пузырек из ртути, расширяющийся и сжимающийся, термометр Галилея гораздо сложнее.
Он состоит из нескольких стеклянных шаров, каждый из которых заполнен цветной жидкой смесью, часто содержащей алкоголь, но это может быть и обычная вода с добавлением пищевого красителя. Эти плавающие сферы тонут или плавают в окружающей воде.
Термометры (термоскопы) Galileo выпускаются разных размеров, чем больше размер, тем точнее прибор.
Современная наука считает Галилео Галилея основателем термодинамики, а также первым человеком, который изобрел термометр. В его трудах нет прямых ссылок на технологию термометра, но ученики Галилея, Нелли и Вивиани, подтвердили, что Галилей в 1597 году создал прибор, похожий на термобароскоп (термоскоп).
Целью Галилея было изобретение прибора, который бы измерял градусы тепла. При ее разработке он вдохновлялся идеями Герона Александрийского, который в своих работах описал похожую технику поднятия уровня воды путем нагревания. В те времена термоскопом называли следующую конструкцию: маленький стеклянный шарик, припаянный к стеклянной трубке.
Принцип его работы довольно прост. Сначала шар нагревали до нескольких градусов, а конец трубки погружали в емкость, наполненную водой. Через некоторое время давление в шаре уменьшилось, и вода в трубке изменила свою высоту под действием атмосферного давления. Затем, по мере повышения температуры, давление в шаре увеличивалось, а уровень воды в трубке снижался.
Созданный термоскоп имел несколько недостатков:
1. во-первых, он не мог измерить точную температуру, поскольку на приборе не было шкалы.
2. Во-вторых, необходимо было учитывать атмосферное давление, которое влияло на уровень воды в трубке, и только спустя 60 лет, в небольшом итальянском городе Флоренция, который славится своими выдающимися личностями, ученые смогли усовершенствовать термоскоп.
Они сделали шкалу из бусин, которая могла показывать температуру, и создали безвоздушное пространство в сфере и трубке, просто откачав воздух. Такие инновации позволили измерить разницу температур между различными телами.
На этом усовершенствования модели термоскопа не закончились. Через несколько лет шар опустили на дно устройства, воду заменили этиловым спиртом (поскольку при температуре ниже нуля сосуд мог лопнуть), а сам сосуд отсоединили. Такой аппарат уже работал по принципу “расширяющейся меры”, с самой высокой и самой низкой температурой (летом и зимой соответственно) в качестве фиксированных точек.
Интересно отметить, что создателями первого термометра могли быть такие гении мысли, как: Фрэнсис Бэкон, Роберт Фладд или Саломон де Каус. Известно, что последний был лично знаком с Галилеем и находился с ним в дружеских отношениях. Изобретенные ими термометры были воздушными термометрами, что означало, что показания термометра зависели от температуры и атмосферного давления.
Коллекция ртутных стеклянных термометров
Температура как физическая величина
Температура – одна из тех физических величин, которые нельзя измерить напрямую. По этой причине она всегда преобразуется в какую-либо другую измеряемую физическую величину, чтобы быть измеренной.
Для этого (в зависимости от диапазона измеряемых температур и условий измерения) используется термометрическое свойство тел, т.е. зависимость от температуры соответствующего выбранного физического свойства тела.
Чаще всего температура преобразуется в электрическую величину. Термометр, преобразующий температуру в другую физическую величину, иногда называют преобразователем.
Термометрические свойства тел, используемых для измерения высоких температур, варьируются в широких пределах. Этому способствует тот факт, что многие физические свойства тел изменяются в результате изменения температуры, что дает широкий диапазон выбора термометрических свойств, удобных для использования в конкретных условиях. В зависимости от выбранного термометрического свойства используется определенный метод измерения высокой температуры.
Наиболее известными температурными шкалами являются: Фаренгейт, Реомюра, Цельсий, Кельвин.
Абсолютная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) является основной температурной шкалой в физике.
До революции 1917 года в России была принята шкала Реомюра, поэтому термометры Реомюра использовались повсеместно. Только в начале 1930-х годов они были вытеснены термометрами Цельсия.
До середины прошлого века шкала Фаренгейта широко использовалась в англоязычных странах в промышленности, медицине, метеорологии и других областях. Шкала Фаренгейта по-прежнему является приоритетной в США.
История развития температурных шкал была ранее описана в статье Бориса Аладышкина – Датчики температуры.
Термометры по Фаренгейту и Цельсию
Конвертер температуры в Excel
Простой конвертер температуры (Цельсий, Реомюр, Кельвин, Фаренгейт, Ренкин) преобразование из одной шкалы в другую.
Типы термометров
Термометр – это прибор, предназначенный для измерения температуры.
В настоящее время различают следующие типы термометров:
1. жидкость .
Жидкостный термометр – это термометр, который изменяет объем жидкости (спирта или ртути) в емкости термометра при повышении ее температуры. Ртутные термометры могут измерять температуру от -30°C до +500°C, а спиртовые термометры – от -130°C до +60°C. Однако в настоящее время ртуть запрещена для бытового использования, поэтому ученые активно работают над созданием новых жидкостей для заполнения таких термометров.
2 – Механическая .
Механические термометры основаны на тепловом расширении тел. Эти термометры могут быть дилатометрическими или биметрическими.
3. электрический
Эти термометры сокращают время измерения температуры, а принцип их работы основан на изменении сопротивления проводника при повышении или понижении температуры окружающей среды.
4. оптические (пирометры)
Они работают за счет изменения свойств тела при повышении или понижении температуры. Пирометры используются в горячих средах.
5) Инфракрасный (инфракрасный) .
Эти термометры измеряют тепловое излучение объекта. Они безопасны в использовании, имеют очень низкую погрешность измерений, измеряют температуру за доли секунды и, что самое лучшее, могут собирать данные с нескольких объектов одновременно.
В группе электрических термометров наиболее часто используются термометры:
термометры сопротивления (измерение электрического сопротивления) ;
термопары (термоэлектрический эффект).
В литературе можно найти подробную классификацию методов и средств измерения температуры по принципу действия, а также по конструктивным и функциональным характеристикам, а также классификацию контактных методов и средств измерения высоких температур.
Цели пирометрии
Пирометрия получила свое название от греческого слова “пиро”, означающего огонь. Создал современное представление о пирометрии Под пирометрией понимают область измерительной техники, направленную на разработку и внедрение методов и устройств для измерения высоких температур в различных научных и промышленных областях.
Диапазон температур, охватываемый термином “высокая”, не имеет четко определенных границ. По-видимому, определение таких границ в значительной степени произвольно, и если одни авторы считают температуру выше 100° C высокой, то другие считают высокой зону с температурой выше 1000° C.
Поскольку не существует правил для определения нижнего предела этой области, мы будем использовать термин “высокие температуры” в наиболее типичном для заводской практики смысле и считать высокими все температуры выше 300° C.
Высокие температуры часто относятся к смежной области “повышенных температур”, которая, как будет считаться, простирается от комнатной температуры (около 20°C) до 300°C.
Наука начинается там, где начинаются измерения.
Д. I. Менделеев
Одной из задач пирометрии является разработка арсенала методов и приборов для высокотемпературных измерений, которые в совокупности охватывают весь спектр объектов, условий и режимов измерений.
Вторая задача пирометрии – обеспечение единства измерений высоких температур с помощью различных приборов и методов. Только благодаря единству измерений можно добиться того, что различные методы измерений, применяемые на одних и тех же объектах и в одних и тех же условиях, дают одинаковые (в пределах точности методов измерений) численные значения измеряемых температурных величин.
Наконец, третьей задачей пирометрии является исследование источников ошибок измерений различных методов на различных объектах и при различных условиях использования. Сложность и разнообразие условий, в которых проводятся измерения, часто затрудняют решение этой проблемы настолько, что она становится предметом специальных, обширных исследований.
Таким образом, в широком смысле задачей пирометрии является не только изучение методов и приборов для измерения высоких температур, но и исследование условий их использования с целью оценки и уменьшения погрешностей измерений, определения достоверности результатов измерений и повышения этой достоверности.
Измерение температуры в промышленности
Во многих отраслях промышленности использование высоких температур является неотъемлемой частью производственного процесса, и качество продукции во многом зависит от надежности измерения или контроля температуры.
Подобная ситуация наблюдается во многих областях научных исследований, где надежность высокотемпературных измерений является одним из решающих факторов для успешного проведения исследований.
Большое разнообразие исследовательских установок, условий измерения температуры в этих установках, различные требования к диапазону и точности высокотемпературных измерений – все это исключает возможность создания универсальных методов и приборов.
Разработка надежных методов измерения температуры для различных промышленных применений является важной задачей в современной технике КИПиА.
Термопары в производстве
Термоэлектрические термометры были представлены на промышленном рынке раньше других термоэлектрических устройств. Известный французский физик А. Ле Шателье создал термопару, одна ветвь которой была изготовлена из платины, а другая – из сплава платины и родия. Эти тугоплавкие материалы позволили использовать термопару для измерения высоких температур (до 150 o C).
Термопара Ле Шателье считалась лучшим термоэлектрическим термометром, на ее основе была разработана промышленная технология термопар, и к концу 19 века несколько немецких компаний специализировались на производстве термоэлектрических приборов для измерения температуры.
В стандартной термопаре Ле Шателье одна ветвь провода помещалась в капиллярную фарфоровую трубку, которая вместе с другой ветвью устанавливалась в фарфоровый цилиндрический корпус. В состав прибора входил один из самых точных приборов того времени – гальванометр д’Арсонваля.
Термография
Инфракрасная термография – это наука об использовании электрооптических устройств для регистрации и измерения излучения и сравнения его с температурой поверхности.
Тепловое излучение – это передача тепла с помощью электромагнитных волн. Основное различие между различными волнами заключается в их длине.
Все объекты, исследуемые с помощью тепловизионной камеры, излучают энергию в инфракрасном диапазоне спектра. Когда объект становится горячее, он излучает больше энергии. Очень горячие объекты излучают достаточно энергии, чтобы быть видимыми человеческим глазом.
Тепловизионные камеры чаще всего используются для проверки состояния электроустановок, поскольку они позволяют проводить осмотр быстро и без непосредственного контакта.
Тепловизионные обследования высоковольтного электрооборудования должны проводиться с безопасного расстояния.
Читайте далее:
