Dan tahukah Anda bahwa...

Apakah ilmuwan Swedia A. Celsius menguji skala suhu? “Saya mengulangi percobaan selama dua tahun, dalam cuaca yang berbeda, dan selalu menemukan titik yang sama persis pada termometer. Saya menempatkan termometer tidak hanya di es yang mencair, tetapi juga di salju ketika mulai mencair. Saya juga meletakkan kuali salju yang mencair bersama dengan termometer di kompor pemanas dan selalu menemukan bahwa termometer menunjukkan titik yang sama, jika saja salju menempel rapat di sekitar bola termometer. Beginilah cara A. Celsius menggambarkan hasil eksperimennya pada abad ke-18.

Ada zat logam yang sangat melebur - paduan kayu? Jika Anda menuangkan satu sendok teh darinya, maka dalam segelas teh panas itu akan meleleh dan mengalir ke dasar gelas!

Di puncak Gunung Everest, titik tertinggi di Bumi, apakah tekanan atmosfer tiga kali lebih kecil dari biasanya? Pada tekanan ini, air mendidih pada suhu hanya 70 ° C? Dalam "air mendidih" dengan suhu seperti itu, bahkan teh tidak dapat diseduh dengan benar.

Saat mengeluarkan panci panas dari kompor, apakah Anda hanya perlu menggunakan lap kering atau sarung tangan? Jika basah, Anda berisiko terbakar, karena air menghantarkan panas 25 kali lebih cepat daripada udara di antara rambut-rambut kain.

Jika batu bara atau kayu bakar memiliki konduktivitas termal yang sama baiknya dengan logam, maka tidak mungkin untuk membakarnya? Panas yang disuplai ke mereka (misalnya, dari korek api) akan sangat cepat ditransfer ke ketebalan material dan tidak akan memanaskan bagian yang menyala ke suhu penyalaan.

Dalam perjalanan mereka ke Bumi, sinar matahari melakukan perjalanan melalui ruang hampa udara untuk jarak yang sangat jauh - 150 juta kilometer? Dan meskipun demikian, untuk setiap meter persegi permukaan bumi, aliran energi dengan kekuatan 1 kW jatuh. Jika energi ini "jatuh" pada ketel, maka ia akan mendidih hanya dalam 10 menit!

Jika seseorang dapat melihat radiasi termal, maka, begitu berada di ruangan yang gelap, ia akan melihat banyak hal menarik: pipa dan radiator yang bersinar terang dikelilingi oleh aliran udara hangat yang berliku-liku? Aliran yang sama akan berada di atas pusat musik, TV.

Pada abad ke-19, apakah makanan beku dianggap basi? Dan hanya kesulitan pasokan makanan, yang menjadi penghambat perkembangan kota-kota besar, yang memaksa kita untuk mengatasi prasangka. PADA terlambat XIX- Pada awal abad ke-20, undang-undang dikeluarkan di banyak negara yang meresepkan konstruksi struktur khusus - lemari es.

Pompa panas yang memungkinkan Anda untuk mengatur suhu dan kelembaban udara - AC - sudah mulai digunakan pada awal abad terakhir? Sejak 1920-an, mereka telah dipasang di gedung dan tempat yang ramai: teater, hotel, restoran.

Termometer

Termometer (Orang yunani - panas; - I measure) - alat untuk mengukur suhu udara, tanah, air, dan sebagainya. Ada beberapa jenis termometer:cairan; mekanis; elektronik; optik; gas; inframerah.

Galileo dianggap sebagai penemu termometer: dalam tulisannya sendiri tidak ada deskripsi tentang alat ini, tetapi murid-muridnya, Nelly dan Viviani, bersaksi bahwa sudah pada tahun 1597 ia membuat sesuatu seperti termobaroskop (termoskop). Galileo saat ini mempelajari karya Heron dari Alexandria, yang telah menggambarkan perangkat serupa, tetapi tidak untuk mengukur derajat panas, tetapi untuk menaikkan air dengan pemanasan. Termoskop adalah bola kaca kecil dengan tabung kaca yang disolder padanya. Bola sedikit dipanaskan dan ujung tabung diturunkan ke dalam bejana berisi air. Setelah beberapa waktu, udara di dalam bola mendingin, tekanannya menurun, dan air, di bawah aksi tekanan atmosfer, naik ke dalam tabung hingga ketinggian tertentu. Selanjutnya, dengan pemanasan, tekanan udara di dalam bola meningkat dan ketinggian air di dalam tabung berkurang; ketika didinginkan, air di dalamnya naik. Dengan bantuan termoskop, dimungkinkan untuk menilai hanya tentang perubahan tingkat pemanasan tubuh: itu tidak menunjukkan nilai numerik suhu, karena tidak memiliki skala. Selain itu, ketinggian air di dalam tabung tidak hanya bergantung pada suhu, tetapi juga pada tekanan atmosfer. Pada tahun 1657, termoskop Galileo diperbaiki oleh para ilmuwan Florentine. Mereka memasang instrumen dengan skala manik-manik dan mengeluarkan udara dari tangki (bola) dan tabung. Ini memungkinkan tidak hanya secara kualitatif, tetapi juga secara kuantitatif untuk membandingkan suhu tubuh. Selanjutnya, termoskop diubah: terbalik, dan brendi dituangkan ke dalam tabung alih-alih air dan bejana dikeluarkan. Pengoperasian perangkat ini didasarkan pada ekspansi tubuh; suhu musim panas terpanas dan hari-hari musim dingin terdingin diambil sebagai titik "permanen". Semua termometer ini adalah udara dan terdiri dari bejana dengan tabung berisi udara, dipisahkan dari atmosfer oleh kolom air, mereka mengubah pembacaannya baik dari perubahan suhu maupun dari perubahan tekanan atmosfer.

Termometer cair dideskripsikan untuk pertama kalinya pada tahun 1667 "Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento", di mana mereka disebut-sebut sebagai benda yang telah lama dibuat oleh pengrajin terampil, yang disebut "Confia", menghangatkan kaca di atas api lampu yang dikipasi dan membuat produk yang luar biasa dan sangat halus darinya. Pada awalnya termometer ini diisi dengan air, tetapi mereka meledak ketika membeku; mereka mulai menggunakan roh anggur untuk ini pada tahun 1654 sesuai dengan ide Grand Duke of Tuscany Ferdinand II. Termometer Florentine telah bertahan dalam beberapa salinan hingga zaman kita di Museum Galilea, di Florence; persiapan mereka dijelaskan secara rinci.

Pertama, master harus membuat pembagian pada tabung, dengan mempertimbangkan dimensi relatif dan ukuran bola: pembagian diterapkan dengan enamel cair pada tabung yang dipanaskan di atas lampu, setiap sepersepuluh ditandai dengan titik putih, dan lainnya dengan titik hitam. . Biasanya mereka membuat 50 pembagian sedemikian rupa sehingga ketika salju mencair, alkohol tidak turun di bawah 10, dan di bawah sinar matahari tidak naik di atas 40. Pengrajin yang baik membuat termometer sedemikian sukses sehingga mereka semua menunjukkan nilai suhu yang sama di bawah kondisi yang sama, tetapi ini tidak mungkin dicapai jika tabung dibagi menjadi 100 atau 300 bagian untuk mendapatkan akurasi yang lebih besar. Termometer diisi dengan cara memanaskan bola lampu dan menurunkan ujung tabung menjadi alkohol; pengisian dilakukan dengan menggunakan corong kaca dengan ujung ditarik tipis yang bebas masuk ke tabung yang cukup lebar. Setelah menyesuaikan jumlah cairan, bukaan tabung ditutup dengan lilin penyegel, yang disebut "hermetis". Dari sini jelas bahwa termometer ini berukuran besar dan dapat berfungsi untuk menentukan suhu udara, tetapi masih tidak nyaman untuk eksperimen lain yang lebih beragam, dan derajat termometer yang berbeda tidak dapat dibandingkan satu sama lain.

Termometer Galileo

Pada tahun 1703 Amonton ( Guillaume Amontons) di Paris meningkatkan termometer udara, bukan mengukur ekspansi, tetapi peningkatan elastisitas udara berkurang ke volume yang sama pada suhu yang berbeda dengan menuangkan merkuri ke lutut terbuka; tekanan barometrik dan perubahannya diperhitungkan. Angka nol dari skala seperti itu seharusnya menjadi "derajat dingin yang signifikan" di mana udara kehilangan semua elastisitasnya (yaitu, nol absolut modern), dan titik konstan kedua adalah titik didih air. Pengaruh tekanan atmosfer pada titik didih belum diketahui Amonton, dan udara dalam termometernya tidak terbebas dari gas air; oleh karena itu, dari datanya, nol mutlak diperoleh pada 239,5° Celcius. Termometer udara Amonton lainnya, dibuat dengan sangat tidak sempurna, tidak bergantung pada perubahan tekanan atmosfer: itu adalah barometer siphon, lutut terbuka yang diperpanjang ke atas, diisi dari bawah dengan larutan kalium yang kuat, dari atas dengan minyak dan diakhiri dengan reservoir udara tertutup.

Bentuk termometer modern diberikan oleh Fahrenheit dan menjelaskan metode pembuatannya pada tahun 1723. Awalnya, ia juga mengisi tabungnya dengan alkohol dan akhirnya beralih ke merkuri. Dia mengatur skala nolnya pada suhu campuran salju dengan amonia atau garam meja, pada suhu "awal pembekuan air" yang dia tunjukkan 32 °, dan suhu tubuh orang yang sehat di mulut atau di bawah lengan setara dengan 96 °. Selanjutnya, ia menemukan bahwa air mendidih pada 212° dan suhu ini selalu sama dalam keadaan barometer yang sama. Salinan termometer Fahrenheit yang masih ada dibedakan oleh pengerjaannya yang cermat.

Termometer air raksa dengan skala Fahrenheit

Astronom Swedia, ahli geologi dan meteorologi Anders Celsius akhirnya menetapkan kedua titik permanen, es yang mencair dan air mendidih, pada tahun 1742. Namun awalnya ia menetapkan 0 ° pada titik didih, dan 100 ° pada titik beku. Dalam karyanya Pengamatan dua derajat persisten pada termometer, Celsius berbicara tentang eksperimennya yang menunjukkan bahwa titik leleh es (100°) tidak bergantung pada tekanan. Dia juga menentukan, dengan akurasi yang luar biasa, bagaimana titik didih air bervariasi dengan tekanan atmosfer. Dia menyarankan agar tanda 0 (titik didih air) dapat dikalibrasi, mengetahui pada tingkat apa relatif terhadap laut adalah termometer.

Kemudian, setelah kematian Celsius, orang-orang sezaman dan senegaranya, ahli botani Carl Linnaeus dan astronom Morten Strömer, menggunakan skala ini secara terbalik (untuk 0 ° mereka mulai mengambil titik leleh es, dan untuk 100 ° - titik didih air). Dalam bentuk ini, timbangan ternyata sangat nyaman, tersebar luas dan digunakan hingga hari ini.

Termometer cair didasarkan pada prinsip mengubah volume cairan yang dituangkan ke dalam termometer (biasanya alkohol atau air raksa) sebagai perubahan suhu lingkungan. Sehubungan dengan larangan penggunaan merkuri karena berbahaya bagi kesehatan di banyak daerah kegiatan mencari alternatif tambalan termometer rumah tangga. Misalnya, paduan galinstan bisa menjadi penggantinya. Jenis termometer lain juga semakin banyak digunakan.

Termometer medis merkuri

Termometer mekanis jenis ini beroperasi dengan prinsip yang sama seperti termometer cair, tetapi spiral logam atau pita bimetal biasanya digunakan sebagai sensor.

Termometer mekanik jendela

Ada juga termometer elektronik. Prinsip pengoperasian termometer elektronik didasarkan pada perubahan resistansi konduktor ketika suhu lingkungan berubah. Termometer elektronik dengan jangkauan yang lebih luas didasarkan pada termokopel (kontak antara logam dengan keelektronegatifan menciptakan perbedaan potensial kontak tergantung pada suhu). Yang paling akurat dan stabil dari waktu ke waktu adalah termometer resistansi berdasarkan kawat platinum atau sputtering platinum pada keramik. Yang paling umum adalah PT100 (resistensi pada 0 °C - 100Ω) PT1000 (resistensi pada 0 °C - 1000Ω) (IEC751). Ketergantungan pada suhu hampir linier dan mematuhi hukum kuadrat pada suhu positif dan persamaan derajat ke-4 pada suhu negatif (konstanta yang sesuai sangat kecil, dan dalam pendekatan pertama ketergantungan ini dapat dianggap linier). Kisaran suhu -200 - +850 °C.

Termometer elektronik medis

Termometer optik memungkinkan Anda untuk merekam suhu karena perubahan tingkat luminositas, spektrum, dan parameter lainnya saat suhu berubah. Misalnya, pengukur suhu tubuh inframerah. Termometer inframerah memungkinkan Anda mengukur suhu tanpa kontak langsung dengan seseorang. Di beberapa negara, telah lama ada kecenderungan untuk meninggalkan termometer air raksa dan beralih ke inframerah, tidak hanya di institusi medis, tetapi juga di tingkat rumah tangga.

Termometer inframerah

Jika mekanika di abad ke-18 menjadi bidang ilmu alam yang matang dan terdefinisi sepenuhnya, maka ilmu kalor pada dasarnya baru mengambil langkah pertamanya. Tentu saja, pendekatan baru untuk mempelajari fenomena termal muncul pada awal abad ke-17. Termoskop Galileo dan termometer para akademisi Florentine, Guericke, dan Newton yang mengikutinya mempersiapkan dasar di mana termometri tumbuh pada kuartal pertama abad baru. Termometer Fahrenheit, Delisle, Lomonosov, Réaumur dan Celcius, berbeda satu sama lain dalam fitur desain, pada saat yang sama menentukan jenis termometer dengan dua titik konstan, yang masih diterima sampai sekarang.

Pada awal 1703, akademisi Paris Amonton (1663-1705) merancang termometer gas di mana suhu ditentukan menggunakan tabung manometrik yang terhubung ke reservoir gas dengan volume konstan. Perangkat yang secara teoritis menarik, prototipe termometer hidrogen modern, tidak nyaman untuk tujuan praktis. Peniup kaca Danzig (Gdansk) Fahrenheit (1686-1736) dari tahun 1709 menghasilkan termometer alkohol dengan titik tetap. Dari 1714 ia mulai memproduksi termometer air raksa. Fahrenheit mengambil titik beku air sebagai 32°, dan titik didih air sebagai 212°. Fahrenheit mengambil titik beku campuran air, es dan amonia atau garam biasa sebagai nol. Dia menyebutkan titik didih air hanya pada tahun 1724 dalam sebuah publikasi cetak. Apakah dia menggunakannya sebelumnya tidak diketahui.

Ahli zoologi dan metalurgi Prancis Réaumur (1683-1757) mengusulkan termometer dengan titik nol konstan, yang ia ambil sebagai titik beku air. Menggunakan larutan alkohol 80% sebagai benda termometrik, dan dalam versi terakhir, merkuri, ia mengambil titik didih air sebagai titik konstan kedua, menetapkannya sebagai angka 80. Réaumur menggambarkan termometernya dalam artikel yang diterbitkan di jurnal dari Akademi Ilmu Pengetahuan Paris pada tahun 1730, 1731 gg.

Termometer Réaumur diuji oleh astronom Swedia Celsius (1701-1744), yang menjelaskan eksperimennya pada tahun 1742. titik yang sama persis pada termometer. Saya meletakkan termometer tidak hanya di es yang mencair, tetapi juga di tempat yang sangat dingin membawa salju ke kamar saya di atas api sampai mulai mencair. Saya juga meletakkan kuali salju yang mencair bersama dengan termometer di kompor pemanas dan selalu menemukan bahwa termometer menunjukkan titik yang sama, jika saja salju menempel rapat di sekitar bola termometer. Setelah hati-hati memeriksa keteguhan titik leleh es, Celsius memeriksa titik didih air dan menemukan bahwa itu tergantung pada tekanan. Sebagai hasil penelitian, sebuah termometer baru, yang sekarang dikenal sebagai termometer Celcius, muncul. Celsius mengambil titik leleh es sebagai 100, titik didih air pada tekanan 25 inci 3 garis merkuri sebagai 0. Ahli botani Swedia terkenal Carl Linnaeus (1707-1788) menggunakan termometer dengan nilai titik konstan yang diatur ulang. O berarti titik leleh es, 100 titik didih air. Jadi, skala Celsius modern pada dasarnya adalah skala Linnaean.

Di Akademi Ilmu Pengetahuan St. Petersburg, Akademisi Delisle mengusulkan skala di mana titik leleh es diambil sebagai 150, dan titik didih air diambil sebagai 0. Akademisi PS Pallas dalam ekspedisinya tahun 1768-1774. di Ural dan Siberia, dia menggunakan termometer Delhi. M.V. Lomonosov menggunakan dalam penelitiannya termometer yang dirancang olehnya dengan skala yang berbanding terbalik dengan skala Deliverian.

Termometer digunakan terutama untuk keperluan meteorologi dan geofisika. Lomonosov, yang menemukan keberadaan arus vertikal di atmosfer, mempelajari ketergantungan kepadatan lapisan atmosfer pada suhu, mengutip data dari mana dimungkinkan untuk menentukan koefisien ekspansi volumetrik udara, yang menurut data ini adalah kira-kira ]/367. Lomonosov dengan gigih membela prioritas Akademisi Brown St. Petersburg dalam menemukan titik beku merkuri, yang pada 14 Desember 1759, pertama kali membekukan merkuri dengan bantuan campuran pendingin. Ini adalah suhu terendah yang dicapai hingga saat itu.

Suhu tertinggi (tanpa perkiraan kuantitatif) diperoleh pada tahun 1772 oleh komisi Akademi Ilmu Pengetahuan Paris di bawah bimbingan ahli kimia terkenal Lavoisier. Temperatur tinggi diperoleh dengan menggunakan lensa yang dibuat khusus. Lensa dirakit dari dua lentil cekung-cembung, ruang di antaranya diisi dengan alkohol. Sekitar 130 liter alkohol dituangkan ke dalam lensa dengan diameter 120 cm, ketebalannya mencapai 16 cm di tengah.Dengan memfokuskan sinar matahari, seng, emas, dan berlian dapat meleleh. Seperti dalam eksperimen Brown-Lomonosov, di mana "kulkas" adalah udara musim dingin, maka dalam eksperimen Lavoisier, "kompor" alami - Matahari - berfungsi sebagai sumber suhu tinggi.

Perkembangan termometri adalah penggunaan ilmiah dan praktis pertama dari ekspansi termal benda. Secara alami, fenomena ekspansi termal mulai dipelajari tidak hanya secara kualitatif, tetapi juga kuantitatif Pengukuran pertama yang akurat dari ekspansi termal padatan dilakukan oleh Lavoisier dan Laplace pada tahun 1782. Metode mereka lama dijelaskan dalam kursus fisika, dimulai dengan kursus Biot, 1819, dan diakhiri dengan kursus fisika oleh O. D. Khvolson, 1923.

Sepotong benda uji ditempatkan pertama dalam es yang mencair dan kemudian dalam air mendidih. Data diperoleh untuk kaca dari berbagai tingkat, baja dan besi, serta untuk berbagai tingkat emas, tembaga, kuningan, perak, timah, timah.Para ilmuwan telah menemukan bahwa tergantung pada metode persiapan logam, hasilnya berbeda. Sepotong baja yang tidak dikeraskan bertambah 0,001079 dari panjang aslinya ketika dipanaskan 100 °, dan dari baja yang diperkeras bertambah 0,001239. Nilai 0,001220 diperoleh untuk besi tempa, dan 0,001235 untuk besi tarik bulat. Data ini memberikan gambaran tentang keakuratan metode tersebut.

Jadi, sudah pada paruh pertama abad ke-18, termometer dibuat dan pengukuran termal kuantitatif dimulai, dibawa ke tingkat akurasi yang tinggi dalam eksperimen termofisika Laplace dan Lavoisier. Namun, konsep kuantitatif dasar fisika termal tidak segera mengkristal. Dalam karya fisikawan pada waktu itu, ada banyak kebingungan dalam konsep-konsep seperti "jumlah panas", "derajat panas", "derajat panas". Kebutuhan untuk membedakan antara konsep suhu dan jumlah panas ditunjukkan pada tahun 1755 oleh I.G. Lambert (1728-1777). Namun, instruksinya tidak dihargai oleh orang-orang sezamannya, dan pengembangan konsep yang benar lambat.

Pendekatan pertama untuk kalorimetri terkandung dalam karya-karya akademisi St. Petersburg GV Kraft dan GV Rikhman (1711-1753). Artikel Kraft "Berbagai Eksperimen dengan Panas dan Dingin", dipresentasikan kepada Konferensi Akademi pada tahun 1744 dan diterbitkan pada tahun 1751, membahas masalah penentuan suhu campuran dua bagian cairan yang diambil pada suhu yang berbeda. Masalah ini sering disebut dalam buku teks sebagai "masalah Richmann," meskipun Richman memecahkan masalah yang lebih umum dan lebih kompleks daripada Kraft. Kraft memberikan rumus empiris yang salah untuk memecahkan masalah.

Kami menemukan pendekatan yang sama sekali berbeda untuk memecahkan masalah di Richmann. Dalam artikel "Refleksi pada jumlah panas yang harus diperoleh saat mencampur cairan yang memiliki derajat panas tertentu", yang diterbitkan pada tahun 1750, Richmann mengajukan masalah dalam menentukan suhu campuran beberapa (dan bukan dua, seperti dalam Kraft) cairan dan memecahkannya berdasarkan prinsip keseimbangan panas. “Misalkan,” kata Richman, “massa fluida adalah a; panas yang didistribusikan dalam massa ini sama dengan m; massa lain di mana panas yang sama m harus didistribusikan seperti pada massa a, biarkan sama dengan a + b. Maka panas yang dihasilkan

sama dengan am/(a+b). Di sini Richmann mengartikan suhu dengan "panas", tetapi prinsip yang ia rumuskan bahwa "panas yang sama berbanding terbalik dengan massa tempat ia didistribusikan" adalah kalorimetrik murni. "Jadi," Richmann menulis lebih lanjut, "panas massa a, sama dengan m, dan panas massa b, sama dengan n, didistribusikan secara merata di atas massa a + b, dan panas dalam massa ini, yaitu, dalam campuran a dan b, harus sama dengan jumlah kalor m + n yang didistribusikan dalam massa a + b, atau sama dengan (ma + nb) / (a ​​+ b) . Rumus inilah yang muncul di buku teks sebagai "rumus Richmann". “Untuk mendapatkan formula yang lebih umum,” lanjut Richmann, “yang memungkinkan untuk menentukan derajat panas ketika mencampur 3, 4, 5, dll. massa cairan yang sama yang memiliki derajat panas berbeda, saya sebut massa ini a, b, c, d, e, dll, dan panas yang sesuai adalah m, p, o, p, q, dll. Dengan cara yang persis sama, saya berasumsi bahwa masing-masing dari mereka didistribusikan di atas totalitas semua massa. Akibatnya, "panas setelah pencampuran semua massa hangat sama dengan:

(am + bp + co + dp + eq), dll. / (a ​​+ b + c + d + e), dll.,

yaitu, jumlah massa cairan, di mana, selama pencampuran, panas massa individu didistribusikan secara merata, berhubungan dengan jumlah semua produk dari setiap massa dan panasnya dengan cara yang sama sebagai kesatuan dengan panas campuran.

Richmann belum memiliki konsep jumlah kalor, tetapi ia menulis dan secara logis membuktikan rumus kalorimetri yang benar-benar tepat.Ia dengan mudah menemukan bahwa rumusnya lebih sesuai dengan pengalaman daripada rumus Krafg. Dia dengan tepat menetapkan bahwa "panas" nya "bukan panas yang sebenarnya, tetapi kelebihan panas dari campuran dibandingkan dengan nol derajat Fahrenheit." Dia memahami dengan jelas bahwa: 1. "Panas campuran didistribusikan tidak hanya di atas massanya sendiri, tetapi juga di atas dinding bejana dan termometer itu sendiri." 2. "Panas intrinsik termometer dan panas bejana didistribusikan baik di atas campuran, dan di sepanjang dinding bejana tempat campuran berada, dan di sepanjang termometer." 3. “Sebagian dari panas campuran, selama periode waktu itu ketika eksperimen sedang dilakukan, mengalir ke udara sekitarnya …”

Richmann secara akurat merumuskan sumber kesalahan dalam percobaan kalorimetri, menunjukkan alasan perbedaan antara rumus dan percobaan Kraft, yaitu, ia meletakkan dasar kalorimetri, meskipun ia sendiri belum sampai pada konsep jumlah panas. Karya Richmann dilanjutkan oleh akademisi Swedia Johann Wilke (1732-1796) dan ahli kimia Skotlandia Joseph Black (1728-1799). Kedua ilmuwan, mengandalkan rumus Richmann, merasa perlu untuk memperkenalkan konsep-konsep baru ke dalam sains. Wilke, menyelidiki panas dari campuran air dan salju pada tahun 1772, menemukan bahwa bagian dari panas menghilang.Dari sini ia sampai pada konsep panas laten pencairan salju dan kebutuhan untuk memperkenalkan konsep baru, yang kemudian menerima nama "kapasitas panas".

Black juga sampai pada kesimpulan yang sama tanpa mempublikasikan hasilnya. Studinya diterbitkan hanya pada tahun 1803, dan kemudian diketahui bahwa Black adalah yang pertama dengan jelas membedakan antara konsep jumlah panas dan suhu, yang pertama memperkenalkan istilah "kapasitas panas". Kembali pada tahun 1754-1755, Black tidak hanya menemukan keteguhan titik leleh es, tetapi juga bahwa termometer tetap pada suhu yang sama, meskipun ada aliran panas, sampai semua es mencair. Dari sini Black sampai pada konsep panas peleburan laten. Kemudian ia menetapkan konsep panas laten penguapan. Dengan demikian, pada tahun 70-an abad ke-18, konsep kalorimetri dasar ditetapkan. Hanya setelah hampir seratus tahun (pada tahun 1852) satuan kuantitas panas diperkenalkan, yang kemudian diberi nama "kalori". ( Clausius juga hanya berbicara tentang satuan panas dan tidak menggunakan istilah "kalori".)

Pada 1777, Lavoisier dan Laplace, setelah membangun kalorimeter es, menentukan kapasitas panas spesifik berbagai benda. Panas kualitas primer Aristotelian mulai dipelajari dengan metode eksperimen eksak.

Ada juga teori ilmiah tentang panas. Satu, konsep paling umum (yang juga dianut Black) adalah teori fluida termal khusus - kalori. Yang lain, di mana Lomonosov adalah pendukung setia, menganggap panas sebagai semacam gerakan "partikel yang tidak peka". Konsep kalori sangat cocok dengan deskripsi fakta kalorimetri: rumus Richmann dan rumus-rumus selanjutnya yang memperhitungkan kalor laten dapat dijelaskan dengan sempurna.Akibatnya, teori kalori mendominasi sampai pertengahan abad ke-19, ketika penemuan hukum kekekalan energi memaksa fisikawan untuk kembali ke konsep yang berhasil dikembangkan oleh Lomonosov seratus tahun sebelum penemuan hukum ini.

Gagasan bahwa panas adalah suatu bentuk gerak sangat umum di abad ke-17. f. Bacon dalam The New Organon, menerapkan metodenya untuk mempelajari sifat panas, sampai pada kesimpulan bahwa "panas adalah gerakan rambat, terhalang dan terjadi di bagian-bagian kecil." Descartes berbicara lebih konkret dan jelas tentang panas seperti tentang gerakan partikel kecil. Mempertimbangkan sifat api, ia sampai pada kesimpulan bahwa "tubuh api ... terdiri dari partikel terkecil, sangat cepat dan keras bergerak secara terpisah satu sama lain." Lebih lanjut, dia menunjukkan bahwa "hanya gerakan ini, tergantung pada berbagai tindakan yang dihasilkannya, yang disebut panas atau cahaya." Beralih ke benda-benda lainnya, ia menyatakan bahwa “partikel-partikel kecil yang tidak menghentikan gerakannya hadir tidak hanya dalam api, tetapi juga di semua benda lain, meskipun pada benda terakhir tindakan mereka tidak begitu kuat, tetapi karena ukurannya yang kecil mereka sendiri tidak dapat dilihat oleh indra kita."

Atomisme mendominasi pandangan fisik para ilmuwan dan pemikir abad ke-17. Hooke, Huygens, Newton mewakili semua benda alam semesta sebagai terdiri dari partikel terkecil, "tidak peka", sebagaimana Lomonosov menyebutnya secara singkat kemudian. Konsep panas sebagai bentuk gerak partikel-partikel ini tampaknya cukup masuk akal bagi para ilmuwan. Tetapi gagasan tentang panas ini bersifat kualitatif dan muncul atas dasar faktual yang sangat sedikit. Pada abad XVIII. pengetahuan tentang fenomena termal menjadi lebih tepat dan pasti; kimia juga membuat langkah besar, di mana teori phlogiston, sebelum penemuan oksigen, membantu untuk memahami proses pembakaran dan oksidasi. Semua ini berkontribusi pada asimilasi sudut pandang baru tentang panas sebagai zat khusus, dan keberhasilan kalorimetri pertama memperkuat posisi pendukung kalori. Keberanian ilmiah yang besar diperlukan untuk mengembangkan teori kinetik panas dalam situasi ini.

Teori kinetik panas secara alami dikombinasikan dengan teori kinetik materi, dan terutama udara dan uap. Gas (kata "gas" diperkenalkan oleh Van Helmont; 1577-1644) pada dasarnya belum ditemukan, dan bahkan Lavoisier menganggap uap sebagai kombinasi air dan api. Lomonosov sendiri, mengamati pembubaran besi dalam vodka kuat (asam nitrat), mempertimbangkan

gelembung nitrogen yang dilepaskan oleh udara. Dengan demikian, udara dan uap hampir merupakan satu-satunya gas pada masa Lomonosov - "cairan elastis", menurut terminologi saat itu.

D. Bernoulli dalam "Hidrodinamika" nya membayangkan udara terdiri dari partikel yang bergerak "sangat cepat dalam arah yang berbeda", dan percaya bahwa partikel ini membentuk "cairan elastis". Bernoulli memperkuat hukum Boyle-Mariotte dengan modelnya tentang "fluida elastis". Dia membangun hubungan antara kecepatan partikel dan pemanasan udara, dan dengan demikian menjelaskan peningkatan elastisitas udara saat dipanaskan. Ini adalah upaya pertama dalam sejarah fisika untuk menafsirkan perilaku gas dengan pergerakan molekul, upaya yang tidak diragukan lagi brilian, dan Bernoulli tercatat dalam sejarah fisika sebagai salah satu pendiri teori kinetik gas.

Enam tahun setelah publikasi Hidrodinamika, Lomonosov mempresentasikan karyanya Refleksi Penyebab Panas dan Dingin kepada Majelis Akademik. Itu diterbitkan hanya enam tahun kemudian, pada 1750, bersama dengan karya lain, kemudian, An Experience in the Theory of Air Elasticity. Jadi, teori elastisitas gas Lomonosov terkait erat dengan teorinya tentang panas dan bergantung pada yang terakhir.

D. Bernoulli juga menaruh perhatian besar pada masalah panas, khususnya pertanyaan tentang ketergantungan kerapatan udara pada suhu. Tanpa membatasi dirinya mengacu pada eksperimen Amonton, ia sendiri mencoba secara eksperimental menentukan ketergantungan elastisitas udara pada suhu. “Saya menemukan,” tulis Bernoulli, “bahwa elastisitas udara, yang di sini di St. Petersburg sangat dingin pada 25 Desember 1731, Art. Art., mengacu pada elastisitas udara yang sama, yang memiliki panas yang sama dengan air mendidih, seperti 523 hingga 1000. Nilai Bernoulli ini jelas salah, karena mengasumsikan bahwa suhu udara dingin sesuai dengan -78°C.

Perhitungan analog Lomonosov yang disebutkan di atas jauh lebih akurat. Di sisi lain, hasil akhir Bernoulli sangat luar biasa, bahwa "elastisitas berada dalam rasio yang terdiri dari kuadrat kecepatan partikel dan pangkat satu densitas", yang sepenuhnya sesuai dengan persamaan dasar teori kinetik. gas dalam presentasi modern.

Bernoulli sama sekali tidak menyentuh pertanyaan tentang sifat panas, yang merupakan inti dari teori Lomonosov. Lomonosov berhipotesis bahwa panas adalah bentuk gerakan partikel yang tidak peka. Dia mempertimbangkan kemungkinan sifat gerakan ini: translasi, rotasi dan osilasi - dan menyatakan bahwa "panas terdiri dari gerakan rotasi internal materi terikat."

Mengambil sebagai titik awal hipotesis gerakan rotasi molekul sebagai penyebab panas, Lomonosov menyimpulkan sejumlah konsekuensi dari ini: 1) molekul (sel darah) memiliki bentuk bola; 2) “... dengan rotasi yang lebih cepat dari partikel materi terikat, panas akan meningkat, dan dengan rotasi yang lebih lambat, panas akan berkurang; 3) partikel benda panas berputar lebih cepat, yang lebih dingin - lebih lambat; 4) benda panas harus didinginkan ketika bersentuhan dengan benda dingin, karena memperlambat pergerakan kalori partikel; sebaliknya, benda dingin harus memanas karena percepatan gerakan saat bersentuhan. Jadi, transisi panas dari benda panas ke benda dingin yang diamati di alam adalah konfirmasi hipotesis Lomonosov.

Fakta bahwa Lomonosov memilih perpindahan panas sebagai salah satu konsekuensi utama sangat signifikan, dan beberapa penulis melihat ini sebagai alasan untuk menempatkan Lomonosov di antara penemu hukum kedua termodinamika. Namun, tidak mungkin bahwa proposisi di atas dapat dianggap sebagai formulasi utama dari hukum kedua, tetapi keseluruhan pekerjaan secara keseluruhan tidak diragukan lagi merupakan garis besar pertama termodinamika. Jadi, Lomonosov menjelaskan di dalamnya pembentukan panas selama gesekan, yang berfungsi sebagai dasar eksperimental untuk hukum pertama dalam eksperimen klasik Joule. Lebih lanjut Lomonosov, mengacu pada pertanyaan tentang perpindahan panas dari benda panas ke benda dingin, mengacu pada proposisi berikut: “Benda A, yang bekerja pada benda B, tidak dapat memberikan yang terakhir kecepatan gerak yang lebih besar daripada yang dimilikinya. .” Ketentuan ini merupakan kasus khusus dari "hukum konservasi universal". Berangkat dari proposisi ini, ia membuktikan bahwa benda dingin B, direndam dalam cairan hangat A, "jelas tidak dapat menyerap panas yang lebih besar daripada yang dimiliki L."

Lomonosov menunda pertanyaan tentang ekspansi termal "sampai waktu lain," sampai pertimbangan elastisitas udara. Karya termodinamikanya dengan demikian secara langsung berhubungan dengan karya selanjutnya tentang elastisitas gas. Namun, berbicara tentang niat untuk menunda pertimbangan ekspansi termal "sampai waktu lain", Lomonosov di sini juga menunjukkan bahwa karena tidak ada batas atas pada kecepatan partikel (teori relativitas belum ada!), Ada juga tidak ada batas atas pada suhu. Tetapi "karena kebutuhan harus ada tingkat dingin terbesar dan terakhir, yang harus terdiri dari penghentian total gerakan rotasi partikel." Lomonosov, oleh karena itu, menegaskan keberadaan "derajat dingin terakhir" - nol mutlak.

Sebagai kesimpulan, Lomonosov mengkritik teori kalori, yang ia anggap sebagai kekambuhan gagasan orang dahulu tentang api unsur. Menganalisis berbagai fenomena, baik fisik maupun kimia, yang terkait dengan pelepasan dan penyerapan panas, Lomonosov menyimpulkan bahwa “seseorang tidak dapat menghubungkan panas benda dengan kondensasi beberapa materi tipis yang dirancang khusus, tetapi panas terdiri dari gerakan rotasi internal materi terikat dari tubuh yang dipanaskan." Dengan materi "terikat", Lomonosov memahami materi partikel tubuh, membedakannya dari materi "mengalir", yang dapat mengalir "seperti sungai" melalui pori-pori tubuh.

Pada saat yang sama, Lomonosov memasukkan eter dunia dalam sistem termodinamikanya, jauh di depan tidak hanya pada zamannya, tetapi juga abad ke-19. “Jadi,” lanjut Lomonosov, “kami tidak hanya mengatakan bahwa gerakan dan panas seperti itu juga merupakan karakteristik dari materi eter yang paling halus, yang mengisi semua ruang yang tidak berisi benda-benda sensitif, tetapi kami juga menegaskan bahwa materi eter dapat mengomunikasikan gerakan kalori yang diterima dari matahari, bumi kita dan benda-benda lain di dunia, dan memanaskannya, menjadi media di mana benda-benda yang berjauhan satu sama lain mengomunikasikan panas tanpa perantaraan sesuatu yang nyata.

Jadi, jauh sebelum Boltzmann, Golitsyn dan Wien, Lomonosov memasukkan radiasi termal dalam termodinamika. Termodinamika Lomonosov adalah pencapaian luar biasa dari pemikiran ilmiah abad ke-18, jauh lebih maju dari zamannya.

Timbul pertanyaan: mengapa Lomonosov menolak untuk menganggap gerak translasi partikel sebagai gerak termal, dan berhenti pada gerak rotasi? Asumsi ini sangat melemahkan karyanya, dan teori D. Bernoulli datang lebih dekat ke studi selanjutnya dari Clausius dan Maxwell daripada teori Lomonosov. Dalam hal ini, Lomonosov memiliki pertimbangan yang sangat mendalam. Dia harus menjelaskan hal-hal yang kontradiktif seperti kohesi dan elastisitas, koherensi partikel tubuh dan kemampuan tubuh untuk mengembang. Lomonosov adalah lawan yang gigih dari kekuatan jarak jauh dan tidak dapat menggunakan mereka ketika mempertimbangkan struktur molekul tubuh. Ia juga tidak ingin mereduksi penjelasan elastisitas gas menjadi dampak elastis partikel, yaitu menjelaskan elastisitas dengan elastisitas. Dia sedang mencari mekanisme yang akan menjelaskan elastisitas dan ekspansi termal dengan cara yang paling alami. Dalam karyanya "Pengalaman dalam teori elastisitas udara", ia menolak hipotesis elastisitas partikel itu sendiri, yang, menurut Lomonosov, "tidak memiliki komposisi fisik dan struktur terorganisir ..." dan merupakan atom. Oleh karena itu, sifat elastisitas tidak ditunjukkan oleh partikel tunggal yang tidak memiliki kompleksitas fisik dan struktur yang terorganisir, tetapi dihasilkan oleh kombinasinya. Jadi, elastisitas gas (udara), menurut Lomonosov, adalah "sifat kumpulan atom". Atom itu sendiri, menurut Lomonosov, "harus padat dan memiliki ekstensi", ia menganggap bentuknya "sangat dekat" dengan bola. Fenomena panas yang dihasilkan oleh gesekan membuatnya menerima hipotesis bahwa "atom udara itu kasar". Fakta bahwa elastisitas udara sebanding dengan kepadatan membuat Lomonosov menyimpulkan "bahwa itu berasal dari semacam interaksi langsung atom-atomnya." Tetapi atom, menurut Lomonosov, tidak dapat bekerja pada jarak tertentu, tetapi hanya bekerja pada kontak. Kompresibilitas udara membuktikan adanya celah kosong di dalamnya, yang membuat atom tidak mungkin berinteraksi. Dari sini, Lomonosov sampai pada gambaran yang dinamis, ketika interaksi atom digantikan dalam waktu dengan pembentukan ruang kosong di antara mereka, dan pemisahan spasial atom digantikan oleh kontak. Jadi jelaslah bahwa atom-atom individu di udara, dalam pergantian acak, bertabrakan dengan atom-atom terdekat pada interval waktu yang tidak terlihat, dan ketika beberapa bersentuhan, yang lain memantul satu sama lain dan bertabrakan dengan yang terdekat dengan mereka, secara berurutan. untuk rebound lagi; dengan demikian, terus-menerus ditolak satu sama lain oleh goncangan timbal balik yang sering terjadi, mereka cenderung menyebar ke segala arah. Lomonosov melihat elastisitas dalam hamburan ini ke segala arah. "Kekuatan elastisitas terdiri dari keinginan udara untuk menyebar ke segala arah."

Namun, perlu dijelaskan mengapa atom saling memantul selama interaksi. Alasan untuk ini, menurut Lomonosov, adalah gerakan termal: "Interaksi atom-atom udara hanya disebabkan oleh panas." Dan karena panas terdiri dari gerakan rotasi partikel, untuk menjelaskan tolakannya, cukup untuk mempertimbangkan apa yang terjadi ketika dua partikel kasar berbentuk bola yang berputar bersentuhan. Lomonosov menunjukkan bahwa mereka akan saling mendorong, dan mengilustrasikan ini dengan sebuah contoh, yang sudah dikenalnya sejak kecil, tentang pantulan bagian atas ("jungkir balik") yang dibiarkan anak laki-laki di atas es. Ketika gasing berputar seperti itu bersentuhan, mereka memantul satu sama lain dalam jarak yang cukup jauh. Jadi, tumbukan elastis atom, menurut Lomonosov, disebabkan oleh interaksi momen rotasi mereka. Itu sebabnya dia membutuhkan hipotesis gerak rotasi termal partikel! Dengan demikian, Lomonosov sepenuhnya mendukung model gas elastis yang terdiri dari partikel yang bergerak dan bertabrakan secara acak.

Model ini memungkinkan Lomonosov tidak hanya untuk menjelaskan hukum Boyle-Mariotte, tetapi juga untuk memprediksi penyimpangan darinya pada kompresi tinggi. Penjelasan tentang hukum dan penyimpangannya diberikan oleh Lomonosov dalam karya "Addition to Reflection on the Elasticity of Air", diterbitkan dalam volume yang sama "New Commentaries" dari Akademi Ilmu Pengetahuan St. Petersburg, di mana dua sebelumnya karya juga diterbitkan. Dalam karya-karya Lomonosov, ada juga pernyataan yang salah, yang sepenuhnya dijelaskan oleh tingkat pengetahuan saat itu. Tetapi mereka tidak menentukan signifikansi pekerjaan ilmuwan. Mustahil untuk tidak mengagumi keberanian dan kedalaman pemikiran ilmiah Lomonosov, yang menciptakan konsep teoretis kuat yang jauh di depan zamannya dalam ilmu panas. Orang-orang sezaman tidak mengikuti jalan Lomonosov, dalam teori panas, seperti yang dikatakan, kalori memerintah, pemikiran fisik abad ke-18 membutuhkan berbagai zat: termal, cahaya, listrik, magnet. Ini biasanya dilihat sebagai sifat metafisik dari pemikiran para naturalis abad ke-18, beberapa di antaranya bersifat reaksioner. Tapi kenapa menjadi seperti ini? Tampaknya alasannya terletak pada kemajuan ilmu pengetahuan alam eksakta. Pada abad XVIII. belajar mengukur panas, cahaya, listrik, magnet. Ukuran telah ditemukan untuk semua agen ini, sama seperti mereka ditemukan dahulu kala untuk massa dan volume biasa. Fakta ini membawa agen tanpa bobot lebih dekat ke massa dan cairan biasa, memaksa kami untuk menganggapnya sebagai analog dari cairan biasa. Konsep "tanpa bobot" adalah tahap yang diperlukan dalam pengembangan fisika, ini memungkinkan wawasan yang lebih dalam tentang dunia fenomena termal, listrik, dan magnetik. Ini berkontribusi pada pengembangan eksperimen yang akurat, akumulasi banyak fakta dan interpretasi utamanya.

Termometer jarak jauh

Alat pengukur suhu yang umum dimainkan saat ini peran penting dalam sains, teknologi, dalam kehidupan sehari-hari orang, memiliki sejarah panjang dan dikaitkan dengan nama-nama banyak ilmuwan brilian dari berbagai negara, termasuk Rusia dan mereka yang bekerja di Rusia.

Deskripsi terperinci tentang sejarah penciptaan bahkan termometer cair biasa dapat mengambil seluruh buku, termasuk cerita tentang spesialis di berbagai bidang - fisikawan dan kimiawan, filsuf dan astronom, matematikawan dan mekanik, ahli zoologi dan botani, ahli iklim dan peniup kaca.

Catatan di bawah ini tidak berpura-pura melengkapi penyajian cerita yang sangat menghibur ini, namun semoga bermanfaat untuk mengenal bidang ilmu pengetahuan dan bidang teknologi yang namanya Termometri.

Suhu

Suhu merupakan salah satu indikator terpenting yang digunakan dalam berbagai cabang ilmu pengetahuan alam dan teknologi. Dalam fisika dan kimia, ini digunakan sebagai salah satu karakteristik utama keadaan keseimbangan sistem terisolasi, dalam meteorologi - sebagai karakteristik utama iklim dan cuaca, dalam biologi dan kedokteran - sebagai kuantitas terpenting yang menentukan fungsi vital.

Bahkan filsuf Yunani kuno Aristoteles (384–322 SM) menganggap konsep panas dan dingin sebagai hal yang mendasar. Seiring dengan kualitas seperti kekeringan dan kelembaban, konsep-konsep ini mencirikan empat elemen "materi utama" - tanah, air, udara dan api. Meskipun pada hari-hari itu dan beberapa abad setelah mereka berbicara tentang tingkat panas atau dingin ("lebih hangat", "panas", "lebih dingin"), tidak ada ukuran kuantitatif.

Kira-kira 2500 tahun yang lalu, dokter Yunani kuno Hippocrates (c. 460 - c. 370 SM) menyadari bahwa peningkatan suhu tubuh manusia adalah tanda penyakit. Ada masalah dalam menentukan suhu normal.

Salah satu upaya pertama untuk memperkenalkan konsep suhu standar dilakukan oleh dokter Romawi kuno Galen (129 - c. 200), yang menyarankan bahwa suhu campuran air mendidih dan es dengan volume yang sama dianggap "netral" , dan suhu masing-masing komponen (air mendidih dan es yang mencair) masing-masing dianggap empat derajat, hangat dan empat derajat dingin. Mungkin kepada Galen kita berhutang pengenalan istilah itu melunakkan(untuk menyamakan), dari mana kata "suhu" berasal. Namun, suhu mulai diukur jauh kemudian.

Termoskop dan termometer udara pertama

Sejarah pengukuran suhu hanya memiliki sedikit lebih dari empat abad. Berdasarkan kemampuan udara untuk mengembang ketika dipanaskan, yang dijelaskan oleh orang Yunani Bizantium kuno pada awal abad ke-2 SM. SM, beberapa penemu menciptakan termoskop - perangkat paling sederhana dengan tabung gelas berisi air. Harus dikatakan bahwa orang Yunani (orang Eropa pertama) mengenal kaca pada awal abad ke-5, pada abad ke-13. kaca cermin Venesia pertama muncul, pada abad ke-17. kerajinan kaca di Eropa menjadi cukup berkembang, dan pada tahun 1612 manual pertama muncul "De arte vitraria"(“Tentang Seni Pembuatan Kaca”) oleh Florentine Antonio Neri (meninggal 1614).

Pembuatan kaca terutama dikembangkan di Italia. Oleh karena itu, tidak mengherankan jika instrumen kaca pertama kali muncul di sana. Deskripsi pertama termoskop dimasukkan dalam buku naturalis Neapolitan, terlibat dalam keramik, kaca, batu mulia buatan dan distilasi, Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) Magia Naturalis("Sihir Alami"). Edisi ini diterbitkan pada tahun 1558.

Pada tahun 1590-an fisikawan Italia, mekanik, matematikawan dan astronom Galileo Galilei (1564-1642), menurut kesaksian murid-muridnya Nelli dan Viviani, membangun termobaroskop kaca di Venesia menggunakan campuran air dan alkohol; pengukuran dapat dilakukan dengan alat ini. Beberapa sumber mengatakan bahwa Galileo menggunakan anggur sebagai cairan berwarna. Fluida kerja adalah udara, dan perubahan suhu ditentukan oleh volume udara di dalam alat. Perangkat itu tidak akurat, pembacaannya bergantung pada suhu dan tekanan, tetapi memungkinkan kolom cairan "dijatuhkan" dengan mengubah tekanan udara. Deskripsi perangkat ini dibuat pada tahun 1638 oleh murid Galileo, Benadetto Castelli.

Komunikasi yang erat antara Santorio dan Galileo membuat mustahil untuk menentukan kontribusi masing-masing untuk banyak inovasi teknis mereka. Santorio dikenal dengan monografinya "obat de statika"(“On the Medicine of Balance”), berisi hasil penelitian eksperimentalnya dan bertahan lima edisi. Pada tahun 1612 Santorio dalam karyanya "Komentar di artem medicineem Galeni"("Catatan tentang Seni Medis Galen") pertama kali menggambarkan termometer udara. Dia juga menggunakan termometer untuk mengukur suhu tubuh manusia ("pasien menjepit labu dengan tangan mereka, menghirupnya di bawah penutup, memasukkannya ke dalam mulut mereka"), menggunakan pendulum untuk mengukur denyut nadi. Metodenya terdiri dalam memperbaiki laju jatuh pembacaan termometer selama sepuluh ayunan pendulum, itu tergantung pada kondisi eksternal dan tidak akurat.

Instrumen yang mirip dengan termoskop Galileo dibuat oleh fisikawan, alkemis, mekanik, pengukir, dan kartografer Belanda Cornelis Jacobson Drebbel (1572-1633) dan filsuf mistik dan medis Inggris Robert Fludd (1574-1637), yang konon akrab dengan karya Ilmuwan Florentine. Itu adalah perangkat Drebbel yang pertama kali (tahun 1636) disebut "termometer". Itu tampak seperti tabung berbentuk U dengan dua reservoir. Saat mengerjakan cairan untuk termometernya, Drebbel menemukan cara untuk membuat warna merah tua yang cerah. Fludd, pada gilirannya, menggambarkan termometer udara.

Termometer cair pertama

Langkah kecil tapi penting berikutnya menuju transformasi termoskop menjadi termometer cair modern adalah penggunaan cairan dan tabung kaca disegel di salah satu ujungnya sebagai media kerja. Koefisien ekspansi termal cairan lebih kecil daripada gas, tetapi volume cairan tidak berubah dengan perubahan tekanan eksternal. Langkah ini diambil sekitar tahun 1654 di bengkel Grand Duke of Tuscany, Ferdinand II de' Medici (1610-1670).

Sementara itu, pengukuran meteorologi sistematis dimulai di berbagai negara Eropa. Setiap ilmuwan pada waktu itu menggunakan skala suhunya sendiri, dan hasil pengukuran yang telah sampai kepada kita tidak dapat dibandingkan satu sama lain atau dihubungkan dengan derajat modern. Konsep derajat suhu dan titik acuan skala suhu tampaknya muncul di beberapa negara pada awal abad ke-17. Para master menerapkan 50 pembagian dengan mata sehingga pada suhu salju yang mencair, kolom alkohol tidak jatuh di bawah divisi ke-10, dan di bawah sinar matahari tidak naik di atas divisi ke-40.

Salah satu upaya pertama untuk mengkalibrasi dan menstandarisasi termometer dilakukan pada Oktober 1663 di London. Anggota Royal Society setuju untuk menggunakan salah satu termometer alkohol yang dibuat oleh fisikawan, mekanik, arsitek dan penemu Robert Hooke (1635-1703) sebagai standar dan membandingkan pembacaan termometer lain dengannya. Hooke memasukkan pigmen merah ke dalam alkohol, timbangan itu dibagi menjadi 500 bagian. Dia juga menemukan termometer minima (menunjukkan suhu terendah).

Fisikawan teoretis, matematikawan, astronom, dan penemu Belanda Christian Huygens (1629-1695) pada tahun 1665 bersama dengan R. Hooke menyarankan penggunaan suhu es yang mencair dan air mendidih untuk membuat skala suhu. Catatan meteorologi pertama yang dapat dipahami dicatat menggunakan skala Hooke-Huygens.

Deskripsi pertama termometer cair nyata muncul pada 1667 dalam publikasi Accademia del Cimento * "Esai tentang kegiatan ilmiah alami dari Akademi Eksperimen." Eksperimen pertama di bidang kalorimetri dilakukan dan dijelaskan di Akademi. Telah ditunjukkan bahwa di bawah vakum air mendidih pada suhu yang lebih rendah daripada pada tekanan atmosfer, dan ketika membeku, ia mengembang. "Termometer Florence" banyak digunakan di Inggris (diperkenalkan oleh R. Boyle) dan di Prancis (didistribusikan berkat astronom I. Bullo). Penulis monografi Rusia yang terkenal "Konsep dan Dasar-dasar Termodinamika" (1970) I.R. Krichevsky percaya bahwa karya Akademilah yang meletakkan dasar untuk penggunaan termometer cair.

Salah satu anggota Akademi, matematikawan dan fisikawan Carlo Renaldini (1615-1698) dalam esainya Filosofi naturalis("Filsafat Alam"), diterbitkan pada 1694, mengusulkan untuk mengambil suhu es yang mencair dan air mendidih sebagai titik referensi.

Lahir di kota Magdeburg, Jerman, seorang insinyur mesin, insinyur listrik, astronom, penemu pompa udara Otto von Guericke (1602–1686), yang menjadi terkenal karena pengalamannya dengan belahan Magdeburg, juga berurusan dengan termometer. Pada 1672, ia membangun perangkat air-alkohol setinggi beberapa meter dengan skala yang memiliki delapan divisi: dari "sangat dingin" hingga "sangat panas". Dimensi struktur, harus diakui, tidak memajukan termometri.

Gigantomania Guericke menemukan pengikut di Amerika Serikat tiga abad kemudian. Termometer terbesar di dunia, setinggi 40,8 m (134 kaki), dibuat pada tahun 1991 untuk memperingati rekor suhu tinggi yang dicapai di Death Valley California pada tahun 1913: +56,7 °C (134 °F). Termometer tiga arah terletak di kota kecil Baker dekat Nevada.

Termometer akurat pertama yang digunakan secara luas dibuat oleh fisikawan Jerman Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Penemu lahir di wilayah Polandia saat ini, di Gdansk (kemudian Danzig), yatim piatu lebih awal, mulai belajar perdagangan di Amsterdam, tetapi tidak menyelesaikan studinya dan, terbawa oleh fisika, mulai mengunjungi laboratorium dan bengkel di Jerman, Belanda dan Inggris. Sejak 1717 ia tinggal di Belanda, di mana ia memiliki bengkel peniup kaca dan terlibat dalam pembuatan instrumen meteorologi yang tepat - barometer, altimeter, higrometer, dan termometer. Pada tahun 1709 ia membuat termometer alkohol, dan pada tahun 1714 ia membuat termometer air raksa.

Merkuri ternyata menjadi fluida kerja yang sangat nyaman, karena memiliki ketergantungan volume yang lebih linier pada suhu daripada alkohol, memanas lebih cepat daripada alkohol, dan dapat digunakan pada suhu yang jauh lebih tinggi. Fahrenheit mengembangkan metode baru untuk memurnikan merkuri dan menggunakan silinder sebagai pengganti bola untuk merkuri. Selain itu, untuk meningkatkan akurasi termometer, Fahrenheit, yang memiliki keterampilan meniup kaca, mulai menggunakan kaca dengan koefisien ekspansi termal terendah. Hanya di daerah suhu rendah merkuri (titik beku -38,86 °C) lebih rendah daripada alkohol (titik beku -114,15 °C).

Sejak 1718, Fahrenheit mengajar kimia di Amsterdam, pada 1724 ia menjadi anggota Royal Society, meskipun ia tidak menerima gelar dan hanya menerbitkan satu kumpulan artikel penelitian.

Untuk termometernya, Fahrenheit pertama kali menggunakan skala modifikasi yang diadopsi oleh fisikawan Denmark Olaf Römer (1644-1710) dan diusulkan oleh matematikawan, mekanik, astronom, dan fisikawan Inggris Isaac Newton (1643-1727) pada tahun 1701.

Upaya awal Newton sendiri untuk mengembangkan skala suhu terbukti naif dan segera ditinggalkan. Diusulkan untuk mengambil suhu udara di musim dingin dan suhu bara api sebagai titik referensi. Kemudian Newton menggunakan titik leleh salju dan suhu tubuh orang sehat, minyak biji rami sebagai media kerja, dan memecahkan skala (berdasarkan model 12 bulan setahun dan 12 jam sehari sampai siang) sebesar 12 derajat ( menurut sumber lain, sebesar 32 derajat). Dalam hal ini, kalibrasi dilakukan dengan mencampurkan sejumlah tertentu air mendidih dan air yang baru dicairkan. Tetapi metode ini juga tidak dapat diterima.

Newton bukanlah orang pertama yang menggunakan minyak: pada tahun 1688, fisikawan Prancis Dalence menggunakan titik leleh mentega sapi sebagai titik acuan untuk mengkalibrasi termometer alkohol. Jika teknik ini dipertahankan, Rusia dan Prancis akan memiliki skala suhu yang berbeda: ghee yang umum di Rusia dan mentega Vologda yang terkenal berbeda dalam komposisi dari varietas Eropa.

Pengamat Roemer memperhatikan bahwa jam pendulumnya bekerja lebih lambat di musim panas daripada di musim dingin, dan pembagian skala instrumen astronominya lebih besar di musim panas daripada di musim dingin. Untuk meningkatkan akurasi pengukuran waktu dan parameter astronomi, pengukuran ini perlu dilakukan pada suhu yang sama dan, oleh karena itu, memiliki termometer yang akurat. Roemer, seperti Newton, menggunakan dua titik acuan: suhu normal tubuh manusia dan suhu leleh es (anggur merah yang diperkaya atau larutan alkohol 40% yang diwarnai dengan kunyit dalam tabung 18 inci yang berfungsi sebagai cairan kerja). Fahrenheit menambahkan poin ketiga kepada mereka, yang sesuai dengan suhu terendah yang dicapai saat itu dalam campuran air-es-amonia.

Setelah mencapai akurasi pengukuran yang jauh lebih tinggi dengan termometer air raksanya, Fahrenheit membagi setiap derajat Roemer menjadi empat dan mengambil tiga titik sebagai titik acuan untuk skala suhunya: suhu campuran garam air dengan es (0 ° F), suhu tubuh orang yang sehat (96 ° F) dan suhu leleh es (32 ° F), yang terakhir dianggap sebagai kontrol.

Begini cara dia menulis tentang itu dalam sebuah artikel yang diterbitkan di majalah Transaksi Filosofis"(1724,
jilid 33, hal. 78): “... menempatkan termometer dalam campuran garam amonium atau garam laut, air dan es, kami menemukan titik pada skala yang menunjukkan nol. Poin kedua diperoleh jika campuran yang sama tanpa garam digunakan. Mari kita tentukan titik ini sebagai 30. Titik ketiga, ditunjuk sebagai 96, diperoleh jika termometer dimasukkan ke dalam mulut, menerima kehangatan dari orang yang sehat.

Ada legenda bahwa Fahrenheit mengambil suhu yang mendinginkan udara pada musim dingin 1708/09 di kota kelahirannya Danzig sebagai titik terendah pada skala Fahrenheit. Seseorang juga dapat menemukan pernyataan bahwa dia percaya bahwa seseorang meninggal karena kedinginan pada 0 ° F dan karena sengatan panas pada
100 °F. Akhirnya, dikatakan bahwa dia adalah anggota dari pondok Freemason dengan 32 derajat inisiasi, dan karena itu mengadopsi titik leleh es yang sama dengan angka ini.

Setelah beberapa percobaan dan kesalahan, Fahrenheit datang dengan skala suhu yang sangat nyaman. Titik didih air ternyata 212 °F pada skala yang diterima, dan seluruh rentang suhu keadaan cair air adalah 180 °F. Alasan untuk skala ini adalah tidak adanya derajat negatif.

Selanjutnya, setelah serangkaian pengukuran yang tepat, Fahrenheit menemukan bahwa titik didih bervariasi dengan tekanan atmosfer. Ini memungkinkan dia untuk membuat hypsothermometer - alat untuk mengukur tekanan atmosfer dengan titik didih air. Ia juga termasuk ke dalam keutamaan dalam penemuan fenomena supercooling cairan.

Karya Fahrenheit menandai awal dari termometri, dan kemudian termokimia dan termodinamika. Skala Fahrenheit telah diadopsi sebagai resmi di banyak negara (di Inggris sejak 1777), hanya suhu normal tubuh manusia yang dikoreksi menjadi 98,6 o F. Sekarang skala ini hanya digunakan di Amerika Serikat dan Jamaika, negara-negara lain pada tahun 1960- 1970-an dan 1970-an beralih ke skala Celcius.

Termometer diperkenalkan ke dalam praktik medis yang luas oleh profesor kedokteran, botani dan kimia Belanda, pendiri klinik ilmiah, Hermann Boerhaave (1668-1738), muridnya Gerard van Swieten (1700-1772), dokter Austria Anton de Haen (1704–1776) dan, terlepas dari mereka oleh orang Inggris George Martin.

Pendiri Sekolah Kedokteran Wina, Haen, menemukan bahwa suhu orang sehat naik dan turun dua kali dalam sehari. Sebagai pendukung teori evolusi, ia menjelaskan hal ini dengan fakta bahwa nenek moyang manusia - reptil yang hidup di laut - mengubah suhunya sesuai dengan pasang surutnya. Namun, karyanya sudah lama terlupakan.

Martin menulis dalam salah satu bukunya bahwa orang-orang sezamannya berpendapat apakah suhu leleh es berubah dengan ketinggian, dan untuk membuktikan kebenarannya, mereka mengangkut termometer dari Inggris ke Italia.

Tak kalah mengherankan jika para ilmuwan yang menjadi terkenal di berbagai bidang ilmu kemudian menjadi tertarik untuk mengukur suhu tubuh manusia: A. Lavoisier dan P. Laplace, J. Dalton dan G. Davy, D. Joule dan P. Dulong , W. Thomson dan A. Becquerel , J. Foucault dan G. Helmholtz.

"Banyak merkuri telah bocor" sejak saat itu. Era hampir tiga ratus tahun meluasnya penggunaan termometer air raksa tampaknya akan segera berakhir karena toksisitas logam cair: di negara-negara Eropa, di mana keselamatan orang menjadi semakin penting, undang-undang telah disahkan untuk membatasi dan melarang produksi termometer semacam itu.

* Didirikan di Florence pada tahun 1657 oleh siswa Galileo di bawah naungan Ferdinand II Medici dan saudaranya Leopoldo, Accademia del Cimento tidak bertahan lama, tetapi menjadi prototipe dari Royal Society, Paris Academy of Sciences dan akademi Eropa lainnya. Dia dikandung untuk propaganda pengetahuan ilmiah dan memperluas kegiatan kolektif untuk pengembangan mereka.

Dicetak dengan lanjutan

skala suhu. Ada beberapa skala suhu bertingkat dan titik beku dan titik didih air biasanya diambil sebagai titik referensi. Sekarang yang paling umum di dunia adalah skala Celcius. Pada tahun 1742, astronom Swedia Anders Celsius mengusulkan skala termometer 100 derajat di mana 0 derajat adalah titik didih air pada tekanan atmosfer normal, dan 100 derajat adalah suhu leleh es. Pembagian skala adalah 1/100 dari perbedaan ini. Ketika mereka mulai menggunakan termometer, ternyata lebih mudah untuk menukar 0 dan 100 derajat. Mungkin Carl Linnaeus mengambil bagian dalam hal ini (ia mengajar kedokteran dan ilmu alam di Universitas Uppsala yang sama di mana Celsius adalah astronomi), yang pada tahun 1838 mengusulkan untuk mengambil titik leleh es sebagai suhu 0, tetapi tampaknya tidak memikirkan yang kedua. titik acuan. Sampai saat ini, skala Celsius agak berubah: 0 ° C masih dianggap sebagai suhu leleh es pada tekanan normal, yang tidak terlalu bergantung pada tekanan. Tetapi titik didih air pada tekanan atmosfer sekarang sama dengan 99 975 ° C, yang tidak mempengaruhi akurasi pengukuran hampir semua termometer kecuali yang presisi khusus. Skala suhu Fahrenheit Kelvin Réaumur dan lainnya juga dikenal Skala suhu Fahrenheit (dalam versi kedua diadopsi sejak 1714) memiliki tiga titik tetap: 0 ° sesuai dengan suhu campuran air es dan amonia 96 ° - tubuh suhu orang sehat (di bawah lengan atau di mulut). Sebagai kontrol suhu untuk perbandingan berbagai termometer, diambil nilai 32° untuk titik leleh es. Skala Fahrenheit banyak digunakan di negara-negara berbahasa Inggris, tetapi hampir tidak digunakan dalam literatur ilmiah. Untuk mengubah suhu Celcius (°С) ke suhu Fahrenheit (°F), ada rumus °F = (9/5)°C + 32 dan untuk konversi terbalik - rumus °C = (5/9) (°F -32 ). Kedua skala - baik Fahrenheit dan Celsius - sangat merepotkan saat melakukan eksperimen dalam kondisi di mana suhu turun di bawah titik beku air dan dinyatakan sebagai angka negatif. Untuk kasus seperti itu, skala suhu absolut diperkenalkan, yang didasarkan pada ekstrapolasi ke apa yang disebut nol absolut - titik di mana gerakan molekul harus berhenti. Salah satunya disebut skala Rankin dan yang lainnya disebut skala termodinamika absolut; suhu diukur dalam derajat Rankine (°Ra) dan kelvin (K). Kedua skala dimulai dari nol mutlak dan titik beku air adalah 491 7° R dan 273 16 K. Jumlah derajat dan kelvin antara titik beku dan titik didih air pada skala Celcius dan skala termodinamika mutlak adalah sama dan sama dengan 100; untuk skala Fahrenheit dan Rankine juga sama tetapi sama dengan 180. Derajat Celcius dikonversi ke kelvin menggunakan rumus K \u003d ° C + 273 16 dan derajat Fahrenheit dikonversi ke derajat Rankine menggunakan rumus ° R \u003d ° F + 459 7. Di Eropa, sudah lama skala Réaumur umum diperkenalkan pada tahun 1730 oleh René Antoine de Réaumur. Itu tidak dibangun secara sembarangan seperti skala Fahrenheit, tetapi sesuai dengan ekspansi termal alkohol (dalam rasio 1000:1080). 1 derajat Réaumur sama dengan 1/80 interval suhu antara titik leleh es (0 °R) dan titik didih air (80 °R), yaitu 1°R = 1,25°C 1°C = 0,8° R. tapi sekarang sudah tidak terpakai.