E você sabia que...

O cientista sueco A. Celsius testou a escala de temperatura? “Repeti os experimentos por dois anos, em climas diferentes, e sempre encontrei exatamente o mesmo ponto no termômetro. Coloquei o termômetro não apenas no gelo derretido, mas também na neve quando começou a derreter. Eu também coloquei um caldeirão de neve derretida junto com um termômetro em um fogão de aquecimento e sempre descobri que o termômetro mostrava o mesmo ponto, desde que a neve ficasse firmemente ao redor da bola do termômetro. Foi assim que A. Celsius descreveu os resultados de seus experimentos no século XVIII.

Existe uma substância metálica muito fusível - liga de madeira? Se você derramar uma colher de chá, em um copo de chá quente, ele derreterá e escorrerá para o fundo do copo!

No topo do Monte Everest, o ponto mais alto da Terra, a pressão atmosférica é três vezes menor que o normal? A esta pressão, a água ferve a uma temperatura de apenas 70 ° C? Em “água fervente” de tal temperatura, nem mesmo o chá pode ser preparado adequadamente.

Ao retirar uma panela quente do fogão, você precisa usar apenas um pano seco ou uma luva? Se estiverem molhadas, você corre o risco de se queimar, pois a água conduz o calor 25 vezes mais rápido que o ar entre os fios do tecido.

Se o carvão ou a lenha tivessem a mesma boa condutividade térmica que os metais, seria simplesmente impossível incendiá-los? O calor fornecido a eles (por exemplo, de um fósforo) seria transferido muito rapidamente para a espessura do material e não aqueceria a parte inflamada à temperatura de ignição.

Em seu caminho para a Terra, os raios do sol viajam pelo vácuo do espaço por uma distância enorme - 150 milhões de quilômetros? E apesar disso, para cada metro quadrado da superfície da Terra, cai um fluxo de energia com potência de ≈ 1 kW. Se essa energia "caísse" na chaleira, ela ferveria em apenas 10 minutos!

Se uma pessoa pudesse ver a radiação térmica, então, tendo entrado em uma sala escura, ela veria muitas coisas interessantes: tubos e radiadores brilhantes cercados por leves e sinuosos fluxos de ar quente? Os mesmos fluxos estariam acima do centro de música, a TV.

No século 19, os alimentos congelados eram considerados irremediavelmente estragados? E somente as dificuldades de abastecimento de alimentos, que se tornaram um obstáculo ao desenvolvimento das grandes cidades, nos obrigaram a superar preconceitos. NO final do XIX- No início do século 20, foram emitidas leis em muitos países prescrevendo a construção de estruturas especiais - geladeiras.

As bombas de calor que permitem regular a temperatura e a humidade do ar - condicionadores de ar - começaram a ser utilizadas já no início do século passado? Desde a década de 1920, eles foram instalados em prédios e locais lotados: teatros, hotéis, restaurantes.

Termômetro

Termômetro (grego θέρμη - calor; μετρέω - eu meço) - um dispositivo para medir a temperatura do ar, solo, água e assim por diante. Existem vários tipos de termômetros:líquido; mecânico; eletrônico; óptico; gás; infravermelho.

Galileu é considerado o inventor do termômetro: em seus próprios escritos não há descrição deste dispositivo, mas seus alunos, Nelly e Viviani, testemunharam que já em 1597 ele fez algo como um termobaroscópio (termoscópio). Galileu estudou nessa época o trabalho de Heron de Alexandria, que já descreveu um dispositivo semelhante, mas não para medir graus de calor, mas para elevar água por aquecimento. O termoscópio era uma pequena bola de vidro com um tubo de vidro soldado a ela. A bola foi levemente aquecida e a extremidade do tubo foi abaixada em um recipiente com água. Depois de algum tempo, o ar na bola esfriou, sua pressão diminuiu e a água, sob a ação da pressão atmosférica, subiu no tubo até uma certa altura. Posteriormente, com o aquecimento, a pressão do ar na bola aumentou e o nível de água no tubo diminuiu; quando resfriada, a água na mesma subiu. Com a ajuda de um termoscópio, foi possível julgar apenas a mudança no grau de aquecimento do corpo: ele não mostrava os valores numéricos da temperatura, pois não possuía escala. Além disso, o nível de água no tubo dependia não apenas da temperatura, mas também da pressão atmosférica. Em 1657, o termoscópio de Galileu foi aperfeiçoado por cientistas florentinos. Eles equiparam o instrumento com uma escala de contas e sangraram o ar do tanque (esfera) e do tubo. Isso tornou possível não apenas qualitativamente, mas também quantitativamente comparar as temperaturas dos corpos. Posteriormente, o termoscópio foi trocado: foi virado de cabeça para baixo, e o conhaque foi derramado no tubo em vez de água e o recipiente foi removido. O funcionamento deste dispositivo baseava-se na expansão dos corpos; as temperaturas dos dias mais quentes do verão e dos dias mais frios do inverno foram tomadas como pontos “permanentes”. Todos esses termômetros eram de ar e consistiam em um recipiente com um tubo contendo ar, separado da atmosfera por uma coluna de água, alteravam suas leituras tanto pelas mudanças de temperatura quanto pelas mudanças na pressão atmosférica.

Termômetros líquidos são descritos pela primeira vez em 1667 "Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento", onde são mencionados como objetos feitos há muito tempo por artesãos qualificados, chamados "Confia", aquecendo o vidro em um fogo de lâmpada ventilado e fazendo dele produtos incríveis e muito delicados. A princípio, esses termômetros estavam cheios de água, mas estouravam quando congelava; eles começaram a usar aguardente de vinho para isso em 1654 de acordo com a ideia do Grão-Duque da Toscana Fernando II. Os termômetros florentinos sobreviveram em várias cópias até nossos dias no Museu Galileu, em Florença; sua preparação é descrita em detalhes.

Primeiro, o mestre tinha que fazer divisões no tubo, considerando suas dimensões relativas e o tamanho da bola: as divisões eram aplicadas com esmalte derretido em um tubo aquecido em uma lâmpada, cada décimo era indicado por um ponto branco e outros por preto . Eles geralmente faziam 50 divisões de tal forma que, quando a neve derretia, o álcool não caía abaixo de 10, e ao sol não subia acima de 40. Bons artesãos faziam esses termômetros com tanto sucesso que todos mostravam o mesmo valor de temperatura sob as mesmas condições, mas isso não era possível se o tubo fosse dividido em 100 ou 300 partes para obter maior precisão. Os termômetros foram preenchidos aquecendo o bulbo e abaixando a extremidade do tubo em álcool; o enchimento foi concluído usando um funil de vidro com uma extremidade finamente esticada que entrava livremente em um tubo bastante largo. Após o ajuste da quantidade de líquido, a abertura do tubo foi vedada com lacre, denominado “hermético”. A partir disso, fica claro que esses termômetros eram grandes e podiam servir para determinar a temperatura do ar, mas ainda eram inconvenientes para outros experimentos mais diversos, e os graus dos diferentes termômetros não eram comparáveis ​​entre si.

Termômetro Galileu

Em 1703 Amonton (Guillaume Amontons) em Paris melhorou o termômetro de ar, medindo não a expansão, mas o aumento da elasticidade do ar reduzido ao mesmo volume em diferentes temperaturas, derramando mercúrio em um joelho aberto; pressão barométrica e suas alterações foram levadas em consideração. O zero de tal escala deveria ser “aquele grau significativo de frio” no qual o ar perde toda a sua elasticidade (ou seja, o zero absoluto moderno), e o segundo ponto constante era o ponto de ebulição da água. A influência da pressão atmosférica no ponto de ebulição ainda não era conhecida por Amonton, e o ar em seu termômetro não estava livre de gases de água; portanto, a partir de seus dados, o zero absoluto é obtido em -239,5° Celsius. Outro termômetro de ar Amonton, feito de forma muito imperfeita, era independente das mudanças na pressão atmosférica: era um barômetro de sifão, cujo joelho aberto se estendia para cima, cheio de baixo com uma solução forte de potássio, de cima com óleo e terminava em um reservatório de ar selado.

A forma moderna do termômetro foi dada por Fahrenheit e descreveu seu método de preparação em 1723. Inicialmente, ele também encheu seus tubos com álcool e só finalmente mudou para mercúrio. Ele colocou o zero de sua escala na temperatura de uma mistura de neve com amônia ou sal de mesa, na temperatura do “início do congelamento da água” ele mostrou 32 °, e a temperatura corporal de uma pessoa saudável na boca ou sob o braço foi equivalente a 96 °. Posteriormente, ele descobriu que a água ferve a 212° e essa temperatura era sempre a mesma no mesmo estado do barômetro. As cópias sobreviventes dos termômetros Fahrenheit se distinguem por seu acabamento meticuloso.

Termômetro de mercúrio com escala Fahrenheit

O astrônomo, geólogo e meteorologista sueco Anders Celsius finalmente estabeleceu os dois pontos permanentes, gelo derretido e água fervente, em 1742. Mas inicialmente ele estabeleceu 0° no ponto de ebulição e 100° no ponto de congelamento. Em seu trabalho Observações de dois graus persistentes em um termômetro, Celsius falou sobre seus experimentos mostrando que o ponto de fusão do gelo (100°) não depende da pressão. Ele também determinou, com incrível precisão, como o ponto de ebulição da água variava com a pressão atmosférica. Ele sugeriu que a marca 0 (o ponto de ebulição da água) poderia ser calibrada, saber a que nível em relação ao mar está o termômetro.

Mais tarde, após a morte de Celsius, seus contemporâneos e compatriotas, o botânico Carl Linnaeus e o astrônomo Morten Strömer, usaram essa escala de cabeça para baixo (para 0 ° eles começaram a tomar o ponto de fusão do gelo e para 100 ° - o ponto de ebulição de água). Dessa forma, a escala se mostrou muito conveniente, se espalhou e é usada até hoje.

Os termômetros líquidos são baseados no princípio de alterar o volume de líquido que é despejado no termômetro (geralmente álcool ou mercúrio) à medida que a temperatura ambiente muda. Em conexão com a proibição do uso de mercúrio devido ao seu perigo para a saúde em muitas áreas atividades estão procurando enchimentos alternativos para termômetros domésticos. Por exemplo, a liga de galinstan pode se tornar uma substituição. Outros tipos de termômetros também estão sendo cada vez mais usados.

Termômetro médico de mercúrio

Os termômetros mecânicos desse tipo funcionam com o mesmo princípio dos líquidos, mas geralmente é usada uma espiral de metal ou fita bimetálica como sensor.

Termômetro mecânico de janela

Há também termômetros eletrônicos. O princípio de operação dos termômetros eletrônicos é baseado na mudança na resistência do condutor quando a temperatura ambiente muda. Termômetros eletrônicos de uma gama mais ampla são baseados em termopares (contato entre metais com diferentes eletro-negatividade cria uma diferença de potencial de contato dependendo da temperatura). Os mais precisos e estáveis ​​ao longo do tempo são os termômetros de resistência baseados em fio de platina ou pulverização de platina em cerâmica. Os mais comuns são PT100 (resistência a 0 °C - 100Ω) PT1000 (resistência a 0 °C - 1000Ω) (IEC751). A dependência da temperatura é quase linear e obedece a uma lei quadrática em temperaturas positivas e uma equação de 4º grau em temperaturas negativas (as constantes correspondentes são muito pequenas, e na primeira aproximação esta dependência pode ser considerada linear). Faixa de temperatura -200 - +850 °C.

Termômetro eletrônico médico

Os termômetros ópticos permitem registrar a temperatura devido à mudança no nível de luminosidade, espectro e outros parâmetros quando a temperatura muda. Por exemplo, medidores infravermelhos de temperatura corporal. Um termômetro infravermelho permite medir a temperatura sem contato direto com uma pessoa. Em alguns países, há muito há uma tendência de abandonar os termômetros de mercúrio em favor do infravermelho, não apenas em instituições médicas, mas também em nível doméstico.

Termômetro infravermelho

Se a mecânica no século 18 se torna uma área madura e totalmente definida da ciência natural, então a ciência do calor está essencialmente dando seus primeiros passos. É claro que uma nova abordagem para o estudo dos fenômenos térmicos surgiu já no século XVII. O termoscópio de Galileu e os termômetros dos acadêmicos florentinos, Guericke, Newton que o seguiram prepararam o terreno sobre o qual a termometria cresceu já no primeiro quartel do novo século. Os termômetros de Fahrenheit, Delisle, Lomonosov, Réaumur e Celsius, diferindo entre si em características de design, ao mesmo tempo determinaram o tipo de termômetro com dois pontos constantes, que ainda hoje é aceito.

Já em 1703, o acadêmico parisiense Amonton (1663-1705) projetou um termômetro de gás no qual a temperatura era determinada usando um tubo manométrico conectado a um reservatório de gás de volume constante. O dispositivo teoricamente interessante, o protótipo dos modernos termômetros de hidrogênio, era inconveniente para fins práticos. O soprador de vidro Fahrenheit (1686-1736) de Danzig (Gdansk) de 1709 produziu termômetros de álcool com pontos fixos. A partir de 1714 começou a fabricar termômetros de mercúrio. Fahrenheit tomou o ponto de congelamento da água como 32° e o ponto de ebulição da água como 212°. Fahrenheit considerou o ponto de congelamento de uma mistura de água, gelo e amônia ou sal comum como zero. Ele nomeou o ponto de ebulição da água apenas em 1724 em uma publicação impressa. Se ele usou antes é desconhecido.

O zoólogo e metalúrgico francês Réaumur (1683-1757) propôs um termômetro com ponto zero constante, que ele tomou como o ponto de congelamento da água. Utilizando uma solução de álcool a 80% como corpo termométrico, e na versão final, mercúrio, ele tomou o ponto de ebulição da água como o segundo ponto constante, designando-o como o número 80. Réaumur descreveu seu termômetro em artigos publicados na revista da Academia de Ciências de Paris em 1730, 1731 gg.

O termômetro Réaumur foi testado pelo astrônomo sueco Celsius (1701-1744), que descreveu seus experimentos em 1742. exatamente no mesmo ponto do termômetro. Eu coloquei o termômetro não só no gelo derretido, mas também no frio extremo trouxe neve para o meu quarto no fogo até que começou a derreter. Eu também coloquei um caldeirão de neve derretida junto com um termômetro em um fogão de aquecimento e sempre descobri que o termômetro mostrava o mesmo ponto, desde que a neve ficasse firmemente ao redor da bola do termômetro. Depois de verificar cuidadosamente a constância do ponto de fusão do gelo, Celsius examinou o ponto de ebulição da água e descobriu que depende da pressão. Como resultado da pesquisa, surgiu um novo termômetro, agora conhecido como termômetro Celsius. Celsius tomou o ponto de fusão do gelo como 100, o ponto de ebulição da água a uma pressão de 25 polegadas 3 linhas de mercúrio como 0. O famoso botânico sueco Carl Linnaeus (1707-1788) usou um termômetro com valores de pontos constantes rearranjados. O significava o ponto de fusão do gelo, 100 o ponto de ebulição da água. Assim, a escala Celsius moderna é essencialmente a escala Lineu.

Na Academia de Ciências de São Petersburgo, o acadêmico Delisle propôs uma escala na qual o ponto de fusão do gelo foi tomado como 150 e o ponto de ebulição da água como 0. O acadêmico PS Pallas em suas expedições de 1768-1774. nos Urais e na Sibéria, ele usou o termômetro de Delhi. M.V. Lomonosov utilizou em sua pesquisa um termômetro projetado por ele com uma escala inversa à do Deliverian.

Termômetros foram usados ​​principalmente para fins meteorológicos e geofísicos. Lomonosov, que descobriu a existência de correntes verticais na atmosfera, estudando a dependência da densidade das camadas atmosféricas com a temperatura, cita dados a partir dos quais é possível determinar o coeficiente de expansão volumétrica do ar, que, segundo esses dados, é aproximadamente ]/367. Lomonosov defendeu ardorosamente a prioridade do acadêmico de São Petersburgo Brown em descobrir o ponto de congelamento do mercúrio, que em 14 de dezembro de 1759 congelou o mercúrio pela primeira vez com a ajuda de misturas de resfriamento. Esta foi a temperatura mais baixa alcançada até então.

As temperaturas mais altas (sem estimativas quantitativas) foram obtidas em 1772 por uma comissão da Academia de Ciências de Paris sob a orientação do famoso químico Lavoisier. Altas temperaturas foram obtidas usando uma lente especialmente feita. A lente foi montada a partir de duas lentilhas côncavas-convexas, cujo espaço entre elas foi preenchido com álcool. Cerca de 130 litros de álcool foram despejados em uma lente de 120 cm de diâmetro, sua espessura chegava a 16 cm no centro.Ao focar os raios do sol, era possível derreter zinco, ouro e queimar um diamante. Como nos experimentos de Brown-Lomonosov, onde o "frigorífico" era o ar de inverno, nos experimentos de Lavoisier, o "fogão" natural - o Sol - serviu como fonte de altas temperaturas.

O desenvolvimento da termometria foi o primeiro uso científico e prático da expansão térmica dos corpos. Naturalmente, o próprio fenômeno da expansão térmica começou a ser estudado não apenas qualitativamente, mas também quantitativamente.As primeiras medições precisas da expansão térmica dos sólidos foram feitas por Lavoisier e Laplace em 1782. Seu método por muito tempo foi descrita em cursos de física, começando com o curso de Biot, 1819, e terminando com o curso de física de O. D. Khvolson, 1923.

Uma tira do corpo de prova foi colocada primeiro em gelo derretido e depois em água fervente. Os dados foram obtidos para vidro de vários graus, aço e ferro, bem como para diferentes graus de ouro, cobre, latão, prata, estanho, chumbo.Os cientistas descobriram que, dependendo do método de preparação do metal, os resultados são diferentes. Uma tira de aço não endurecido aumenta em 0,001079 de seu comprimento original quando aquecida em 100 ° e de aço endurecido - em 0,001239. Obteve-se um valor de 0,001220 para o ferro forjado e 0,001235 para o ferro trefilado redondo. Esses dados dão uma ideia da precisão do método.

Assim, já na primeira metade do século XVIII, foram criados os termômetros e começaram as medições térmicas quantitativas, trazidas com alto grau de precisão nos experimentos termofísicos de Laplace e Lavoisier. No entanto, os conceitos quantitativos básicos da física térmica não se cristalizaram imediatamente. Nos trabalhos dos físicos da época, havia uma confusão considerável em conceitos como "quantidade de calor", "grau de calor", "grau de calor". A necessidade de distinguir entre os conceitos de temperatura e quantidade de calor foi apontada em 1755 por I. G. Lambert (1728-1777). No entanto, suas instruções não foram apreciadas por seus contemporâneos, e o desenvolvimento de conceitos corretos foi lento.

As primeiras abordagens à calorimetria estão contidas nos trabalhos dos acadêmicos de São Petersburgo GV Kraft e GV Rikhman (1711-1753). O artigo de Kraft "Various Experiments with Heat and Cold", apresentado à Conferência da Academia em 1744 e publicado em 1751, trata do problema de determinar a temperatura de uma mistura de duas porções de um líquido tomadas em temperaturas diferentes. Esse problema era frequentemente referido nos livros didáticos como o “problema de Richmann”, embora Richman resolvesse um problema mais geral e mais complexo do que Kraft. Kraft deu uma fórmula empírica incorreta para resolver o problema.

Encontramos uma abordagem completamente diferente para resolver o problema em Richmann. No artigo “Reflexões sobre a quantidade de calor que deve ser obtida ao misturar líquidos com certos graus de calor”, publicado em 1750, Richmann coloca o problema de determinar a temperatura de uma mistura de vários (e não dois, como em Kraft) líquidos e resolve com base no princípio do equilíbrio térmico. “Suponha”, diz Richman, “que a massa do fluido seja a; o calor distribuído nesta massa é igual a m; outra massa na qual o mesmo calor m deve ser distribuído como na massa a, seja igual a a + b. Então o calor resultante

é igual a am/(a+b). Aqui Richmann quer dizer temperatura por "calor", mas o princípio que ele formulou de que "o mesmo calor é inversamente proporcional às massas sobre as quais é distribuído" é puramente calorimétrico. “Assim”, Richmann escreve ainda, “o calor da massa a, igual a m, e o calor da massa b, igual a n, são uniformemente distribuídos sobre a massa a + b, e o calor nesta massa, ou seja, em uma mistura de a e b, deve ser igual à soma dos calores m + n distribuídos na massa a + b, ou igual a (ma + nb) / (a ​​+ b). Foi essa fórmula que apareceu nos livros didáticos como a “fórmula de Richmann”. “Para obter uma fórmula mais geral”, continua Richmann, “pela qual seria possível determinar o grau de calor ao misturar 3, 4, 5, etc. massas do mesmo líquido com diferentes graus de calor, chamei essas massas a, b, c, d, e, etc., e os calores correspondentes são m, p, o, p, q, etc. todas as massas. Como resultado, "o calor após misturar todas as massas quentes é igual a:

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

isto é, a soma das massas líquidas sobre as quais, durante a mistura, o calor das massas individuais é distribuído uniformemente, relaciona-se com a soma de todos os produtos de cada massa e seu calor da mesma forma que a unidade com o calor da mistura.

Richmann ainda não possuía o conceito de quantidade de calor, mas escreveu e fundamentou logicamente a fórmula calorimétrica completamente correta, descobrindo facilmente que sua fórmula concorda melhor com a experiência do que a fórmula de Krafg. Ele estabeleceu corretamente que seus "aquecimentos" são "não o calor real, mas o excesso de calor da mistura comparado a zero graus Fahrenheit". Ele entendeu claramente que: 1. "O calor da mistura é distribuído não apenas sobre sua própria massa, mas também sobre as paredes do recipiente e o próprio termômetro." 2. "O calor intrínseco do termômetro e o calor do recipiente são distribuídos tanto sobre a mistura quanto ao longo das paredes do recipiente em que a mistura está localizada e ao longo do termômetro." 3. “Parte do calor da mistura, durante esse período de tempo em que o experimento está sendo realizado, passa para o ar circundante...”

Richmann formulou com precisão as fontes de erros em experimentos calorimétricos, apontou as razões da discrepância entre a fórmula de Kraft e o experimento, ou seja, ele lançou as bases da calorimetria, embora ele próprio ainda não tivesse chegado ao conceito de quantidade de calor. O trabalho de Richmann foi continuado pelo acadêmico sueco Johann Wilke (1732-1796) e pelo químico escocês Joseph Black (1728-1799). Ambos os cientistas, baseando-se na fórmula de Richmann, acharam necessário introduzir novos conceitos na ciência. Wilke, investigando o calor de uma mistura de água e neve em 1772, descobriu que parte do calor desaparece, daí veio o conceito de calor latente da neve derretida e a necessidade de introduzir um novo conceito, que mais tarde recebeu o nome "capacidade de calor".

Black também chegou à mesma conclusão sem publicar seus resultados. Seus estudos foram publicados apenas em 1803, e então ficou conhecido que Black foi o primeiro a distinguir claramente entre os conceitos de quantidade de calor e temperatura, o primeiro a introduzir o termo "capacidade de calor". Em 1754-1755, Black descobriu não apenas a constância do ponto de fusão do gelo, mas também que o termômetro permanece na mesma temperatura, apesar do influxo de calor, até que todo o gelo tenha derretido. A partir daqui Black chegou ao conceito de calor latente de fusão. Mais tarde, ele estabeleceu o conceito de calor latente de vaporização. Assim, na década de 70 do século XVIII, os conceitos básicos de calorimetria foram estabelecidos. Somente depois de quase cem anos (em 1852) foi introduzida a quantidade unitária de calor, que mais tarde recebeu o nome de "caloria". Clausius também fala simplesmente da unidade de calor e não usa o termo "caloria".)

Em 1777, Lavoisier e Laplace, tendo construído um calorímetro de gelo, determinaram as capacidades específicas de calor de vários corpos. A qualidade primária do calor aristotélico começou a ser estudada pelo método da experiência exata.

Havia também teorias científicas de calor. Um, o conceito mais comum (ao qual Black também aderiu) é a teoria de um fluido térmico especial - calórico. O outro, do qual Lomonosov era um ardente defensor, considerava o calor uma espécie de movimento de "partículas insensíveis". O conceito de calórico era muito adequado para a descrição dos fatos calorimétricos: a fórmula de Richmann e fórmulas posteriores que levam em conta os calores latentes podiam ser perfeitamente explicadas. a descoberta da lei da conservação da energia forçou os físicos a retornar ao conceito desenvolvido com sucesso por Lomonosov cem anos antes da descoberta dessa lei.

A ideia de que o calor é uma forma de movimento era muito comum no século XVII. f. Bacon em The New Organon, aplicando seu método ao estudo da natureza do calor, chega à conclusão de que "o calor é um movimento de propagação, impedido e ocorrendo em pequenas partes". Descartes fala mais concreta e claramente sobre o calor do que sobre o movimento de pequenas partículas. Considerando a natureza do fogo, ele chega à conclusão de que "o corpo da chama ... é composto das menores partículas, movendo-se muito rápida e violentamente separadamente umas das outras". Além disso, ele aponta que "somente esse movimento, dependendo das várias ações que produz, é chamado de calor ou luz". Voltando-se ao resto dos corpos, afirma que “que as pequenas partículas que não param o seu movimento estão presentes não só no fogo, mas também em todos os outros corpos, embora nestes a sua ação não seja tão forte, mas devido à seu pequeno tamanho eles mesmos não podem ser vistos por nenhum de nossos sentidos."

O atomismo dominou as visões físicas dos cientistas e pensadores do século XVII. Hooke, Huygens, Newton representavam todos os corpos do Universo como consistindo das menores partículas, "insensíveis", como Lomonosov os chamou brevemente mais tarde. O conceito de calor como forma de movimento dessas partículas parecia bastante razoável para os cientistas. Mas essas idéias sobre o calor eram de natureza qualitativa e surgiram em uma base factual muito escassa. No século XVIII. o conhecimento dos fenômenos térmicos tornou-se mais preciso e definido; a química também fez grandes avanços, em que a teoria do flogisto, antes da descoberta do oxigênio, ajudou a entender os processos de combustão e oxidação. Tudo isso contribuiu para a assimilação de um novo ponto de vista sobre o calor como substância especial, e os primeiros sucessos da calorimetria fortaleceram a posição dos adeptos do calórico. Foi necessária grande coragem científica para desenvolver a teoria cinética do calor nesta situação.

A teoria cinética do calor foi naturalmente combinada com a teoria cinética da matéria e, sobretudo, do ar e dos vapores. Os gases (a palavra "gás" foi introduzida por Van Helmont; 1577-1644) em essência ainda não haviam sido descobertos, e mesmo Lavoisier considerava o vapor como uma combinação de água e fogo. O próprio Lomonosov, observando a dissolução do ferro em vodka forte (ácido nítrico), considerado

bolhas de nitrogênio liberadas pelo ar. Assim, o ar e o vapor eram quase os únicos gases na época de Lomonosov - "líquidos elásticos", de acordo com a terminologia da época.

D. Bernoulli em sua "Hidrodinâmica" imaginou o ar consistindo de partículas se movendo "extremamente rápido em diferentes direções", e acreditava que essas partículas formavam um "fluido elástico". Bernoulli fundamentou a lei Boyle-Mariotte com seu modelo de "fluido elástico". Ele estabeleceu uma conexão entre a velocidade das partículas e o aquecimento do ar e, assim, explicou o aumento da elasticidade do ar quando aquecido. Esta foi a primeira tentativa na história da física de interpretar o comportamento dos gases pelo movimento das moléculas, uma tentativa sem dúvida brilhante, e Bernoulli ficou na história da física como um dos fundadores da teoria cinética dos gases.

Seis anos após a publicação de Hydrodynamics, Lomonosov apresentou seu trabalho Reflections on the Cause of Heat and Cold à Assembléia Acadêmica. Foi publicado apenas seis anos depois, em 1750, junto com outro trabalho posterior, Uma Experiência na Teoria da Elasticidade do Ar. Assim, a teoria da elasticidade dos gases de Lomonosov está inextricavelmente ligada à sua teoria do calor e baseia-se na última.

D. Bernoulli também prestou grande atenção às questões do calor, em particular à questão da dependência da densidade do ar em relação à temperatura. Sem se limitar a referir-se aos experimentos de Amonton, ele mesmo tentou determinar experimentalmente a dependência da elasticidade do ar em relação à temperatura. “Descobri”, escreve Bernoulli, “que a elasticidade do ar, que aqui em São Petersburgo estava muito fria em 25 de dezembro de 1731, art. Art., refere-se à elasticidade do mesmo ar, que tem calor em comum com a água fervente, como 523 a 1000. Este valor de Bernoulli está obviamente errado, pois assume que a temperatura do ar frio corresponde a -78°C.

Os cálculos análogos de Lomonosov mencionados acima são muito mais precisos. Por outro lado, o resultado final de Bernoulli é muito notável, que “as elasticidades estão em uma razão composta pelo quadrado das velocidades das partículas e a primeira potência das densidades”, o que corresponde plenamente à equação básica da teoria cinética de gases na apresentação moderna.

Bernoulli não tocou em nada na questão da natureza do calor, que é central na teoria de Lomonosov. Lomonosov levanta a hipótese de que o calor é uma forma de movimento de partículas insensíveis. Ele considera a possível natureza desses movimentos: translacional, rotacional e oscilatório - e afirma que "o calor consiste no movimento rotacional interno da matéria ligada".

Tomando como ponto de partida a hipótese do movimento rotacional das moléculas como causa do calor, Lomonosov deduz disso uma série de consequências: 1) as moléculas (corpúsculos) têm forma esférica; 2) “... com uma rotação mais rápida das partículas de matéria ligada, o calor deveria aumentar, e com uma rotação mais lenta, deveria diminuir; 3) partículas de corpos quentes giram mais rápido, mais frios - mais devagar; 4) corpos quentes devem ser resfriados ao entrarem em contato com um frio, pois retarda o movimento calorífico das partículas; pelo contrário, os corpos frios devem aquecer devido à aceleração do movimento ao contato. Assim, a transição do calor de um corpo quente para um corpo frio observado na natureza é uma confirmação da hipótese de Lomonosov.

O fato de Lomonosov ter apontado a transferência de calor como uma das principais consequências é muito significativo, e alguns autores veem isso como uma razão para colocar Lomonosov entre os descobridores da segunda lei da termodinâmica. É improvável, no entanto, que a proposição acima possa ser considerada como uma formulação primária da segunda lei, mas todo o trabalho como um todo é, sem dúvida, o primeiro esboço da termodinâmica. Assim, Lomonosov explica nele a formação de calor durante o atrito, que serviu de base experimental para a primeira lei nos experimentos clássicos de Joule. Lomonosov ainda, referindo-se à questão da transferência de calor de um corpo quente para um frio, refere-se à seguinte proposição: “O corpo A, agindo sobre o corpo B, não pode dar a este uma velocidade de movimento maior do que a que ele próprio .” Esta disposição é um caso específico da "lei universal de conservação". Partindo dessa proposição, ele prova que um corpo frio B, imerso em um líquido quente A, "obviamente não pode absorver um grau de calor maior do que aquele que L tem".

Lomonosov adia a questão da expansão térmica "para outro momento", até a consideração da elasticidade do ar. Seu trabalho termodinâmico está, portanto, diretamente relacionado ao seu trabalho posterior sobre a elasticidade dos gases. No entanto, falando da intenção de adiar a consideração da expansão térmica "para outro momento", Lomonosov aqui também aponta que, como não há limite superior para a velocidade das partículas (a teoria da relatividade ainda não existe!), há também não há limite superior de temperatura. Mas "por necessidade deve haver o maior e último grau de frieza, que deve consistir na completa cessação do movimento rotacional das partículas". Lomonosov, portanto, afirma a existência do "último grau de frio" - zero absoluto.

Em conclusão, Lomonosov critica a teoria do calórico, que considera uma recaída da ideia dos antigos sobre o fogo elementar. Analisando vários fenômenos, tanto físicos quanto químicos, associados à liberação e absorção de calor, Lomonosov conclui que “o calor dos corpos não pode ser atribuído à condensação de alguma matéria fina, especialmente projetada, mas que o calor consiste no movimento rotacional interno de a matéria ligada dos corpos aquecidos." Por matéria "ligada", Lomonosov entende a matéria das partículas dos corpos, distinguindo-a da matéria "fluida", que pode fluir "como um rio" pelos poros do corpo.

Ao mesmo tempo, Lomonosov inclui o éter mundial em seu sistema termodinâmico, muito à frente não apenas de seu tempo, mas também do século XIX. “Assim”, continua Lomonosov, “não só dizemos que tal movimento e calor são também característicos dessa matéria mais fina do éter, que preenche todos os espaços que não contêm corpos sensíveis, mas também afirmamos que a matéria do éter pode comunicar o movimento calorífico recebido do sol a nossa terra e o resto dos corpos do mundo e aquecê-los, sendo o meio pelo qual corpos distantes uns dos outros comunicam calor sem a mediação de nada tangível.

Assim, muito antes de Boltzmann, Golitsyn e Wien, Lomonosov incluiu a radiação térmica na termodinâmica. A termodinâmica de Lomonosov é uma conquista notável do pensamento científico do século XVIII, muito à frente de seu tempo.

Surge a pergunta: por que Lomonosov se recusou a considerar o movimento de translação das partículas como um movimento térmico e parou no movimento de rotação? Essa suposição enfraqueceu muito seu trabalho, e a teoria de D. Bernoulli aproximou-se muito mais dos estudos posteriores de Clausius e Maxwell do que a teoria de Lomonosov. A esse respeito, Lomonosov teve considerações muito profundas. Ele teve que explicar coisas tão contraditórias como coesão e elasticidade, a coerência das partículas do corpo e a capacidade dos corpos de se expandirem. Lomonosov era um oponente ardente das forças de longo alcance e não podia recorrer a elas ao considerar a estrutura molecular dos corpos. Ele também não queria reduzir a explicação da elasticidade dos gases aos impactos elásticos das partículas, ou seja, explicar a elasticidade pela elasticidade. Ele estava procurando um mecanismo que explicasse tanto a elasticidade quanto a expansão térmica da maneira mais natural. Em sua obra “Experiência na teoria da elasticidade do ar”, ele rejeita a hipótese da elasticidade das próprias partículas, que, segundo Lomonosov, “são desprovidas de qualquer composição física e estrutura organizada...” e são átomos. Portanto, a propriedade de elasticidade é exibida não por partículas únicas que não possuem nenhuma complexidade física e estrutura organizada, mas são produzidas por uma combinação delas. Assim, a elasticidade de um gás (ar), segundo Lomonosov, é uma "propriedade do coletivo de átomos". Os próprios átomos, segundo Lomonosov, "devem ser sólidos e ter extensão", considera sua forma "muito próxima" do esférico. O fenômeno do calor gerado pelo atrito o faz aceitar a hipótese de que "os átomos de ar são ásperos". O fato de a elasticidade do ar ser proporcional à densidade leva Lomonosov a concluir "que vem de algum tipo de interação direta de seus átomos". Mas os átomos, de acordo com Lomonosov, não podem agir à distância, mas apenas por contato. A compressibilidade do ar comprova a presença de espaços vazios nele, o que impossibilita a interação dos átomos. A partir daqui, Lomonosov chega a um quadro dinâmico, quando a interação dos átomos é substituída no tempo pela formação de um espaço vazio entre eles, e a separação espacial dos átomos é substituída pelo contato. “Assim, é evidente que os átomos individuais do ar, em alternância aleatória, colidem com os mais próximos em intervalos de tempo insensíveis, e quando uns estão em contato, outros ricocheteiam uns nos outros e colidem com os mais próximos, a fim de para se recuperar novamente; assim, constantemente repelidos uns dos outros por choques mútuos frequentes, eles tendem a se espalhar em todas as direções. Lomonosov vê elasticidade nessa dispersão em todas as direções. "A força da elasticidade consiste no desejo do ar de se espalhar em todas as direções."

No entanto, é necessário explicar por que os átomos se chocam durante a interação. A razão para isso, de acordo com Lomonosov, é o movimento térmico: "A interação dos átomos de ar se deve apenas ao calor". E como o calor consiste no movimento rotacional das partículas, para explicar sua repulsão basta considerar o que acontece quando duas partículas rugosas esféricas rotativas entram em contato. Lomonosov mostra que eles vão se afastar um do outro, e ilustra isso com um exemplo, bem conhecido por ele desde a infância, do ressalto dos piões ("de cabeça para baixo") que os meninos começam no gelo. Quando esses piões se tocam, eles se chocam a distâncias consideráveis. Assim, colisões elásticas de átomos, segundo Lomonosov, são devidas à interação de seus momentos rotacionais. É por isso que ele precisava da hipótese do movimento rotacional térmico das partículas! Assim, Lomonosov fundamentou completamente o modelo de um gás elástico consistindo de partículas em movimento e colisão aleatórias.

Este modelo permitiu a Lomonosov não apenas explicar a lei de Boyle-Mariotte, mas também prever desvios dela em altas compressões. Uma explicação da lei e seus desvios é dada por Lomonosov na obra "Adição às Reflexões sobre a Elasticidade do Ar", publicada no mesmo volume de "Novos Comentários" da Academia de Ciências de São Petersburgo, na qual dois anteriores obras também foram publicadas. Nas obras de Lomonosov, também existem declarações incorretas, que são totalmente explicadas pelo nível de conhecimento da época. Mas eles não determinam o significado do trabalho do cientista. É impossível não admirar a coragem e a profundidade do pensamento científico de Lomonosov, que criou na infância da ciência do calor um poderoso conceito teórico que estava muito à frente de sua época. Os contemporâneos não seguiram o caminho de Lomonosov, na teoria do calor, como foi dito, o calórico reinava, o pensamento físico do século XVIII exigia várias substâncias: térmicas, luminosas, elétricas, magnéticas. Isso geralmente é visto como a natureza metafísica do pensamento dos naturalistas do século XVIII, parte de sua natureza reacionária. Mas por que ficou assim? Parece que a razão para isso está no progresso da ciência natural exata. No século XVIII. aprendeu a medir calor, luz, eletricidade, magnetismo. Foram encontradas medidas para todos esses agentes, assim como foram encontradas há muito tempo para massas e volumes comuns. Este fato aproximou os agentes sem peso de massas e líquidos comuns, obrigando-nos a considerá-los como análogos de líquidos comuns. O conceito de "sem peso" foi uma etapa necessária no desenvolvimento da física, pois permitiu uma visão mais profunda do mundo dos fenômenos térmicos, elétricos e magnéticos. Contribuiu para o desenvolvimento de um experimento preciso, o acúmulo de inúmeros fatos e sua interpretação primária.

Termômetros de longa distância

Instrumentos de medição de temperatura comuns hoje em dia papel importante na ciência, tecnologia, na vida cotidiana das pessoas, têm uma longa história e estão associados aos nomes de muitos cientistas brilhantes de diferentes países, incluindo russos e aqueles que trabalharam na Rússia.

Uma descrição detalhada da história da criação de um termômetro líquido comum pode ocupar um livro inteiro, incluindo histórias sobre especialistas em várias áreas - físicos e químicos, filósofos e astrônomos, matemáticos e mecânicos, zoólogos e botânicos, climatologistas e sopradores de vidro.

As notas abaixo não pretendem completar a apresentação desta história muito divertida, mas podem ser úteis para conhecer o campo do conhecimento e o campo da tecnologia, cujo nome é Termometria.

Temperatura

A temperatura é um dos indicadores mais importantes que é usado em vários ramos da ciência natural e tecnologia. Na física e na química, é usado como uma das principais características do estado de equilíbrio de um sistema isolado, na meteorologia - como a principal característica do clima e do tempo, na biologia e na medicina - como a quantidade mais importante que determina as funções vitais.

Mesmo o antigo filósofo grego Aristóteles (384-322 aC) considerava os conceitos de calor e frio fundamentais. Junto com qualidades como secura e umidade, esses conceitos caracterizavam os quatro elementos da "matéria primária" - terra, água, ar e fogo. Embora naqueles dias e vários séculos depois já se falasse sobre o grau de calor ou frio (“mais quente”, “quente”, “mais frio”), não havia medidas quantitativas.

Aproximadamente 2.500 anos atrás, o antigo médico grego Hipócrates (c. 460 - c. 370 aC) percebeu que a temperatura elevada do corpo humano é um sinal de doença. Houve um problema na determinação da temperatura normal.

Uma das primeiras tentativas de introduzir o conceito de temperatura padrão foi feita pelo antigo médico romano Galeno (129 - c. 200), que sugeriu que a temperatura de uma mistura de volumes iguais de água fervente e gelo fosse considerada “neutra”. , e as temperaturas dos componentes individuais (água fervente e gelo derretido) devem ser consideradas quatro graus, respectivamente, quente e quatro graus frio. É provavelmente a Galeno que devemos a introdução do termo temperamento(para equalizar), da qual deriva a palavra "temperatura". No entanto, a temperatura começou a ser medida muito mais tarde.

Termoscópio e os primeiros termômetros de ar

A história da medição de temperatura tem pouco mais de quatro séculos. Com base na capacidade do ar de se expandir quando aquecido, que foi descrita pelos antigos gregos bizantinos já no século II aC. BC, vários inventores criaram um termoscópio - o dispositivo mais simples com um tubo de vidro cheio de água. Deve-se dizer que os gregos (os primeiros europeus) conheceram o vidro já no século V, no século XIII. os primeiros espelhos venezianos de vidro apareceram, no século XVII. o trabalho em vidro na Europa tornou-se bastante desenvolvido e em 1612 apareceu o primeiro manual "De arte vitrária"(“On the Art of Glassmaking”) pelo florentino Antonio Neri (falecido em 1614).

A fabricação de vidro foi desenvolvida especialmente na Itália. Portanto, não é de surpreender que os primeiros instrumentos de vidro tenham surgido ali. A primeira descrição do termoscópio foi incluída no livro do naturalista napolitano, envolvido em cerâmica, vidro, pedras preciosas artificiais e destilação, Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) Magia Naturalis("Magia Natural"). A edição foi publicada em 1558.

Na década de 1590 o físico, mecânico, matemático e astrônomo italiano Galileu Galilei (1564-1642), segundo depoimento de seus alunos Nelli e Viviani, construiu seu termobaroscópio de vidro em Veneza utilizando uma mistura de água e álcool; medições podem ser feitas com este instrumento. Algumas fontes dizem que Galileu usava o vinho como um líquido colorido. O fluido de trabalho era o ar e as mudanças de temperatura eram determinadas pelo volume de ar no dispositivo. O dispositivo era impreciso, suas leituras dependiam tanto da temperatura quanto da pressão, mas permitia que a coluna de líquido fosse "derrubada" alterando a pressão do ar. A descrição deste dispositivo foi feita em 1638 pelo aluno de Galileu, Benadetto Castelli.

A estreita comunicação entre Santorio e Galileo torna impossível determinar a contribuição de cada um para suas muitas inovações técnicas. Santorio é conhecido por sua monografia "Medicina de estática"(“Sobre a Medicina do Equilíbrio”), contendo os resultados de sua pesquisa experimental e resistiu a cinco edições. Em 1612 Santorio em sua obra "Commentaria in artem medicinalem Galeni"("Notas sobre a arte médica de Galeno") descreveu pela primeira vez o termômetro de ar. Ele também usou um termômetro para medir a temperatura do corpo humano (“pacientes apertam o frasco com as mãos, respiram sobre ele coberto, levam na boca”), usa um pêndulo para medir a pulsação. Seu método consistia em fixar a taxa de queda das leituras do termômetro durante dez oscilações do pêndulo, dependia das condições externas e era impreciso.

Instrumentos semelhantes ao termoscópio de Galileu foram feitos pelo físico, alquimista, mecânico, gravador e cartógrafo holandês Cornelis Jacobson Drebbel (1572–1633) e pelo místico e filósofo médico inglês Robert Fludd (1574–1637), que supostamente estavam familiarizados com o trabalho de cientistas florentinos. Foi o dispositivo de Drebbel que foi primeiro (em 1636) chamado de "termômetro". Parecia um tubo em forma de U com dois reservatórios. Enquanto trabalhava no líquido para seu termômetro, Drebbel descobriu uma maneira de fazer cores carmim brilhantes. Fludd, por sua vez, descreveu o termômetro de ar.

Primeiros termômetros líquidos

O próximo pequeno, mas importante passo para a transformação do termoscópio em um termômetro líquido moderno foi o uso de um líquido e um tubo de vidro selado em uma extremidade como meio de trabalho. Os coeficientes de expansão térmica dos líquidos são menores que os dos gases, mas o volume de um líquido não muda com a mudança na pressão externa. Este passo foi dado por volta de 1654 nas oficinas do Grão-Duque da Toscana, Fernando II de' Medici (1610-1670).

Enquanto isso, medições meteorológicas sistemáticas começaram em vários países europeus. Cada cientista naquela época usava sua própria escala de temperatura, e os resultados das medições que chegaram até nós não podem ser comparados entre si nem conectados com graus modernos. O conceito de grau de temperatura e pontos de referência da escala de temperatura aparentemente surgiram em vários países já no século XVII. Os mestres aplicaram 50 divisões a olho, para que, à temperatura da neve derretida, a coluna de álcool não caísse abaixo da 10ª divisão e, ao sol, não subisse acima da 40ª divisão.

Uma das primeiras tentativas de calibrar e padronizar termômetros foi feita em outubro de 1663 em Londres. Os membros da Royal Society concordaram em usar um dos termômetros de álcool feitos pelo físico, mecânico, arquiteto e inventor Robert Hooke (1635-1703) como padrão e comparar as leituras de outros termômetros com ele. Hooke introduziu um pigmento vermelho no álcool, a escala foi dividida em 500 partes. Ele também inventou o termômetro mínimo (mostrando a temperatura mais baixa).

O físico teórico holandês, matemático, astrônomo e inventor Christian Huygens (1629-1695) em 1665, juntamente com R. Hooke, propôs usar as temperaturas do gelo derretido e da água fervente para criar uma escala de temperatura. Os primeiros registros meteorológicos inteligíveis foram registrados usando a escala Hooke-Huygens.

A primeira descrição de um termômetro líquido real apareceu em 1667 na publicação da Accademia del Cimento * "Ensaios sobre as atividades científicas naturais da Academia de Experimentos". Os primeiros experimentos no campo da calorimetria foram realizados e descritos na Academia. Foi demonstrado que, sob vácuo, a água ferve a uma temperatura mais baixa do que à pressão atmosférica e que, quando congela, expande. Os "termômetros de Florença" foram amplamente utilizados na Inglaterra (introduzidos por R. Boyle) e na França (distribuídos graças ao astrônomo I. Bullo). O autor da conhecida monografia russa "Conceitos e Fundamentos da Termodinâmica" (1970) I.R. Krichevsky acredita que foi o trabalho da Academia que lançou as bases para o uso de termômetros líquidos.

Um dos membros da Academia, o matemático e físico Carlo Renaldini (1615–1698) em seu ensaio Philosophia naturalis("Filosofia Natural"), publicado em 1694, propunha tomar como pontos de referência as temperaturas do gelo derretido e da água fervente.

Nascido na cidade alemã de Magdeburg, engenheiro mecânico, engenheiro elétrico, astrônomo, inventor da bomba de ar Otto von Guericke (1602-1686), que ficou famoso por sua experiência com os hemisférios de Magdeburg, também lidou com termômetros. Em 1672, construiu um aparelho de água-álcool de vários metros de altura com uma escala que tinha oito divisões: de “muito frio” a “muito quente”. As dimensões da estrutura, deve-se admitir, não avançaram na termometria.

A gigantomania de Guericke encontrou seguidores nos Estados Unidos três séculos depois. O maior termômetro do mundo, com 40,8 m (134 pés) de altura, foi construído em 1991 para comemorar a temperatura recorde alcançada no Vale da Morte da Califórnia em 1913: +56,7 ° C (134 ° F). Um termômetro de três vias está localizado na pequena cidade de Baker, perto de Nevada.

Os primeiros termômetros precisos que entraram em amplo uso foram feitos pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). O inventor nasceu no território da atual Polônia, em Gdansk (então Danzig), órfão cedo, começou a estudar comércio em Amsterdã, mas não terminou seus estudos e, levado pela física, passou a visitar laboratórios e oficinas em Alemanha, Holanda e Inglaterra. Desde 1717 ele morava na Holanda, onde tinha uma oficina de sopro de vidro e se dedicava à fabricação de instrumentos meteorológicos precisos - barômetros, altímetros, higrômetros e termômetros. Em 1709 ele fez um termômetro de álcool e em 1714 um termômetro de mercúrio.

O mercúrio acabou sendo um fluido de trabalho muito conveniente, pois tinha uma dependência mais linear do volume em relação à temperatura do que o álcool, aqueceu muito mais rápido que o álcool e pode ser usado em temperaturas muito mais altas. Fahrenheit desenvolveu um novo método para purificar o mercúrio e usou um cilindro em vez de uma bola para o mercúrio. Além disso, para melhorar a precisão dos termômetros, Fahrenheit, que possuía habilidades de sopro de vidro, começou a usar vidro com o menor coeficiente de expansão térmica. Apenas na área de baixas temperaturas o mercúrio (ponto de congelamento -38,86°C) foi inferior ao álcool (ponto de congelamento -114,15°C).

Desde 1718, Fahrenheit lecionou em Amsterdã sobre química, em 1724 tornou-se membro da Royal Society, embora não tenha recebido um diploma e publicado apenas uma coleção de artigos de pesquisa.

Para seus termômetros, Fahrenheit usou pela primeira vez uma escala modificada adotada pelo físico dinamarquês Olaf Römer (1644-1710) e proposta pelo matemático, mecânico, astrônomo e físico inglês Isaac Newton (1643-1727) em 1701.

As tentativas iniciais de Newton de desenvolver uma escala de temperatura se mostraram ingênuas e foram abandonadas quase imediatamente. Foi proposto tomar como pontos de referência a temperatura do ar no inverno e a temperatura dos carvões incandescentes. Então Newton usou o ponto de fusão da neve e a temperatura corporal de uma pessoa saudável, óleo de linhaça como meio de trabalho e quebrou a escala (com base no modelo de 12 meses por ano e 12 horas por dia até o meio-dia) em 12 graus ( segundo outras fontes, em 32 graus). Neste caso, a calibração foi realizada misturando certas quantidades de água fervente e recém-descongelada. Mas esse método também era inaceitável.

Newton não foi o primeiro a usar óleo: em 1688, o físico francês Dalence usou o ponto de fusão da manteiga de vaca como ponto de referência para calibrar termômetros de álcool. Se essa técnica tivesse sido preservada, a Rússia e a França teriam escalas de temperatura diferentes: tanto o ghee comum na Rússia quanto a famosa manteiga Vologda diferem em composição das variedades européias.

O observador Roemer notou que seus relógios de pêndulo são mais lentos no verão do que no inverno, e as divisões das escalas de seus instrumentos astronômicos são maiores no verão do que no inverno. Para melhorar a precisão das medições de tempo e parâmetros astronômicos, foi necessário realizar essas medições nas mesmas temperaturas e, portanto, ter um termômetro preciso. Roemer, como Newton, usou dois pontos de referência: a temperatura normal do corpo humano e a temperatura de derretimento do gelo (vinho tinto fortificado ou uma solução de álcool a 40% tingida com açafrão em um tubo de 18 polegadas serviu como fluido de trabalho). Fahrenheit acrescentou um terceiro ponto a eles, que correspondia à temperatura mais baixa alcançada então em uma mistura de água-gelo-amônia.

Tendo alcançado uma precisão de medição significativamente maior com seu termômetro de mercúrio, Fahrenheit dividiu cada grau de Roemer em quatro e tomou três pontos como pontos de referência para sua escala de temperatura: a temperatura da mistura de sal de água com gelo (0 ° F), a temperatura do corpo de uma pessoa saudável (96°F) e a temperatura de derretimento do gelo (32°F), sendo esta última considerada o controle.

Veja como ele escreveu sobre isso em um artigo publicado na revista Transação filosófica"(1724,
volume 33, pág. 78): “... colocando o termômetro em uma mistura de sal de amônio ou sal marinho, água e gelo, encontramos um ponto na escala indicando zero. O segundo ponto é obtido se for utilizada a mesma mistura sem sal. Vamos designar este ponto como 30. O terceiro ponto, designado como 96, é obtido se o termômetro for levado à boca, recebendo o calor de uma pessoa saudável.

Há uma lenda de que Fahrenheit levou a temperatura a que o ar esfriou no inverno de 1708/09 em sua cidade natal de Danzig como o ponto mais baixo da escala Fahrenheit. Pode-se também encontrar declarações de que ele acreditava que uma pessoa morre de frio a 0 ° F e de insolação em
100°F. Por fim, foi dito que ele era membro da Loja Maçônica com seus 32 graus de iniciação e, portanto, adotou o ponto de fusão do gelo igual a esse número.

Depois de algumas tentativas e erros, Fahrenheit apresentou uma escala de temperatura muito confortável. O ponto de ebulição da água acabou sendo 212 °F na escala aceita, e toda a faixa de temperatura do estado líquido da água era de 180 °F. A justificativa para esta escala foi a ausência de graus negativos.

Posteriormente, após uma série de medições precisas, Fahrenheit descobriu que o ponto de ebulição varia com a pressão atmosférica. Isso lhe permitiu criar um hipsotérmico - um dispositivo para medir a pressão atmosférica pelo ponto de ebulição da água. Ele também pertence à primazia na descoberta do fenômeno do super-resfriamento de líquidos.

O trabalho de Fahrenheit marcou o início da termometria, e depois a termoquímica e a termodinâmica. A escala Fahrenheit foi adotada como oficial em muitos países (na Inglaterra desde 1777), apenas a temperatura normal do corpo humano foi corrigida para 98,6 o F. Agora essa escala é usada apenas nos EUA e Jamaica, outros países em 1960- anos 1970 e 1970 mudou para a escala Celsius.

O termômetro foi introduzido na prática médica ampla pelo professor holandês de medicina, botânica e química, o fundador de uma clínica científica, Hermann Boerhaave (1668-1738), seu aluno Gerard van Swieten (1700-1772), o médico austríaco Anton de Haen (1704–1776) e, independentemente deles, pelo inglês George Martin.

O fundador da Escola de Medicina de Viena, Haen, descobriu que a temperatura de uma pessoa saudável sobe e desce duas vezes durante o dia. Sendo um defensor da teoria da evolução, ele explicava isso pelo fato de os ancestrais do homem - répteis que viviam à beira-mar - mudarem sua temperatura de acordo com o fluxo e refluxo. No entanto, seu trabalho foi esquecido por muito tempo.

Martin escreveu em um de seus livros que seus contemporâneos argumentavam se a temperatura de derretimento do gelo muda com a altura e, para estabelecer a verdade, eles transportaram um termômetro da Inglaterra para a Itália.

Não é menos surpreendente que cientistas que se tornaram famosos em vários campos do conhecimento mais tarde se interessaram pela medição da temperatura do corpo humano: A. Lavoisier e P. Laplace, J. Dalton e G. Davy, D. Joule e P. Dulong , W. Thomson e A. Becquerel, J. Foucault e G. Helmholtz.

"Muito mercúrio vazou" desde então. A era de quase trezentos anos de uso generalizado de termômetros de mercúrio parece estar chegando ao fim em breve devido à toxicidade do metal líquido: nos países europeus, onde as questões de segurança humana estão se tornando cada vez mais importantes, foram aprovadas leis para restringir e proibir a produção de tais termômetros.

* Fundada em Florença em 1657 por estudantes de Galileu sob os auspícios de Fernando II Médici e seu irmão Leopoldo, a Accademia del Cimento não durou muito, mas tornou-se o protótipo da Royal Society, da Academia de Ciências de Paris e de outras academias européias. Ela foi concebida para propaganda conhecimento científico e ampliando as atividades coletivas para seu desenvolvimento.

Impresso com continuação

escalas de temperatura. Existem várias escalas graduadas de temperatura e os pontos de congelamento e ebulição da água são geralmente tomados como pontos de referência. Agora, o mais comum no mundo é a escala Celsius. Em 1742, o astrônomo sueco Anders Celsius propôs uma escala de termômetro de 100 graus na qual 0 graus é o ponto de ebulição da água à pressão atmosférica normal e 100 graus é a temperatura de fusão do gelo. A divisão da escala é 1/100 dessa diferença. Quando eles começaram a usar termômetros, acabou sendo mais conveniente trocar 0 e 100 graus. Talvez Carl Linnaeus tenha participado disso (ele ensinou medicina e ciências naturais na mesma Universidade de Uppsala onde Celsius é astronomia), que em 1838 propôs tomar o ponto de fusão do gelo como temperatura 0, mas não parecia pensar na segunda ponto de referência. Até hoje, a escala Celsius mudou um pouco: 0 ° C ainda é considerado a temperatura de fusão do gelo à pressão normal, que realmente não depende da pressão. Mas o ponto de ebulição da água à pressão atmosférica é agora igual a 99 975 ° C, o que não afeta a precisão da medição de quase todos os termômetros, exceto os de precisão especial. As escalas de temperatura Fahrenheit de Kelvin Reaumur e outras também são conhecidas. A escala de temperatura Fahrenheit (na segunda versão adotada desde 1714) tem três pontos fixos: 0 ° corresponde à temperatura da mistura de água gelada e amônia 96 ° - o corpo temperatura de uma pessoa saudável (abaixo do braço ou na boca). Como temperatura de controle para a comparação de vários termômetros, foi tomado o valor de 32° para o ponto de fusão do gelo. A escala Fahrenheit é amplamente utilizada em países de língua inglesa, mas é pouco utilizada na literatura científica. Para converter a temperatura Celsius (°C) para a temperatura Fahrenheit (°F), existe uma fórmula °F = (9/5)°C + 32 e para conversão reversa - a fórmula °C = (5/9) (°F -32). Ambas as escalas - tanto Fahrenheit quanto Celsius - são muito inconvenientes ao realizar experimentos em condições em que a temperatura cai abaixo do ponto de congelamento da água e é expressa como um número negativo. Para esses casos, foram introduzidas escalas de temperatura absoluta, que se baseiam na extrapolação para o chamado zero absoluto - o ponto em que o movimento molecular deve parar. Uma delas é chamada de escala Rankin e a outra é chamada de escala termodinâmica absoluta; as temperaturas são medidas em graus Rankine (°Ra) e kelvins (K). Ambas as escalas começam no zero absoluto e o ponto de congelamento da água é 491 7° R e 273 16 K. O número de graus e kelvins entre os pontos de congelamento e ebulição da água na escala Celsius e na escala termodinâmica absoluta é o mesmo e igual a 100; para as escalas Fahrenheit e Rankine, também é o mesmo, mas igual a 180. Os graus Celsius são convertidos em kelvins usando a fórmula K \u003d ° C + 273 16 e os graus Fahrenheit são convertidos em graus Rankine usando a fórmula ° R \u003d ° F + 459 7. Na Europa, há muito tempo é comum a escala Réaumur introduzida em 1730 por René Antoine de Réaumur. É construído não arbitrariamente como a escala Fahrenheit, mas de acordo com a expansão térmica do álcool (em relação a 1000:1080). 1 grau Réaumur é igual a 1/80 do intervalo de temperatura entre os pontos de fusão do gelo (0°R) e os pontos de ebulição da água (80°R), ou seja, 1°R = 1,25°C 1°C = 0,8° R. mas já está fora de uso.