A vedeli ste, že...

Testoval švédsky vedec A. Celsius teplotnú stupnicu? „Pokusy som opakoval dva roky, v rôznom počasí a vždy som našiel presne ten istý bod na teplomere. Teplomer som položil nielen do topiaceho sa ľadu, ale aj do snehu, keď sa začal topiť. Aj kotol topiaceho sa snehu som spolu s teplomerom umiestnil do vyhrievacej piecky a vždy som zistil, že teplomer ukazuje rovnaký bod, len keby sneh tesne ležal okolo teplomerovej gule. Takto opísal A. Celsius výsledky svojich pokusov v 18. storočí.

Existuje veľmi tavná kovová látka - Woodova zliatina? Ak z neho vylejete čajovú lyžičku, potom sa v pohári horúceho čaju roztopí a stečie na dno pohára!

Je na vrchole Mount Everestu, najvyššom bode na Zemi, atmosférický tlak trikrát nižší ako normálne? Pri tomto tlaku vrie voda pri teplote len 70°C? Vo „vriacej vode“ takejto teploty sa nedá poriadne uvariť ani čaj.

Pri vyberaní horúceho hrnca zo sporáka je potrebné použiť iba suchú handru alebo rukavicu? Ak sú mokré, riskujete popálenie, pretože voda medzi vlasmi látky vedie teplo 25-krát rýchlejšie ako vzduch.

Ak by uhlie alebo palivové drevo mali rovnakú dobrú tepelnú vodivosť ako kovy, potom by bolo jednoducho nemožné ich zapáliť? Teplo do nich dodané (napríklad zo zápalky) by sa veľmi rýchlo prenieslo do hrúbky materiálu a nezapálilo by zapálenú časť na zápalnú teplotu.

Slnečné lúče na svojej ceste na Zem putujú vesmírnym vákuum na obrovskú vzdialenosť – 150 miliónov kilometrov? A napriek tomu na každý štvorcový meter zemského povrchu pripadá energetický tok s výkonom ≈ 1 kW. Ak by táto energia „padla“ na kanvicu, uvarila by sa už za 10 minút!

Ak by človek videl tepelné žiarenie, potom, keď sa dostal do tmavej miestnosti, videl by veľa zaujímavých vecí: jasne žiariace rúry a radiátory obklopené ľahkými vinutými prúdmi teplého vzduchu? Rovnaké prúdy by boli nad hudobným centrom, TV.

Považovali sa mrazené potraviny v 19. storočí za beznádejne pokazené? A len ťažkosti so zásobovaním potravinami, ktoré sa stali prekážkou rozvoja veľkých miest, prinútili prekonať predsudky. AT koniec XIX- Začiatkom 20. storočia boli v mnohých krajinách vydané zákony, ktoré predpisovali stavbu špeciálnych konštrukcií - chladničiek.

Tepelné čerpadlá, ktoré umožňujú regulovať teplotu a vlhkosť vzduchu - klimatizácie - sa začali používať už začiatkom minulého storočia? Od 20. rokov 20. storočia boli inštalované v preplnených budovách a priestoroch: divadlá, hotely, reštaurácie.

Teplomer

Teplomer (grécky θέρμη - teplo; μετρέω - meriam) - zariadenie na meranie teploty vzduchu, pôdy, vody atď. Existuje niekoľko typov teplomerov:kvapalina; mechanický; elektronické; optický; plynu; infračervené.

Galileo je považovaný za vynálezcu teplomera: v jeho vlastných spisoch nie je popis tohto zariadenia, ale jeho študenti, Nelly a Viviani, dosvedčili, že už v roku 1597 vyrobil niečo ako termobaroskop (termoskop). Galileo v tom čase študoval prácu Herona Alexandrijského, ktorý už opísal podobné zariadenie, ale nie na meranie stupňov tepla, ale na zvyšovanie vody ohrevom. Termoskop bola malá sklenená guľa so sklenenou trubicou priletovanou k nej. Guľa sa mierne zahriala a koniec trubice sa spustil do nádoby s vodou. Po určitom čase sa vzduch v guli ochladil, jeho tlak sa znížil a voda pod pôsobením atmosférického tlaku vystúpila v trubici do určitej výšky. Následne s otepľovaním sa zvýšil tlak vzduchu v guli a znížila sa hladina vody v trubici, pri ochladzovaní voda v nej stúpala. Pomocou termoskopu bolo možné posúdiť iba zmenu stupňa zahrievania tela: neukázal číselné hodnoty teploty, pretože nemal stupnicu. Navyše hladina vody v trubici nezávisela len od teploty, ale aj od atmosférického tlaku. V roku 1657 Galileov termoskop zdokonalili florentskí vedci. Prístroj vybavili stupnicou guľôčok a vypustili vzduch z nádrže (gule) a trubice. To umožnilo nielen kvalitatívne, ale aj kvantitatívne porovnávať teploty telies. Následne sa termoskop vymenil: obrátil sa hore dnom, do skúmavky sa namiesto vody naliala brandy a nádoba sa vybrala. Fungovanie tohto zariadenia bolo založené na rozťahovaní telies, teploty najteplejších letných a najchladnejších zimných dní boli brané ako „trvalé“ body. Všetky tieto teplomery boli vzduchové a pozostávali z nádoby s trubicou obsahujúcou vzduch, oddelenej od atmosféry stĺpcom vody, menili svoje údaje tak od zmien teploty, ako aj od zmien atmosférického tlaku.

Kvapalinové teplomery sú po prvýkrát opísané v roku 1667 „Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento“, kde sa o nich hovorí ako o predmetoch vyrobených skúsenými remeselníkmi, nazývanými „Confia“, ohrievajúc sklo na rozfúkanom ohni a vyrába z neho úžasné a veľmi jemné produkty. Najprv boli tieto teplomery naplnené vodou, ale keď zamrzla, praskli; začali na to používať vínny destilát v roku 1654 podľa nápadu toskánskeho veľkovojvodu Ferdinanda II. Florentské teplomery prežili v niekoľkých kópiách do našej doby v Galilejskom múzeu vo Florencii; ich príprava je podrobne opísaná.

Najprv musel majster urobiť delenia na trubici, berúc do úvahy jej pomerné rozmery a veľkosť gule: delenia sa nanášali roztaveným smaltom na trubicu vyhrievanú na lampe, každá desiata bola označená bielou bodkou a ostatné čiernou . Väčšinou robili 50 dielikov tak, že keď sa sneh roztopil, alkohol neklesol pod 10 a na slnku nevystúpil nad 40. Dobrí majstri vyrábali také teplomery tak úspešne, že všetky ukazovali rovnakú hodnotu teploty pod rovnaké podmienky, ale to nie je možné dosiahnuť, ak by bola rúrka rozdelená na 100 alebo 300 častí, aby sa dosiahla väčšia presnosť. Teplomery sa plnili zahriatím banky a spustením konca trubice do alkoholu; plnenie sa dokončilo pomocou skleneného lievika s tenko ťahaným koncom, ktorý voľne vstupoval do pomerne širokej trubice. Po úprave množstva tekutiny bol otvor tuby zapečatený pečatným voskom, nazývaným "hermetický". Z toho je zrejmé, že tieto teplomery boli veľké a mohli slúžiť na určovanie teploty vzduchu, ale boli stále nepohodlné pre iné, rôznorodejšie experimenty a stupne rôznych teplomerov neboli navzájom porovnateľné.

Galileo teplomer

V roku 1703 Amonton (Guillaume Amontons) v Paríži vylepšil teplomer vzduchu, pričom nemeral expanziu, ale zvýšenie elasticity vzduchu zníženého na rovnaký objem pri rôznych teplotách naliatím ortuti do otvoreného kolena; bral do úvahy barometrický tlak a jeho zmeny. Nula takejto stupnice mala byť „ten výrazný stupeň chladu“, pri ktorom vzduch stráca všetku svoju elasticitu (teda moderná absolútna nula), a druhým konštantným bodom bol bod varu vody. Amonton ešte nepoznal vplyv atmosférického tlaku na bod varu a vzduch v jeho teplomere nebol zbavený vodných plynov; preto sa z jeho údajov získa absolútna nula pri -239,5° Celzia. Ďalší vzduchový teplomer Amonton, vyrobený veľmi nedokonale, bol nezávislý od zmien atmosférického tlaku: bol to sifónový barometer, ktorého otvorené koleno bolo vysunuté nahor, naplnené zospodu silným roztokom potaše, zhora olejom a zakončené utesnený zásobník vzduchu.

Modernú podobu teplomeru dal Fahrenheit a svoj spôsob prípravy opísal v roku 1723. Spočiatku si skúmavky plnil aj alkoholom a až napokon prešiel na ortuť. Nulu svojej stupnice nastavil pri teplote zmesi snehu s čpavkom alebo kuchynskou soľou, pri teplote „začiatku tuhnutia vody“ ukazoval 32 ° a telesnú teplotu zdravého človeka v ústach resp. pod pažou bol ekvivalentný 96°. Následne zistil, že voda vrie pri 212° a táto teplota bola v rovnakom stave barometra vždy rovnaká. Zachované kópie teplomerov Fahrenheita sa vyznačujú precíznym spracovaním.

Ortuťový teplomer s Fahrenheitovou stupnicou

Švédsky astronóm, geológ a meteorológ Anders Celsius napokon v roku 1742 stanovil oba trvalé body, topiaci sa ľad a vriacu vodu. Spočiatku však nastavil 0 ° pri bode varu a 100 ° pri bode mrazu. Celsius vo svojom diele Pozorovania dvoch perzistentných stupňov na teplomere hovoril o svojich experimentoch, ktoré ukázali, že teplota topenia ľadu (100 °) nezávisí od tlaku. S úžasnou presnosťou tiež určil, ako sa bod varu vody menil s atmosférickým tlakom. Navrhol, aby sa dala kalibrovať značka 0 (bod varu vody), vedieť, na akej úrovni vzhľadom k moru je teplomer.

Neskôr, po smrti Celzia, jeho súčasníci a krajania, botanik Carl Linnaeus a astronóm Morten Strömer, používali túto stupnicu hore nohami (pre 0 ° začali brať bod topenia ľadu a pre 100 ° - bod varu z vody). V tejto podobe sa stupnica ukázala ako veľmi pohodlná, rozšírila sa a používa sa dodnes.

Kvapalinové teplomery sú založené na princípe zmeny objemu kvapaliny, ktorá sa nalieva do teplomera (zvyčajne liehová alebo ortuťová) pri zmene teploty okolia. V súvislosti so zákazom používania ortuti z dôvodu jej ohrozenia zdravia v mnohých oblastiach aktivity hľadajú alternatívne náplne do domácich teplomerov. Takouto náhradou sa môže stať napríklad zliatina galinstan. Stále častejšie sa používajú aj iné typy teplomerov.

Ortuťový lekársky teplomer

Mechanické teplomery tohto typu fungujú na rovnakom princípe ako kvapalinové teplomery, ale ako snímač sa zvyčajne používa kovová špirála alebo bimetalová páska.

Okenný mechanický teplomer

Existujú aj elektronické teplomery. Princíp činnosti elektronických teplomerov je založený na zmene odporu vodiča pri zmene teploty okolia. Elektronické teplomery širšieho rozsahu sú založené na termočlánkoch (kontakt medzi kovmi s rôznymi elektronegativita vytvára rozdiel kontaktných potenciálov v závislosti od teploty). Najpresnejšie a časovo najstabilnejšie sú odporové teplomery na báze platinového drôtu alebo platinového naprašovania na keramiku. Najbežnejšie sú PT100 (odpor pri 0 °C - 100 Ω) PT1000 (odpor pri 0 °C - 1000 Ω) (IEC751). Závislosť od teploty je takmer lineárna a riadi sa kvadratickým zákonom pri kladných teplotách a rovnicou 4. stupňa pri záporných (zodpovedajúce konštanty sú veľmi malé av prvej aproximácii možno túto závislosť považovať za lineárnu). Teplotný rozsah -200 - +850 °C.

Lekársky elektronický teplomer

Optické teplomery umožňujú zaznamenávať teplotu v dôsledku zmeny úrovne svietivosti, spektra a ďalších parametrov pri zmene teploty. Napríklad infračervené merače telesnej teploty. Infračervený teplomer umožňuje merať teplotu bez priameho kontaktu s osobou. V niektorých krajinách už dlho existuje tendencia opustiť ortuťové teplomery v prospech infračerveného žiarenia, a to nielen v zdravotníckych zariadeniach, ale aj na úrovni domácností.

Infračervený teplomer

Ak sa mechanika v 18. storočí stane vyspelou, plne definovanou oblasťou prírodných vied, potom veda o teple robí v podstate len prvé kroky. Samozrejme, už v 17. storočí sa objavil nový prístup k štúdiu tepelných javov. Galileov termoskop a teplomery florentských akademikov Guerickeho a Newtona, ktoré ho nasledovali, pripravili pôdu, na ktorej vyrástla termometria už v prvej štvrtine nového storočia. Teplomery Fahrenheit, Delisle, Lomonosov, Réaumur a Celsius, líšiace sa konštrukčnými vlastnosťami, zároveň určili typ teplomeru s dvoma konštantnými bodmi, ktorý je akceptovaný dodnes.

Už v roku 1703 parížsky akademik Amonton (1663-1705) skonštruoval plynový teplomer, v ktorom sa teplota určovala pomocou manometrickej trubice napojenej na plynojem konštantného objemu. Teoreticky zaujímavé zariadenie, prototyp moderných vodíkových teplomerov, bolo pre praktické účely nepohodlné. Danzigský (Gdanský) sklár Fahrenheit (1686-1736) od roku 1709 vyrábal liehové teplomery s pevnými hrotmi. Od roku 1714 začal vyrábať ortuťové teplomery. Fahrenheit určil bod mrazu vody ako 32 ° a bod varu vody ako 212 °. Fahrenheit považoval bod tuhnutia zmesi vody, ľadu a čpavku alebo kuchynskej soli za nulu. Bod varu vody pomenoval až v roku 1724 v tlačenej publikácii. Či ho predtým používal, nie je známe.

Francúzsky zoológ a hutník Réaumur (1683-1757) navrhol teplomer s konštantným nulovým bodom, ktorý bral ako bod mrazu vody. Pomocou 80% roztoku alkoholu ako teplomerného telesa a v konečnej verzii ortuti vzal bod varu vody ako druhý konštantný bod a označil ho ako číslo 80. Réaumur opísal svoj teplomer v článkoch publikovaných v časopise parížskej akadémie vied v roku 1730, 1731 gg.

Réaumurov teplomer testoval švédsky astronóm Celsius (1701-1744), ktorý opísal svoje experimenty v roku 1742. presne ten istý bod na teplomere. Vložil som teplomer nielen do topiaceho sa ľadu, ale aj v extrémnom mraze som priviedol sneh do mojej izby na ohni, kým sa nezačal topiť. Aj kotol topiaceho sa snehu som spolu s teplomerom umiestnil do horiacej piecky a vždy som zistil, že teplomer ukazuje rovnaký bod, len keby sneh tesne ležal okolo teplomerovej gule. Po dôkladnej kontrole stálosti bodu topenia ľadu Celsius skúmal bod varu vody a zistil, že závisí od tlaku. V dôsledku výskumu sa objavil nový teplomer, dnes známy ako Celziov teplomer. Celzius považoval bod topenia ľadu za 100, bod varu vody pri tlaku 25 palcov 3 čiary ortuti ako 0. Slávny švédsky botanik Carl Linné (1707-1788) používal teplomer s preskupenými hodnotami konštantných bodov. O znamenalo teplotu topenia ľadu, 100 teplotu varu vody. Moderná stupnica Celzia je teda v podstate Linnejova stupnica.

V Akadémii vied v Petrohrade akademik Delisle navrhol stupnicu, v ktorej bol bod topenia ľadu braný ako 150 a bod varu vody bol braný ako 0. Akademik PS Pallas na svojich výpravách v rokoch 1768-1774. na Urale a na Sibíri používal teplomer v Dillí. M.V.Lomonosov použil vo svojom výskume ním navrhnutý teplomer so stupnicou, ktorá bola inverzná k deliveriánskej.

Teplomery sa používali predovšetkým na meteorologické a geofyzikálne účely. Lomonosov, ktorý objavil existenciu vertikálnych prúdov v atmosfére, štúdiom závislosti hustoty atmosférických vrstiev na teplote, uvádza údaje, z ktorých je možné určiť koeficient objemovej rozťažnosti vzduchu, ktorý podľa týchto údajov, resp. je približne ]/367. Lomonosov horlivo obhajoval prednosť petrohradského akademika Browna pri objavení bodu mrazu ortuti, ktorý 14. decembra 1759 ortuť prvýkrát zmrazil pomocou chladiacich zmesí. To bola dovtedy najnižšia dosiahnutá teplota.

Najvyššie teploty (bez kvantitatívnych odhadov) získala v roku 1772 komisia Parížskej akadémie vied pod vedením slávneho chemika Lavoisiera. Vysoké teploty boli získané pomocou špeciálne vyrobenej šošovky. Šošovka bola zostavená z dvoch konkávno-konvexných šošoviek, medzi ktorými bol priestor vyplnený alkoholom. Do šošovky s priemerom 120 cm, jej hrúbka v strede dosahovala 16 cm, sa nalialo asi 130 litrov alkoholu, zaostrením slnečných lúčov bolo možné roztaviť zinok, zlato, vypáliť diamant. Rovnako ako v pokusoch Brown-Lomonosov, kde bol „chladničkou“ zimný vzduch, aj v experimentoch Lavoisier slúžil prírodný „sporák“ - Slnko - ako zdroj vysokých teplôt.

Vývoj termometrie bol prvým vedeckým a praktickým využitím tepelnej rozťažnosti telies. Prirodzene, samotný fenomén tepelnej rozťažnosti sa začal skúmať nielen kvalitatívne, ale aj kvantitatívne.Prvé presné merania tepelnej rozťažnosti pevných látok uskutočnili Lavoisier a Laplace v roku 1782. Ich metóda dlho bol opísaný v kurzoch fyziky, počnúc kurzom Biot, 1819, a končiac kurzom fyziky O. D. Khvolsona, 1923.

Prúžok testovacieho telesa sa umiestnil najprv do topiaceho sa ľadu a potom do vriacej vody. Údaje boli získané pre sklo rôznych tried, oceľ a železo, ako aj pre rôzne triedy zlata, medi, mosadze, striebra, cínu, olova.Vedci zistili, že v závislosti od spôsobu prípravy kovu sú výsledky rôzne. Pás z nekalenej ocele sa pri zahriatí o 100 ° zväčší o 0,001079 svojej pôvodnej dĺžky a z kalenej ocele o 0,001239. Hodnota 0,001220 bola získaná pre kujné železo a 0,001235 pre okrúhle ťahané železo. Tieto údaje poskytujú predstavu o presnosti metódy.

Takže už v prvej polovici 18. storočia vznikli teplomery a začali sa kvantitatívne tepelné merania, ktoré priniesli vysokú presnosť v termofyzikálnych experimentoch Laplacea a Lavoisiera. Základné kvantitatívne pojmy tepelnej fyziky sa však nevykryštalizovali okamžite. V dielach fyzikov tej doby bol značný zmätok v takých pojmoch ako "množstvo tepla", "stupeň tepla", "stupeň tepla". Na potrebu rozlišovať medzi pojmami teplota a množstvo tepla poukázal v roku 1755 I.G.Lambert (1728-1777). Jeho pokyny však jeho súčasníci neocenili a vývoj správnych konceptov bol pomalý.

Prvé prístupy ku kalorimetrii sú obsiahnuté v prácach petrohradských akademikov GV Krafta a GV Rikhmana (1711-1753). Kraftov článok „Rôzne experimenty s teplom a chladom“, prezentovaný na konferencii Akadémie v roku 1744 a publikovaný v roku 1751, sa zaoberá problémom určovania teploty zmesi dvoch dávok kvapaliny odoberaných pri rôznych teplotách. Tento problém bol v učebniciach často označovaný ako „Richmannov problém“, hoci Richman vyriešil všeobecnejší a komplexnejší problém ako Kraft. Kraft uviedol nesprávny empirický vzorec na riešenie problému.

Úplne iný prístup k riešeniu problému nachádzame u Richmanna. V článku „Úvahy o množstve tepla, ktoré by sa malo získať pri miešaní kvapalín s určitými stupňami tepla“, publikovanom v roku 1750, Richmann predstavuje problém určenia teploty zmesi niekoľkých (a nie dvoch, ako v Krafte) kvapaliny a rieši to na princípe tepelnej bilancie. „Predpokladajme,“ hovorí Richman, „že hmotnosť tekutiny je a; teplo rozložené v tejto hmote sa rovná m; iná hmota, v ktorej musí byť rozložené rovnaké teplo m ako v hmote a, nech sa rovná a + b. Potom výsledné teplo

sa rovná am/(a+b). Richmann tu myslí teplotu pod pojmom „teplo“, ale princíp, ktorý sformuloval, že „to isté teplo je nepriamo úmerné hmotnostiam, v ktorých je rozložené“, je čisto kalorimetrický. „Tak,“ píše ďalej Richmann, „tepelné teplo hmotnosti a, rovné m, a teplo hmotnosti b, rovné n, sú rovnomerne rozdelené na hmotnosť a + b a teplo v tejto hmotnosti, t.j. zmes a a b sa musí rovnať súčtu teplôt m + n rozložených v hmote a + b alebo rovnať (ma + nb) / (a ​​+ b) . Práve tento vzorec sa objavil v učebniciach ako „Richmannov vzorec“. „Aby sa získal všeobecnejší vzorec,“ pokračuje Richmann, „podľa ktorého by bolo možné určiť stupeň tepla pri zmiešaní 3, 4, 5 atď. hmôt tej istej kvapaliny s rôznymi stupňami tepla, som nazval tieto hmotnosti a, b, c, d, e, atď., a zodpovedajúce tepla sú m, p, o, p, q atď. Presne rovnakým spôsobom som predpokladal, že každé z nich je rozdelené na súčet všetky omše. Výsledkom je, že „teplo po zmiešaní všetkých teplých hmôt sa rovná:

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

t. j. súčet kvapalných hmôt, nad ktorými sa po zmiešaní rovnomerne rozloží teplo jednotlivých hmôt, sa vzťahuje k súčtu všetkých produktov každej hmoty a jej tepla rovnako ako jednota k teplu zmesi.

Richmann ešte neovládal pojem množstva tepla, ale napísal a logicky zdôvodnil úplne správny kalorimetrický vzorec a ľahko zistil, že jeho vzorec sa lepšie zhoduje so skúsenosťou ako Krafgov vzorec. Správne zistil, že jeho „teploty“ neboli „skutočné teplo, ale prebytočné teplo zmesi v porovnaní s nula stupňov Fahrenheita“. Jasne pochopil, že: 1. "Teplo zmesi sa rozvádza nielen po jej samotnej hmote, ale aj po stenách nádoby a teplomeru samotnom." 2. "Vlastné teplo teplomera a teplo nádoby sa rozvádza po zmesi a pozdĺž stien nádoby, v ktorej sa zmes nachádza, a pozdĺž teplomera." 3. „Časť tepla zmesi počas tohto časového obdobia, počas ktorého sa vykonáva experiment, prechádza do okolitého vzduchu...“

Richmann presne formuloval zdroje chýb v kalorimetrických pokusoch, poukázal na príčiny rozporu medzi Kraftovým vzorcom a experimentom, čiže položil základy kalorimetrie, hoci sám ešte neprišiel ku konceptu množstva tepla. V Richmannovom diele pokračovali švédsky akademik Johann Wilke (1732-1796) a škótsky chemik Joseph Black (1728-1799). Obaja vedci, spoliehajúc sa na Richmannov vzorec, zistili, že je potrebné zaviesť do vedy nové pojmy. Wilke pri skúmaní tepla zmesi vody a snehu v roku 1772 zistil, že časť tepla mizne. Odtiaľ prišiel ku konceptu latentného tepla topiaceho sa snehu a potrebe zaviesť nový koncept, ktorý neskôr dostal tzv. názov "tepelná kapacita".

K rovnakému záveru dospel aj Black bez zverejnenia svojich výsledkov. Jeho štúdie boli publikované až v roku 1803 a potom sa zistilo, že Black bol prvý, kto jasne rozlišoval medzi pojmami množstvo tepla a teplota, prvý zaviedol pojem „tepelná kapacita“. Už v rokoch 1754-1755 Black objavil nielen stálosť teploty topenia ľadu, ale aj to, že teplomer zostáva na rovnakej teplote aj napriek prílevu tepla, kým sa všetok ľad neroztopí. Odtiaľ prišiel Black ku konceptu latentného tepla fúzie. Neskôr zaviedol koncept latentného tepla vyparovania. Tak sa do 70. rokov 18. storočia ustálili základné kalorimetrické pojmy. Až po takmer sto rokoch (v roku 1852) bolo zavedené jednotkové množstvo tepla, ktoré neskôr dostalo názov „kalória“. Clausius tiež hovorí jednoducho o jednotke tepla a nepoužíva výraz „kalória“.)

V roku 1777 Lavoisier a Laplace, ktorí postavili ľadový kalorimeter, určili špecifické tepelné kapacity rôznych telies. Aristotelovská primárna kvalita-teplo sa začalo skúmať metódou exaktného experimentu.

Existovali aj vedecké teórie tepla. Jedným, najrozšírenejším konceptom (ktorého sa držal aj Black) je teória špeciálnej termálnej tekutiny – kalorickej. Druhý, ktorého bol Lomonosov horlivým zástancom, považoval teplo za druh pohybu „necitlivých častíc“. Pojem kalorický sa veľmi dobre hodil na opis kalorimetrických faktov: dal sa dokonale vysvetliť Richmannov vzorec a neskoršie vzorce, ktoré zohľadňujú latentné horúčavy.V dôsledku toho dominovala teória kalórie až do polovice 19. storočia. objav zákona zachovania energie prinútil fyzikov vrátiť sa ku koncepcii, ktorú úspešne rozvinul Lomonosov sto rokov pred objavením tohto zákona.

Myšlienka, že teplo je formou pohybu, bola veľmi bežná v 17. storočí. f. Bacon v The New Organon, aplikujúc svoju metódu na štúdium povahy tepla, dospel k záveru, že „teplo je pohyb šírenia, ktorý je brzdený a vyskytuje sa v malých častiach“. Descartes hovorí konkrétnejšie a jasnejšie o teple ako o pohybe malých častíc. Vzhľadom na povahu ohňa prichádza k záveru, že "telo plameňa... sa skladá z najmenších častíc, ktoré sa veľmi rýchlo a prudko pohybujú oddelene od seba." Ďalej poukazuje na to, že "iba tento pohyb, v závislosti od rôznych činností, ktoré produkuje, sa nazýva buď teplo alebo svetlo." Pokiaľ ide o zvyšok telies, uvádza, že „že malé častice, ktoré nezastavujú svoj pohyb, sú prítomné nielen v ohni, ale aj vo všetkých ostatných telesách, hoci v tých druhých ich pôsobenie nie je také silné, ale kvôli ich malé rozmery, oni sami ich nemôže vidieť žiadny z našich zmyslov."

Atomizmus dominoval fyzickým názorom vedcov a mysliteľov 17. storočia. Hooke, Huygens, Newton predstavovali všetky telesá vesmíru ako pozostávajúce z najmenších častíc, „necitlivých“, ako ich neskôr stručne nazval Lomonosov. Koncept tepla ako formy pohybu týchto častíc sa vedcom zdal celkom rozumný. Ale tieto predstavy o teple boli kvalitatívneho charakteru a vznikli na veľmi mizernom faktografickom základe. V XVIII storočí. poznanie tepelných javov sa spresnilo a upresnilo, veľký pokrok zaznamenala aj chémia, v ktorej teória flogistónu pred objavením kyslíka pomohla pochopiť procesy horenia a oxidácie. To všetko prispelo k osvojeniu si nového pohľadu na teplo ako špeciálnu látku a prvé úspechy kalorimetrie posilnili pozíciu priaznivcov kalórie. Na rozvoj kinetickej teórie tepla v tejto situácii bola potrebná veľká vedecká odvaha.

Kinetická teória tepla sa prirodzene spájala s kinetickou teóriou hmoty a predovšetkým vzduchu a pár. Plyny (slovo „plyn“ zaviedol Van Helmont; 1577-1644) v podstate ešte neboli objavené a dokonca aj Lavoisier považoval paru za kombináciu vody a ohňa. Sám Lomonosov, ktorý pozoroval rozpúšťanie železa v silnej vodke (kyseline dusičnej), uvažoval

bubliny dusíka uvoľňované vzduchom. Vzduch a para boli teda v dobe Lomonosova takmer jedinými plynmi – podľa vtedajšej terminológie „elastické kvapaliny“.

D. Bernoulli si vo svojej „Hydrodynamike“ predstavil vzduch pozostávajúci z častíc pohybujúcich sa „extrémne rýchlo v rôznych smeroch“ a veril, že tieto častice tvoria „elastickú tekutinu“. Bernoulli svojím modelom „elastickej tekutiny“ podložil Boyleov-Mariottov zákon. Vytvoril súvislosť medzi rýchlosťou častíc a zahrievaním vzduchu, a tým vysvetlil zvýšenie elasticity vzduchu pri zahrievaní. Toto bol prvý pokus v dejinách fyziky interpretovať správanie plynov pohybom molekúl, pokus nepochybne brilantný a Bernoulli sa zapísal do dejín fyziky ako jeden zo zakladateľov kinetickej teórie plynov.

Šesť rokov po vydaní Hydrodynamiky predstavil Lomonosov na Akademickom zhromaždení svoju prácu Úvahy o príčine tepla a chladu. Vyšla až o šesť rokov neskôr, v roku 1750, spolu s ďalším, neskorším dielom Skúsenosť z teórie vzdušnej elasticity. Lomonosovova teória elasticity plynov je teda neoddeliteľne spojená s jeho teóriou tepla a opiera sa o druhú.

D. Bernoulli venoval veľkú pozornosť aj problematike tepla, najmä otázke závislosti hustoty vzduchu od teploty. Bez toho, aby sa obmedzoval na odvolávanie sa na Amontonove experimenty, sám sa pokúsil experimentálne určiť závislosť elasticity vzduchu od teploty. „Zistil som,“ píše Bernoulli, „že elasticita vzduchu, ktorý tu v Petrohrade bol 25. decembra 1731 veľmi chladný, čl. Art., označuje elasticitu toho istého vzduchu, ktorý má teplo spoločné s vriacou vodou, ako 523 až 1000. Táto Bernoulliho hodnota je zjavne nesprávna, pretože predpokladá, že teplota studeného vzduchu zodpovedá -78°C.

Lomonosovove analogické výpočty uvedené vyššie sú oveľa presnejšie. Na druhej strane je veľmi pozoruhodný konečný Bernoulliho výsledok, že „elasticity sú v pomere zloženom z druhej mocniny rýchlostí častíc a prvej mocniny hustôt“, čo plne zodpovedá základnej rovnici kinetickej teórie. plynov v modernom podaní.

Bernoulli sa vôbec nedotkol otázky povahy tepla, ktorá je ústredným bodom Lomonosovovej teórie. Lomonosov predpokladá, že teplo je formou pohybu necitlivých častíc. Zvažuje možnú povahu týchto pohybov: translačný, rotačný a oscilačný – a uvádza, že „teplo spočíva vo vnútornom rotačnom pohybe viazanej hmoty“.

Lomonosov vychádzajúc z hypotézy rotačného pohybu molekúl ako príčiny tepla z toho vyvodzuje množstvo dôsledkov: 1) molekuly (telieska) majú guľovitý tvar; 2) „... pri rýchlejšej rotácii častíc viazanej hmoty by sa malo teplo zvyšovať a pri pomalšej rotácii by malo klesať; 3) častice horúcich telies sa otáčajú rýchlejšie, chladnejšie - pomalšie; 4) horúce telesá sa musia pri kontakte so studenými ochladiť, pretože to spomaľuje výhrevný pohyb častíc; naopak studené telesá by sa mali zohrievať v dôsledku zrýchlenia pohybu pri kontakte. Prechod tepla z horúceho telesa do studeného telesa pozorovaný v prírode je teda potvrdením Lomonosovovej hypotézy.

Skutočnosť, že Lomonosov označil prenos tepla za jeden z hlavných dôsledkov, je veľmi významná a niektorí autori to považujú za dôvod zaradiť Lomonosova medzi objaviteľov druhého termodynamického zákona. Je však nepravdepodobné, že vyššie uvedený návrh možno považovať za primárnu formuláciu druhého zákona, ale celé dielo ako celok je nepochybne prvým náčrtom termodynamiky. Lomonosov v nej teda vysvetľuje vznik tepla pri trení, ktoré slúžilo ako experimentálny základ pre prvý zákon v Jouleových klasických experimentoch. Lomonosov sa ďalej v súvislosti s problematikou prenosu tepla z horúceho telesa na studené odvoláva na nasledujúcu vetu: „Teleso A, pôsobiace na teleso B, nemôže telu B poskytnúť väčšiu rýchlosť pohybu, než akú má samo. .“ Toto ustanovenie je špecifickým prípadom „všeobecného zákona o ochrane“. Vychádzajúc z tohto tvrdenia dokazuje, že studené teleso B, ponorené do teplej kvapaliny A, „očividne nemôže absorbovať väčší stupeň tepla ako to, ktoré má L“.

Lomonosov odkladá otázku tepelnej rozťažnosti „na inokedy“, kým nezohľadní pružnosť vzduchu. Jeho termodynamická práca teda priamo súvisí s neskoršou prácou o elasticite plynov. Keď však hovoríme o zámere odložiť úvahy o tepelnej rozťažnosti „na inokedy“, Lomonosov tu tiež poukazuje na to, že keďže neexistuje horná hranica rýchlosti častíc (teória relativity ešte neexistuje!), existuje tiež žiadna horná hranica teploty. Ale „nevyhnutne musí nastať najväčší a posledný stupeň chladu, ktorý musí spočívať v úplnom zastavení rotačného pohybu častíc“. Lomonosov preto tvrdí, že existuje "posledný stupeň chladu" - absolútna nula.

Na záver Lomonosov kritizuje teóriu kalórií, ktorú považuje za recidívu myšlienky staroveku o elementárnom ohni. Pri analýze rôznych javov, fyzikálnych aj chemických, spojených s uvoľňovaním a absorpciou tepla, Lomonosov dospel k záveru, že „teplo telies nemožno pripísať kondenzácii nejakej tenkej, špeciálne navrhnutej hmoty, ale že teplo spočíva vo vnútornom rotačnom pohybe viazaná hmota zahriatych telies“. Pod „viazanou“ hmotou Lomonosov chápe hmotu častíc telies, odlišujúc ju od „tečúcej“ hmoty, ktorá môže „ako rieka“ tiecť cez póry tela.

Lomonosov zároveň do svojho termodynamického systému zaraďuje svetový éter, ďaleko predbehol nielen svoju dobu, ale aj 19. storočie. „Takže,“ pokračuje Lomonosov, „nielenže hovoríme, že takýto pohyb a teplo sú charakteristické aj pre tú najjemnejšiu hmotu éteru, ktorá vypĺňa všetky priestory, ktoré neobsahujú citlivé telá, ale zároveň potvrdzujeme, že hmota éteru môže komunikujú výhrevný pohyb prijatý od Slnka od našej Zeme a zvyšku telies sveta a zahrievajú ich, pretože sú prostriedkom, ktorým telesá vzdialené od seba navzájom prenášajú teplo bez sprostredkovania čohokoľvek hmatateľného.

Takže dávno pred Boltzmannom, Golitsynom a Wienom zahrnul Lomonosov tepelné žiarenie do termodynamiky. Lomonosovova termodynamika je pozoruhodným úspechom vedeckého myslenia 18. storočia, ktorý ďaleko predbehol svoju dobu.

Vynára sa otázka: prečo Lomonosov odmietol považovať translačný pohyb častíc za tepelný pohyb a zastavil sa pri rotačnom pohybe? Tento predpoklad značne oslabil jeho prácu a teória D. Bernoulliho sa oveľa viac priblížila neskorším štúdiám Clausiusa a Maxwella ako teória Lomonosova. V tejto súvislosti mal Lomonosov veľmi hlboké úvahy. Musel vysvetliť také protichodné veci ako súdržnosť a elasticita, súdržnosť častíc tela a schopnosť telies rozpínať sa. Lomonosov bol horlivým odporcom síl na veľké vzdialenosti a nemohol sa k nim uchýliť, keď zvažoval molekulárnu štruktúru tiel. Nechcel tiež zredukovať vysvetlenie pružnosti plynov na elastické nárazy častíc, teda vysvetľovať elasticitu elasticitou. Hľadal mechanizmus, ktorý by čo najprirodzenejším spôsobom vysvetlil elasticitu aj tepelnú rozťažnosť. Vo svojej práci „Skúsenosti v teórii elasticity vzduchu“ odmieta hypotézu pružnosti samotných častíc, ktoré podľa Lomonosova „nemajú žiadne fyzikálne zloženie a organizovanú štruktúru ...“ a sú to atómy. Preto vlastnosť pružnosti nevykazujú jednotlivé častice, ktoré nemajú žiadnu fyzikálnu zložitosť a organizovanú štruktúru, ale vznikajú ich kombináciou. Takže elasticita plynu (vzduchu) je podľa Lomonosova „vlastnosťou skupiny atómov“. Samotné atómy by podľa Lomonosova „mali byť pevné a mali by byť predĺžené“, ich tvar považuje za „veľmi blízky“ sférickému. Fenomén tepla generovaného trením ho núti prijať hypotézu, že „atómy vzduchu sú drsné“. Skutočnosť, že elasticita vzduchu je úmerná hustote, vedie Lomonosova k záveru, „že pochádza z nejakého druhu priamej interakcie jeho atómov“. Atómy však podľa Lomonosova nemôžu pôsobiť na diaľku, ale iba pri kontakte. Stlačiteľnosť vzduchu dokazuje prítomnosť prázdnych medzier v ňom, ktoré znemožňujú interakciu atómov. Odtiaľ sa Lomonosov dostáva k dynamickému obrazu, keď je interakcia atómov v čase nahradená vytvorením prázdneho priestoru medzi nimi a priestorové oddelenie atómov je nahradené kontaktom. „Je teda evidentné, že jednotlivé atómy vzduchu sa v náhodnom striedaní zrážajú s najbližšími v nepatrných časových intervaloch, a keď sú niektoré v kontakte, iné sa od seba odrážajú a zrážajú sa s najbližšími, aby znovu sa odraziť; teda neustále od seba odpudzované častými vzájomnými otrasmi majú tendenciu rozhadzovať sa na všetky strany. Lomonosov v tomto rozptyle vo všetkých smeroch vidí elasticitu. "Sila pružnosti spočíva v túžbe vzduchu šíriť sa všetkými smermi."

Je však potrebné vysvetliť, prečo sa atómy pri interakcii navzájom odrážajú. Dôvodom je podľa Lomonosova tepelný pohyb: "Interakcia atómov vzduchu je spôsobená iba teplom." A keďže teplo spočíva v rotačnom pohybe častíc, na vysvetlenie ich odpudzovania stačí zvážiť, čo sa stane, keď sa dve rotujúce sférické drsné častice dostanú do kontaktu. Lomonosov ukazuje, že sa budú od seba odtláčať a ilustruje to na príklade, ktorý je mu dobre známy z detstva, odskakovania zvrškov („hlava po päte“), ktoré chlapci púšťajú na ľad. Keď sa takéto kolovrátky dotýkajú, odrážajú sa od seba na značné vzdialenosti. Elastické zrážky atómov sú teda podľa Lomonosova spôsobené interakciou ich rotačných momentov. Preto potreboval hypotézu o tepelnom rotačnom pohybe častíc! Lomonosov tak plne podložil model elastického plynu pozostávajúceho z náhodne sa pohybujúcich a zrážajúcich sa častíc.

Tento model umožnil Lomonosovovi nielen vysvetliť Boyleov-Mariottov zákon, ale aj predpovedať odchýlky od neho pri vysokých kompresiách. Vysvetlenie zákona a odchýlok od neho podáva Lomonosov v diele „Dodatok k úvahám o elasticite vzduchu“, uverejnenom v tom istom zväzku „Nových komentárov“ Petrohradskej akadémie vied, v ktorom sa nachádzajú dva predchádzajúce vyšli aj práce. V dielach Lomonosova sú tiež nesprávne tvrdenia, ktoré sú plne vysvetlené úrovňou vedomostí tej doby. Ale neurčujú význam práce vedca. Nie je možné neobdivovať odvahu a hĺbku Lomonosovho vedeckého myslenia, ktorý v počiatkoch vedy o teple vytvoril silný teoretický koncept, ktorý ďaleko predbehol svoju éru. Súčasníci nešli cestou Lomonosova, v teórii tepla, ako sa hovorilo, vládlo kalorické, fyzikálne myslenie 18. storočia vyžadovalo rôzne látky: tepelné, svetelné, elektrické, magnetické. Toto sa zvyčajne vníma ako metafyzická povaha myslenia prírodovedcov 18. storočia, určitá jeho reakčná povaha. Ale prečo to takto dopadlo? Zdá sa, že dôvod spočíva v pokroku exaktnej prírodnej vedy. V XVIII storočí. naučil merať teplo, svetlo, elektrinu, magnetizmus. Pre všetky tieto látky sa našli miery, tak ako sa našli už dávno pre bežné hmoty a objemy. Tento fakt priblížil beztiažové prostriedky k bežným hmotám a kvapalinám, prinútil nás ich považovať za analógy bežných kvapalín. Koncept „beztiaže“ bol nevyhnutnou etapou vo vývoji fyziky, umožňoval hlbší pohľad do sveta tepelných, elektrických a magnetických javov. Prispelo k rozvoju presného experimentu, nahromadeniu mnohých faktov a ich primárnej interpretácii.

Dlhé teplomery

Dnes bežné prístroje na meranie teploty hrajú dôležitá úloha vo vede, technike, v každodennom živote ľudí, majú dlhú históriu a sú spojené s menami mnohých vynikajúcich vedcov z rôznych krajín vrátane Ruska a tých, ktorí pracovali v Rusku.

Podrobný popis histórie vzniku aj obyčajného kvapalinového teplomera dá zabrať na celú knihu, vrátane príbehov o odborníkoch v rôznych oblastiach – fyzikoch a chemikoch, filozofoch a astronómoch, matematikoch a mechanikoch, zoológoch a botanikoch, klimatológoch či sklároch.

Nižšie uvedené poznámky nepredstierajú, že by dotvárali predstavenie tohto veľmi zábavného príbehu, ale môžu byť užitočné na spoznanie oblasti vedomostí a oblasti techniky, ktorej názov je Termometria.

Teplota

Teplota je jedným z najdôležitejších ukazovateľov, ktorý sa používa v rôznych odvetviach prírodných vied a techniky. Vo fyzike a chémii sa používa ako jedna z hlavných charakteristík rovnovážneho stavu izolovanej sústavy, v meteorológii - ako hlavná charakteristika klímy a počasia, v biológii a medicíne - ako najdôležitejšia veličina určujúca životné funkcie.

Už staroveký grécky filozof Aristoteles (384 – 322 pred Kr.) považoval pojmy teplo a chlad za základné. Spolu s takými vlastnosťami, ako je suchosť a vlhkosť, tieto pojmy charakterizovali štyri prvky „primárnej hmoty“ – zem, vodu, vzduch a oheň. Hoci v tých dňoch a niekoľko storočí potom, čo už hovorili o stupni tepla alebo chladu („teplejšie“, „horúce“, „chladnejšie“), neexistovali žiadne kvantitatívne opatrenia.

Približne pred 2500 rokmi si staroveký grécky lekár Hippokrates (asi 460 - asi 370 pred Kristom) uvedomil, že zvýšená teplota ľudského tela je znakom choroby. Vyskytol sa problém s určením normálnej teploty.

Jeden z prvých pokusov zaviesť koncept štandardnej teploty urobil starorímsky lekár Galén (129 – cca 200), ktorý navrhol, aby sa teplota zmesi rovnakých objemov vriacej vody a ľadu považovala za „neutrálnu“. a teploty jednotlivých zložiek (vriacej vody a topiaceho sa ľadu) treba považovať za štyri stupne za teplú a štyri za studenú. Za zavedenie tohto pojmu pravdepodobne vďačíme Galenovi temperament(vyrovnať), z čoho je odvodené slovo „teplota“. Teplota sa však začala merať oveľa neskôr.

Termoskop a prvé vzduchové teplomery

História merania teploty má len o niečo viac ako štyri storočia. Na základe schopnosti vzduchu expandovať pri zahrievaní, ktorú popísali starí byzantskí Gréci už v 2. storočí pred Kristom. BC vytvorilo niekoľko vynálezcov termoskop - najjednoduchšie zariadenie so sklenenou trubicou naplnenou vodou. Treba povedať, že Gréci (prví Európania) sa zoznámili so sklom už v 5. storočí, v 13. storočí. prvé sklenené benátske zrkadlá sa objavili v 17. storočí. sklárstvo v Európe sa značne rozvinulo av roku 1612 sa objavil prvý manuál "De arte vitraria"(„O sklárskom umení“) od Florenťana Antonia Neriho (zomrel 1614).

Sklo sa rozvinulo najmä v Taliansku. Preto nie je prekvapujúce, že sa tam objavili prvé sklenené nástroje. Prvý popis termoskopu bol zahrnutý v knihe neapolského prírodovedca, zaoberajúceho sa keramikou, sklom, umelými drahými kameňmi a destiláciou, Giovanni Battista de la Porta (1535-1615) Magia Naturalis("Prírodná mágia"). Vydanie vyšlo v roku 1558.

V 90. rokoch 16. storočia taliansky fyzik, mechanik, matematik a astronóm Galileo Galilei (1564-1642) podľa svojich študentov Nelli a Viviani zostrojil svoj sklenený termobaroskop v Benátkach pomocou zmesi vody a alkoholu; s týmto prístrojom je možné vykonávať merania. Niektoré zdroje uvádzajú, že Galileo používal víno ako farebnú tekutinu. Pracovnou tekutinou bol vzduch a zmeny teploty boli určené objemom vzduchu v zariadení. Prístroj bol nepresný, jeho údaje záviseli od teploty aj tlaku, no umožňovalo „spustenie“ stĺpca kvapaliny zmenou tlaku vzduchu. Opis tohto zariadenia urobil v roku 1638 Galileov študent Benadetto Castelli.

Úzka komunikácia medzi Santorio a Galileo znemožňuje určiť prínos každého z nich k ich mnohým technickým inováciám. Santorio je známy svojou monografiou "Statická medicína"(„O medicíne rovnováhy“), ktorý obsahuje výsledky jeho experimentálneho výskumu a vydržal päť vydaní. V roku 1612 Santorio vo svojom diele "Commentaria in artem medicalem Galeni"(„Poznámky k lekárskemu umeniu Galena“) prvýkrát opísal teplomer vzduchu. Teplomerom meral aj teplotu ľudského tela („pacienti upnú banku rukami, pod pokrievkou na ňu dýchajú, vezmú si ju do úst“), kyvadlom meral pulz. Jeho metóda spočívala v zafixovaní rýchlosti poklesu údajov teplomera počas desiatich výkyvov kyvadla, závisela od vonkajších podmienok a bola nepresná.

Prístroje podobné Galileovmu termoskopu vyrobili holandský fyzik, alchymista, mechanik, rytec a kartograf Cornelis Jacobson Drebbel (1572 – 1633) a anglický mystik a medicínsky filozof Robert Fludd (1574 – 1637), ktorí údajne poznali dielo tzv. Florentskí vedci. Práve Drebbelov prístroj bol prvýkrát (v roku 1636) nazvaný „teplomer“. Vyzeralo to ako trubica v tvare U s dvoma nádržami. Pri práci na kvapaline pre svoj teplomer Drebbel objavil spôsob, ako vytvoriť svetlé karmínové farby. Fludd zase opísal teplomer vzduchu.

Prvé kvapalinové teplomery

Ďalším malým, ale dôležitým krokom k premene termoskopu na moderný kvapalinový teplomer bolo použitie kvapaliny a sklenenej trubice uzavretej na jednom konci ako pracovného média. Koeficienty tepelnej rozťažnosti kvapalín sú menšie ako u plynov, ale objem kvapaliny sa pri zmene vonkajšieho tlaku nemení. Tento krok bol urobený okolo roku 1654 v dielňach veľkovojvodu Toskánska Ferdinanda II. de' Medici (1610-1670).

Medzitým sa v rôznych európskych krajinách začali systematické meteorologické merania. Každý vedec v tom čase používal svoju vlastnú teplotnú stupnicu a výsledky meraní, ktoré sa k nám dostali, nemožno navzájom porovnávať ani spájať s modernými stupňami. Pojem teplotný stupeň a referenčné body teplotnej stupnice sa zrejme objavili vo viacerých krajinách už v 17. storočí. Majstri aplikovali 50 divízií od oka tak, aby pri teplote topiaceho sa snehu stĺpec alkoholu neklesol pod 10. divíziu a na slnku nevystúpil nad 40. divíziu.

Jeden z prvých pokusov o kalibráciu a štandardizáciu teplomerov sa uskutočnil v októbri 1663 v Londýne. Členovia Kráľovskej spoločnosti sa dohodli, že ako štandard budú používať jeden z liehových teplomerov, ktoré vyrobil fyzik, mechanik, architekt a vynálezca Robert Hooke (1635–1703), a že s ním budú porovnávať hodnoty iných teplomerov. Hooke zaviedol do alkoholu červený pigment, stupnica sa rozdelila na 500 dielov. Vynašiel aj minimálny teplomer (ukazujúci najnižšiu teplotu).

Holandský teoretický fyzik, matematik, astronóm a vynálezca Christian Huygens (1629–1695) v roku 1665 spolu s R. Hookeom navrhli použiť teploty topiaceho sa ľadu a vriacej vody na vytvorenie teplotnej stupnice. Prvé zrozumiteľné meteorologické záznamy boli zaznamenané pomocou Hooke-Huygensovej stupnice.

Prvý popis skutočného kvapalinového teplomera sa objavil v roku 1667 v publikácii Accademia del Cimento * "Eseje o prírodných vedeckých aktivitách Akadémie experimentov." Prvé experimenty v oblasti kalorimetrie sa uskutočnili a popísali na Akadémii. Ukázalo sa, že vo vákuu voda vrie pri nižšej teplote ako pri atmosférickom tlaku a že keď mrzne, expanduje. „Florentské teplomery“ boli široko používané v Anglicku (zaviedol ich R. Boyle) a vo Francúzsku (distribuované vďaka astronómovi I. Bullovi). Autor známej ruskej monografie "Koncepty a základy termodynamiky" (1970) I.R. Krichevsky sa domnieva, že to bola práca akadémie, ktorá položila základ pre používanie kvapalinových teplomerov.

Jeden z členov akadémie, matematik a fyzik Carlo Renaldini (1615–1698) vo svojej eseji Philosophia naturalis(„Prírodná filozofia“), publikovaná v roku 1694, navrhla brať ako referenčné body teploty topiaceho sa ľadu a vriacej vody.

Strojný inžinier, elektroinžinier, astronóm, vynálezca vzduchového čerpadla Otto von Guericke (1602–1686), ktorý sa preslávil skúsenosťami s magdeburskými pologuľami, sa narodený v nemeckom meste Magdeburg zaoberal aj teplomermi. V roku 1672 zostrojil prístroj na vodu a lieh vysoký niekoľko metrov so stupnicou, ktorá mala osem dielikov: od „veľmi studeného“ po „veľmi horúce“. Rozmery konštrukcie, treba priznať, nepokročili v termometrii.

Guerickeho gigantománia našla nasledovníkov v Spojených štátoch o tri storočia neskôr. Najväčší teplomer na svete, 40,8 m (134 stôp) vysoký, bol vyrobený v roku 1991 na pamiatku rekordne vysokej teploty dosiahnutej v kalifornskom Death Valley v roku 1913: +56,7 °C (134 °F). Trojcestný teplomer sa nachádza v malom meste Baker neďaleko Nevady.

Prvé presné teplomery, ktoré sa začali široko používať, vyrobil nemecký fyzik Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736). Vynálezca sa narodil na území dnešného Poľska, v Gdansku (vtedy Danzig), skoro osirel, začal študovať obchod v Amsterdame, no štúdium nedokončil a unesený fyzikou začal navštevovať laboratóriá a dielne v r. Nemecko, Holandsko a Anglicko. Od roku 1717 žil v Holandsku, kde mal sklársku dielňu a zaoberal sa výrobou presných meteorologických prístrojov - barometrov, výškomerov, vlhkomerov a teplomerov. V roku 1709 vyrobil liehový teplomer a v roku 1714 ortuťový teplomer.

Ortuť sa ukázala ako veľmi vhodná pracovná tekutina, pretože mala lineárnejšiu závislosť objemu od teploty ako alkohol, zohrievala sa oveľa rýchlejšie ako alkohol a dala sa použiť pri oveľa vyšších teplotách. Fahrenheit vyvinul novú metódu na čistenie ortuti a namiesto gule na ortuť použil valec. Okrem toho, na zlepšenie presnosti teplomerov, Fahrenheit, ktorý vlastnil sklárske zručnosti, začal používať sklo s najnižším koeficientom tepelnej rozťažnosti. Iba v oblasti nízkych teplôt bola ortuť (bod tuhnutia -38,86 °C) horšia ako alkohol (bod tuhnutia -114,15 °C).

Od roku 1718 Fahrenheit prednášal v Amsterdame chémiu, v roku 1724 sa stal členom Kráľovskej spoločnosti, hoci nezískal titul a publikoval iba jednu zbierku výskumných článkov.

Pre svoje teplomery Fahrenheit prvýkrát použil upravenú stupnicu, ktorú prijal dánsky fyzik Olaf Römer (1644 – 1710) a navrhol anglický matematik, mechanik, astronóm a fyzik Isaac Newton (1643 – 1727) v roku 1701.

Newtonove vlastné počiatočné pokusy vyvinúť teplotnú stupnicu sa ukázali ako naivné a boli takmer okamžite opustené. Ako referenčné body bolo navrhnuté brať teplotu vzduchu v zime a teplotu žeravého uhlia. Potom Newton použil teplotu topenia snehu a telesnú teplotu zdravého človeka, ľanový olej ako pracovné médium a zlomil stupnicu (podľa modelu 12 mesiacov v roku a 12 hodín denne až do poludnia) o 12 stupňov ( podľa iných zdrojov o 32 stupňov) . V tomto prípade bola kalibrácia vykonaná zmiešaním určitého množstva vriacej a čerstvo rozmrazenej vody. Ale táto metóda bola tiež neprijateľná.

Newton nebol prvý, kto použil olej: už v roku 1688 použil francúzsky fyzik Dalence bod topenia kravského masla ako referenčný bod na kalibráciu alkoholových teplomerov. Ak by sa táto technika zachovala, Rusko a Francúzsko by mali iné teplotné stupnice: ghí bežné v Rusku aj slávne vologdské maslo sa líšia zložením od európskych odrôd.

Pozorný Roemer si všimol, že jeho kyvadlové hodiny bežia v lete pomalšie ako v zime a dieliky na stupnici jeho astronomických prístrojov sú väčšie v lete ako v zime. Na zlepšenie presnosti meraní času a astronomických parametrov bolo potrebné tieto merania vykonávať pri rovnakých teplotách a teda mať presný teplomer. Roemer, podobne ako Newton, použil dva referenčné body: normálnu teplotu ľudského tela a teplotu topenia ľadu (ako pracovná tekutina slúžilo fortifikované červené víno alebo 40% alkoholový roztok zafarbený šafranom v 18-palcovej trubici). Fahrenheit k nim pridal tretí bod, ktorý zodpovedal najnižšej teplote dosiahnutej vtedy v zmesi voda-ľad-amoniak.

Po dosiahnutí výrazne vyššej presnosti merania pomocou svojho ortuťového teplomera Fahrenheit rozdelil každý Roemerov stupeň na štyri a ako referenčné body pre svoju teplotnú stupnicu vzal tri body: teplotu zmesi soli vody a ľadu (0 °F), telesnú teplotu. zdravého človeka (96 °F) a teplotu topenia ľadu (32 °F), pričom tá druhá sa považuje za kontrolu.

Tu je návod, ako o tom napísal v článku uverejnenom v časopise Filozofická transakcia"(1724,
zväzok 33, str. 78): „... vložením teplomeru do zmesi amónnej soli alebo morskej soli, vody a ľadu nájdeme na stupnici bod označujúci nulu. Druhý bod sa získa, ak sa použije rovnaká zmes bez soli. Označme tento bod ako 30. Tretí bod, označený ako 96, získame, ak teplomer vložíme do úst a prijímame teplo zdravého človeka.

Existuje legenda, že Fahrenheit určil teplotu, na ktorú sa ochladil vzduch v zime 1708/09 v jeho rodnom meste Danzig, ako najnižší bod na stupnici Fahrenheita. Možno tiež nájsť tvrdenia, že veril, že človek zomrie na chlad pri 0 ° F a na úpal pri
100 °F. Nakoniec bolo povedané, že bol členom slobodomurárskej lóže s jej 32 stupňami zasvätenia, a preto prijal bod topenia ľadu rovný tomuto číslu.

Po niekoľkých pokusoch a omyloch prišiel Fahrenheit s veľmi pohodlnou teplotnou stupnicou. Bod varu vody sa ukázal byť 212 °F na akceptovanej stupnici a celý teplotný rozsah kvapalného stavu vody bol 180 °F. Dôvodom pre túto škálu bola absencia záporných stupňov.

Následne po sérii presných meraní Fahrenheit zistil, že bod varu sa mení s atmosférickým tlakom. To mu umožnilo vytvoriť hypsothermometer - zariadenie na meranie atmosférického tlaku podľa bodu varu vody. Patrí mu aj primát v objave fenoménu prechladzovania kvapalín.

Fahrenheitova práca znamenala začiatok termometrie a potom termochémie a termodynamiky. Stupnica Fahrenheita bola prijatá ako oficiálna v mnohých krajinách (v Anglicku od roku 1777), iba normálna teplota ľudského tela bola opravená na 98,6 o F. Teraz sa táto stupnica používa iba v USA a na Jamajke, v iných krajinách v roku 1960- 70. a 70. roky 20. storočia prešli na Celziovu stupnicu.

Teplomer zaviedol do širokej lekárskej praxe holandský profesor medicíny, botaniky a chémie, zakladateľ vedeckej kliniky Hermann Boerhaave (1668–1738), jeho študent Gerard van Swieten (1700–1772), rakúsky lekár Anton de Haen (1704–1776) a bez ohľadu na nich Angličan George Martin.

Zakladateľ viedenskej lekárskej fakulty Haen zistil, že u zdravého človeka teplota počas dňa dvakrát stúpa a klesá. Ako zástanca evolučnej teórie to vysvetlil tým, že predkovia človeka - plazy, ktoré žili pri mori - menili teplotu v súlade s prílivom a odlivom. Na jeho dielo sa však dlho zabudlo.

Martin v jednej zo svojich kníh napísal, že jeho súčasníci sa hádali, či sa teplota topenia ľadu mení s výškou, a aby potvrdili pravdu, previezli teplomer z Anglicka do Talianska.

Nemenej prekvapivé je, že o meranie teploty ľudského tela sa neskôr začali zaujímať vedci, ktorí sa preslávili v rôznych oblastiach poznania: A. Lavoisier a P. Laplace, J. Dalton a G. Davy, D. Joule a P. Dulong , W. Thomson a A. Becquerel, J. Foucault a G. Helmholtz.

Odvtedy uniklo veľa ortuti. Zdá sa, že takmer tristoročná éra rozšíreného používania ortuťových teplomerov sa v dôsledku toxicity tekutého kovu čoskoro skončí: v európskych krajinách, kde sa bezpečnosť ľudí stáva čoraz dôležitejšou, boli prijaté zákony, ktoré obmedzujú a zakazujú výrobu takýchto teplomerov.

* Accademia del Cimento, založená vo Florencii v roku 1657 študentmi Galilea pod záštitou Ferdinanda II. Mediciho ​​a jeho brata Leopolda, netrvala dlho, ale stala sa prototypom Kráľovskej spoločnosti, Parížskej akadémie vied a ďalších európskych akadémií. Bola vytvorená pre propagandu vedecké poznatky a rozširovanie kolektívnych aktivít pre ich rozvoj.

Vytlačené s pokračovaním

teplotné stupnice. Existuje niekoľko stupňových teplotných stupníc a body tuhnutia a varu vody sa zvyčajne berú ako referenčné body. Teraz je najbežnejšia na svete stupnica Celzia. V roku 1742 švédsky astronóm Anders Celsius navrhol 100-stupňovú stupnicu teplomera, v ktorej 0 stupňov je bod varu vody pri normálnom atmosférickom tlaku a 100 stupňov je teplota topenia ľadu. Delenie stupnice je 1/100 tohto rozdielu. Keď začali používať teplomery, ukázalo sa, že je pohodlnejšie vymeniť 0 a 100 stupňov. Možno sa na tom zúčastnil Carl Linné (vyučoval medicínu a prírodné vedy na tej istej univerzite v Uppsale, kde je Celsius astronómia), ktorý už v roku 1838 navrhol považovať teplotu topenia ľadu za teplotu 0, ale nezdalo sa, že by myslel na druhú. referenčný bod. K dnešnému dňu sa stupnica Celzia trochu zmenila: 0 ° C sa stále považuje za teplotu topenia ľadu pri normálnom tlaku, ktorý v skutočnosti nezávisí od tlaku. Ale bod varu vody pri atmosférickom tlaku sa teraz rovná 99 975 ° C, čo neovplyvňuje presnosť merania takmer všetkých teplomerov okrem špeciálnych presných. Známe sú aj Fahrenheitove teplotné stupnice Kelvina Reaumura a iné.Fahrenheitova teplotná stupnica (v druhej verzii prijatej od roku 1714) má tri pevné body: 0° zodpovedá teplote zmesi ľadovej vody a čpavku 96° - teleso teplota zdravého človeka (v podpazuší alebo v ústach). Ako kontrolná teplota pre porovnanie rôznych teplomerov bola použitá hodnota 32 ° pre teplotu topenia ľadu. Stupnica Fahrenheita je široko používaná v anglicky hovoriacich krajinách, ale vo vedeckej literatúre sa takmer nepoužíva. Na prevod teploty Celzia (°C) na teplotu Fahrenheita (°F) existuje vzorec °F = (9/5) °C + 32 a pre spätný prevod - vzorec °C = (5/9) (°F -32). Obe stupnice - Fahrenheit aj Celzia - sú veľmi nepohodlné pri vykonávaní experimentov v podmienkach, keď teplota klesá pod bod mrazu vody a je vyjadrená ako záporné číslo. Pre takéto prípady boli zavedené absolútne teplotné stupnice, ktoré sú založené na extrapolácii na takzvanú absolútnu nulu – bod, v ktorom sa pohyb molekúl musí zastaviť. Jedna z nich sa nazýva Rankinova stupnica a druhá absolútna termodynamická stupnica; teploty sa merajú v stupňoch Rankina (°Ra) a kelvinoch (K). Obe stupnice začínajú na absolútnej nule a bod tuhnutia vody je 491 7° R a 273 16 K. Počet stupňov a kelvinov medzi bodmi tuhnutia a varu vody na Celziovej stupnici a absolútnej termodynamickej stupnici je rovnaký a rovný 100; pre stupnice Fahrenheita a Rankina je to tiež rovnaké, ale rovná sa 180. Stupne Celzia sa prevedú na kelviny pomocou vzorca K \u003d ° C + 273 16 a stupne Fahrenheita sa prevedú na stupne Rankina pomocou vzorca ° R \u003d ° F + 459 7. v Európe je už dlho bežná Réaumurova stupnica, ktorú v roku 1730 zaviedol René Antoine de Réaumur. Nie je stavaný svojvoľne ako stupnica Fahrenheita, ale v súlade s tepelnou rozťažnosťou liehu (v pomere 1000:1080). 1 stupeň Réaumur sa rovná 1/80 teplotného intervalu medzi bodmi topenia ľadu (0°R) a bodmi varu vody (80°R), t.j. 1°R = 1,25°C 1°C = 0,8° R. ale už sa nepoužíva.