Термометр и шкала Цельсия
До 1597 г., когда Галилей изобрёл термоскоп — первый прибор, показывающий изменение температуры, — температуру тел определяли только на ощупь. В 1723 г. Фаренгейт сделал точный прибор для измерения температуры — ртутный термометр, а в 1742 г. были приняты современные единицы измерения температуры — градусы Цельсия.
Термоскоп Галилея
Термоскоп — первый прибор, отслеживающий изменения температуры, — придумал Галилей, почерпнув у Герона Александрийского идею выдавливания воды нагретым воздухом. Прибор Галилея представлял собой стеклянный шарик с трубкой, опущенной в открытый сосуд с водой. Когда шарик нагревали, воздух в нём расширялся и вытеснял воду из трубки, а остывая, сжимался, и вода втягивалась в трубку. По уровню воды в трубке сравнивали температуры разных тел, приложенных к шарику. Но прибор Галилея был неточен — он не учитывал воздействие атмосферного давления на воду в открытом сосуде.
Чем измерить
В термоскопе Галилея не было делений, и им нельзя было измерить температуру. В 1657 г. флорентийские учёные снабдили термоскоп шкалой из бисера и мерили температуру количеством бисеринок, на высоту которых по трубке поднималась вода. Прибор стал измерительным и получил название воздушного термометра (therme — тепло и metreo — измеряю). Но бисеринки не могли быть точными единицами измерения, а сам прибор был негоден для измерения низких температур — вода в нём замерзала и разрывала стекло.
В 1700 г. воду заменили спиртом с температурой плавления (замерзания) -114 °C, прибор перевернули шариком вниз, откачали из него воздух и запаяли, а на стекло нанесли деления для измерения температуры. Теперь температуру мерили не расширением воздуха, а расширением спирта при нагревании, и запаянный прибор не испытывал воздействия атмосферного давления. Так появился жидкостный термометр.
Как измерить
Для создания измерительной шкалы нужно было выбрать точки отсчёта — крайние показатели, между которыми можно сделать определённое количество делений, обозначающих единицы измерения. Производители первых термометров брали разные точки отсчёта, и единой системы измерения температуры не было.
В 1723 г. немецкий физик Даниель Габриель Фаренгейт заменил спирт в термометре ртутью и предложил свою шкалу измерения температуры. За нижнюю точку отсчёта он взял самое холодное из того, что было под рукой — смесь снега с солью — и обозначил поднятие ртути при измерении её температуры как 0.
Верхней точкой, обозначенной как 100, он взял температуру человека, своей жены (его жена тогда болела, и её температура оказалась на 2,1 °F выше нормальной). Расстояние на трубке термометра между этими крайними точками Фаренгейт разделил на 100 равных частей и получил шкалу с делениями по 1 °F (градусу Фаренгейта). Система Фаренгейта используется в некоторых странах и по сей день, но распространение и применение в науке получила шкала 1742 г. шведского учёного Андерса Цельсия. Он принял за постоянные точки температуру таяния льда и кипения воды (при нормальном атмосферном давлении), обозначив их как 0 °С и +100 °С. Каждое из 100 делений шкалы Цельсия обозначает 1 °С (градус Цельсия).
Развитие идеи
Ртутный термометр остаётся самым точным прибором для измерения температуры, но там, где температура падает ниже замерзания ртути ( -39 °С), пользуются спиртовыми термометрами. Вскоре после изобретения термометра было открыто влияние давления на температуру перехода веществ из одного состояния в другое. При изменении давления меняется плотность веществ. Чем ниже давление, тем меньше плотность вещества и тем при меньшей температуре оно будет кипеть и замерзать. Так, на вершине Эльбруса, где давление 380 мм ртутного столба, вода кипит при +82 °С.
