Кто изобрел термометр?

Бывает ли термометр без ртути? Мы настолько привыкли к тому, что термометры состоят из тоненькой трубки, заполненной ртутью, что редко задумываемся о том, зачем нужна эта ртуть в этой трубке, то есть как этот прибор работает. Термометр, или градусник, - это просто прибор

Газовый термометр Газовый термометр – прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления или объема идеального газа от температуры. Чаще всего применяют газовый термометр постоянного объема, в котором изменение температуры газа в

Жидкостный термометр Жидкостный термометр – простейший прибор, применяемый весьма широко практически во всех отраслях хозяйственного комплекса России, в медицинских учреждениях, в быту для измерений температуры воздуха в помещениях (в том числе в производственных,

Ртутный термометр Ртутный термометр – прибор, представляющий собой жидкостный термометр, предназначенный для измерения температуры в диапазоне 35-750 °C.Для высокотемпературных ртутных термометров характерно заполнение пространства над ртутью азотом под давлением,

Термометр сопротивления Термометры сопротивления производятся из чистых металлов и из металлов полупроводникового ряда. Термометры сопротивления разработаны для измерений, сформированных на характеристиках проводников и полупроводников, показывающих возможность

Кто изобрел термометр? Задавались ли вы когда-нибудь вопросом: «Интересно, насколько это горячо?» Или: «Интересно, насколько это холодно?» Если вы интересуетесь теплотой, то представьте себе круг вопросов, связанных с этим явлением, которые хотят прояснить ученые! Но

История создания термометра начинается много лет назад. Люди всегда хотели иметь приспособление, позволяющее измерять величину нагрева или охлаждения определенного объекта. Такая возможность появилась в 1592 году, когда Галилей сконструировал первый прибор, позволивший определять изменение температуры. Данное приспособление, состоявшее из стеклянного шарика и припаянной к нему трубки было названо термоскопом. Конец трубки помещали в сосуд с водой, а шарик подвергали нагреву. При прекращении нагрева, давление внутри шарика падало, и вода поднималась по трубке под действием атмосферного давления. При повышении температуры происходил обратный процесс, и уровень воды в трубке понижался. Шкалы у прибора не было, и точные значения температуры по нему установить было невозможно. Впоследствии флорентийские ученые устранили этот недостаток, вследствие чего измерения стали точнее. Так и был создан прототип первого термометра.

Вначале следующего столетия известный флорентийский ученый, ученик Галилея, Эванджелиста Торричелли изобрел спиртовой термометр. Как всем нам хорошо известно, шарик в нем расположен под стеклянной трубкой, а вместо воды используется спирт. Показания этого прибора не зависят от атмосферного давления.

Изобретение первого ртутного термометра Д.Г. Фаренгейтом датируется 1714 годом. За нижнюю точку своей шалы он принял 32 градуса - что отвечало температуре замерзания солевого раствора, а за верхнюю- 2120- температуру кипения воды. Шкала Фаренгейта и в наше время используется в Соединенных Штатах.

В 1730 году ученым из Франции Р.А. Реомюром была предложена шкала, крайними точками в которой являлись температуры кипения и замерзания воды, причем температура замерзания воды принималась за 0 градусов шкалы Реомюра, а температура кипения - за 80 градусов. В настоящее время шкала Реомюра практически не используется.

Спустя 28 лет шведский исследователь А.Цельсий разработал свою шкалу, где за крайние точки, как и в шкале Реомюра, были приняты температура кипения и замерзания воды, однако промежуток между ними делился не на 80, а на 100 градусов, причем изначально градуировка шла сверху вниз, то есть температура кипения воды принималась за ноль, а замерзания воды за сто градусов. Неудобство подобного деления вскоре стало очевидно, и впоследствии Штреммер и Линней поменяли крайние точки шкалы местами, придав ей привычный нам вид.

В середине XIX века британский ученый Вильям Томсон, известный как лорд Кельвин, предложил шкалу температур, нижней точкой которой было -273,15 0С - абсолютный нуль, при этой величине не происходит движения молекул.

Так можно вкратце описать историю создания термометра и температурных шкал. В настоящее время наиболее широко распространены термометры со шкалой Цельсия, в США до сих пор используется шкала Фаренгейта, а в науке наиболее популярна шкала Кельвина.

На сегодняшний день существует множество конструкций термометров, приборов измеряющих температуру, основываясь на различных физических свойствах и широко применяемых в быту, науке и производстве.

В переводе с греческого языка означает «измерять тепло». История изобретения термометра берет начало с 1597 года, когда Галилей создал термоскоп – шарик с припаянной трубкой – для определения степени нагретости воды. Этот прибор не имел шкалы, а его показания зависели от атмосферного давления. С развитием науки термометр видоизменялся. Жидкостный термометр впервые был упомянут в 1667 году, а в 1742 году шведский физик Цельсий создал термометр со шкалой, в которой точка 0 соответствовала температуре замерзания воды, а 100 – температуре ее кипения.

Мы часто пользуемся термометром для определения температуры воздуха на улице или температуры тела, однако этим применение термометра вовсе не ограничивается. На сегодняшний день существует множество способов измерить температуру вещества, а современные термометры совершенствуются до сих пор. Опишем наиболее распространенные типы измерителей температуры.

Принцип действия данного типа термометров основан на эффекте расширения жидкости при нагревании. Термометры, у которых в качестве жидкости используется ртуть, часто применяются в медицине для измерения температуры тела. Несмотря на токсичность ртути, ее использование позволяет определять температуру с большей точностью по сравнению с другими жидкостями, так как расширение ртути происходит по линейному закону. В метеорологии используют термометры на спирту. Это связано в первую очередь с тем, что ртуть загустевает при значении 38 °С и не годится для измерения более низких температур. Диапазон жидкостных термометров в среднем составляет от 30 °С до +600 °С, а точность не превышает одну десятую долю градуса.

Газовый термометр

Газовые термометры работают по тому же принципу, что и жидкостные, только в качестве рабочего вещества в них используется инертный газ. Этот тип термометра является аналогом манометра (прибора для измерения давления), шкала которого градуируется в единицах температуры. Основным преимуществом газового термометра является возможность измерения температур около абсолютного нуля (его диапазон составляет от 271 °С до +1000 °С). Предельно достижимая точность измерения составляет 2*10 -3 °С. Получение высокой точности газового термометра является сложной задачей, поэтому такие термометры не используются в лабораторных измерениях, а применяются для первичного определения температуры вещества.

Этот вид термометров работает по аналогии с газовыми и жидкостными. Температура вещества определяется в зависимости от расширения металлической спирали или ленты из биметалла. Механический термометр отличается высокой надежностью и простотой в использовании. Как самостоятельные приборы такие термометры широкого распространения не получили и в настоящее время используются в основном в качестве устройств для сигнализации и регулирования температуры в системах автоматизации.

Электрический термометр (термометр сопротивления)

В основу работы электрического термометра заложена зависимость сопротивления проводника от температуры. Сопротивление металлов линейно увеличивается с ростом температуры, поэтому именно металлы и используются для создания этого типа термометров. Полупроводники по сравнению с металлами дают большую точность измерений, однако термометры на их основе практически не выпускаются из-за сложностей, связанных с градуировкой шкалы. Диапазон термометров сопротивления напрямую зависит от рабочего металла: например, для меди он составляет от -50 °С до +180 °С, а для платины – от -200 °С до +750 °С. Электрические термометры устанавливают в качестве датчиков температуры на производстве, в лабораториях, на экспериментальных стендах. Они часто комплектуются совместно с другими измерительными устройствами

Также называют термопарным. Термопара представляет из себя контакт двух разных проводников, измеряющих температуру на основе эффекта Зеебека, открытого в 1822 году. Этот эффект состоит в появлении разницы потенциалов на контакте между двумя проводниками при наличии между ними градиента температур. Таким образом, через контакт при изменении температуры начинает проходить электрический ток. Преимуществом термопарных термометров является простота исполнения, широкий диапазон измерений, возможность заземления спая. Однако есть и недостатки: термопара подвержена коррозии и другим химическим процессам со временем. Максимальной точностью обладают термопары с электродами из благородных металлов и их сплавов – платиновые, платинородиевые, палладиевые, золотые. Верхняя граница измерения температуры с помощью термопары составляет 2500 °С, нижняя – около -100 °С. Точность измерения термопарного датчика может достигать 0,01 °С. Термометр на основе термопар незаменим в системах управления и контроля на производстве, а также при измерении температуры жидких, твердых, сыпучих и пористых веществ.

Волоконно-оптический термометр

С развитием технологий изготовления оптоволокна, возникли новые возможности его использования. Датчики на основе оптоволокна проявляют высокую чувствительность к различным изменениям во внешней среде. Малейшее колебание температуры, давления или натяжения волокна приводят к изменениям распространения в нем света. Оптоволоконные датчики температуры часто применяются для обеспечения безопасности на производстве, для пожарного оповещения, контроля герметичности емкостей с огнеопасными и токсичными веществами, обнаружения утечек и т. п. Диапазон таких датчиков не превышает +400 °С, а максимальная точность составляет 0,1 °С.

Инфракрасный термометр (пирометр)

В отличие от всех предыдущих типов термометров, является бесконтактным прибором. Более подробно прочитать про пирометры и его характеристики можно в отдельной на нашем сайте. Технический пирометр способен измерять температуру в диапазоне от 100 °С до 3000 °С, с точностью до нескольких градусов. Инфракрасные термометры удобны не только в условиях производства. Все чаще они применяются для измерения температуры тела. Это связано со многими преимуществами пирометров по сравнению с ртутными аналогами: безопасность использования, высокая точность, минимальное время на измерение температуры.

В завершение отметим, что сейчас сложно представить себе жизнь без этого универсального и незаменимого прибора. Простые термометры можно встретить в быту: они используются для поддержания температуры в утюге, стиральной машине, холодильнике, измерения температуры окружающего воздуха. Более сложные датчики устанавливают в инкубаторах, теплицах, сушильных камерах, на производстве.

Выбор термометра или датчика температуры зависит от сферы его использования, диапазона измерения, точности показаний, габаритных размеров. А в остальном – все зависит от вашей фантазии.

Вероятно, первым прибором, которым можно было если не измерять, то хотя бы оценивать температуру, был термоскоп Галилея : колба размером с куриное яйцо, горлышко которой тонкое, как пшеничный стебель, заполнялось водой до половины и погружалось в чашку. Несмотря н а эту простоту, прибор был очень чувствительным, хотя и реагировал, кроме температуры, на давление воздуха.

В 1636 году впервые появляется слово «термометр» . Так назывался прибор голландца К. Дреббеля — «дреббелев инструмент» для измерения температуры, имеющий целых 8 делений.

Термоск оп Галилея. Рисун ок XVII века.

И. Ньютон в работе 1701 года «О шкалестепеней тепла и холода» описал 12-градусную шкалу , 0 0 которой соответствовал температуре замерзания воды, а 12°—температуре тела здорового человека. Все эти и многие другие термометры были газовыми: при нагревании а них расширялся воздух.

Первый жидкостный термометр, похожий на современный градусник, был сделан немецким физиком Г. Фаренгейтом в 1724 году . Конструируя спиртовые и ртутные термометры более пятнадцати лет, он понял, как добиться от них идентичности и большей точности показаний: нужно взять несколько точек с известной температурой, нанести их значения н а шкалы и разделить расстояния между ними.

Самую низкую температуру чрезвычайно суровой зимы 1709 года Фаренгейт принял за 0° и в дальнейшем имитировал ее в смеси поваренной соли и нашатыря со льдом. В качестве второй опорной точки он взял температуру тающего льда и этот отрезок поделил н а 32 градуса. Третья точка — температура человеческого тела — оказалась равной почти 98, а температура кипения воды легла на 212 .

В киносценарии А. Гайдара «Комендант снежной крепости» есть такой эпизод:

«Нянька показывает на Сашу:

— Вот, батюшка, у него температура.

— У каждого человека температура.

— У него сто градусов температура,— говорит Женя.

— Это не у каждого,— соглашается доктор».

Диалог неизменно вызывает веселое оживление у юных читателей, но дети в США и Англии, где до сихпор принята шкала Фаренгейта , его комизма могут и не оценить: температура больного 100°—всего лишь небольшой жар, который как раз может быть у каждого— 37,8° С.

Во Франции и России употреблялась шкала Реомюра , созданная в 1730 году.

Комн атн ый термометр начала XX век а со шкалами Цельсия и Реомюра.

.

Р. Реомюра. Термометры этого типа бытовали в н ашей стран е до 30-х годов XX века.

Французский натуралист, ученый с широким кругозором, «Плиний XVIII века», как называли его современники, Р. Реомюр построил ее в соответствии с тепловым расширением жидкости. Обнаружив, что при нагревании смесь воды со спиртом между температурами замерзания и кипения воды расширяется на 80 тысячных своего объема (современное значение — 0,084), Реомюр разделил э тот интервал на 80 градусов.

Чуть раньше, в начале XVIII века, в России были распространены, но продержались недолго термометры петербургского академика Ж. Делиля со 150-градусиой шкалой н а том же температурном отрезке. Вытеснившие их термометры Реомюра были в ходу без малого два века и только каких-нибудь 50—60 лет назад окончательно уступили место термометрам Цельсия с современной 100-градусной шкалой .

К концу XVIII века число различных температурных шкал приблизилось к двум десяткам, что было и неудобно, и не нужно. Кроме того, в скоре выяснилось, что даже тщательно проградуирован ные приборы с разными жидкостями показывают разную температуру. При 50° С по ртутному термометру спиртовый показывал 43 ° С, термометр с оливковым маслом —49 ° С, с чистой водой — 25,6° С, а с соленой — 45,4 ° С.

Выход нашел известный английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) . В 1848 году он предложил измерять не температуру, а количество тепла, которое в определенном процессе, называемом циклом Карно , передается от горячего тела к холодному: оно определяется только их температурами и совершенно не зависит от нагреваемого вещества. В термодинамической, или абсолютной, шкале температур, построенной на э том принципе, единица температуры называется кельвин .

Термодинамическая шкала была хороша всем, кро ме одного: в повседневной практике тепловые измерения с последующими расчетами крайне неудобны, да и сам цикл Карно , прекрасно изученный теоретически, трудно воспроизвести не в специализированной метрологической лаборатории. Поэтому на ее основе в 1968 году была окончательно установлена Международная практическая температурная шкала (МПТШ-68) , которая базируется н а 11 воспроизводимых опорных точках между тройной точкой в одорода (13,81 К) и температурой затвердевания золота(1337,58 К ) и расходится с термодинамической шкалой в области кипения воды всего на 0,005 К. Этой шкалой пользуются и сейчас.

В английской и американской научной литера туре иногда встречается абсолютная шкала шотландца У. Ранкина (середина ХIХ века), одного из создателей технической термодинамики. Ее нулевая точке совпадает с 0 К, а градус Ранкина по величине равен градусу Фаренгейта.

До нашего времени из всего множества температурных шкал дошли всего четыре, хотя и э то явно многовато. В науке температуру выражают в Кельвинах, а в жизни мы используем градусы Цельсия и изредка встречаем шкалы Реомюра и Фаренгейта.

Можно произвести, пользуясь специальными соотношениями (формулами) или автоматически на страницах нашего сайта (переход по ссылке слева).

На сегодняшний день нет ни одного человека, который бы не пользовался таким приспособлением, как термометр. На данный момент он является обычным явлением. Однако так было далеко не всегда. Мало кто знает, какой долгий и сложный путь был у термометра. История его появления уходит в глубокое прошлое.

Первый термометр, а точнее термоскоп, был изобретен в эпоху Возрождения в конце XVI века. Его создателем являлся не кто иной, как Галилео Галилей. Термоскоп представлял собой стеклянный шар, к которому была припаяна трубка. Нагревая шар руками и, поворачивая его, итальянский физик опускал свободный конец стеклянной трубки в посуду с подкрашенной водой либо вином. После того, как шар остывал, объем воздуха, который в нем содержался, значительно уменьшался, а вода по трубке поднималась. Разница между термоскопом и современным термометром была в том, что в изобретении Галилея вместо ртути расширялся воздух.

Практически одновременно с Галилеем, еще не ведая, о его находке, профессор С. Санторио из Падуанского университета создал свое устройство, при помощи которого можно было измерять температуру человеческого тела.

Прибор являлся довольно-таки громоздким и тоже имел форму шара и продолговатую извилистую трубку, на которой были нарисованы деления. Свободный конец трубки заполняли подкрашенной жидкостью. Для того, чтобы измерить температуру человеку необходимо было взять этот шарик в рот либо же согреть его с помощью рук. Поскольку прибор Санторио являлся весьма большим, то его устанавливали во дворе дома.

В Европе в начале XVH столетия было изготовлено очень большое количество уникальных термометров. Например, в Нидерландах был широко распространен так называемый «голландский» тип термометра, который обладал двумя шарами и извилистой трубкой. Нижний шар наполнялся жидкостью, а верхний – воздухом.

Изобретение первого термометра, данные которого не обусловливались перепадами атмосферного давления, пришлось на 1641 год. Такой термометр был создан при императоре Священной Римской империи, Фердинанде II, который являлся не только покровителем искусств, но и был автором многих приборов. Эксперименты физика Торичелли с барометрами, наполненными ртутью, дали толчок для усовершенствования термоскопа, который изобрел Галилей. Данный прибор просто перевернули, добавили в шар подкрашенный спирт и запаяли верхний конец трубки.

Немецкий физик Отто фон Герике, исследуя атмосферный воздух, изобрел ряд уникальных термометров, в том числе и самый огромный, высота которого составляла семь метров. Этот оригинальный термометр крепился к стене дома. Большой медный шар, покрытый голубой краской и декорированный золотыми звездами, был заполнен воздухом. Приваренное снизу одно колено трубки частично было заполнено жидкостью, другое – оставалось открытым. В знойную погоду раскаленный в стеклянном шаре воздух выталкивал жидкость из трубки, поплавок начинал подниматься, а ангел опускался вниз, тем самым, указывая на соответствующее деление шкалы. Самое нижнее деление показывало - «большая жара», а самое верхнее, седьмое - «большой холод».

На тот момент, единой шкалы, которой пользуемся сегодня, не существовало. Ученые продолжительное время не могли найти исходные точки, расстояние между которыми необходимо было бы разделить равномерно. Предлагали принимать во внимание, например, точки оттаивания льда и растопленного сливочного масла. Спустя некоторое время, а точнее в 1714 году, появился более-менее пригодный к применению термометр. Создателем такого термометра был немецкий физик Габриэль Фаренгейт.

Изначально Фаренгейт создал два спиртовых термометра, но благодаря им можно было осуществить лишь условно точные измерения. Потом физик принял решение применить в термометре ртуть. Такое изобретение как, оказалось, было более удачным. В термометрах он использовал несколько видов шкал, последняя из которых базировалась на трех установленных точках. Первой точкой являлась температура состава воды, льда и нашатыря, которая была отмечена 0 градусов, второй - температура смеси воды и льда, обозначенная как 32 градуса, а третьей - температура кипения воды, которая равнялась 212 градусам. Данная шкала чуть позже была названа в честь своего создателя. Шкалой Фаренгейта по сей день пользуются в США и Англии.

По прошествии 30 лет астроном Андерс Цельсий начал проводить опыты с ртутным термометром по исследованию корреляции точки таяния снега и точки кипения от атмосферного давления. Цельсий пришел к заключению о том, что рационально будет поделить расстояние между точками на 100 интервалов. Цифрой 100 была отмечена точка таяния льда, а 0 - точка кипения воды.

Однако в 1860 году английским ученым Уильямом Кельвином было предложена новая модель температурной шкалы. Температура в -273 градуса по шкале Цельсия соответствовала нулевой кинетической энергии молекул. Поскольку ни одно вещество дальше невозможно было охладить, то температура в -273 градуса считается «абсолютным нулем». В шкале Уильяма Кельвина за начало был взят нуль, а каждое последующее деление равнялось обычному градусу. Такая шкала оказалась весьма удобной, потому как с ее помощью можно было довольно-таки полно отображать все явления, которые происходят на Земле.

В медицине термометрия начала применяться гораздо позже, нежели в технике. Еще в 1861 году Карл Герхард считал, что измерение температуры было очень сложной процедурой, чтобы вводить его в практику и постоянное использование. Спустя некоторое время, из лабораторий и клиник пришли в наши дома эти простые, но весьма необходимые приборы - медицинские термометры, которые достойно служат науке и стоят на страже человеческого здоровья.