Один тип термометров, уличные, мы встречаем ежедневно. Другой — лишь в экстренных ситуациях, когда температура тела заметно превышает норму. В целом, сегодня термометры играют важную роль, хотя их внешний вид и функционал значительно изменились со временем.
Над созданием устройства для измерения температуры воды, воздуха, почвы и человеческого тела трудились несколько ученых. Каждый из них работал независимо.
Сначала давайте кратко рассмотрим, как функционируют градусники. Жидкость или ртуть, находящиеся в маленьких колбах, расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении. Таким образом, чем выше температура, тем выше будет уровень столбика. Это простой и, можно сказать, очевидный алгоритм, который ученые поняли сразу.
Термоскоп Галилея
Изобретение термометра многие специалисты связывают с итальянским физиком, однако исследования в области термометрии велись задолго до него. Древнегреческий ученый Герон Александрийский, который жил в I веке нашей эры, в одном из своих дневников упоминал о концептуальном устройстве, основанном на расширении и сжатии воздуха для определения изменений температуры, хотя рабочий прототип так и не был создан.
Эти записи передавались из поколения в поколение и, наконец, в XVI веке они достигли Галилео Галилея. Вдохновившись описанной технологией, ученый создал уникальный для своего времени прибор — термоскоп. Его принцип работы был очень простым: длинную тонкую трубочку со стеклянным шариком на одном конце опускали в емкость с жидкостью, предварительно подогревая дно шара. Когда шар охлаждался, давление воздуха внутри него уменьшалось, что вызывало подъем воды в трубке под действием атмосферного давления. По высоте поднявшейся жидкости можно было определить температуру окружающего воздуха — хотя показания часто были далеки от реальности.
Так выглядел термоскоп ГалилеяWikipedia Commons
Почти 36.6
Прибор для измерения температуры человеческого тела был изобретен немного позже. Итальянский врач Сантарио решил усовершенствовать термоскоп своего предшественника и заменил воду на винный спирт, добавив несколько сложных технологий.
Работа устройства была несколько иной: сначала шарик нагревали до такой степени, чтобы воздух внутри него стал разреженным и почти полностью вышел наружу. Затем открытый конец стеклянной трубки с шариком погружали в емкость со спиртом, который стремительно поднимался вверх и окрашивал не только трубку, но и шарик. Следующим этапом было охлаждение термометра до тех пор, пока винный спирт не оказался примерно на середине трубки, после чего свободный конец запаивали. Таким образом измеряли температуру тела. В целом, система была довольно сложной и неудобной, поэтому изобретение не получило широкого распространения. К тому же, измерения также были совершенно неточными.
Как сделать измерение температуры более точным, понял Фердинандо II Медичи. Да, именно герцог практически нашел ключ к разгадке: всю свою жизнь он увлекался наукой и основал Академию дель Чименто во Флоренции. И именно здесь, примерно в 1650 году, была разработана идея использования жидкости, расширяющейся под воздействием высоких температур, вместо воздуха в трубке термометра. Идеальным кандидатом на эту роль оказался спирт, который окрашивали в яркие цвета для лучшей видимости.
Тем не менее, спиртовые термометры имели два значительных недостатка: во-первых, в XVII веке было трудно достать абсолютно чистый спирт; во-вторых, у него была низкая температура кипения.
Ртуть и Фаренгейт
Поскольку термометры разных типов начали активно использоваться как в медицине, так и в домашних условиях (даже несмотря на их очевидные недостатки), ученым было необходимо создать единую шкалу измерения температуры. Однако эта задача оказалась непростой: ее не удавалось решить несколько десятилетий. В 1701 году Исаак Ньютон посчитал температуру человеческой крови хорошей нулевой точкой для температурной шкалы. Его современник Джон Фаулер хотел использовать в качестве верхней границы температурной шкалы максимально нагретую жидкость, которую человеческая рука могла бы выдержать без боли.
В конечном итоге в борьбе за звание самой удобной температурной шкалы участвовало 35 кандидатов, среди которых в «финал» вышли двое: немец Даниэль Фаренгейт и Андерс Цельсий. Кстати, именно Фаренгейт изобрел ртутный термометр.
Unsplash
В 1714 году Фаренгейт начал использовать этот тип термометра, поскольку он мог измерять более широкий диапазон температур по сравнению со спиртовым аналогом и давал точные результаты. Позже он определил несколько ключевых точек своей температурной шкалы:
- 0 °F — абсолютный нуль, который ученый получил, погружая термометр в тающую смесь снега с нашатырем и поваренной солью.
- 32 °F — температура таяния льда;
- 98 °F — нормальная температура человеческого тела.
- 212 °F — температура кипения воды.
Термометры Фаренгейта получили широкое распространение в Англии и Нидерландах, но у них появился серьезный конкурент.
На арену вышел Цельсий со своей шкалой: она начиналась с 0°C (точка замерзания воды) и заканчивалась 100°С (точка кипения воды). Представители многих стран сочли ее более простой, и поэтому начали повсеместно использовать именно ее.
Unsplash
Однако эксперименты других физиков не закончились на этом: с течением времени появлялось все больше температурных шкал, в том числе в 1848 году была разработана шкала Кельвина, которая используется и по сей день, в основном в термодинамике.