Всё о термометрах
Люди с давних времен сталкивались с необходимостью измерения температуры (это и наружный воздух, и вода, и температура тела человека), но все строилось только на интуиции. Было два понятия: тепло и холод (теплее — холоднее).
Длилось это невежество долго, пока Галилео Галилей (тот самый, что кидался в прохожих с Пизанской башни) в 1597 году не предложил конструкцию прибора, который мог реагировать на изменение температуры. Свое изобретение он назвал «термоскоп».
Устроен он был следующим образом: к стеклянной трубке припаивался пустотелый шарик, после чего эта трубка шариком вверх опускалась в стеклянный сосуд, наполненный водой.
Перед опусканием шарик нагревали, воздух в нем расширялся и частично выходил из трубки. Трубку опускали в сосуд, воздух в шарике остывал и давление в трубке снижалось. Вода под действием атмосферного давления, поднималась по трубке на некоторую высоту. Причем, чем ниже была температура окружающего воздуха, тем выше поднимался столб жидкости.
Вот уже и готовый прибор. Правда, как Вы понимаете, его показания зависели не только от температуры нагревания, но и от величины атмосферного давления, поэтому на высокую точность претендовать он не мог.
В таком виде галилеевский «термоскоп» просуществовал вплоть до 1657 года, когда ученые из Флоренции откачали из шарика воздух и навесили на трубку с шариком бусы. Теперь температуру стали измерить в бусах ( 2 бусы, три и т.д.).
В 1700 году те же флорентийцы взяли, да перевернули трубку с шариком, налили в нее подкрашенный спирт, обратную сторону трубки запаяли, а сосуд выкинули за ненадобностью. Вот этот-то прибор и получил название «термометр». И что очень важно: он уже не зависел от атмосферного давления.
Следующий вопрос, который стал перед учеными: какой шкалой пользоваться? Предложений посыпалось очень много. Голландский ученый Д.Фарингейт взял за 0 градусов температуру смеси льда и поваренной соли (самое холодное, но жидкое, которое знали в то время — приблизительно 18°С). Следующими точками стали: 32°F (температура таяния обычного льда – 0°С) и 96°F- температура тела человека. Именно этой шкалой пользуются до сих пор в США и Англии.
Француз Р.Реомюр предложил шкалу с постоянными точками: 0°R (таяние льда) и 80°R (кипение воды). Этой шкалой пользовались в России вплоть до революции 1917года.
Швед А.Цельский в 1730 году предложил «странную» шкалу с точками 0°С — температура кипения воды и 100°С — температура таяния льда. Да, именно так! Когда Цельсия спросили о странности шкалы, он ответил: «У нас в Швеции довольно прохладно и для избежания отрицательных температур я и изобрел данную шкалу».
«Перевернул» шкалу Цельсия его соотечественник К. Линней. Вот эта шкала и получила самое широкое распространение, хотя существует множество и других: Ренкена, Кельвина, Ньютона и т.д.
Современная наука предлагает огромное множество способов измерения температуры. Проще говоря, любой физический или химический параметр вещества, который изменяется в зависимости от изменения температуры можно замерить и «заставить работать термометром».
Вот несколько примеров параметров, которые меняются в зависимости от температуры:
— изменение длины металлической пластины;
— изменение инфракрасного излучения;
— изменение объема газа в определенной емкости;
— изменение электрического сопротивления проводников и полупроводников;
— скорость распространения звука;
— разность коэффициентов расширения двух разнородных материалов, образующих биметалл;
— изменение объема жидкости и т.д.
Итак, способов очень много, вплоть до самых сложнейших, основанных на ядерной физике, но нас будет интересовать способ, основанный на изменении объема жидкости в зависимости от температуры, предложенный еще Галилеем. У этого способа есть преимущества перед другими:
— ему более 400 лет и он хорошо изучен;
— довольно высока точность измерения;
— простота измерения;
— простота конструкции термометра;
— возможность измерения в большом диапазоне температур;
— относительная дешевизна изготовления прибора;
— длительный срок службы;
— не требует дополнительных источников энергии.
Идеальной термометрической жидкостью (наполнителем) является ртуть. Дело в том, что ртуть имеет практически линейную шкалу расширения, чего не скажешь о других наполнителях.
Так например, если мы изготовим два термометра: один наполним ртутью, а другой — спиртом, затем нагреем их до 100 С, отметим эту точку и разобьем равномерно шкалу на 100 частей (градусов), то при охлаждении термометров до 50° С, ртутный термометр будет показывать именно 50°С, а спиртовой — 43°С (разница в 7°С !). Если использовать глицерин, то разница составит 3°С, а если пары воды — то 38° С.
То есть, как правило, наполнители имеют не линейную шкалу расширения, и для достижения требуемых параметров точности показаний необходимо проводить довольно серьезный математический расчет шкалы в зависимости от коэффициента расширения наполнителя в различных диапазонах температур.
Еще одним серьезным преимуществом ртутного термометра является его большая точность из-за высокого коэффициента расширения при нагревании. Так, например, ртутные термометры, используемые в медицине (знакомые всем нам «градусники»), имеют погрешность 0,1°С, а в технических целях — 0,01° С.
У ртутных термометров много преимуществ, но есть один большой минус: ртуть — очень страшный яд, поэтому для производства бытовых термометров она не используется.
Современное производство использует в качестве наполнителя жидкости, близкие по составу к керосину — это и сам керосин и толуол, и метилкарбитол и др. Конечно точность показаний термометров с такими наполнителями более низкая и составляет ± 1° С, а при температурах свыше 100°С может доходить до ±5°С, но согласитесь, для потребителя и не очень важно, сколько на улице градусов 25° С или 24,78° С, или в финской парной 120°С или 117°С.
Надо знать, что термометр будет показывать верную температуру, если он правильно расположен. Например, если оконный термометр расположен с солнечной стороны, то он и покажет температуру «под солнцем», которая будет значительно больше, чем в «тени». Мы советуем, если окна вашей квартиры выходят на разные стороны света, не скупитесь, приобретите несколько термометров (тем более, что они не дорогие) и развесьте их по разным окнам – хоть один из них не попадет под прямые солнечные лучи и покажет Вам истинную температуру.
О термометрах, выпускаемых нашим предприятием, смотрите на соответствующих страницах сайта.