Termometrie je zodpovědná za měření teploty v různých systémech a je disciplínou poměrně empirických začátků, protože od doby Hippokrata v oblasti medicíny existovalo povědomí o teplotě těl prostřednictvím dotyku a podle vnímaný pocit byl klasifikován jako „sladké teplo“ nebo „pálivá horečka“. Avšak až po vývoji teploměru Galileo Galilei, o několik let později, když tento studijní obor opustil empirické vody, přijal vědeckou roli.
Všichni známe teploměr jako nástroj pro měření teploty těla a prostředí, ale Jak to funguje? Odkud se vzaly termometrické váhy? Ale před odpovědí na tyto otázky je důležité objasnit koncept proměnné, kterou měříme, v tomto případě teploty.
Teplota, základní jednotka termometrické stupnice
Při pojmenování slova teplota jste si jistě mysleli na množství tepla, ale první věc, kterou je třeba zvážit, je to teplo není stejné jako teplota, i když samozřejmě, obě proměnné spolu úzce souvisejí.
Teplo je množství energie, jejíž přenos je spojen s teplotním gradientem mezi dvěma systémy, což znamená, že teplota je proměnná, která určuje teplo, ale není to samotné teplo. Teplota je spojena s kinetickou energií, což je to, co definuje pohyb částic v systému, a do té míry, že dojde k většímu míchání v pohybu částic, tím větší bude velikost produkovaná takzvanými „termometrickými stupnicemi“ “.
Teploměr, základ teploměru
Jak již bylo zmíněno, tvůrcem prvního teploměru byl Galileo Galilei, konstrukce tohoto přístroje byla založena na montáži svislé skleněné trubice, uzavřené na obou koncích, obsahující vodu, ve které bylo několik uzavřených skleněných koulí ponořeno., S barevnou tekutinou uvnitř. To umožnilo provést první záznamy o změnách teploty. Tekutinou použitou v tomto prvním teploměru byla voda, ale později byla nahrazena alkoholem, protože voda při velmi nízkých teplotách dosáhla bodu mrazu a jak se měnil atmosférický tlak, byly zaznamenány výkyvy hladiny vody, aniž by to znamenalo kolísání teploty.
Mezi lety 1611 a 1613. Santorio zahrnuje číselnou stupnici nástroje Galileo. Tento přístroj však stále neposkytoval přesné výsledky, protože měřicí kapalina byla velmi citlivá na atmosférický tlak. V roce 1714 Daniel Fahrenheit začlenil do měření rtuť.
Použití rtuti představovalo velký pokrok v přesnosti přístroje, protože díky vysokému koeficientu roztažnosti byly poruchy způsobené teplotou snadno patrné.
Princip fungování teploměru
Když se dvě části systému dostanou do kontaktu, lze očekávat, že dojde ke změnám ve vlastnostech obou, které jsou spojeny s fenoménem přenosu tepla mezi nimi. Podmínky, které musí být splněny, aby byl systém v tepelné rovnováze, jsou následující:
- Mezi zúčastněnými stranami by neměla docházet k výměně tepla
- Žádná z vlastností závislých na teplotě by se neměla měnit.
Teploměr pracuje pod Nulový princip termodynamiky, který stanoví vzájemný vztah mezi dvěma proměnnými v tepelné rovnováze. Což znamená, že rtuť jako tekutina náchylná k teplotním změnám při vstupu do rovnováhy s tělem nebo médiem, jehož teplotní hodnotu chceme znát, přijímá svoji teplotní hodnotu.
Vývoj teploměrů
Jak jsme již zmínili, prvním vizionářem potřeby stanovení parametrů měření v přístroji Galileo byl Santorio, který stanovil číselnou stupnici bez jakéhokoli fyzického smyslu. Tato událost však měla velký význam při vývoji toho, co nyní známe jako termometrické váhy.
Rømerův stupeň
Rømer je stupnice založená na zmrazování a vaření slané vody. Tato stupnice je aktuálně nepoužívána, protože neposkytuje přesné výsledky.
Stupnice Fahrenheita
Daniel Fahrenheit byl výrobcem technických přístrojů, který byl autorem alkoholového teploměru v roce 1709, a poté o několik let později vyrobil první teploměr na bázi rtuti. Tento vynálezce německého původu vyvinul libovolnou termometrickou stupnici, která nese jeho jméno a která má následující vlastnosti:
- Nemá záporné hodnoty, protože v té době neexistovaly žádné představy o teplotách pod 0, z tohoto důvodu k varu vody dochází při 212 ° F a jeho zamrzání při 32 ° F.
- Je to docela přesné, protože je založeno na pozorováních na rtuťovém teploměru, materiálu s téměř rovnoměrnou expanzí v tomto teplotním rozsahu.
- Fahrenheit pomocí svého přesného teploměru měřil kolísání teploty varu vody za podmínek okolního tlaku a dokázal zjistit, že bod varu je charakteristický pro každou kapalnou látku.
- Jeho použití se rozšířilo v zemích, jako jsou Spojené státy a Spojené království.
Stupnice Celsia
Mezi termometrickými měřítky si tato získala ve své době velkou popularitu. To bylo vynalezeno v roce 1742 švédským astronomem Andrésem Celsiem, který jej vyvinul tak, že vzal bod mrazu vody jako nižší hodnotu a bod varu jako maximální hodnotu. Celsius provedl sérii 100 divizí mezi těmito dvěma body.
Na rozdíl od ostatních stupnic pracuje centigrade se 100 promocí a jeho použití bylo rozšířeno pro domácí účely, protože ve vědecké oblasti je upřednostňováno použití absolutní Kelvinovy stupnice.
Absolutní měřítko
Tato stupnice se nazývá „absolutní“, která uvažuje o hodnotě absolutní nuly, a její význam spočívá v zásadě v tomto aspektu, protože nezávisí na libovolných pevných bodech, nýbrž prezentuje teplotu jako výraz molekulární kinetiky. Získání hodnoty v bodě, kde bylo určeno zastavení molekulárního pohybu.
Je důležité si uvědomit, že tato teplota je spojena se stupnicí Celsia, protože obě zvládají stupnici 100.
Rankinova stupnice
V roce 1859 navrhl inženýr William Rankine tuto stupnici, která souvisí se stupni Fahrenheita, protože zvládá stejnou stupnici, avšak tato stupnice uvažuje o přítomnosti absolutní nuly. Analogicky lze říci, že vztah Celsia-Kelvina má stejnou povahu jako Fahrenheit-Rankine.
Převody mezi teploměrem
Použití konverzí má v oblasti řešení problémů velký význam, je dáno tím, že nemůžeme seskupovat proměnné jiné povahy. A protože s různými disciplínami lze zacházet z hlediska různých termometrických měřítek, byly vytvořeny vztahy, které umožňují transformaci hodnot.
- Fahrenheit (ºF) - Rankin (ºR)
ºF = ºR - 460
- Celsia (° C) - Kelvin (° C)
ºC = ºK - 273
- Celsia (° C) - Fahrenheita (° F)
ºC = (ºF-32) / 1,8