Was sind thermometrische Skalen und wie sind sie unterteilt?

Die Thermometrie ist für die Messung der Temperatur in verschiedenen Systemen verantwortlich und ist eine Disziplin ziemlich empirischer Anfänge, da seit der Zeit des Hippokrates auf dem Gebiet der Medizin das Bewusstsein für die Temperatur von Körpern durch Berührung und entsprechend vorhanden war das wahrgenommene Gefühl wurde als "süße Hitze" oder "brennendes Fieber" klassifiziert. Erst mit der Entwicklung des Thermometers durch Galileo Galilei Jahre später, als dieses Forschungsgebiet die empirischen Gewässer verließ, übernahm es eine wissenschaftliche Rolle.

Wir alle kennen das Thermometer als Instrument zur Messung der Körpertemperatur und der Umwelt, aber Wie funktioniert es? Woher kamen die thermometrischen Skalen? Bevor Sie diese Fragen beantworten, ist es wichtig, das Konzept der Variablen zu klären, die wir messen, in diesem Fall die Temperatur.

Temperatur, die Grundeinheit der thermometrischen Skala

Bei der Benennung des Wortes Temperatur haben Sie sicherlich an die Wärmemenge gedacht, aber das erste, was Sie berücksichtigen sollten, ist das Wärme ist nicht gleich Temperaturobwohl natürlich beide Variablen eng miteinander verbunden sind.

Wärme ist die Energiemenge, deren Übertragung mit einem Temperaturgradienten zwischen zwei Systemen verbunden ist. Dies bedeutet, dass die Temperatur eine Variable ist, die die Wärme bestimmt, aber es geht nicht um Wärme selbst. Die Temperatur ist mit kinetischer Energie verbunden, die die Bewegung der Partikel im System definiert. In dem Maße, in dem die Bewegung der Partikel stärker bewegt wird, ist die Größe der sogenannten „thermometrischen Skalen“ umso größer ”.

Thermometer, die Basis der Thermometrie

Wie bereits erwähnt, war der Schöpfer des ersten Thermometers Galileo Galilei. Das Design dieses Instruments basierte auf der Montage eines vertikalen Glasrohrs, das an beiden Enden geschlossen war und Wasser enthielt, in das mehrere geschlossene Glaskugeln mit farbiger Flüssigkeit eingetaucht waren Innerhalb. Dies ermöglichte die ersten Aufzeichnungen von Temperaturschwankungen. Die in diesem ersten Thermometer verwendete Flüssigkeit war Wasser, wurde jedoch später durch Alkohol ersetzt, da Wasser bei sehr niedrigen Temperaturen einen Gefrierpunkt erreichte, und wenn der atmosphärische Druck variierte, wurden Schwankungen des Wasserstandes aufgezeichnet, ohne dass dies a impliziert Temperaturschwankungen.

Zwischen den Jahren 1611 und 1613. Santorio enthält eine numerische Skala für Galileos Instrument. Dieses Instrument lieferte jedoch immer noch keine genauen Ergebnisse, da die Messflüssigkeit sehr anfällig für atmosphärischen Druck war. Im Jahr 1714 nahm Daniel Fahrenheit Quecksilber in die Messung auf.

Die Verwendung von Quecksilber stellte einen großen Fortschritt in der Präzision des Instruments dar, da aufgrund seines hohen Ausdehnungskoeffizienten die durch die Temperatur verursachten Störungen leicht erkennbar waren.

Funktionsprinzip des Thermometers

Wenn zwei Teile eines Systems in Kontakt kommen, ist zu erwarten, dass Variationen in den Eigenschaften beider auftreten, die mit einem Phänomen der Wärmeübertragung zwischen ihnen verbunden sind. Folgende Bedingungen müssen erfüllt sein, damit sich ein System im thermischen Gleichgewicht befindet:

• Es sollte kein Wärmeaustausch zwischen den beteiligten Parteien stattfinden
• Keine der temperaturabhängigen Eigenschaften sollte variieren.

Das Thermometer arbeitet unter dem Nullprinzip der Thermodynamik, wodurch die Wechselbeziehung zwischen zwei Variablen im thermischen Gleichgewicht hergestellt wird. Dies bedeutet, dass Quecksilber als Flüssigkeit, die für Temperaturänderungen anfällig ist, wenn es mit dem Körper oder Medium ins Gleichgewicht kommt, dessen Temperaturwert wir wissen möchten, seinen Temperaturwert annimmt.

Entwicklung von thermometrischen Skalen

Wie bereits erwähnt, war Santorio der erste Visionär der Notwendigkeit, einen Messparameter in Galileos Instrument festzulegen, der eine numerische Skala ohne physischen Sinn festlegte. Dieses Ereignis war jedoch von großer Bedeutung für die Entwicklung der heutigen Thermometrieskalen.

Rømer Klasse

Rømer ist eine Skala, die auf dem Einfrieren und Kochen von Salzwasser basiert. Diese Skala wird derzeit nicht verwendet, da sie keine genauen Ergebnisse liefert.

Fahrenheit-Skala

Daniel Fahrenheit war ein Hersteller technischer Instrumente, der 1709 das Alkoholthermometer verfasste. Jahre später stellte er das erste Thermometer auf Quecksilberbasis her. Dieser Erfinder deutscher Herkunft entwickelte eine beliebige thermometrische Skala, die seinen Namen trägt und folgende Eigenschaften aufweist:

• Es hat keine negativen Werte, da zu diesem Zeitpunkt keine Vorstellung von Temperaturen unter 0 bestand. Aus diesem Grund tritt das Kochen von Wasser bei 212ºF und sein Gefrieren bei 32ºF auf.
• Es ist ziemlich genau, da es auf Beobachtungen im Quecksilberthermometer basiert, einem Material mit nahezu gleichmäßiger Ausdehnung in diesem Temperaturbereich.
• Mit seinem Präzisionsthermometer hat Fahrenheit die Variation der Siedetemperatur von Wasser unter Umgebungsdruckbedingungen gemessen und konnte feststellen, dass der Siedepunkt ein Merkmal jeder flüssigen Substanz ist.
• Seine Verwendung hat sich in Ländern wie den Vereinigten Staaten und dem Vereinigten Königreich verbreitet.

Celsius-Skala

Unter den thermometrischen Skalen gewann diese zu ihrer Zeit große Popularität. Es wurde 1742 vom schwedischen Astronomen Andrés Celsius erfunden, der es entwickelte, indem er den Gefrierpunkt von Wasser als niedrigeren Wert und seinen Siedepunkt als maximalen Wert verwendete. Celsius führte eine Reihe von 100 Teilungen zwischen diesen beiden Punkten durch.

Im Gegensatz zu den anderen Skalen arbeitet die Celsius mit 100 Graduierungen, und ihre Verwendung wurde für Haushaltszwecke erweitert, da im wissenschaftlichen Bereich die Verwendung der absoluten Kelvin-Skala bevorzugt wird.

Absolute Skala

Diese Skala wird als "absolut" bezeichnet, wobei der Wert des absoluten Nullpunkts berücksichtigt wird, und ihre Bedeutung liegt im Wesentlichen in diesem Aspekt, da sie nicht von beliebigen Fixpunkten abhängt, sondern die Temperatur als Ausdruck der Molekülkinetik darstellt und den Wert erhält an dem Punkt, an dem die Beendigung der molekularen Bewegung bestimmt wurde.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Temperatur mit der Celsius-Skala verbunden ist, da beide eine Teilung von 100 verarbeiten.

Rankine-Skala

1859 schlug der Ingenieur William Rankine diese Skala vor, die sich auf die Grad Fahrenheit bezieht, da sie dieselbe Graduierung handhabt. Diese Skala berücksichtigt jedoch das Vorhandensein des absoluten Nullpunkts. In einer Analogie kann gesagt werden, dass die Celsius-Kelvin-Beziehung von der gleichen Natur ist wie die Fahrenheit-Rankine.

Umrechnungen zwischen thermometrischen Skalen

Die Verwendung von Konvertierungen ist im Bereich der Problemlösung von großer Bedeutung. Sie wird dadurch bestimmt, dass wir keine Variablen unterschiedlicher Art gruppieren können. Und weil die verschiedenen Disziplinen in Bezug auf verschiedene thermometrische Skalen behandelt werden können, wurden Beziehungen hergestellt, die die Transformation von Werten ermöglichen.

• Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)

ºF = ºR- 460

• Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)

ºC = ºK - 273

• Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)

ºC = (ºF-32) / 1,8