Termometrija yra atsakinga už temperatūros matavimą įvairiose sistemose ir yra gana empirinių pradmenų disciplina, nes nuo Hipokrato laikų medicinos srityje buvo suvokiama kūnų temperatūra per prisilietimą ir pagal juntamas pojūtis buvo klasifikuojamas kaip „saldus karštis“ arba „degantis karščiavimas“. Tačiau tik po metų, kai Galileo Galilei sukūrė termometrą, kai ši studijų sritis paliko empirinius vandenis, teko atlikti mokslinį vaidmenį.
Mes visi žinome, kad termometras yra kūno ir aplinkos temperatūros matavimo priemonė, tačiau Kaip tai veikia? Iš kur atsirado termometrinės svarstyklės? Tačiau prieš atsakant į šiuos klausimus svarbu patikslinti kintamojo, kurį mes matuojame, - šiuo atveju - temperatūros, sampratą.
Temperatūra - pagrindinis termometrinės skalės vienetas
Vardindami žodį temperatūra tikriausiai pagalvojote apie šilumos kiekį, tačiau pirmiausia reikia atsižvelgti į tai šiluma nėra tas pats, kas temperatūra, nors, žinoma, abu kintamieji yra glaudžiai susiję vienas su kitu.
Šiluma yra energijos kiekis, kurio perdavimas yra susijęs su temperatūros gradientu tarp dviejų sistemų, o tai reiškia, kad temperatūra yra kintamasis, kuris lemia šilumą, tačiau tai nėra pati šiluma. Temperatūra siejama su kinetine energija, kuri apibrėžia dalelių judėjimą sistemoje, ir kadangi dalelių judėjimas yra didesnis sujudimas, tuo didesnis dydis gaunamas vadinamosiomis „termometrinėmis svarstyklėmis“.
Termometras, termometrijos pagrindas
Kaip jau minėta, pirmojo termometro kūrėjas buvo Galileo Galilei, šio prietaiso dizainas buvo pagrįstas vertikalaus stiklo vamzdžio, uždaryto iš abiejų galų, surinkimu, kuriame buvo vandens, kuriame panardintos kelios uždaros stiklo sferos. Su spalvotu skysčiu. viduje. Tai leido užregistruoti pirmuosius temperatūros pokyčius. Šiame pirmame termometre naudojamas skystis buvo vanduo, tačiau vėliau jis buvo pakeistas alkoholiu, nes labai žemoje temperatūroje esantis vanduo pasiekė užšalimo tašką, o kai atmosferos slėgis kito, vandens lygio svyravimai buvo fiksuojami be temperatūros kitimas.
Tarp 1611 ir 1613 m. Santorio į Galileo instrumentą įtraukta skaitinė skalė. Tačiau šis prietaisas vis tiek nedavė tikslių rezultatų, nes matavimo skystis buvo labai jautrus atmosferos slėgiui. 1714 metais Danielis Fahrenheitas į matavimus įtraukė gyvsidabrį.
Gyvsidabrio naudojimas parodė didelį progresą prietaiso tikslumui, nes esant dideliam išsiplėtimo koeficientui, temperatūros sukelti sutrikimai buvo lengvai pastebimi.
Termometro veikimo principas
Susilietus dviem sistemos dalims, galima tikėtis, kad atsiras abiejų savybių pokyčiai, susiję su šilumos perdavimo tarp jų reiškiniu. Sąlygos, kurių reikia laikytis, kad sistema būtų šiluminės pusiausvyros sąlygomis, yra šios:
- Tarp dalyvaujančių šalių neturėtų vykti šilumos mainai
- Nei viena nuo temperatūros priklausanti savybė neturėtų skirtis.
Termometras veikia po Nulinis termodinamikos principas, kuris nustato dviejų kintamųjų šiluminės pusiausvyros tarpusavio ryšį. Tai reiškia, kad gyvsidabris, kaip temperatūros pokyčiams jautrus skystis, patekęs į pusiausvyrą su kūnu ar terpe, kurio temperatūros vertę norime žinoti, priima savo temperatūros vertę.
Termometrinių svarstyklių kūrimas
Kaip jau minėjome, pirmasis būtinybės nustatyti matavimo parametrą „Galileo“ instrumente vizionierius buvo Santorio, kuris nustatė skaitinę skalę be jokios fizinės prasmės. Tačiau šis įvykis turėjo didelę reikšmę plėtojant tai, ką dabar žinome kaip termometrijos svarstykles.
Rømerio laipsnis
Rømer yra skalė, pagrįsta sūraus vandens užšalimu ir virimu. Šiuo metu ši skalė nenaudojama, nes ji nepateikia tikslių rezultatų.
Farenheito skalė
Danielis Fahrenheitas buvo techninių prietaisų gamintojas, 1709 m. Parašęs alkoholio termometrą, o po metų jis pagamins pirmąjį gyvsidabrio pagrindu pagamintą termometrą. Šis vokiečių kilmės išradėjas sukūrė savavališką termometrinę skalę, turinčią jo vardą, turinčią šias savybes:
- Jis neturi neigiamų reikšmių, nes tuo metu nebuvo jokių minčių apie žemesnę nei 0 temperatūrą, todėl vanduo verda 212 ° F temperatūroje, o užšąla 32 ° F temperatūroje.
- Jis yra gana tikslus, nes jis pagrįstas gyvsidabrio termometro stebėjimais - medžiaga, kurios tolygus išsiplėtimas tame temperatūros diapazone.
- Tiksliu termometru Fahrenheitas išmatavo vandens virimo temperatūros kitimą esant aplinkos slėgiui ir sugebėjo nustatyti, kad virimo temperatūra yra būdinga kiekvienai skystai medžiagai.
- Jo naudojimas paplito tokiose šalyse kaip JAV ir Jungtinė Karalystė.
Celsijaus skalė
Tarp termometrinių svarstyklių ši savo laiku sulaukė didelio populiarumo. 1742 m. Jį išrado švedų astronomas Andrésas Celsiusas, sukūręs jį kaip žemiausią vandens užšalimo tašką ir maksimalią jo virimo temperatūrą. Celsijaus serija sudarė 100 padalijimų tarp šių dviejų taškų.
Skirtingai nuo kitų skalių, Celsijaus laipsnis veikia 100 laipsnių, o jo naudojimas buvo išplėstas vidaus reikmėms, nes mokslo srityje pirmenybė teikiama absoliučiai Kelvino skalei.
Absoliuti skalė
Ši skalė vadinama „absoliučia“, kuri apmąsto absoliutaus nulio vertę, ir jos svarba iš esmės slypi šiame aspekte, nes ji nepriklauso nuo savavališkų fiksuotų taškų, o temperatūrą pateikia kaip molekulinės kinetikos išraišką. toje vietoje, kur buvo nustatytas molekulinio judėjimo sustojimas.
Svarbu pabrėžti, kad ši temperatūra siejama su Celsijaus skale, nes abiem taikoma 100 laipsnių pakopa.
Rankino skalė
1859 m. Inžinierius Williamas Rankine'as pasiūlė šią skalę, susijusią su Fahrenheito laipsniais, nes ji tvarko tą patį laipsnį, tačiau šioje skalėje yra absoliutus nulis. Pagal analogiją galima sakyti, kad Celsijaus ir Kelvino santykis yra tokio paties pobūdžio kaip Fahrenheit-Rankine.
Konversijos tarp termometrinių svarstyklių
Konversijų naudojimas turi didelę reikšmę problemų sprendimo srityje, ją lemia tai, kad negalime sugrupuoti skirtingo pobūdžio kintamųjų. Kadangi skirtingos disciplinos gali būti vertinamos skirtingomis termometrinėmis skalėmis, buvo sukurti ryšiai, leidžiantys transformuoti vertybes.
- Farenheitas (ºF) - Rankinas (ºR)
ºF = ºR- 460
- Celsijaus (ºC) - Kelvino (ºK)
ºC = ºK- 273
- Celsijaus (ºC) - Farenheito (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8