Termometrija ir atbildīga par temperatūras mērīšanu dažādās sistēmās, un tā ir diezgan empīrisku sākumu disciplīna, jo kopš Hipokrāta laikiem medicīnas jomā ķermeņu temperatūra tika apzināta, pieskaroties un saskaņā ar uztvertā sajūta tā tika klasificēta kā "salds karstums" vai "dedzinošs drudzis". Tomēr tikai pēc gadiem, kad Galileo Galilejs izstrādāja termometru, kad šī pētījumu joma aizgāja no empīriskajiem ūdeņiem, bija jāpieņem zinātniska loma.
Mēs visi zinām, ka termometrs ir instruments ķermeņa un apkārtējās vides temperatūras mērīšanai, bet Kā tas darbojas? No kurienes radās termometriskās svari? Bet pirms atbildes uz šiem jautājumiem ir svarīgi precizēt mainīgā lieluma jēdzienu, šajā gadījumā - temperatūru.
Temperatūra, termometriskās skalas pamatvienība
Nosaucot vārdu temperatūra, jūs noteikti domājāt par siltuma daudzumu, tomēr vispirms jāņem vērā tas siltums nav tas pats, kas temperatūra, lai gan, protams, abi mainīgie ir cieši saistīti viens ar otru.
Siltums ir enerģijas daudzums, kura pārnešana ir saistīta ar temperatūras gradientu starp divām sistēmām, kas nozīmē, ka temperatūra ir mainīgais, kas nosaka siltumu, bet tas nav pats siltums. Temperatūra ir saistīta ar kinētisko enerģiju, kas nosaka daļiņu kustību sistēmā, un tiktāl, ciktāl daļiņu kustībā ir lielāks satraukums, jo lielāka būs tā saucamo “termometrisko svaru” radītā vērtība ”.
Termometrs, termometrijas pamats
Kā jau minēts, pirmā termometra radītājs bija Galileo Galilejs, šī instrumenta konstrukcijas pamatā bija vertikālas, abos galos aizvērtas stikla caurules montāža, kurā bija ūdens, kurā bija iegremdētas vairākas slēgtas stikla sfēras. Ar krāsainu šķidrumu iekšā. Tas ļāva veikt pirmos pierakstus par temperatūras izmaiņām. Šajā pirmajā termometrā izmantotais šķidrums bija ūdens, tomēr vēlāk to aizstāja ar spirtu, jo ūdens ļoti zemā temperatūrā sasniedza sasalšanas punktu, un, mainoties atmosfēras spiedienam, tika reģistrētas ūdens līmeņa svārstības, bez tā. temperatūras svārstības.
Laika posmā no 1611. līdz 1613. gadam. Santorio Galileo instrumentā iekļauj ciparu skalu. Tomēr šis instruments joprojām nedeva precīzus rezultātus, jo mērījumu šķidrums bija ļoti uzņēmīgs pret atmosfēras spiedienu. 1714. gadā Daniels Fārenheits mērījumos iekļāva dzīvsudrabu.
Dzīvsudraba izmantošana parādīja lielu progresu instrumenta precizitātē, jo ar augstu izplešanās koeficientu temperatūras radītie traucējumi bija viegli pamanāmi.
Termometra darbības princips
Saskaroties divām sistēmas daļām, var sagaidīt, ka notiks abu īpašību izmaiņas, kas ir saistītas ar siltuma pārneses parādību starp tām. Lai sistēma būtu termiskā līdzsvara stāvoklī, jāievēro šādi nosacījumi:
- Starp iesaistītajām pusēm nedrīkst būt siltuma apmaiņa
- Nevienai no temperatūras atkarīgajām īpašībām nevajadzētu atšķirties.
Termometrs darbojas zem Termodinamikas nulles princips, kas nosaka mijiedarbību starp diviem mainīgajiem siltuma līdzsvarā. Tas nozīmē, ka dzīvsudrabs kā šķidrums, kas ir uzņēmīgs pret temperatūras izmaiņām, nonākot līdzsvarā ar ķermeni vai barotni, kura temperatūras vērtību mēs vēlamies zināt, pieņem tā temperatūras vērtību.
Termometrisko svaru izstrāde
Kā jau minējām, pirmais redzējums par nepieciešamību noteikt mērīšanas parametru Galileo instrumentā bija Santorio, kurš izveidoja skaitlisku skalu bez jebkādas fiziskas jēgas. Tomēr šim notikumam bija liela nozīme, izstrādājot to, ko mēs tagad pazīstam kā termometrijas svarus.
Rømer pakāpe
Rømer ir skala, kuras pamatā ir sālsūdens sasalšana un vārīšanās. Šī skala pašlaik netiek izmantota, jo tā nesniedz precīzus rezultātus.
Fārenheita skala
Daniels Fārenheits bija tehnisko instrumentu ražotājs, kurš 1709. gadā bija alkohola termometra autors, un pēc tam gadus vēlāk viņš izgatavoja pirmo termometru uz dzīvsudraba bāzes. Šis vācu izcelsmes izgudrotājs izstrādāja patvaļīgu termometrisko skalu, kurai ir viņa vārds un kurai ir šādas īpašības:
- Tam nav negatīvu vērtību, jo tajā laikā nebija nekādu priekšstatu par temperatūru, kas zemāka par 0, šī iemesla dēļ ūdens vārīšanās notiek 212ºF un sasalšana 32ºF.
- Tas ir diezgan precīzs, jo tā pamatā ir novērojumi dzīvsudraba termometrā, materiāls ar gandrīz vienmērīgu izplešanos šajā temperatūras diapazonā.
- Ar precīzu termometru Fārenheits izmēra ūdens vārīšanās temperatūras svārstības apkārtējā spiediena apstākļos un varēja noteikt, ka viršanas temperatūra ir raksturīga katrai šķidrajai vielai.
- Tās izmantošana ir izplatījusies tādās valstīs kā Amerikas Savienotās Valstis un Lielbritānija.
Celsija skala
Starp termometriskajiem svariem šis savā laikā ieguva lielu popularitāti. To izgudroja 1742. gadā zviedru astronoms Andrés Celsius, kurš to izstrādāja, ņemot vērā ūdens sasalšanas punktu kā zemāko vērtību un tā viršanas temperatūru kā maksimālo. Celsija veica 100 dalījumu sēriju starp šiem diviem punktiem.
Atšķirībā no citām skalām, centigrāds darbojas ar 100 gradācijām, un tā izmantošana ir paplašināta vietējiem mērķiem, jo zinātnes jomā priekšroka tiek dota absolūtās Kelvina skalas izmantošanai.
Absolūtais mērogs
Šo skalu sauc par "absolūto", kas apskata absolūtās nulles vērtību, un tās nozīme galvenokārt ir šajā aspektā, jo tā nav atkarīga no patvaļīgiem fiksētiem punktiem, bet drīzāk temperatūru uzrāda kā molekulārās kinētikas izteiksmi. vietā, kur tika noteikta molekulārās kustības pārtraukšana.
Ir svarīgi atzīmēt, ka šī temperatūra ir saistīta ar Celsija skalu, jo abiem ir 100 gradācija.
Rankine skala
Inženieris Viljams Rankēns 1859. gadā ierosināja šo skalu, kas ir saistīta ar Fārenheita grādiem, jo tā darbojas ar tādu pašu gradāciju, tomēr šī skala ietver absolūtās nulles klātbūtni. Pēc analoģijas var teikt, ka Celsija un Kelvina attiecībām ir tāds pats raksturs kā Fahrenheit-Rankine.
Pārrēķini starp termometriskām skalām
Konversiju izmantošanai ir liela nozīme problēmu risināšanas jomā, to nosaka fakts, ka mēs nevaram grupēt dažāda rakstura mainīgos. Tā kā dažādas disciplīnas var apstrādāt dažādu termometrisko skalu izteiksmē, ir izveidotas attiecības, kas ļauj pārveidot vērtības.
- Fārenheita (ºF) - Rankīna (ºR)
ºF = ºR- 460
- Pēc Celsija (ºC) - Kelvina (ºK)
ºC = ºK-273
- Pēc Celsija (ºC) - Fārenheita (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8