Thermometrie is verantwoordelijk voor het meten van temperatuur in verschillende systemen, en is een discipline van vrij empirische oorsprong, aangezien sinds de tijd van Hippocrates, op het gebied van de geneeskunde, men zich bewust was van de temperatuur van lichamen, door aanraking, en volgens het waargenomen gevoel werd geclassificeerd als "zoete hitte" of "brandende koorts". Het was echter pas bij de ontwikkeling van de thermometer door Galileo Galilei, jaren later, toen dit vakgebied de empirische wateren verliet, om een wetenschappelijke rol te gaan spelen.
We kennen allemaal de thermometer als een instrument om de temperatuur van een lichaam en van de omgeving te meten, maar Hoe werkt het? Waar kwamen de thermometrische schalen vandaan? Maar voordat we deze vragen beantwoorden, is het belangrijk om het concept van de variabele die we meten, in dit geval de temperatuur, te verduidelijken.
Temperatuur, de fundamentele eenheid van de thermometrische schaal
Bij het benoemen van het woord temperatuur, dacht u zeker aan de hoeveelheid warmte, maar het eerste dat u moet overwegen, is dat warmte is niet hetzelfde als temperatuur, hoewel beide variabelen natuurlijk nauw met elkaar verbonden zijn.
Warmte is de hoeveelheid energie waarvan de overdracht gepaard gaat met een temperatuurgradiënt tussen twee systemen, wat betekent dat temperatuur een variabele is die warmte bepaalt, maar het gaat niet om warmte zelf. Temperatuur wordt geassocieerd met kinetische energie, wat de beweging van de deeltjes in het systeem definieert, en voor zover er meer beweging is in de beweging van deeltjes, zal des te groter de omvang zijn die wordt geproduceerd door de zogenaamde 'thermometrische schalen'. ”.
Thermometer, de basis van thermometrie
Zoals eerder vermeld, was de maker van de eerste thermometer Galileo Galilei, het ontwerp van dit instrument was gebaseerd op de montage van een verticale glazen buis, aan beide uiteinden gesloten, met water waarin verschillende gesloten glazen bollen waren ondergedompeld., Met gekleurde vloeistof binnen. Hierdoor konden de eerste registraties van temperatuurvariaties worden gemaakt. De vloeistof die in deze eerste thermometer werd gebruikt, was water, maar het werd later vervangen door alcohol, aangezien water bij zeer lage temperaturen een vriespunt bereikte, en wanneer de atmosferische druk varieerde, werden schommelingen in het waterpeil geregistreerd zonder. variatie in temperatuur.
Tussen de jaren 1611 en 1613. Santorio gebruikt een numerieke schaal voor het instrument van Galileo. Dit instrument gaf echter nog steeds geen nauwkeurige resultaten, aangezien de meetvloeistof erg gevoelig was voor atmosferische druk. In het jaar 1714 verwerkte Daniel Fahrenheit kwik in de meting.
Het gebruik van kwik betekende een grote vooruitgang in de precisie van het instrument, aangezien door de hoge uitzettingscoëfficiënt de door temperatuur veroorzaakte storingen gemakkelijk merkbaar waren.
Thermometer werkingsprincipe
Wanneer twee delen van een systeem met elkaar in contact komen, kan worden verwacht dat er variaties optreden in de eigenschappen van beide, die samenhangen met een fenomeen van warmteoverdracht tussen beide. De voorwaarden waaraan moet worden voldaan om een systeem in thermisch evenwicht te brengen, zijn de volgende:
- Er mag geen warmte-uitwisseling zijn tussen de betrokken partijen
- Geen van de temperatuurafhankelijke eigenschappen mag variëren.
De thermometer werkt onder de Nulprincipe van thermodynamica, die de onderlinge relatie tussen twee variabelen in thermisch evenwicht vaststelt. Dat betekent dat kwik, als vloeistof die gevoelig is voor temperatuurveranderingen, bij het in evenwicht komen met het lichaam of medium, waarvan we de temperatuurwaarde willen weten, zijn temperatuurwaarde aanneemt.
Ontwikkeling van thermometrische schalen
Zoals we al hadden vermeld, was Santorio de eerste visionair van de noodzaak om een meetparameter vast te stellen in het instrument van Galileo, die een numerieke schaal instelde zonder enig fysiek gevoel. Deze gebeurtenis was echter van groot belang bij de ontwikkeling van wat we nu kennen als de thermometrie-weegschaal.
Rømer-kwaliteit
Rømer is een weegschaal gebaseerd op het bevriezen en koken van zout water. Deze weegschaal is momenteel in onbruik, omdat deze geen nauwkeurige resultaten geeft.
Fahrenheit-schaal
Daniel Fahrenheit was een fabrikant van technische instrumenten die de alcoholthermometer in 1709 schreef, en jaren later zou hij de eerste op kwik gebaseerde thermometer maken. Deze uitvinder van Duitse afkomst ontwikkelde een willekeurige thermometrische schaal, die zijn naam draagt en die de volgende kenmerken heeft:
- Het heeft geen negatieve waarden, aangezien er op dat moment geen noties waren met betrekking tot temperaturen onder 0, om deze reden vindt het koken van water plaats bij 212 ºF en bevriest het bij 32 ºF.
- Het is vrij nauwkeurig, aangezien het is gebaseerd op waarnemingen in de kwikthermometer, een materiaal met een bijna uniforme uitzetting in dat temperatuurbereik.
- Met zijn precisiethermometer heeft Fahrenheit de variatie in de kooktemperatuur van water onder omgevingsdruk gemeten en kon hij vaststellen dat het kookpunt een kenmerk is van elke vloeibare substantie.
- Het gebruik ervan heeft zich verspreid in landen als de Verenigde Staten en het Verenigd Koninkrijk.
Celsius schaal
Onder thermometrische weegschalen kreeg deze in zijn tijd grote populariteit. Het werd in 1742 uitgevonden door de Zweedse astronoom Andrés Celsius, die het ontwikkelde door het vriespunt van water als de lagere waarde en het kookpunt als de maximale waarde te nemen. Celsius voerde een reeks van 100 verdelingen uit tussen deze twee punten.
In tegenstelling tot de andere schalen, werkt de celsius met 100 schaalverdelingen en is het gebruik ervan voor huishoudelijke doeleinden uitgebreid, omdat op wetenschappelijk gebied het gebruik van de absolute Kelvin-schaal de voorkeur heeft.
Absolute schaal
Deze schaal wordt "absoluut" genoemd, die de waarde van het absolute nulpunt beschouwt, en het belang ervan ligt in wezen in dit aspect, aangezien het niet afhankelijk is van willekeurige vaste punten, maar eerder de temperatuur presenteert als een uitdrukking van moleculaire kinetiek., Het verkrijgen van de waarde op het punt waar het stoppen van moleculaire beweging werd vastgesteld.
Het is belangrijk op te merken dat deze temperatuur wordt geassocieerd met de schaal van Celsius, aangezien beide een schaalverdeling van 100 hanteren.
Rankine schaal
In 1859 stelde de ingenieur William Rankine deze schaal voor, die gerelateerd is aan de graden Fahrenheit, aangezien deze dezelfde schaalverdeling verwerkt, maar deze schaal houdt rekening met de aanwezigheid van het absolute nulpunt. In een analogie kan worden gezegd dat de Celsius-Kelvin-relatie van dezelfde aard is als de Fahrenheit-Rankine.
Conversies tussen thermometrische schalen
Het gebruik van conversies is van groot belang op het gebied van probleemoplossing, het wordt bepaald door het feit dat we variabelen van verschillende aard niet kunnen groeperen. En omdat de verschillende disciplines kunnen worden behandeld in termen van verschillende thermometrische schalen, zijn er relaties gelegd die de transformatie van waarden mogelijk maken.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
ºF = ºR-460
- Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK- 273
- Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8