Termometria este responsabilă pentru măsurarea temperaturii în diferite sisteme și este o disciplină de începuturi destul de empirice, deoarece de pe vremea lui Hipocrate, în domeniul medicinei, a existat conștientizarea temperaturii corpurilor, prin atingere și conform senzația percepută a fost clasificată ca „căldură dulce” sau „febră arzătoare”. Cu toate acestea, abia după dezvoltarea termometrului, de către Galileo Galilei, ani mai târziu, când acest domeniu de studiu a părăsit apele empirice, a adoptat un rol științific.
Știm cu toții termometrul ca un instrument pentru măsurarea temperaturii unui corp și a mediului, dar Cum functioneazã? De unde au venit scările termometrice? Dar, înainte de a răspunde la aceste întrebări, este important să clarificăm conceptul de variabilă pe care o măsurăm, în acest caz, temperatura.
Temperatura, unitatea fundamentală a scării termometrice
Când numiți cuvântul temperatură, cu siguranță v-ați gândit la cantitatea de căldură, totuși, primul lucru de luat în considerare este că căldura nu este aceeași cu temperatura, deși, desigur, ambele variabile sunt strâns legate între ele.
Căldura este cantitatea de energie al cărei transfer este asociat cu un gradient de temperatură între două sisteme, ceea ce înseamnă că temperatura este o variabilă care determină căldura, dar nu este vorba de căldură însăși. Temperatura este asociată cu energia cinetică, care este cea care definește mișcarea particulelor din sistem și, în măsura în care există o agitație mai mare în mișcarea particulelor, cu atât va fi mai mare magnitudinea produsă de așa-numitele „scale termometrice”. ”.
Termometrul, baza termometriei
După cum sa menționat deja, creatorul primului termometru a fost Galileo Galilei, proiectarea acestui instrument s-a bazat pe asamblarea unui tub vertical de sticlă, închis la ambele capete, conținând apă în care au fost scufundate mai multe sfere de sticlă închise., Cu lichid colorat interior. Acest lucru a permis realizarea primelor înregistrări ale variațiilor de temperatură. Fluidul utilizat în acest prim termometru a fost apa, cu toate acestea, ulterior a fost înlocuit cu alcool, deoarece apa la temperaturi foarte scăzute a atins un punct de îngheț și, deoarece presiunea atmosferică a variat, au fost înregistrate fluctuații ale nivelului apei, fără ca acest lucru să implice o variația temperaturii.
Între 1611 și 1613. Santorio încorporează o scală numerică instrumentului lui Galileo. Cu toate acestea, acest instrument încă nu a dat rezultate exacte, deoarece fluidul de măsurare era foarte susceptibil la presiunea atmosferică. În anul 1714, Daniel Fahrenheit a încorporat mercurul în măsurătoare.
Utilizarea mercurului a reprezentat un mare avans în precizia instrumentului, deoarece datorită coeficientului său ridicat de expansiune, perturbările cauzate de temperatură au fost ușor de remarcat.
Principiul de funcționare al termometrului
Când două părți ale unui sistem intră în contact, ceea ce se poate aștepta este că apar variații ale proprietăților ambelor, care sunt legate de un fenomen de transfer de căldură între ele. Condițiile care trebuie îndeplinite pentru ca un sistem să fie în echilibru termic sunt următoarele:
- Nu ar trebui să existe schimb de căldură între părțile implicate
- Niciuna dintre proprietățile dependente de temperatură nu trebuie să varieze.
Termometrul funcționează sub Principiul zero al termodinamicii, care stabilește relația dintre două variabile în echilibru termic. Ceea ce înseamnă că mercurul, ca fluid susceptibil la schimbări de temperatură, atunci când intră în echilibru cu corpul sau mediul, a cărui temperatură vrem să o cunoaștem, își adoptă valoarea temperaturii.
Dezvoltarea scărilor termometrice
După cum am menționat deja, primul vizionar al necesității de a stabili un parametru de măsurare în instrumentul lui Galileo a fost Santorio, care a stabilit o scară numerică fără niciun sens fizic. Cu toate acestea, acest eveniment a avut o mare importanță în dezvoltarea a ceea ce acum cunoaștem ca scale de termometrie.
Gradul Rømer
Rømer este o scară bazată pe înghețarea și fierberea apei sărate. Această scală este în prezent în uz, deoarece nu oferă rezultate exacte.
Scara Fahrenheit
Daniel Fahrenheit a fost un producător de instrumente tehnice care a scris termometrul pentru alcool în 1709, iar apoi ani mai târziu va face primul termometru pe bază de mercur. Acest inventator de origine germană a dezvoltat o scară termometrică arbitrară, care îi poartă numele, care are următoarele caracteristici:
- Nu are valori negative, deoarece în acel moment nu existau noțiuni cu privire la temperaturi sub 0, din acest motiv, fierberea apei are loc la 212 ° F, iar înghețarea acesteia la 32 ° F.
- Este destul de precis, deoarece se bazează pe observații în termometrul cu mercur, un material cu expansiune aproape uniformă în intervalul de temperatură respectiv.
- Cu termometrul său de precizie, Fahrenheit a măsurat variația temperaturii de fierbere a apei în condiții de presiune ambiantă și a putut stabili că punctul de fierbere este o caracteristică a fiecărei substanțe lichide.
- Utilizarea sa s-a răspândit în țări precum Statele Unite și Regatul Unit.
Scara Celsius
Printre scările termometrice, acesta a câștigat o mare popularitate la vremea sa. A fost inventat în 1742 de astronomul suedez Andrés Celsius, care a dezvoltat-o luând punctul de îngheț al apei ca valoare inferioară și punctul de fierbere al acesteia ca valoare maximă. Celsius a efectuat o serie de 100 de divizii între aceste două puncte.
Spre deosebire de celelalte scale, centigradul funcționează cu 100 de absolviri, iar utilizarea sa a fost extinsă în scopuri domestice, deoarece în domeniul științific este preferată utilizarea scalei absolute Kelvin.
Scara absolută
Această scală se numește „absolută”, care are în vedere valoarea zero absolut, iar importanța sa rezidă în esență în acest aspect, deoarece nu depinde de puncte fixe arbitrare, ci prezintă mai degrabă temperatura ca o expresie a cineticii moleculare., Obținând valoarea în punctul în care s-a determinat încetarea mișcării moleculare.
Este important să rețineți că această temperatură este asociată cu scara Celsius, deoarece ambele au o gradare de 100.
Scala Rankine
În 1859, inginerul William Rankine a propus această scală, care este legată de grade Fahrenheit, deoarece se ocupă de aceeași absolvire, totuși această scară include prezența zero absolut. Într-o analogie, se poate spune că relația Celsius-Kelvin este de aceeași natură cu Fahrenheit-Rankine.
Conversii între scale termometrice
Utilizarea conversiilor are o mare importanță în domeniul rezolvării problemelor, este determinată de faptul că nu putem grupa variabile de natură diferită. Și pentru că diferitele discipline pot fi tratate în termeni de scări termometrice diferite, au fost stabilite relații care permit transformarea valorilor.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
ºF = ºR- 460
- Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK- 273
- Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8