Термометрия отвечает за измерение температуры в различных системах и является дисциплиной, имеющей довольно эмпирическое начало, поскольку со времен Гиппократа в области медицины существовало понимание температуры тел посредством прикосновения и в соответствии с воспринимаемое ощущение было классифицировано как «сладкий жар» или «жгучая лихорадка». Тем не менее, только спустя годы, когда Галилео Галилей разработал термометр, эта область исследований вышла за рамки эмпирических вод и приобрела научную роль.
Все мы знаем термометр как инструмент для измерения температуры тела и окружающей среды, но Как это работает? Откуда появились термометрические весы? Но прежде чем ответить на эти вопросы, важно уточнить концепцию переменной, которую мы измеряем, в данном случае температуры.
Температура, основная единица термометрической шкалы
Называя слово температура, вы, вероятно, думали о количестве тепла, однако первое, что нужно учитывать, это то, что тепло - это не то же самое, что температура, хотя, конечно, обе переменные тесно связаны друг с другом.
Тепло - это количество энергии, передача которой связана с температурным градиентом между двумя системами, что означает, что температура - это переменная, определяющая тепло, но не само тепло. Температура связана с кинетической энергией, которая определяет движение частиц в системе, и чем больше волнение в движении частиц, тем больше будет величина, создаваемая так называемыми «термометрическими весами». ».
Термометр, основа термометрии
Как уже упоминалось, создателем первого термометра был Галилео Галилей, конструкция этого прибора была основана на сборке закрытой с обоих концов вертикальной стеклянной трубки, содержащей воду, в которую были погружены несколько замкнутых стеклянных сфер., С окрашенной жидкостью. внутри. Это позволило сделать первые записи изменений температуры. Жидкостью, использованной в этом первом термометре, была вода, однако позже она была заменена спиртом, так как вода при очень низких температурах достигала точки замерзания, а при изменении атмосферного давления регистрировались колебания уровня воды без этого. изменение температуры.
Между 1611 и 1613 годами. Санторио встроил в инструмент Галилея числовую шкалу. Однако этот прибор по-прежнему не давал точных результатов, поскольку измеряемая жидкость была очень чувствительна к атмосферному давлению. В 1714 году Даниэль Фаренгейт включил ртуть в измерения.
Использование ртути явилось большим достижением в точности прибора, поскольку при высоком коэффициенте расширения легко заметны возмущения, вызванные температурой.
Принцип работы термометра
Когда две части системы вступают в контакт, можно ожидать, что свойства обеих частей изменятся, что связано с явлением теплопередачи между ними. Условия, которые должны быть выполнены для того, чтобы система находилась в тепловом равновесии, следующие:
- Между участвующими сторонами не должно быть теплообмена.
- Ни одно из свойств, зависящих от температуры, не должно изменяться.
Термометр работает под Принцип нуля термодинамики, который устанавливает взаимосвязь между двумя переменными в тепловом равновесии. Это означает, что ртуть, как жидкость, подверженная изменениям температуры, при достижении равновесия с телом или средой, значение температуры которой мы хотим узнать, принимает свое значение температуры.
Разработка термометрических весов
Как мы уже упоминали, первым провидцем необходимости установить параметр измерения в инструменте Галилея был Санторио, который установил числовую шкалу без какого-либо физического смысла. Однако это событие имело большое значение в развитии того, что мы теперь знаем как термометрические весы.
Сорт Рёмера
Рёмер - это шкала, основанная на замораживании и кипении соленой воды. Эта шкала в настоящее время не используется, так как не дает точных результатов.
Шкала Фаренгейта
Даниэль Фаренгейт был производителем технических инструментов, который создал спиртовой термометр в 1709 году, а затем, спустя годы, он сделал первый термометр на основе ртути. Этот изобретатель немецкого происхождения разработал произвольную термометрическую шкалу, носящую его имя, которая имеет следующие характеристики:
- Он не имеет отрицательных значений, так как в то время не существовало представлений о температурах ниже 0, по этой причине кипение воды происходит при 212ºF, а замерзание - при 32ºF.
- Это довольно точно, поскольку оно основано на наблюдениях в ртутном термометре, материале с почти равномерным расширением в этом диапазоне температур.
- С помощью прецизионного термометра Фаренгейт измерил изменение температуры кипения воды в условиях атмосферного давления и смог установить, что точка кипения является характеристикой каждого жидкого вещества.
- Его использование распространилось в таких странах, как США и Великобритания.
Шкала Цельсия
Среди термометрических весов эта в свое время приобрела большую популярность. Он был изобретен в 1742 году шведским астрономом Андресом Цельсием, который разработал его, взяв температуру замерзания воды как нижнее значение, а точку кипения как максимальное значение. Цельсий провел серию из 100 делений между этими двумя точками.
В отличие от других шкал, шкала Цельсия работает со 100 градациями, и ее использование было расширено в домашних целях, поскольку в научной области предпочтительнее использовать абсолютную шкалу Кельвина.
Абсолютная шкала
Эта шкала называется «абсолютной», которая предполагает значение абсолютного нуля, и ее важность заключается в основном в этом аспекте, поскольку она не зависит от произвольных фиксированных точек, а скорее представляет температуру как выражение молекулярной кинетики., Получая значение в точке, где было определено прекращение движения молекул.
Важно отметить, что эта температура связана со шкалой Цельсия, поскольку обе имеют градуировку 100.
Шкала Ренкина
В 1859 году инженер Уильям Ренкин предложил эту шкалу, которая связана с градусами Фаренгейта, поскольку она имеет ту же градуировку, однако эта шкала предполагает наличие абсолютного нуля. По аналогии можно сказать, что отношение Цельсия-Кельвина имеет ту же природу, что и отношение Фаренгейта-Ренкина.
Преобразования между термометрическими весами
Использование преобразований имеет большое значение в области решения задач, это определяется тем, что мы не можем группировать переменные разной природы. И поскольку различные дисциплины могут обрабатываться в терминах разных термометрических шкал, были установлены отношения, которые позволяют преобразовывать значения.
- Фаренгейт (ºF) - Ренкин (ºR)
ºF = ºR- 460
- Цельсия (ºC) - Кельвина (ºK)
ºC = ºK- 273
- Цельсия (ºC) - Фаренгейта (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8