Termometria je zodpovedná za meranie teploty v rôznych systémoch a je disciplínou dosť empirických začiatkov, pretože od čias Hippokrata v oblasti medicíny existovalo povedomie o teplote telies prostredníctvom dotyku a podľa vnímaný pocit sa klasifikoval ako „sladké teplo“ alebo „pálivá horúčka“. Avšak až po vývoji teplomera, ktorého autorom bol Galileo Galilei, sa po rokoch, keď táto oblasť štúdia opustila empirické vody, ujala vedeckej úlohy.
Všetci poznáme teplomer ako prístroj na meranie teploty tela a životného prostredia, ale Ako to funguje? Odkiaľ sa vzali teplomerové váhy? Pred odpoveďou na tieto otázky je však dôležité ujasniť si pojem premennej, ktorú meriame, v tomto prípade teplotu.
Teplota, základná jednotka teplomerovej stupnice
Pri pomenovaní slova teplota ste si určite mysleli na množstvo tepla, treba však najskôr myslieť na to teplo nie je to isté ako teplota, aj keď samozrejme, obe premenné spolu úzko súvisia.
Teplo je množstvo energie, ktorej prenos je spojený s teplotným gradientom medzi dvoma systémami, čo znamená, že teplota je premenná, ktorá určuje teplo, ale nejde o samotné teplo. Teplota je spojená s kinetickou energiou, čo definuje pohyb častíc v systéme, a pokiaľ dôjde k väčšiemu miešaniu v pohybe častíc, tým väčšia bude veľkosť produkovaná takzvanými „teplomermi“ “.
Teplomer, základ teplomera
Ako už bolo spomenuté, tvorcom prvého teplomera bol Galileo Galilei. Konštrukcia tohto prístroja bola založená na zostavení zvislej sklenenej trubice uzavretej na oboch koncoch obsahujúcej vodu, v ktorej bolo ponorených niekoľko uzavretých sklenených guľôčok., S farebnou tekutinou vo vnútri. To umožnilo vykonať prvé záznamy o teplotných výkyvoch. Tekutinou použitou v tomto prvom teplomeri bola voda, bola však neskôr nahradená alkoholom, pretože voda pri veľmi nízkych teplotách dosiahla bod mrazu a pri zmene atmosférického tlaku boli zaznamenané výkyvy hladiny vody bez toho, čo by znamenalo kolísanie teploty.
Medzi rokmi 1611 a 1613. Santorio obsahuje číselnú stupnicu k nástroju Galileo. Tento prístroj však stále neposkytol presné výsledky, pretože meraná kvapalina bola veľmi citlivá na atmosférický tlak. V roku 1714 Daniel Fahrenheit začlenil do merania ortuť.
Použitie ortuti predstavovalo veľký pokrok v presnosti prístroja, pretože pri vysokom koeficiente rozťažnosti bolo možné ľahko zaznamenať poruchy spôsobené teplotou.
Princíp práce teplomeru
Keď sa dve časti systému dostanú do kontaktu, dá sa očakávať, že dôjde k zmenám vo vlastnostiach oboch, ktoré súvisia s javom prenosu tepla medzi nimi. Podmienky, ktoré musia byť splnené, aby bol systém v tepelnej rovnováhe, sú tieto:
- Medzi zúčastnenými stranami by nemala dochádzať k výmene tepla
- Žiadna z vlastností závislých od teploty by sa nemala meniť.
Teplomer pracuje pod Nulový princíp termodynamiky, ktorá ustanovuje vzájomný vzťah medzi dvoma premennými v tepelnej rovnováhe. Čo znamená, že ortuť ako tekutina náchylná na zmeny teploty pri vstupe do rovnováhy s telom alebo médiom, ktorého teplotnú hodnotu chceme vedieť, prijme svoju teplotnú hodnotu.
Vývoj teplomerov
Ako sme už spomenuli, prvým vizionárom potreby stanoviť parameter merania v prístroji Galileo bol Santorio, ktorý stanovil číselnú škálu bez akéhokoľvek fyzického zmyslu. Táto udalosť však mala veľký význam pri vývoji toho, čo dnes poznáme ako termometrické váhy.
Rømerov stupeň
Rømer je stupnica založená na zmrazovaní a varení slanej vody. Táto stupnica je v súčasnosti nepoužívaná, pretože neposkytuje presné výsledky.
Stupnica Fahrenheita
Daniel Fahrenheit bol výrobcom technických prístrojov, ktorý bol autorom alkoholometrického teplomeru v roku 1709 a potom po rokoch vyrobil prvý teplomer na báze ortuti. Tento vynálezca nemeckého pôvodu vyvinul ľubovoľnú termometrickú stupnicu, ktorá nesie jeho meno a ktorá má nasledujúce vlastnosti:
- Nemá záporné hodnoty, pretože v tom čase neexistovali nijaké predstavy o teplotách pod 0, z tohto dôvodu došlo k varu vody pri 212 ° F a jej zmrazeniu pri 32 ° F.
- Je to celkom presné, pretože je založené na pozorovaniach v ortuťovom teplomere, čo je materiál s takmer rovnomernou rozťažnosťou v tomto teplotnom rozmedzí.
- Fahrenheit pomocou svojho presného teplomeru meral zmeny teploty varu vody za podmienok okolitého tlaku a dokázal zistiť, že bod varu je charakteristický pre každú kvapalnú látku.
- Jeho použitie sa rozšírilo v krajinách ako USA a Spojené kráľovstvo.
Stupnica Celzia
Medzi termometrickými váhami si táto získala vo svojej dobe veľkú obľubu. To bolo vynájdené v roku 1742 švédskym astronómom Andrésom Celsiusom, ktorý ho vyvinul tak, že bod mrazu vody považoval za nižšiu hodnotu a bod varu za maximálnu hodnotu. Celzia vykonala sériu 100 divízií medzi týmito dvoma bodmi.
Na rozdiel od ostatných stupníc pracuje stupeň Celzia so 100 promóciami a jeho použitie sa rozšírilo pre domáce účely, pretože vo vedeckej oblasti sa uprednostňuje použitie absolútnej Kelvinovej stupnice.
Absolútna mierka
Táto stupnica sa nazýva „absolútna“, ktorá uvažuje s hodnotou absolútnej nuly, a jej význam spočíva v zásade v tomto aspekte, pretože nezávisí od ľubovoľných pevných bodov, ale predstavuje teplotu skôr ako vyjadrenie molekulárnej kinetiky. Získanie hodnoty v bode, kde bolo určené zastavenie molekulárneho pohybu.
Je dôležité poznamenať, že táto teplota je spojená s Celziovou stupnicou, pretože obidve stupnice majú stupnicu 100.
Rankinova stupnica
V roku 1859 inžinier William Rankine navrhol túto stupnicu, ktorá súvisí so stupňami Fahrenheita, pretože má rovnakú stupnicu, avšak táto stupnica uvažuje o prítomnosti absolútnej nuly. Analogicky sa dá povedať, že vzťah Celzia-Kelvina má rovnakú povahu ako Fahrenheit-Rankin.
Prepočty medzi teplomermi
Využitie konverzií má v oblasti riešenia problémov veľký význam, je dané skutočnosťou, že nemôžeme zoskupovať premenné rôznej povahy. A pretože s rôznymi disciplínami je možné manipulovať z hľadiska rôznych termometrických mierok, vytvorili sa vzťahy, ktoré umožňujú transformáciu hodnôt.
- Fahrenheit (ºF) - Rankin (ºR)
ºF = ºR - 460
- Celzia (° C) - Kelvin (° K)
ºC = ºK - 273
- Celzia (° C) - Fahrenheita (° F)
ºC = (ºF-32) / 1,8