Термометрија је одговорна за мерење температуре у различитим системима и дисциплина је прилично емпиријских почетака, будући да је од Хипократовог доба у области медицине постојала свест о температури тела, додиром, а према осетљиви осећај класификован је као „слатка врућина“ или „горућа грозница“. Међутим, тек развојем термометра, Галилео Галилеи, годинама касније, када је ово поље проучавања напустило емпиријске воде, усваја научну улогу.
Сви знамо термометар као инструмент за мерење температуре тела и околине, али Како то функционише? Откуд термометријске ваге? Али пре него што одговоримо на ова питања, важно је разјаснити концепт променљиве коју меримо, у овом случају, температуре.
Температура, основна јединица термометријске скале
Када именујете реч температура, сигурно сте размишљали о количини топлоте, међутим, прво на шта треба обратити пажњу је то топлота није исто што и температура, иако су наравно обе променљиве међусобно уско повезане.
Топлота је количина енергије чији је пренос повезан са температурним градијентом између два система, што значи да је температура променљива која одређује топлоту, али није реч о самој топлоти. Температура је повезана са кинетичком енергијом, која дефинише кретање честица у систему, и у мери у којој је већа узнемиреност у кретању честица, већа је величина коју производе такозване „термометријске скале“.
Термометар, основа термометрије
Као што је већ поменуто, творац првог термометра био је Галилео Галилеи, дизајн овог инструмента заснован је на склопу вертикалне стаклене цеви, затворене на оба краја, која садржи воду у коју је потопљено неколико затворених стаклених сфера, обојеном течношћу у. То је омогућило да се направе први записи о температурним варијацијама. Течност која се користила у овом првом термометру била је вода, међутим, касније је замењена алкохолом, јер је вода на врло ниским температурама достигла тачку смрзавања, а када је атмосферски притисак варирао, забележене су флуктуације нивоа воде, без Ово ће значити варијација температуре.
Између 1611. и 1613. године. Санторио укључује Галилејевом инструменту нумеричку скалу. Међутим, овај инструмент још увек није дао тачне резултате, јер је мерна течност била врло подложна атмосферском притиску. Године 1714. Даниел Фахренхеит је у мерила укључио живу.
Употреба живе представљала је велики напредак у прецизности инструмента, јер су због високог коефицијента ширења сметње изазване температуром биле лако уочљиве.
Принцип рада термометра
Када два дела система дођу у контакт, оно што се може очекивати је да се јављају варијације у својствима оба, која су повезана са феноменом преноса топлоте између њих. Услови који морају бити испуњени да би систем био у топлотној равнотежи су следећи:
- Не би требало да постоји размена топлоте између укључених страна
- Ниједно од својстава зависних од температуре не би требало да се разликује.
Термометар ради испод Нулти принцип термодинамике, који успоставља међусобну повезаност две променљиве у топлотној равнотежи. Што значи да жива, као течност подложна променама температуре, када улази у равнотежу са телом или средином, чију температурну вредност желимо да знамо, усваја њену температурну вредност.
Развој термометријских вага
Као што смо већ поменули, први визионар потребе успостављања мерног параметра у Галилејевом инструменту био је Санторио, који је успоставио нумеричку скалу без икаквог физичког смисла. Међутим, овај догађај је био од велике важности за развој онога што данас знамо као термометријске скале.
Рøмер оцена
Рøмер је скала заснована на замрзавању и кључању слане воде. Ова скала се тренутно не користи, јер не даје тачне резултате.
Фахренхеит скала
Даниел Фахренхеит био је произвођач техничких инструмената који је аутор алкохолног термометра 1709. године, а затим ће годинама касније направити први термометар на бази живе. Овај проналазач немачког порекла развио је произвољну термометријску скалу која носи његово име која има следеће карактеристике:
- Нема негативне вредности, јер у то време нису постојали појмови о температурама испод 0, из тог разлога се кључање воде дешава на 212ºФ, а њено леђење на 32ºФ.
- Прилично је тачан, јер се заснива на запажањима у живином термометру, материјалу са готово равномерним ширењем у том температурном опсегу.
- Својим прецизним термометром Фахренхеит је мерио варијације температуре кључања воде под условима амбијенталног притиска и успео је да утврди да је тачка кључања карактеристика сваке течне супстанце.
- Његова употреба се проширила у земљама као што су Сједињене Државе и Велика Британија.
Целзијусова скала
Међу термометријским вагама, ова је у своје време стекла велику популарност. Изумио га је 1742. шведски астроном Андрес Целсиус, који га је развио узимајући тачку ледишта воде као доњу вредност, а тачку кључања као максималну вредност. Целзијус је извршио серију од 100 подела између ове две тачке.
За разлику од осталих скала, Целзијус ради са 100 степеништа, а његова употреба је проширена у домаће сврхе, пошто се у научном пољу даје предност апсолутној Келвиновој скали.
Апсолутна скала
Ова скала се назива „апсолутна“, што проматра вредност апсолутне нуле, и њен значај у основи лежи у овом аспекту, јер не зависи од произвољних фиксних тачака, већ представља температуру као израз молекуларне кинетике, добијајући вредност на месту где је утврђен престанак молекуларног кретања.
Важно је напоменути да је ова температура повезана са Целзијусовом скалом, јер обе имају градацију од 100.
Ранкинова скала
1859. године инжењер Виллиам Ранкине предложио је ову скалу, која је повезана са степеном Фахренхеита, јер се бави истим степеном, међутим ова скала разматра присуство апсолутне нуле. У аналогији се може рећи да је однос Целзијуса и Келвина исте природе као и Фахренхеит-Ранкине.
Конверзије између термометријских скала
Употреба конверзија је од велике важности на пољу решавања проблема, одређена је чињеницом да не можемо груписати променљиве различите природе. И пошто се различитим дисциплинама може руковати у смислу различитих термометријских скала, успостављени су односи који омогућавају трансформацију вредности.
- Фахренхеит (ºФ) - Ранкин (ºР)
ºФ = ºР- 460
- Целзијус (ºЦ) - Келвин (ºК)
ºЦ = ºК- 273
- Целзијус (ºЦ) - Фахренхеит (ºФ)
ºЦ = (ºФ-32) / 1,8