測溫法負責測量各種系統中的溫度,並且是一門頗具經驗的開端,因為自希波克拉底時代以來,在醫學領域,人們一直通過觸摸來感知身體溫度,並且感覺被歸類為“甜熱”或“灼熱”。 但是,直到幾年後伽利略·伽利萊(Galileo Galilei)開發溫度計後,該研究領域才離開了經驗領域,才開始發揮科學作用。
我們都知道溫度計是一種用於測量人體和環境溫度的儀器,但是 它是如何工作的? 溫度計是從哪裡來的? 但是在回答這些問題之前,重要的是要弄清楚我們正在測量的變量的概念,在這種情況下,就是溫度。
溫度,溫度計的基本單位
在命名溫度一詞時,您肯定會想到熱量,但是,首先要考慮的是 熱量與溫度不同,儘管這兩個變量當然是緊密相連的。
熱量是能量的傳遞,其傳遞與兩個系統之間的溫度梯度有關,這意味著溫度是確定熱量的變量,但與熱量本身無關。 溫度與動能相關聯,動能決定了系統中粒子的運動,並且在一定程度上,粒子運動中的攪動越多,所謂的“熱度標尺”所產生的幅度就越大。
溫度計,溫度計的基礎
如前所述,第一個溫度計的創建者是伽利略·伽利萊(Galileo Galilei),該儀器的設計是基於垂直玻璃管的組裝,該玻璃管兩端封閉,裡面裝有水,有幾個封閉的玻璃球浸沒在其中,並註入了有色液體。裡面。 這允許進行溫度變化的第一記錄。 在第一個溫度計中使用的流體是水,但是後來被酒精代替,因為非常低的溫度下水達到了凝固點,並且當大氣壓變化時,記錄了水位的波動,而這並不意味著溫度變化。
在1611年和1613年之間。聖托里奧在伽利略的儀器中加入了數字刻度。 但是,由於測量流體非常容易受到大氣壓的影響,因此該儀器仍然無法提供準確的結果。 在1714年,Daniel Fahrenheit將汞納入了測量範圍。
汞的使用代表了儀器精度的巨大進步,因為由於其高膨脹係數,由溫度引起的干擾很容易注意到。
溫度計工作原理
當系統的兩個部分接觸時,可以預料的是兩者的特性都會發生變化,這與它們之間的熱傳遞現像有關。 系統達到熱平衡所必須滿足的條件如下:
- 參與各方之間不應進行熱交換
- 隨溫度變化的特性均不應改變。
溫度計在 熱力學的零原理,它建立了熱平衡中兩個變量之間的相互關係。 這就是說,汞作為一種溫度變化敏感的流體,當與我們想知道其溫度值的人體或介質達到平衡時,便採用其溫度值。
溫度計的發展
正如我們已經提到的,需要在伽利略儀器中建立測量參數的第一個有遠見的人是Santorio,他建立了沒有任何物理意義的數字刻度。 但是,此事件對於我們現在所稱的測溫秤的發展非常重要。
羅默級
羅默(Rømer)是一種基於鹽水冷凍和沸騰的秤。 由於無法提供準確的結果,因此該比例尺目前正在使用中。
華氏量表
丹尼爾·法倫海特(Daniel Fahrenheit)是技術儀器的製造商,他於1709年創作了酒精溫度計,然後幾年後,他製造了第一台基於汞的溫度計。 這位德國籍發明家開發了一個任意的溫度計,以他的名字命名,具有以下特徵:
- 它沒有負值,因為當時沒有關於溫度低於0的概念,因此,水的沸騰發生在212ºF,凍結在32ºF。
- 這是非常準確的,因為它基於水銀溫度計的觀察,該溫度計在該溫度範圍內具有幾乎均勻的膨脹率。
- 通過其精密溫度計,華氏溫度測量了環境壓力條件下水的沸騰溫度變化,並能夠確定沸點是每種液體物質的特徵。
- 它的使用已在美國和英國等國家/地區普及。
攝氏刻度
在測溫秤中,這一秤在當時廣受歡迎。 它是由瑞典天文學家AndrésCelsius於1742年發明的,他以水的冰點為下限值,水的沸點為上限值來開發水。 攝氏在這兩個點之間進行了一系列的100劃分。
與其他刻度不同,攝氏可以工作100個刻度,並且其用途已擴展到家庭用途,因為在科學領域,絕對開爾文刻度的使用是首選。
絕對規模
該標度被稱為“絕對”,它考慮了絕對零值,其重要性基本上就在於此方面,因為它不依賴於任意固定點,而是將溫度表示為分子動力學的一種表達。在確定分子運動停止的時刻。
重要的是要注意,該溫度與攝氏溫度標度有關,因為兩者都可處理100的刻度。
朗肯量表
1859年,工程師威廉·蘭金(William Rankine)提出了這個與華氏度有關的標度,因為它處理相同的刻度,但是該標度考慮到絕對零的存在。 以此類推,可以說攝氏與開爾文的關係與華氏-朗肯具有相同的性質。
溫度計之間的轉換
在我們解決問題的領域中,轉換的使用非常重要,這取決於我們不能對不同性質的變量進行分組的事實。 並且由於可以根據不同的溫度標度來處理不同的學科,因此已經建立了允許值轉換的關係。
- 華氏(ºF)-朗肯(ºR)
ºF=ºR-460
- 攝氏(ºC)-開爾文(ºK)
ºC=ºK-273
- 攝氏(ºC)-華氏(ºF)
ºC=(ºF-32)/ 1,8