Открытия и гипотезы, 2014 №12

В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учеными. Они снабдили прибор шкалой из бусин и откачали воздух из резервуара (шарика) и трубки. Это позволило не только качественно, но и количественно сравнивать температуры тел. Впоследствии термоскоп был изменен: его перевернули шариком вниз, а в трубку вместо воды напили спирт и удалили сосуд.

Термометр Галилея к Галилею особого отношения не имеет. Представляет собой запаянный стеклянный цилиндр, наполненный жидкостью, в которой плавают стеклянные сосудики-буйки. К каждому такому сферическому поплавку прикреплена бирка с выбитым на ней значением температуры. Поплавки по-разному наполнены жидкостью таким образом, что их средняя плотность различна: самая маленькая плотность у верхнего, самая большая — у нижнего.

С понижением температуры воздуха в помещении соответственно понижается температура воды в сосуде, вода сжимается, и плотность её становится больше и тем самым изменяется положение буйков. При понижении температуры шарики поднимаются вверх, при повышении — опускаются. Текущее значение температуры определяется по нижнему из всплывших шариков.

Виды термометров

Существуют различные виды температурных измерителей: Жидкостные термометры, описанные выше, основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды.

В связи с запретом применения ртути во многих областях деятельности ведется поиск альтернативных наполнений для бытовых термометров. Например, такой заменой может быть сплав галинстан (68,5 % галлия, 21,5 % индия и 10 % олова).

Принцип работы электрических термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды. Электрические термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры).

Механические термометры действуют по принципу расширения или сжатия металлической или биметаллической спирали.

Оптические термометры позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров при изменении температуры. Например, широко распространены инфракрасные измерители температуры тела.

В процессе исследования теплоты члены Парижской «Академии опытов», желая доказать, что все тела расширяются при нагревании, предложили опыт, который и сейчас повторяется в школах и известен как «кольцо Гравезанда», но вместо шара, который в холодном состоянии может пройти сквозь кольцо, а в горячем не проходит, члены Академии применяли цилиндр. Они показали также, что тепловое расширение жидкостей больше, чем твердых тел, и имели ясное понятие о теплоемкости.

Температурные шкалы

Иметь термометр и понимать, что он показывает это разные вещи. Поэтому одновременно с изобретением разных типов термометров видоизменялись и температурные шкалы.

Абсолютная температура. Шкала Кельвина

Понятие абсолютной температуры было введено У. Томсоном (Кельвином), в связи с чем шкалу абсолютной температуры называют шкалой Кельвина.

Используемые в быту температурные шкалы не являются абсолютными и поэтому неудобны при проведении экспериментов в условиях, когда температура опускается ниже точки замерзания воды, из-за чего температуру приходится выражать отрицательным числом. Шкала Кельвина лишена этого недостатка.

Температуре замерзания воды при стандартном атмосферном давлении соответствуют 273,15 К или 0 °C или 32 F.