История создания термометров. Виды современных приборов для измерения температуры

История создания термометра начинается много лет назад. Люди всегда хотели иметь приспособление, позволяющее измерять величину нагрева или охлаждения определенного объекта. Такая возможность появилась в 1592 году, когда Галилей сконструировал первый прибор, позволивший определять изменение температуры.

Данное приспособление, состоявшее из стеклянного шарика и припаянной к нему трубки было названо термоскопом. Конец трубки помещали в сосуд с водой, а шарик подвергали нагреву. При прекращении нагрева, давление внутри шарика падало, и вода поднималась по трубке под действием атмосферного давления. При повышении температуры происходил обратный процесс, и уровень воды в трубке понижался. Шкалы у прибора не было, и точные значения температуры по нему установить было невозможно. Впоследствии флорентийские ученые устранили этот недостаток, вследствие чего измерения стали точнее. Так и был создан прототип первого термометра.

Вначале следующего столетия известный флорентийский ученый, ученик Галилея, Эванджелиста Торричелли изобрел спиртовой термометр. Как всем нам хорошо известно, шарик в нем расположен под стеклянной трубкой, а вместо воды используется спирт. Показания этого прибора не зависят от атмосферного давления.

Изобретение первого ртутного термометра Д.Г. Фаренгейтом датируется 1714 годом. За нижнюю точку своей шалы он принял 32 градуса — что отвечало температуре замерзания солевого раствора, а за верхнюю- 2120- температуру кипения воды. Шкала Фаренгейта и в наше время используется в Соединенных Штатах.

В 1730 году ученым из Франции Р.А. Реомюром была предложена шкала, крайними точками в которой являлись температуры кипения и замерзания воды, причем температура замерзания воды принималась за 0 градусов шкалы Реомюра, а температура кипения — за 80 градусов. В настоящее время шкала Реомюра практически не используется.

Спустя 28 лет шведский исследователь А.Цельсий разработал свою шкалу, где за крайние точки, как и в шкале Реомюра, были приняты температура кипения и замерзания воды, однако промежуток между ними делился не на 80, а на 100 градусов, причем изначально градуировка шла сверху вниз, то есть температура кипения воды принималась за ноль, а замерзания воды за сто градусов. Неудобство подобного деления вскоре стало очевидно, и впоследствии Штреммер и Линней поменяли крайние точки шкалы местами, придав ей привычный нам вид.

В середине XIX века британский ученый Вильям Томсон, известный как лорд Кельвин, предложил шкалу температур, нижней точкой которой было -273,15 0С — абсолютный нуль, при этой величине не происходит движения молекул.

Так можно вкратце описать историю создания термометра и температурных шкал. В настоящее время наиболее широко распространены термометры со шкалой Цельсия, в США до сих пор используется шкала Фаренгейта, а в науке наиболее популярна шкала Кельвина.

На сегодняшний день существует множество конструкций термометров, приборов измеряющих температуру, основываясь на различных физических свойствах и широко применяемых в быту, науке и производстве.

Следующий материал

Содержание

История создания термометра не менее интересна, чем создание паровой машины, радио или атомной бомбы. Ранний период развития градусников при этом, к сожалению, малоизвестен широкой аудитории.

Изобретатели первых термометров

Точно сказать, кто именно изобрел термометр, уже вряд ли возможно. И дело не только в том, что сохранилось мало источников. Причина еще серьезнее: часто под термометрами понимают совсем разные приборы. Не сразу удалось добиться высокого качества и отличного уровня измерений. На 100% достоверно известно только одно: честь изобретения устройства для измерения температуры приписывается как минимум 8 людям.

Среди них, к примеру, английский алхимик и участник многих тайных обществ Роберт Фладд. «Конкурирует» с ним французский гидротехник, разработчик паровых машин, пневматических устройств, а также по совместительству и архитектор Саломон де Каус. Еще надо указать, что история создания термометра запутывается из-за того, что над ним одновременно работали многие специалисты. Одни старались измерять температуру воды, другие — температуру воздуха, а третьи создавали медицинское оборудование.

Самым известным человеком, с которым связано происхождение термометрии, является Галилей. По его собственным трудам этого не скажешь: там никаких описаний подобной техники нет. Однако последователи итальянского ученого упоминают, что в 1597 году он продемонстрировал им термоскоп. По другим источникам получается разброс от 1592 до 1600 года. Эффект расширения тел при нагреве использовался и раньше. Новация в изобретении Галилея состояла в том, что это расширение указывало на изменение температуры. Правда, хоть на какую-нибудь количественную характеристику тут рассчитывать не приходилось.

Выглядела эта оригинальная разработка как шарик из стекла, к которому припаивали стеклянную трубку. Внутри находился воздух. Об использовании воды, спирта или ртути знаменитый итальянец почему-то не подумал. Некоторые эксперты полагают, что на том уровне техники это было еще невозможно.

Соотечественник Галилея — Санторио — создал термометр для измерения температуры человеческого тела. Но и здесь проявилось несовершенство технологий. Сотрудник университета Падуи смог сделать только громоздкое устройство, которое удалось поставить лишь во дворе дома. Этот градусник выглядел как шар с удлиненной извилистой трубкой. Он уже предвосхищал типичные черты позднейших термометров: появились деления и окрашенная жидкость в трубке. Аппарат датируется 1626 годом.

В 1657 году появился усовершенствованный вариант термоскопа Галилея. Одной из добавок стала шкала, которую делали из бусин. Стоит учитывать, что все ранние изобретатели создавали термометры воздушного типа. Поэтому показания приборов сильно зависели не только от реальной температуры, но и от давления атмосферного столба. В 1667 году появились градусники на основе воды. Это решение уже меньше страдало от перепадов давления, однако жидкость застывала, и поэтому вскоре перешли к использованию винного спирта.

Окончательно «победить» воздействие атмосферного давления удалось Эванджелиста Торричелли. Он придумал такую систему:

• наполнять термометр ртутью;
• переворачивать его;
• доливать слегка окрашенный спирт;
• запаивать трубку сверху.

Но просто возникновения идеи термометра было недостаточно. Проблемой на ранней стадии было то, что не удавалось найти правильные точки отсчета. Сначала полагали, что надо ориентироваться на субъективные ощущения «очень холодно» и «крайне жарко». Позднее стали искать другие ориентиры: кипение воды, таяние льда, растапливание сливочного масла. Именно в процессе поиска точек отсчета начался следующий этап создания приборов.

Этапы усовершенствования

Решающий шаг сделал Габриэль Фаренгейт. Он придумал форму, наиболее удобную для повседневного применения, и создал точную шкалу. Известно, что описание Фаренгейта опубликовано в 1723 году. Любопытно, что в самом начале немецкий физик работал со спиртовой шкалой. Но из-за ряда недостатков такого решения отдал предпочтение ртути. Шкала имела 3 ключевые точки:

• при 0° по Фаренгейту устойчиво существует смесь нашатырного спирта с водой и льдом (лед не тает, вода не замерзает);
• при 32° устойчиво существует водно-ледяная смесь;
• при 212° (и нормальном атмосферном давлении на уровне моря) вода неизбежно закипает.

Цельсий не просто предложил альтернативную, более удобную, чем у Фаренгейта, шкалу измерения температуры. Он гораздо точнее определил сами градусы. Правда, поначалу за 100° приняли таяние льда, а за нулевую точку — момент кипения воды. Для большего удобства шкалу перевернули; а вот кто это сделал — Штремер или сам Цельсий — неизвестно.

Но то, что создавалось для бытовых нужд, уже в XIX столетии было недостаточно для научных нужд. В 1848 году Томсон (будущий лорд Кельвин) доказал, что можно создать абсолютную температурную шкалу. Точкой отсчета в ней является —273,15° по шкале Цельсия. Охладить какое-либо материальное тело еще больше не получится.

В профессиональных физических лабораториях термометры со шкалой Кельвина используются едва ли не шире, чем устройства, измеряющие температуру по Цельсию или по Фаренгейту.

Медицинские компактные термометры впервые были созданы англичанином Томасом Олбатом. Ранее, еще в XVIII столетии, делались конструкции длиной 12 дюймов, или около 0,305 м.

Интересно: в нашей стране наибольшую роль в их внедрении сыграл Сергей Боткин.

Практически все термометры очень долгое время имели ртутную шкалу. Однако техника не стоит на месте — появились более совершенные и безопасные варианты.

Современные варианты

Первые изобретатели изготавливали термометры для себя самостоятельно. Но вскоре стало понятно, что ни этот подход, ни даже ремесленные мастерские уже не позволяют обеспечить потребности людей. По мере развития технологии, а особенно после появления развитой промышленности, возникают специализированные предприятия. Современный термометровый завод может выпускать разные градусники. Такие устройства используют для измерения температуры за окном, для различных видов диагностики, медико-биологических исследований и многих других целей. Термометры нужны для разных агрегатов:

• газовых плит;
• автомобилей;
• отопительных котлов;
• электростанций;
• летательных аппаратов;
• морских судов.

А также приборы часто применяются в быту. Их единственный производитель в России – ООО «Первый термометровый завод». Хотя ртутные термометры решено (согласно Минаматской конвенции 2013 года) вывести из оборота, они еще продолжают использоваться. Такая техника работает довольно просто и не зависит от электропитания.

Ртутные градусники дешевы. Однако они не только небезопасны, но и измеряют температуру долго: ждать придется от 5 до 10 минут.

Более современное решение — электронный медицинский термометр. Электропроводность металлического наконечника меняется в зависимости от температуры. Специальный датчик фиксирует это изменение и по продуманному алгоритму переводит его в градусы. Электронная техника способна:

• запоминать последние измерения;
• обозначать звуком процесс замера или его окончание (в зависимости от модели);
• работать со сменными и гибкими наконечниками для наибольшей гигиеничности;
• измерять температуру очень точно.

Чтобы правильно применять такое устройство, придется основательно изучить инструкцию.

Кроме того, электронный термометр зависит от элементов питания: понадобится менять батарейки раз в 3—5 лет. Использовать устройство можно как в больнице или поликлинике, так и в домашних условиях. Электронные термометры стоят дороже ртутных, но улучшенные характеристики себя оправдывают.

Волоконно-оптические и термоэлектрические приборы имеют наивысший уровень точности, они нужны преимущественно для лабораторных нужд. В различных сферах применяют:

• газовые;
• биметаллические;
• инфракрасные;
• конденсационные термометры.

В бесконтактном режиме может работать пирометр, он же оптический термометр. Такие устройства могут измерять самый широкий диапазон температур: верхняя планка достигает 3000°. У некоторых моделей этот показатель скромнее, потому что они нужны для медицинских целей.

Об истории создания термометра смотрите далее.

Используемые источники:

• https://xn—-dtbjalal8asil4g8c.xn--p1ai/priboryi/termometr.html
• https://aif.ru/health/life/istoriya_sozdaniya_termometra_kak_pridumali_pervyy_gradusnik
• https://stroy-podskazka.ru/termometr/istoriya-sozdaniya/