Термометр галилея. Кто изобрел термометр. Увлекательная физика: изобретение термометра
Современные термометры кажутся чем-то привычным и обыденным. И мало кто задумывается, что еще сравнительно недавно температуру окружающих предметов, воды и воздуха приходилось определять лишь по ощущениям. Человек мог только сказать, тепло сегодня или холодно, но точно определить температуру было нечем.
Средние века стали эпохой, и возрос интерес к науке и точным измерениям. Математика с ее методами количественной оценки явлений прочно заняла положение «царицы наук». Люди научились довольно точно измерять объем и вес самых разных предметов. И только температура долгое время не поддавалась измерению. И это не вызывает удивления, ведь ни увидеть, ни оценить объективно эту характеристику материальных предметов обычным способом невозможно.
Термоскоп Галилея
Удача в самом конце XVI столетия улыбнулась одному из величайших умов своего времени, итальянцу Галилео Галилею. Он широко известен своими открытиями в астрономии, а также тем, что разработал и воплотил в жизнь ряд очень полезных приборов. Галилея считают также одним из создателей современной механики.
В рукописях ученого исследователи отыскали изображения прибора, названного термоскопом, а также описание экспериментов, проведенных с помощью этого диковинного по тем временам инструмента.
Прообраз современного термометра в исполнении Галилея представлял собой сделанный из стекла шар, к которому была припаяна стеклянная же трубка. Проводя свои опыты, Галилей согревал стеклянный шар , а затем переворачивал его, погружая свободный конец трубочки в емкость с подкрашенной жидкостью.
Когда шар понемногу остывал, объем воздуха в нем становился меньше. Место воздуха занимала , которая поднималась по стеклянной трубке. В термоскопе Галилея рабочим агентом была не ртуть, а вода. Такая конструкция термометра давала возможность судить о том, насколько нагрето то или иное тело по сравнению с предметом.
Но точность измерений была в то время достаточно низкой, поскольку прибор Галилея зависел от атмосферного давления.
Через полвека другие исследователи и изобретатели существенно усовершенствовали первый термоскоп, добавив к прибору шкалу. Если об объекте можно было сказать, холоднее или горячее он, чем другой предмет, то теперь появилась возможность выяснить степень различий в температуре. Разумеется, приборы для температуры были очень несовершенными и очень сильно отличались от тех удобных и точных устройств, которыми человечество широко пользуется сегодня.
До того как был придуман первый термометр, температуру измеряли на ощупь. Ни о какой точности измерений речь даже не шла. И так продолжалось довольно долго, пока в 1597 г. Галилео Галилей не придумал первый прибор для измерения температуры.
Термоскоп Галилея
Прибор Галилея был очень простым. Он состоял из стеклянной трубки, к концу которой был припаян стеклянный шарик. Немного подогрев шарик, свободный конец трубки Галилей опускал в сосуд с водой. Когда воздух в шарике остывал, давление воздуха в нём становился меньше, и вода под воздействием атмосферного давления поднималась вверх по трубке. И в зависимости от того, на какую высоту поднималась вода, можно было определить температуру. Этот прибор назвали термоскопом . Конечно, он тоже показывал весьма приблизительные значения температуры. Кроме того, его показания зависели от величины атмосферного давления.
В 1657 г. термоскоп Галилея усовершенствовали флорентийские учёные. Они откачали воздух из стеклянного шарика и сделали шкалу из бусин. Показания термоскопа Галилея были приблизительными: высокая температура, низкая температура. Теперь же значения температуры измерялись более точно: одна бусинка, две бусинки и т. д.
Немного позже, в 1700 г., флорентийский учёный Торричелли перевернул термоскоп, а трубку с шариком заполнил подкрашенным спиртом. Кроме того, он удалил сосуд с водой. Новый прибор уже не зависел от атмосферного давления. Это был прообраз современного термометра.
Разновидности шкалы отсчёта
Но существовала одна проблема. Никто не знал, какую точку брать за начало отсчёта и как градуировать шкалу. Первый шаг в этом направлении сделал немецкий физик Даниель Габриель Фаренгейт. В 1714 г. он придумал температурную шкалу. Вместо подкрашенного спирта Фаренгейт налил в трубку с шариком ртуть, откачал из трубки воздух и запаял её. Самой холодной, но ещё находящейся в жидком состоянии, была смесь поваренной соли и льда. Фаренгейт поместил трубку с шариком в эту смесь. А высота столбика ртути на шкале была отмечена как 0 градусов. Следующей точкой на шкале Фаренгейта была точка 32 градуса. Она соответствовала температуре, при которой таял обычный лёд без соли. Затем было отмечена точка 96 градусов. Это была температура человеческого тела. Вода по шкале Фаренгейта кипела при температуре 212 градусов.
Разные учёные предлагали различную градуировку термометров. Так, французский физик Рене Антуан Реомюр исследовал тепловое расширение спирта. Если спирт смешать с водой в соотношении 5:1, то при нагревании от точки замерзания до точки кипения воды спирт расширяется в пропорции 1000:1080 . Реомюр предложил шкалу на спиртовом термометре, где за нулевую точку отсчёта 0 о R принималась температура, при которой таял лёд. А температура, при которой закипала вода, равнялась 80 о R .
Но впервые принимать за основные точки отсчёта на шкале термометра точку таяния льда и точку кипения воды предложили в 1665 г. голландский физик Христиан Гюйгенс и английский физик Роберт Гук.
Шведский астроном Андерс Цельсий в 1742 г. придумал свою шкалу на ртутном термометре Фаренгейта. В отличие от современного термометра, ноль градусов на шкале Цельсия соответствовал точке кипения воды. А температуру таяния льда Цельсий принял за 100 градусов.
Вот в таком виде термометр Цельсия и дошёл да наших дней. Разница только в том, что у современного термометра шкала перевёрнута по отношению к шкале Цельсия. Точка таяния льда принимается за 0 о, а температура кипения воды равняется 100 о по Цельсию. И «перевернули» шкалу Цельсия астроном Мортен Штремер и ботаник Карл Линней.
Во всех описанных случаях точка отсчёта шкалы термометра устанавливалась произвольно. В 1848 г. английский учёный лорд Кельвин предложил понятие «абсолютный нуль». Абсолютным нулём он считал температуру, при которой прекращалось движение молекул. Абсолютный нуль соответствует -273,15 о по шкале Цельсия.
Сегодня в большинстве стран принято использовать термометры со шкалой Цельсия. В некоторых англоязычных странах до недавнего времени применялась шкала Фаренгейта. В США ею пользуются до сих пор. А в научных исследованиях применяется шкала Кельвина.
Термометр Галилея
Термометр Галилея - запаянный стеклянный цилиндр , наполненный жидкостью , в которой плавают стеклянные сосудики-буйки. К каждому такому сферическому поплавку прикреплена снизу золотистая или серебристая бирка с выбитым на ней значением температуры. В зависимости от размера термометра количество поплавков внутри бывает от 3-х до 11-ти. В настоящее время термометр представляет эстетическую ценность в качестве эффектного предмета интерьера.
История изобретения [ | ]
Термометр Галилея вблизи
Название происходит от имени итальянского физика Галилео Галилея , который в 1592 году изобрел термоскоп , ставший прародителем всех термометров . Согласно одним источникам, сам Галилей имел весьма косвенное отношение к созданию этого прибора, который чаще используется в качестве сувенира , по другим данным, мир этим изобретением конца 16 века обязан именно Галилею .
Принцип действия [ | ]
Поплавки по-разному наполнены жидкостью таким образом, что их средняя плотность различна: самая маленькая плотность у верхнего, самая большая - у нижнего, но у всех близка к плотности воды, отличаясь от неё незначительно. С понижением температуры воздуха в помещении соответственно понижается температура воды в сосуде, вода сжимается, и плотность её становится больше. Известно, что тела, плотность которых меньше плотности окружающей их жидкости, всплывают в ней. При понижении температуры в помещении плотность жидкости в цилиндре увеличивается, и шарики поднимаются вверх один за другим, при повышении - опускаются. Такой эффект достигается за счет очень высокой точности изготовления термометров. Все шарики калибруются по температуре всплытия в интервале 0,4 °С. Диапазон температур, измеряемых термометром, находится в районе комнатной температуры: 16-28°, шаг: 1 °С. Текущее значение температуры определяется по нижнему из всплывших шариков.