1. Історія розвитку термометрії

До винаходу такого буденного і простого для нашого повсякденного життя вимірювального приладу як термометр про тепловий стан люди могли судити тільки по своїм безпосереднім відчуттям: тепло або прохолодно, гаряче або холодно.

Історія термодинаміки почалася, коли в 1592 році Галілео Галілей створив перший прилад для спостережень за змінами температури, назвавши його термоскопом. Термоскоп представляв собою невеликий скляна кулька з припаяної скляною трубкою. Кулька нагрівали, а кінець трубки опускали у воду. Коли кулька охолоджувався, тиск у ньому зменшувався, і вода в трубці під дією атмосферного тиску піднімалася на певну висоту вгору. При потеплінні рівень води в трубки опускався вниз. Недоліком приладу було те, що по ньому можна було судити тільки про відносну ступеню нагріву чи охолодження тіла, так як шкали у нього ще не було.

Пізніше флорентійські вчені вдосконалили термоскоп Галілея, додавши до нього шкалу з намистин і відкачавши з кульки повітря.

У 17 столітті повітряний термоскоп був перетворений в спиртовій флорентійським ученим Торрічеллі. Прилад був перевернутий кулькою вниз, посудину з водою видалили, а в трубку налили спирт. Дія приладу грунтувалося на розширенні спирту при нагріванні, - тепер свідчення не залежали від атмосферного тиску. Це був один з перших рідинних термометрів.

На той момент показання приладів ще не узгоджувалися один з одним, оскільки ніякої конкретної системи при градуюванні шкал не враховувалося. У 1694 році Карло Ренальдіні запропонував прийняти в якості двох крайніх точок температуру танення льоду і температуру кипіння води.

У 1714 році Д. Г. Фаренгейт виготовив ртутний термометр. На шкалі він позначив три фіксовані точки: нижня, 32 ° F - температура замерзання сольового розчину, 96 ° - температура тіла людини, верхня 212 ° F - температура кипіння води. Термометром Фаренгейта користувалися в англомовних країнах аж до 70-х років 20 століття, а в США користуються і досі.

Ще одна шкала була запропонована французьким вченим Реомюром в 1730 році. Він робив досліди зі спиртовим термометром і прийшов до висновку, що шкала може бути побудована відповідно до тепловим розширенням спирту. Встановивши, що застосовуваний ним спирт, змішаний з водою в пропорції 5:1, розширюється відносно 1000:1080 при зміні температури від точки замерзання до точки кипіння води, вчений запропонував використовувати шкалу від 0 до 80 градусів. Прийнявши за 0 ° температуру танення льоду, а за 80 ° температуру кипіння води при нормальному атмосферному тиску.

У 1742 році шведський вчений Андрес Цельсій запропонував шкалу для ртутного термометра, в якій проміжок між крайніми точками був розділений на 100 градусів. При цьому спочатку температура кипіння води була позначена як 0 °, а температура танення льоду як 100 °. Однак у такому вигляді шкала виявилася не дуже зручною, і пізніше астрономом М. Штремером і ботаніком К. Ліннеєм було прийнято рішення поміняти крайні точки місцями.

М. В. Ломоносовим був запропонований рідинний термометр, що має шкалу з 150 поділками від точки плавлення льоду до точки кипіння води. І. Г. Ламберту належить створення повітряного термометра зі шкалою 375 °, де за один градус приймалася одна тисячна частина розширення об'єму повітря. Були також спроби створити термометр на основі розширення твердих тіл. Так в 1747 голландець П. Мушенбруг використовував розширення залізного бруска для вимірювання температури плавлення ряду металів.

До кінця 18 століття кількість різних температурних шкал значно збільшилася. За даними «Пілометріі» Ламберта на той момент їх налічувалося 19.

Температурні шкали, про які йшла мова вище, відрізняє те, що точка відліку для них була обрана довільно. На початку 19 століття англійським ученим лордом Кельвіном була запропонована абсолютна термодинамічна шкала. Одночасно Кельвін обгрунтував поняття абсолютного нуля, позначивши ним температуру, при якій припиняється тепловий рух молекул. За Цельсієм це -273,15 ° С.

Така основна історія виникнення термометра і термометричних шкал. На сьогоднішній день використовуються термометри зі шкалою Цельсія, Фаренгейта (у США), а також зі шкалою Кельвіна в наукових дослідженнях. В даний час температуру вимірюють за допомогою приладів, дія яких заснована на різних термометричних властивості рідин, газів і твердих тіл. І якщо в 18 столітті був справжній «бум» відкриттів в області систем вимірювання температури, то з минулого століття розпочалася нова пора відкриттів в області способів вимірювання температури. Сьогодні існує безліч пристроїв, застосовуваних у промисловості, в побуті, в наукових дослідженнях - термометри розширення і термометри манометричні, термоелектричні і термометри опору, а також пірометричні термометри, що дозволяють вимірювати температуру безконтактним способом.