Termometras

Termometras – prietaisas matuojantis temperatūrą. Žodis termometras kilo iš dviejų graikų kalbos žodžių: thermo – šiluma ir meter – matas.
Kad termometras gerai veiktų, jo šiluminė talpa turi būti mažesnė už objekto, kurio temperatūrą norima išmatuoti. Kadangi priešingu atveju matavimo veiksmas gali pakeisti pačio objekto temperatūrą.

Termometro istorija

Iki termometro išradimo žmonės apie temperatūrą galėdavo pasakyti tik tai, jog yra šalta arba karšta.

Galilėjaus orinis termoskopas

Termometrą išrado Galileo Galilėjus 1592 m. Pirmasis termometras dar buvo be skalės ir pavadintas termoskopu. Termoskopą sudarė nedidelis tuščiaviduris stiklinis rutulys (apie 8 mm skersmens), kurio atviras galas buvo prilydytas prie stiklinio vamzdelio (apie 1 mm skersmens). Rutulį įkaitinus laisvas vamzdelio galas patalpinamas į vandenį. Rutuliui vėstant mažėja jo viduje esančio oro slėgis, todėl vanduo, veikiamas išorinio atmosferos slėgio ima kilti į viršų. Todėl mažėjant temperatūrai vanduo vamzdeliu kildavo į viršų, o temperatūrai didėjant – leisdavosi žemyn. Toks termometras galėjo veikti tik esant teigiamai temperatūrai.
Vėliau Florencijos mokslininkai dar patobulino šį Galilėjaus termoskopą – pagamino paprastą skalę ir išsiurbė iš rutulio orą.

Toričelio spiritinis termoskopas

XVII amžiuje Florencijos mokslininkas Toričelis (Torricelli) orinį termoskopą pakeitė į spiritinį. Įrenginys buvo apverstas rutuliu žemyn, pašalintas indas su vandeniu, o stiklinis vamzdelis pripiltas spirito. Veikimo principas pagrįstas spirito plėtimusi jį kaitinant. Tokių būdu temperatūros parodymai nebepriklausė nuo atmosferos slėgio. Tai buvo vienas iš pirmųjų skysčių termometrų.

Termometro skalės gradavimas

1694 m. Karlas Rinaldinis (Carlo Rinaldini) pasiūlė temperatūros skalės gradavimui naudoti du atraminius taškus – vandens šalimo ir virimo temperatūras.
Pirmojo termometro su skale išradėju laikomas Sanktorijus. Jis 1615 m. termoskopui pritaikė sunumeruotų padalų skalę, taigi pagamino pirmąjį oro termometrą. Šio termometro tikslumas buvo labai menkas, nes jam nemažą įtaką turėjo atmosferos slėgis.

Farenheito skalė

1709 m. vokiečių fizikas Gabrielis Danielis Farenheitas pagamino alkoholio termometrą, o 1714 m. alkoholį pakeitė gyvsidabriu. 1724 m. jis savo termometrui pridėjo ir skalę. Vandens užšalimo ir virimo temperatūros taškų skirtumą išradėjas padalijo į 180 laipsnių. Jo skalėje užšalimo temperatūra 32 °F, vandens virimo temperatūra buvo 212 °F. Tik nedaugelis šalių, tarp jų ir JAV, vartoja Farenheito skalę temperatūrai matuoti.

Reomiūro skalė

Dar viena skalė 1730 m. buvo sudaryta prancūzo mokslininko Reomiūro. Jis atlikinėjo eksperimentus su spiritiniu termometru ir priėjo išvados, jog termometro skalę galima graduoti pagal spirito šiluminį plėtimąsi. Nustatęs, jog jo naudojamas spiritinis tirpalas, sumaišytas su vandeniu santykiu 5:1, plečiasi santykiu 1000:1080, kai temperatūra keičiasi nuo vandens užšalimo iki užvirimo, mokslininkas pasiūlė naudoti skalę, graduotą laipsniais nuo 0 iki 80. Šiuo atveju 0°R atitinka vandens užšalimo temperatūrą, o 80°R – virimo temperatūrą.

Celsijaus skalė

Švedų astronomas Andersas Celsijus 1742 m. pasiūlė skalę su fiksuotais atskaitos taškais. Joje vandens virimo taškas 0 °C, o užšalimo taškas 100 °C. Po metų prancūzas Jean Pierre Cristin šią skalę pakeitė į atvirkštinę (užšalimo taškas 0 °C, virimo taškas 100 °C). Toks žymėjimas išliko iki šiol. Šiuo metu pasaulyje paplitusi būtent ši skalė.

Kitos nepaplitusios skalės

M. V. Lomonosovas pasiūlė naudoti skalę, sugraduotą į 150 laipsnių tarp vandens šalimo ir virimo temperatūrų; I. G. Lambertas sukūrė orinį termometrą su skale 375 laipsniams – kur vienu laipsniu buvo laikoma 1/1000 oro tūrio išsiplėtimo dalis. Tokių skirtingų temperatūros skalių XVIII a. pab. buvo netoli 20. Tačiau jų visų bendras bruožas tas, jog atraminiai taškai pasirinkti laisvai kaip kažkokio proceso savybės, kol Kelvinas pasiūlė absoliutinę termodinaminę skalę.

Absoliuti Kelvino skalė

1848 m., Kelvinas iš Škotijos pasiūlė temperatūros skalę, kurioje 0 K laikomas absoliučiu nuliu, kai negalimas joks molekulių judėjimas.
Jis nesiūlė naujos gradacijos, tačiau pasiūlė perkelti Celsijaus skalės nulį. Vandens užšalimo temperatūra ~273 K, vandens virimo temperatūra ~373 K. Kelvinas yra standartinis SI sistemos temperatūros matavimo vienetas. Nurodant SI vienetus nenaudojami specifiniai ženklai, todėl Kelvinai žymimi raide „K“ ir nenaudojamas laipsnio ženklas „°“.
Mokslininkai naudoja Kelvino arba Celsijaus skalę. Temperatūrų skirtumas išmatuotas šiomis skalėmis sutampa.
Temperatūrų skirtumas: 1 °F = 0,56 °C = 0,56 K