Termomeeter

Termomeeter on mõõteriist, millega mõõdetakse temperatuure. Temperatuuri mõõtmiseks peab termomeeter olema viidud mõõdetava objektiga soojuslikku kontakti. Sõna võttis prantsuskeelsena (thermometre, praeguses kirjaviisis thermomètre) 1624 kasutusele Jean Leuréchon. Ta moodustas need vanakreeka sõnadest thermos 'soe' ja metron 'mõõt'. Üldkeeles nimetatakse termomeetrit kraadiklaasiks. On teada, et õhutemperatuuri erinevusi mõõtis õhktermoskoobiga 4. sajandil eKr Philo Bütsantsist ja 3. sajandil eKr ehitas Ctesibius vedeliktermoskoobi. Galileo Galilei ehitas oma temperatuuri mõõtmise seadme umbes 1597. aastal. Sellel ajal nimetati seda seadet õhktermoskoobiks. 1611. aastal kalibreeris Galilei termoskoobi Sanctorius, võttes miinimumpunktiks lume sulamise ja maksimumiks küünla leegi temperatuuri. Esimesed teated vesitermomeetrist pärinevad aastast 1632, selleks on Jan Rey vedeliktermobaromeeter. Alkohol- ehk piiritustermomeetri valmistas 1650. aastal Toscana hertsog Ferdinand II. Elavhõbetermomeeter on olemas 1657. aastast. Aastal 1672 valmistas Hubin elavhõbe-vasknitraattermomeetri. 1695. aastal katsetas Guillaume Amontonsi oma kolme vedeliktermomeetrit. 1701. aastal fikseeris taanlane Ole Christensen Rømer termomeetri püsipunktid, milleks on vee keemine, mis võrdub 60 ühikuga, ja vee külmumine, mis on võrdne −75 ühikuga. Termomeetreid eristatakse nii ehituse kui temperatuuri mõõtmise tehnika poolest. Termomeetreid võib liigitada järgmiselt: klaastermomeetrid (vedeliktermomeetrid), manomeetrilised termomeetrid, dilatomeetrilised termomeetrid, termoelektrilised termomeetrid, kiirgustermomeetrid (püromeetrid), bimetalltermomeetrid. Termomeetrid, mis säilitavad pärast seadistamist esinenud miinimum- või maksimumnäidu, on vastavalt miinimum- ja maksimumtermomeetrid. Maksimumtermomeeter on ka inimese ja loomade kehatemperatuuri mõõtmiseks mõeldud meditsiiniline termomeeter ahk rahvakeeles kraadiklaas. Igal termomeetril on oma mõõtepiirkond. Kehatemperatuuri mõõtmiseks mõeldud kraadiklaasil on see tavaliselt 35...42 °C. Termomeetri temperatuuriskaala astmik põhineb mingil kindlal füüsikaseadusel: Rømeri, Fahrenheiti, Réaumuri ja Celsiuse termomeetrite skaalad soojuspaisumisel ning Kelvini ja Rankine'i skaalaga termomeetrid termodünaamika II seadusel. Mõnedes riikides kasutatakse Daniel Gabriel Fahrenheiti poolt 1714. aastal loodud skaalaga termomeetreid. Nendel termomeetritel on skaala jaotatud Fahrenheiti kraadideks ja sümboliks on °F. Fahrenheiti termomeetreid oli ka Eestis kasutusel kuni 1940. aastani. 1 °F = °C × (9/5) + 32 René-Antoine Ferchault de Réaumuri piiritustermomeetri skaala on jagatud 80 võrdseks osaks ehk Réaumuri kraadiks. See skaala võeti kasutusele 1730. aastal ja sümboliks on °Re. Réaumuri skaalal on jää sulamistemperatuur 0 kraadi ja vee keemistemperatuur 80 kraadi. 1 °C = 0,8 °Re 1742. aastal võttis Anders Celsius kasutusele sajaks jaotatud skaalaga termomeetri, millel vee keemispunkt on 0 ja jää sulamispunkt −100 kraadi. Kuna sellist skaalat oli praktikas ebamugav kasutada, keeras Karl Linne 1745. aastal selle skaala ringi, võttes jää sulamistemperatuuri võrdseks 0 kraadiga ja vee keemispunkti +100 kraadiga. Sellisest termomeetrist on saanud kõige enam kasutatava skaalaga termomeeter, sümboliks °C. Celsiuse skaala on Fahrenheiti skaalaga seotud järgmise valemiga: 1 °C × (9/5) – 32 = 1 °F 1851. aastal võttis inglise füüsik William Thomson (lord Kelvin) kasutusele absoluutse temperatuuriskaalaga ehk Kelvini skaalaga termomeetri, mis kuulub termodünaamilise skaalaga termomeetrite hulka. Absoluutse temperatuuriskaala järgi saab temperatuur olla ainult positiivne. Kelvini kraadist, mille sümboliks on K, on saanud ka SI-süsteemi temperatuuri mõõtühik kelvin. Üks kelvini skaala jaotis on võrdne ühe Celsiuse skaala jaotisega: 1 K = 1 °C Kelvini skaala on Celsiuse skaalaga seotud järgmiselt: K = °C + 273,15 William John Macquorn Rankine'i 1859. aastal kasutusele võetud termodünaamiline temperatuuriskaala on samasuguse jaotusega nagu Fahrenheiti skaala, kuid Rankine'i skaala nullpunkt on ühtlasi absoluutseks nullpunktiks. Vee kolmikpunkt on sellel skaalal 491,688 °R. Rankine'i temperatuuri sümboliks on °R, vahel ka °Ra. Kelvin ja Rankine'i kraad on omavahel seotud järgmiselt: 1 K = 9/5 °R ja Celsiuse kraadiga järgmiselt: 1 °C = 5/9 °R – 273,15 Celsiuse skaala võeti 1927. aastal esimese praktilise temperatuuriskaala aluseks. Praegu kehtiv praktiline temperatuuriskaala võeti vastu 1990. aastal (International Temperature Scale of 1990 ehk ITS-90), mis on järjekorras seitsmes. Rahvusvaheline praktiline temperatuuriskaala, mille sisuks on 17 loodusliku etaloniga võrdluspunkti (referentspunkti) vahemikus 3 K kuni 1358 K, mis on sobitatud 17 punktis Celsiuse skaalasse. Võrdluspunktideks on madalatel temperatuuridel gaaside kolmikpunktid ja kõrgetel metallide sulamistemperatuurid. Viimane vastuvõetud temperatuuriskaala defineerib nii rahvusvahelise Kelvini temperatuuri, mille tähiseks on T 90 {\displaystyle T_{90}} ja sümboliks K, kui ka rahvusvahelise Celsiuse temperatuuri, mille tähiseks on t 90 {\displaystyle t_{90}} ja sümboliks °C. Ühtlasi seotakse need kaks skaalat omavahel: t 90 {\displaystyle t_{90}} /°C = T 90 {\displaystyle T_{90}} /K – 273,15 Vee keemistemperatuurid normaaltingimustes on eri skaaladel järgmised: Kelvini skaalal 373,1 K Celsiuse skaalal 100 °C Fahrenheiti skaalal 212 °F Réaumuri skaalal 80 °R Klaastermomeeter koosneb vedelikureservuaarist ja selle küljes olevast ühtlase siseläbimõõduga paisumistorust. Anum täidetakse paisuva ainega, mis võib olla elavhõbe, etanool, metüülbenseen või ka vedel gallium. Reservuaar koos skaalaga varustatud toruga on klaaskestas, mis võib vastavalt vajadusele olla mitmesuguse kuju või suurusega. Klaastermomeetrite mõõtepiirkond on vahemikus −80 °C – +600 °C, galliumtermomeetritel aga kuni +1200 °C. Manomeetriline termomeeter koosneb kinnisest süsteemist, mille põhiosadeks on termoballoon, ühendustorustik (suvalise pikkusega) ja temperatuuri ühikutesse gradueeritud skaalaga manomeeter. Manomeetriga mõõdetakse süsteemi täitva aine rõhku. Täiteaineks on enamasti vedelik või aur. Eriti täpsete mõõtmiste puhul kasutatakse täiteaineks gaasi. Termomeetri suletud ruumis oleva jääva ruumala korral sõltub rõhk ainult temperatuurist mõõtekohas. Manomeetriliste termomeetrite mõõtepiirkond on 0 °C kuni +300 °C. Dilatomeetriline termomeeter ehk bimetalltermomeeter koosneb kahest erineva joonpaisumisega metallvardast või termobimetallist, ülekandemehhanismist, osutist ja temperatuuriskaalast. Erineva joonpaisumisteguri tõttu muudab bimetallvarras temperatuuri muutudes oma kuju ning liigutab ülekandemehhanismi abil osutit. Termoelektrilisi termomeetreid liigitatakse omakorda tajuri tüübi järgi. Tajuriks on harilikult termotakisti või termopaar. Termopaartermomeetrite puhul kasutatakse mõõteriistaks temperatuuri ühikutesse gradueeritud skaalaga millivoltmeetrit. Termopaar koosneb kahest eri metallist elektrijuhtmest (nt kulla ning raua sulam ja vask, vask ja konstantaan), mis ühendatakse ühest otsast kokku ja see liitekoht pannakse temperatuuri mõõtmise piirkonda. Termopaari vabade otste vahel tekkib termopinge, mis on otseses sõltuvuses temperatuurist liitekohas ja mida mõõdetakse millivoltmeetri või mõne muu mõõteriistaga. Täppismõõtmistel kasutatakse diferentsiaaltermopaari (kahte termopaari), mille ühte termopunkti hoitakse püsitemperatuuril, näiteks sulavas jääs. Eri tüüpi termopaaridega saab mõõta temperatuure vahemikus −270 kuni +2500 °C. Takistustermomeetrite puhul kasutatakse mõõteriistaks temperatuuri ühikutesse gradueeritud skaalaga logomeetrit või mõõtesilda. Tänapäeva levinuimad termomeetrid on elektroonsed termomeetrid, mille töö põhineb p-n-siirde pingelangu temperatuurisõltuvusel. Sellised on näiteks enamik meditsiinilisi termomeetreid. Püromeeter Temperatuuriandur Takistustermomeeter EKSS Fahrenheit, Réaumur, Celsius, Kelvin: Termomeetri saamislugu, Forte, 2. august 2013