|
Изобретение термометра
О том, что такое теплота, ученые начали задумываться очень давно. Еще древнегреческие философы размышляли над этим вопросом. Но ничего, кроме самых общих предположений о сущности тепловых явлений, имевших часто прямо-таки фантастический характер, они высказать не смогли. Позже, в средние века, также не было высказано почти никаких разумных идей о природе теплоты.
Учение о тепловых явлениях начинает развиваться только с середины XVIII в. Толчком для начала развития этого учения явилось изобретение термометра — первого прибора для тепловых измерений.
Много ученых трудилось над изобретением термометра. Первым из них был Галилео Галилей.
В конце XVI в. Галилей заинтересовался тепловыми явлениями. Он решил устроить прибор, который мог бы показывать «нагретость» тел. Мы говорим «нагретость», потому что в то время понятия температуры не существовало.
Для измерения нагретости тела Галилей решил воспользоваться свойством воздуха расширяться при нагревании. Это свойство воздуха было известно еще древнегреческим ученым, и Галилей хорошо знал его. Он взял тонкую стеклянную трубку, один конец которой заканчивался шаром, и опустил другой открытый конец в сосуд с водой (См.рис.). При этом он добивался такого положения, чтобы вода частично заполнила трубку. Этого он мог достигнуть различными способами. Например, он мог сильно нагреть воздух в стеклянном шаре и затем опустить трубку в воду или заранее набрать в трубку вода и т. д. Теперь, когда воздух в шаре нагревался или охлаждался, уровень воды в трубке опускался или поднимался, а по уровню воды можно было судить о «нагретости» тела.
Прибор Галилея был очень несовершенен. Во-первых, он не был проградуирован, на трубке не были нанесены деления.
Во-вторых, и это главное, даже если бы Галилей снабдил изобретенный им прибор шкалой, то и тогда его показания были бы неточны. Действительно, ведь уровень воды в трубке зависел не только от температуры воздуха в стеклянном шаре, но и от атмосферного давления, которое, как мы знаем, заметно меняется.
После Галилея многие ученые и изобретатели занимались изобретением приборов, с помощью которых можно было бы определить тепловое состояние тел. Постепенно устройство приборов совершенствовалось, и по своему виду они все больше приближались к современному термометру. В качестве примера можно привести прибор, описанный в трудах одной из самых первых научных академий — Флорентийской академии опыта, организованной в 1657 г. и просуществовавшей десять лет.
Описанный в этих трудах прибор представлял собой стеклянную трубку, оканчивающуюся внизу шариком. Верхний конец трубки был запаян (См. рис.). Шарик и часть трубки заполнялись спиртом, а вдоль трубки помещались бусинки, образуя шкалу для отсчета температуры. Показания этого прибора уже не зависели от величины атмосферного давления.
Были и другие термометры. В частности, одним из первых конструкторов был итальянский врач Санторио, который применял свой прибор для измерения температуры у больных. Это было, вероятно, первое практическое применение термометра.
Несмотря на успехи в конструировании термометров, эти приборы были еще весьма несовершенны: не было установлено общей температурной шкалы; она у различных термометров устанавливалась произвольно; разные термометры показывали при одних и тех же условиях неодинаковую температуру.
Впервые пригодные для практических целей термометры стал изготавливать мастер-стеклодув из Голландии Фаренгейт в начале XVIII в. К этому времени ученые уже знали, что некоторые физические процессы протекают всегда при одной и той же степени нагретости. Так, было замечено, что один и тот же термометр всегда дает одно и то же показание, если его опускать в смесь воды и льда или в кипящую воду. Поэтому физики уже предполагали, что лед плавится и вода кипит всегда при одной и той же температуре.(Тот факт, что температура кипения или плавления зависит от давления, был установлен позже.)
Термометр Фаренгейта имел вид такой же, как и современный простой термометр. В качестве расширяющегося тела Фаренгейт употреблял сначала спирт, а затем ртуть. Он пользовался различными шкалами. В последней его шкале основные температурные точки были следующие: первая температурная точка — температура смеси воды, льда и поваренной соли — 0° (это была, вероятно, наиболее низкая температура, которую в то время можно было получить искусственным путем). Вторая температурная точка — температура смеси льда и воды, т. е. температура таяния льда, — 32°.
Температура человеческого тела по шкале Фаренгейта получилась равной 96°. Эту температуру Фаренгейт считал третьей основной температурной точкой. Температуру кипения воды Фаренгейт не брал в качестве основной температурной точки. Будучи измерена по его шкале, она оказалась равной 180°.
Термометры, сделанные Фаренгейтом, приобрели известность и вошли в употребление. Ученые отмечали как наиболее важное качество термометров Фаренгейта то, что при одинаковых условиях они давали одно и то же показание.
Шкала Фаренгейта применялась в некоторых странах вплоть до нашего времени.
После Фаренгейта были предложены многие другие шкалы и конструкции термометров. Из всех этих шкал до нашего времени дошли две. Первая шкала: 0° — температура смеси воды и льда и 80° — температура кипения воды — была предложена французским ученым Реомюром в 1730 г. и носит его имя. Вторая шкала не совсем правильно носит имя шведского астронома Цельсия. Цельсий в 1742 г. предложил стоградусную шкалу температур, по которой за 0° принималась температура кипения воды, а за 100° — температура плавления льда. Современная стоградусная температурная шкала, носящая название шкалы Цельсия, была предложена несколько позже. Как известно, она вошла в употребление и применяется в настоящее время.
Заканчивая рассказ об изобретении термометра, нужно добавить, что уже Цельсий знал, что температура кипения воды и температура плавления льда зависят от давления воздуха, и поэтому для определения нижней (0°) и верхней (100°) точек смесь льда с водой и кипящую воду брали при нормальном атмосферном давлении.
После изобретения прибора для тепловых измерений физики смогли приступить к изучению тепловых явлений. Какие же тепловые явления стали изучаться прежде всего? Наибольшее внимание ученые XVIII в. уделили изучению расширения тел от нагревания и калориметрическим исследованиям.
Источник. "Физика в ее развитии" Б.И.Спасский. М:. Просвещение, 1979. с. 52.
