Из истории термометрии

Что такое термометр, мы знаем с малых лет. А известно ли вам, что термометрия – наука об измерении температуры – составляет целый раздел физики и уходит корнями в глубь тысячелетий?

Изобретению термометра предшествовало создание термоскопа – прибора, который отмечал изменение температуры (см. рисунок). При потеплении воздух внутри шара расширялся и вытеснял воду из шара в трубку с открытым концом. По изменению уровня воды и судили об изменении температуры. В XVII веке термоскопы стали изготавливать в виде запаянной трубки, заполненной ртутью или спиртом. С этого момента показания термоскопов перестали зависеть от атмосферного давления. Опыты с ними стали всеобщим увлечением; ими даже украшали комнаты. Но, чтобы термоскоп стал термометром, нужно было научиться выражать его показания в виде числа, то есть изобрести шкалу. Как это сделать? Разные ученые поступали по-разному.

Известно, что соль, смешанная со льдом, разъедает его, частично превращая в воду. При этом смесь сильно охлаждается. Исследуя это явление, американец Д. Фаренгейт обнаружил, что температура смеси постоянна и не зависит от количества льда и соли. Температуру этой смеси он и принял за 0 °F (читается: ноль градусов по Фаренгейту). За 100 °F он принял температуру тела человека.

Француз Р. Реомюр предложил в качестве нуля градусов принять температуру замерзания воды. Температуру кипения воды он принял за 80 °R (читается: восемьдесят градусов по Реомюру).

Проверку шкалы Реомюра выполнял швед А. Цельсий. Он, в частности, писал: «Эти опыты я повторял два года, во все зимние месяцы, при различной погоде и разнообразных показаниях барометра, и всегда находил точно такую же точку на термометре. Я помещал термометр не только в тающий лед, но и в снег, когда он начинал таять. Я помещал также котел с тающим снегом вместе с термометром в топящуюся печь и всегда находил, что термометр показывал одну и ту же точку, если только снег лежал плотно вокруг шарика термометра».

Итак, Цельсий установил важное явление – постоянство температуры смеси воды и льда. Далее он принялся за исследование температуры кипения воды. Он, в частности, обнаружил, что она зависит от наличия примесей и внешнего давления. Чем оно было больше, тем при более высокой температуре закипала вода. А в горах, например, где давление низкое, вода закипает при меньшей температуре.

Усилиями А. Цельсия и другого шведского ученого, К. Линнея, была создана шкала, которой мы пользуемся и сегодня. В ней имеются две постоянные точки: 0 °С – температура сосуществования воды и льда, 100 °С – температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Расстояние между этими так называемыми реперными точками, поделенное на 100 равных частей, называется градусом шкалы Цельсия (лат. «градус» – шаг, ступень).

Как видите, ученые XVIII века называли температурой то, что показывал их собственный термометр. В разных странах были приняты различные температурные шкалы, что создавало путаницу и затрудняло развитие науки. Единство измерений температуры стало возможным лишь в XIX веке, благодаря усилиям англичанина У.Томсона (лорда Кельвина). Он вошел в историю физики тем, что ввел так называемую абсолютную шкалу температуры.

Она была построена теоретически, исходя из предположения, что существует абсолютный ноль температуры, ниже которого температура никакого тела не может опуститься. По шкале Цельсия он равен –273 °С. Один градус шкалы Кельвина был назван Кельвином и принят равным 1 °С. Эта шкала успешно применяется в науке и технике, и является основной температурной шкалой в современной физике.