НА прилавке. РУ

Как люди научились измерять температуру

Люди научились измерять температуру примерно 400 лет назад. Первый прибор, похожий на современные термометры, изобрел немецкий ученый по фамилии Фаренгейт в 1724 году. Хотя большую часть времени он занимался не наукой, а изготовлением стеклянных приборов.

Способ измерения температуры, предложенный Фаренгейтом, сейчас широко используется только в одной стране мира – в США. Поэтому мы подробнее опишем этот способ ниже.

Температура в градусах Цельсия

Другой способ измерения температуры, которым сегодня пользуемся мы все, предложил шведский ученый по фамилии Цельсий. В шкале измерения температуры за ноль Цельсий принял температуру замерзания воды, а за значение 100 принял температуру кипения воды. Этот диапазон (промежуток температур) он разделил на 100 частей. Одно деление на шкале измерения температуры стали называть «градусом», а приборы для измерения температуры стали называть «термометры». Единица измерения температуры обозначается так: «°С», а произносится «градус Цельсия».

Температура по Фаренгейту

Вернемся к методу, предложенному Фаренгейтом. За 0 градусов он принял температуру замерзания смеси воды, льда и нашатырного спирта, а за 100 градусов принял температуру тела человека. Такая шкала, не привязная к природным явлениям, неудобна в использовании. Хотя еще 50 лет назад ее применяли во многих странах, где люди говорят на английском языке, но потом постепенно стали измерять температуру по шкале Цельсия.

У вас могут возникнуть вопросы, например, может ли температура уменьшаться до бесконечности или увеличиваться до бесконечности? Нет. Самая маленькая температура равна –273 °С. Почему именно так, вы узнаете, когда будете изучать школьный предмет Физику. Самая большая температура тоже не беспредельна, она примерно равна очень большому значению: 100000000000000000000000000000000 °С. В этом числе 32 ноля!

Примеры температур, встречающихся в природе:

• Температура поверхности Солнца около 6 тысяч °С.
• Самая низкая температура на Земле была зафиксирована в горах на Антарктиде в 1983 году и составила около –90 °С.
• Самая низкая температура в нашей стране России бывает в Сибири в районе города Верхоянска. Каждую зиму температура там опускается ниже 60 градусов мороза! А в 1892 году (более ста лет назад) там была зафиксирована самая низкая температура примерно –70 °С.

Реклама сока любимый сад

После введения международной системы единиц (СИ) к применению рекомендованы две температурные шкалы. Первая шкала - термодинамическая, которая не подчиняется свойствам используемого вещества (рабочего тела) и вводится посредством цикла Карно. Единицей измерения температуры в этой температурной шкале является один кельвин (1 К) - одна из основных единиц в системе СИ. Эта единица названа в честь английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина), который создал эту шкалу и сохранил величину единицы измерения температуры такой же, как и в температурной шкале Цельсия. Вторая рекомендованная температурная шкала - международная практическая. Эта шкала имеет 11 реперных точек - температуры фазовых переходов ряда чистых веществ, причём значения этих температурных точек постоянно уточняются. Единицей измерения температуры в международной практической шкале также является 1 К.

На сегодняшний день главной реперной точкой, как термодинамической шкалы, так и международной практической шкалы температур считается тройная точка воды. Эта точка соответствует строго определенным значениям температуры и давления, при которых вода может одновременно быть в твердом, жидком и газообразном состояниях. Причем, если состояние термодинамической системы определяется исключительно значениями температуры и давления, то тройная точка может быть только одна.

Температуру измеряют с помощью устройств, использующих различные термометрические свойства жидкостей, газов и твердых тел. Существуют десятки различных устройств применяемых в промышленности, при научных исследованиях, для специальных целей.

Самые старые устройства для измерения температуры – жидкостные стеклянные термометры – используют термометрическое свойство теплового расширения тел. Работа термометров основана на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества и оболочки, в которой она находится (термометрического стекла или реже кварца).

Жидкостный термометр состоит из стеклянных баллона, капиллярной трубки и запасного резервуара. Термометрическое вещество заполняет баллон и частично капиллярную трубку. Свободное пространство в капиллярной трубке и в запасном резервуаре заполняется инертным газом или может находиться под вакуумом. Запасной резервуар или выступающая за верхним делением шкалы часть капиллярной трубки служит для предохранения термометра о порчи при чрезмерном перегреве.

В качестве термометрического вещества чаще всего применяют химически чистую ртуть. Она не смачивает стекла и остается жидкой в широком интервале температур. Кроме ртути в качестве термометрического вещества в стеклянных термометрах применяются и другие жидкости, преимущественно органического происхождения. Например: метиловый и этиловый спирт, керосин, пентан, толуол, галлий, амальгама таллия.

Основные достоинства стеклянных жидкостных термометров – простота употребления и достаточно высокая точность измерения даже для термометров серийного изготовления. К недостаткам стеклянных термометров можно отнести: плохую видимость шкалы (если не применять специальной увеличительной оптики) и невозможность автоматической записи показаний, передачи показаний на расстояние и ремонта.

Стеклянные жидкостные термометры имеют весьма широкое применение и выпускаются следующих основных разновидностей: технические ртутные, с вложенной шкалой, с погружаемой в измеряемую среду нижней частью, прямые и угловые; лабораторные ртутные, палочные или с вложенной шкалой; жидкостные термометры (не ртутные); повышенной точности и образцовые ртутные термометры; специальные термометры (в том числе максимальные (медицинские и другие), минимальные, метеорологические и другого назначения).

Также для измерения температуры применяют манометрические термометры. Действие манометрических термометров основано на использовании зависимости давления вещества при постоянном объеме от температуры. Замкнутая измерительная система манометрического термометра состоит из чувствительного элемента, воспринимающего температуру измеряемой среды, рабочего элемента манометра, измеряющего давление в системе, длинного соединительного металлического капилляра. При изменении температуры измеряемой среды давление в системе изменяется, в результате чего чувствительный элемент перемещает стрелку или перо по шкале манометра, отградуированного в градусах температуры. Манометрические термометры часто используют в системах автоматического регулирования температуры, как бесшкальные устройства информации (датчики).

Манометрические термометры подразделяют на три основных разновидности: жидкостные, в которых вся измерительная система заполнены жидкостью; конденсационные, в которых термобаллон заполнен частично жидкостью с низкой температурой кипения и частично – ее насыщенными парами, а соединительный капилляр и манометр – насыщенными парами жидкости или, чаще, специальной передаточной жидкостью; газовые, в которых вся измерительная система заполнена инертным газом.

Достоинствами манометрических термометров являются сравнительная простота конструкции и применения, возможность дистанционного измерения температуры и возможность автоматической записи показаний. К недостаткам манометрических термометров относятся: относительно невысокая точность измерения, небольшое расстояние дистанционной передачи показаний (не более 60 метров) и трудность ремонта при разгерметизации измерительной системы.

Манометрические термометры не имеют большого применения на тепловых электрических станциях. В промышленной теплоэнергетике они встречаются чаще. Поверка показаний манометрических термометров производится теми же методами и средствами, что и стеклянных жидкостных.