Termometer

Termometer ( græsk θέρμη  "varme" + μετρέω  "Jeg måler"), også et termometer - en måleanordning til måling af temperaturen på forskellige legemer og medier (luft, jord, vand osv.). I henhold til måleprincippet er der flere typer termometre:

Opfindelseshistorie

Galileo anses for at være opfinderen af ​​termometeret : i hans egne skrifter er der ingen beskrivelse af denne enhed, men hans elever, Nelly og Viviani , vidnede om, at han allerede i 1597 lavede noget som et termobaroskop ( termoskop ). Galileo studerede på dette tidspunkt arbejdet fra Heron af Alexandria , som allerede beskrev en lignende enhed, men ikke til at måle grader af varme, men til at hæve vand ved opvarmning. Termoskopet var en lille glaskugle med et glasrør loddet på. Kuglen blev lidt opvarmet, og enden af ​​røret blev sænket ned i en beholder med vand. Efter nogen tid afkølede luften i bolden, dens tryk faldt, og vandet steg under påvirkning af atmosfærisk tryk op i røret til en vis højde. Efterfølgende, med opvarmning, steg lufttrykket i bolden, og vandstanden i røret faldt. Ved hjælp af et termoskop var det kun muligt at bedømme ændringen i graden af ​​opvarmning af kroppen: det viste ikke de numeriske værdier af temperaturen, da det ikke havde en skala. Derudover afhang vandstanden i røret ikke kun af temperatur, men også af atmosfærisk tryk. I 1657 blev Galileos termoskop forbedret af florentinske videnskabsmænd. De forsynede instrumentet med en skala af perler og blæste luften ud af tanken (kuglen) og røret. Dette gjorde det muligt ikke kun kvalitativt, men også kvantitativt at sammenligne kroppens temperaturer. Efterfølgende blev termoskopet skiftet: det blev vendt på hovedet, og brandy blev hældt i røret i stedet for vand, og beholderen blev fjernet. Driften af ​​denne enhed var baseret på udvidelsen af ​​​​kroppe; temperaturerne på de varmeste sommer- og koldeste vinterdage blev taget som "permanente" punkter.

Opfindelsen af ​​termometeret tilskrives også Lord Bacon , Robert Fludd , Santorius , Scarpi, Cornelius Drebbel , Porte og Salomon de Cosse , som senere skrev og til dels havde et personligt forhold til Galileo. Alle disse termometre var luft og bestod af en beholder med et rør indeholdende luft, adskilt fra atmosfæren af ​​en vandsøjle, de ændrede deres aflæsninger både fra temperaturændringer og fra ændringer i atmosfærisk tryk.

Væsketermometre beskrives for første gang i 1667  "Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento", hvor de omtales som genstande længe lavet af dygtige håndværkere, kaldet "Confia", som opvarmede glasset på blæsende ild af lampen og lave fantastiske og meget delikate produkter af den. Til at begynde med var disse termometre fyldt med vand, men de bristede, når det frøs; de begyndte at bruge vinsprit til dette i 1654 ved tanken om storhertugen af ​​Toscana Ferdinand II . Florentinske termometre er ikke kun afbildet i Saggi, men adskillige eksemplarer har overlevet til vor tid i Galilean Museum, i Firenze; deres forberedelse er beskrevet i detaljer.

Først skulle mesteren lave opdelinger på røret under hensyntagen til dets relative dimensioner og kuglens størrelse: divisionerne blev påført med smeltet emalje på røret opvarmet på lampen, hver tiende var angivet med en hvid prik, og de andre af sort. Normalt lavede de 50 delinger på en sådan måde, at når sneen smeltede, faldt alkoholen ikke under 10, og i solen kom den ikke over 40. Gode håndværkere lavede sådanne termometre så vellykket, at de alle viste samme temperaturværdi under de samme betingelser, men dette er ikke det var muligt at opnå, hvis røret blev opdelt i 100 eller 300 dele for at opnå større nøjagtighed. Termometrene blev fyldt ved at opvarme pæren og sænke enden af ​​røret til alkohol; påfyldningen blev afsluttet ved hjælp af en glastragt med en tyndttrukket ende, der frit kom ind i et ret bredt rør. Efter justering af væskemængden blev åbningen af ​​røret forseglet med forseglingsvoks, kaldet "hermetisk". Heraf er det klart, at disse termometre var store og kunne tjene til at bestemme luftens temperatur, men alligevel var ubelejlige til andre, mere forskelligartede forsøg, og graderne af forskellige termometre var ikke sammenlignelige med hinanden.

I 1703  forbedrede Amonton ( eng.  Guillaume Amontons ) i Paris lufttermometeret , idet det ikke målte udvidelsen, men stigningen i luftens elasticitet reduceret til samme volumen ved forskellige temperaturer ved at hælde kviksølv i et åbent knæ; barometertrykket og dets ændringer blev taget i betragtning. Nullpunktet på en sådan skala skulle være "den betydelige grad af kulde", hvor luft mister al sin elasticitet (det vil sige moderne absolutte nul ), og det andet konstante punkt var vands kogepunkt. Atmosfærisk tryks indflydelse på kogepunktet var endnu ikke kendt af Amonton, og luften i hans termometer var ikke befriet for vandgasser; derfor ud fra hans data opnås det absolutte nul ved -239,5° Celsius. Et andet lufttermometer af Amonton, lavet meget ufuldkomment, var uafhængigt af ændringer i atmosfærisk tryk: det var et sifonbarometer, hvis åbne knæ var strakt opad, fyldt nedefra med en stærk opløsning af kaliumchlorid, ovenfra med olie og afsluttet i et lukket reservoir af luft.

Termometrets moderne form blev givet af Fahrenheit og beskrev hans fremstillingsmetode i 1723. I starten fyldte han også sine rør med alkohol og gik først til sidst over til kviksølv. Han satte nul på sin skala ved temperaturen af ​​en blanding af sne med ammoniak eller bordsalt, ved temperaturen af ​​"begyndelsen af ​​frysning af vand" viste han 32 °, og kropstemperaturen for en sund person i munden eller under armen svarede til 96 °. Efterfølgende fandt han ud af, at vand koger ved 212 °, og denne temperatur var altid den samme i samme tilstand af barometeret . De overlevende kopier af Fahrenheit termometre er kendetegnet ved deres omhyggelige håndværk.

Den svenske astronom, geolog og meteorolog Anders Celsius satte endelig både permanente punkter, smeltende is og kogende vand, i 1742. Men til at begynde med satte han 0° ved kogepunktet og 100° ved frysepunktet. I sit arbejde Observations of two persistent degrees on a termometer fortalte Celsius sine eksperimenter, der viser, at isens smeltepunkt (100°) er uafhængig af tryk. Han bestemte også, med forbløffende nøjagtighed, hvordan vands kogepunkt varierede med atmosfærisk tryk . Han foreslog, at 0-mærket ( vandets kogepunkt ) kunne kalibreres ved at vide, hvilket niveau termometeret var i forhold til havet.

Senere, efter Celsius' død, brugte hans samtidige og landsmænd, botanikeren Carl Linnaeus og astronomen Morten Strömer, denne skala omvendt (for 0 ° begyndte de at tage smeltepunktet for is, og for 100 ° - kogepunktet for vand). I denne form viste skalaen sig at være meget praktisk, blev udbredt og bruges den dag i dag.

Ifølge en beretning vendte Celsius selv sin skala efter råd fra Strömer. Ifølge andre kilder blev vægten vendt af Carl Linnaeus i 1745. Og ifølge den tredje - skalaen blev vendt om af efterfølgeren til Celsius M. Stremer og i det 18. århundrede blev et sådant termometer bredt udbredt under navnet "Svensk termometer", og i selve Sverige under navnet Stremer, men Den berømte svenske kemiker Johann Jakob kaldte i sit værk "Guides to Chemistry" fejlagtigt M. Strömers skala for Celsius-skalaen, og siden er celsiusskalaen blevet opkaldt efter Anders Celsius.

Reaumurs værker i 1736, selvom de førte til etableringen af ​​en 80° skala, var snarere et skridt tilbage i forhold til, hvad Fahrenheit allerede havde gjort: Reaumurs termometer var enormt, ubelejligt at bruge, og hans metode til at opdele i grader var unøjagtig og ubelejligt.

Efter Fahrenheit og Réaumur faldt forretningen med at fremstille termometre i hænderne på håndværkere, da termometre blev en handelsvare.

I 1848 beviste den engelske fysiker William Thomson (Lord Kelvin) muligheden for at skabe en absolut temperaturskala, hvis nul ikke afhænger af vandets egenskaber eller stoffet, der fylder termometeret. Referencepunktet i " Kelvin-skalaen " var værdien af ​​det absolutte nul : -273,15 ° C. Ved denne temperatur stopper den termiske bevægelse af molekyler. Følgelig bliver yderligere afkøling af kroppene umulig.

Væsketermometre

Væsketermometre er baseret på princippet om at ændre volumenet af den væske, der hældes i termometeret (normalt alkohol eller kviksølv ), efterhånden som den omgivende temperatur ændres.

Væsketermometre er klassificeret i kviksølvfyldte og ikke-kviksølvfyldte termometre . Sidstnævnte bruges ikke kun af økonomiske årsager, men også på grund af brugen af ​​et bredt temperaturområde. Så i termometri bruges stoffer som ikke-kviksølvfyldning af termometre: alkoholer (ethyl, methyl, propyl), pentan, toluen, carbondisulfid, acetone, thalliumamalgam og gallium. [en]

På grund af det faktum, at kviksølv fra 2020 vil være forbudt på verdensplan [2] [3] på grund af dets sundhedsrisici [4] , leder mange aktivitetsområder efter alternative fyldninger til husholdningstermometre.

En sådan erstatning var galinstan (en legering af metaller: gallium , indium , tin og zink ). Gallium bruges til at måle høje temperaturer. Også kviksølvtermometre bliver i stigende grad erstattet med platin- eller kobbermodstandstermometre med stor succes. Andre typer termometre bliver også i stigende grad brugt.

For at fjerne spildt kviksølv fra et ødelagt termometer, se artiklen Afkviksølv

Mekaniske termometre

Termometre af denne type fungerer efter samme princip som flydende termometre, men en metalspiral eller bimetaltape bruges normalt som sensor . Ifølge handlingsprincippet ligner de vagt en aneroid .

Elektroniske termometre

Princippet for drift af elektroniske termometre er baseret på ændringen i lederens modstand, når den omgivende temperatur ændres.

Elektroniske termometre af et bredere udvalg er baseret på termoelementer (kontakt mellem metaller med forskellig elektronegativitet skaber en kontaktpotentialeforskel , der afhænger af temperaturen).

De mest nøjagtige og stabile over tid er modstandstermometre baseret på platintråd eller platin sputtering på keramik. De mest almindelige er PT100 (modstand ved 0 °C - 100Ω) PT1000 (modstand ved 0 °C - 1000Ω) (IEC751). Afhængigheden af ​​temperatur er næsten lineær og adlyder en andengradslov ved positive temperaturer og en 4. grads ligning ved negative (de tilsvarende konstanter er meget små, og i den første tilnærmelse kan denne afhængighed betragtes som lineær). Temperaturområde -200 - +850 °C.

Derfor modstanden ved T °C, modstanden ved 0 °C og konstanterne (for platinmodstand) -

Optiske termometre

Optiske termometre giver dig mulighed for at registrere temperatur ved at ændre niveauet af lysstyrke , spektrum og andre parametre (se Fiberoptisk temperaturmåling ) med temperaturen. For eksempel infrarøde kropstemperaturmålere.

Infrarøde termometre

Et infrarødt termometer giver dig mulighed for at måle temperaturen uden direkte kontakt med en person. I 2014 underskrev Rusland Minamata-konventionen om kviksølv , og i 2030 vil Rusland udfase produktionen af ​​kviksølvtermometre. [5] I nogle lande har der længe været en tendens til at opgive kviksølvtermometre til fordel for infrarød, ikke kun i medicinske institutioner, men også på husstandsniveau.

Tekniske termometre

Tekniske termometre bruges i virksomheder inden for landbrug, petrokemiske, kemiske, minedrift og metallurgiske industrier, i maskinteknik, boliger og kommunale tjenester, transport, byggeri, medicin, i et ord, på alle områder af livet.

Der er sådanne typer tekniske termometre:

Maksimum og minimum termometre

Termometre opdeles efter typen af ​​registrering af grænsetemperaturværdien i maksimum, minimum og uden registrering [6] . Min/maks termometeret viser min/maks temperatur nået siden nulstilling. Så et medicinsk kviksølvtermometer er maksimum - det viser den maksimale temperatur, der nås under målingen, takket være en smal "hals" mellem kviksølvreservoiret og kapillæren , hvor kviksølvsøjlen knækker, når temperaturen falder, og kviksølvet går ikke tilbage i reservoiret fra kapillæren. Før måling skal fastgørelsestermometeret (maksimum eller minimum) nulstilles (bragt til en værdi, der vides at være lavere/højere end den målte temperatur).

Gastermometer

Et gastermometer er et temperaturmåleinstrument baseret på Charles' lov .

I 1787 fandt Charles ud af, at den samme opvarmning af enhver gas fører til næsten den samme trykstigning, hvis volumenet forbliver konstant. Når temperaturen ændres på Kelvin-skalaen, er trykket af en ideel gas i et konstant volumen direkte proportional med temperaturen. Det følger heraf, at gastrykket (ved V = const ) kan tages som et kvantitativt mål for temperaturen. Ved at forbinde beholderen, hvori gassen er placeret, med en trykmåler og kalibrere enheden, er det muligt at måle temperaturen i henhold til trykmålerens aflæsninger.

I en lang række ændringer i gaskoncentrationer og temperaturer og lave tryk er temperaturkoefficienten for tryk for forskellige gasser omtrent den samme, så metoden til at måle temperatur med et gastermometer viser sig at være lidt afhængig af egenskaberne af en bestemt stof, der anvendes i termometeret som arbejdsvæske. De mest nøjagtige resultater opnås, hvis brint eller helium anvendes som arbejdsvæske.

Se også

Noter

  1. ↑ Gerashchenko O.A., Fedorov V.G. Termiske og temperaturmålinger. - Kiev: "Naukova Dumka", 1965. - S. 20-22. — 303 s.
  2. ↑ Mercury vil blive forbudt på verdensplan fra 2020 Arkiveret 24. september 2015 på Wayback Machine / Carlotta Clerici | Corriere della Sera, Inopressa, 31. oktober 2013
  3. ↑ Rusland underskrev en konvention om at forbyde kviksølv i hverdagen , RIA Novosti (25. september 2014). Arkiveret fra originalen den 25. september 2014. Hentet 25. september 2014.
  4. ↑ En gennemgang af begivenheder, der udsætter børn for elementært kviksølv i USA Arkiveret 19. september 2015 på Wayback Machine / Environ Health Perspective; DOI:10.1289/ehp.0800337: "Eksponering for små spild fra ødelagte termometre var det mest almindelige scenarie"
  5. ↑ Ruslands afvisning af kviksølv og lysstofrør . Hentet 4. november 2018. Arkiveret fra originalen 4. november 2018.
  6. ↑ Hvordan adskiller maksimum og minimum termometre sig fra de sædvanlige . Hentet 26. november 2013. Arkiveret fra originalen 2. december 2013.

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier