История создания термометра. Доработка термобароскопа Галилея

Санторио был не только врачом, но и анатомом, и физиологом. Он работал в Польше, Венгрии и Хорватии, активно изучал процесс дыхания, «невидимые испарения» с поверхности кожи, проводил исследования в области обмена веществ человека. Опыты Санторио проводил на себе и, изучая особенности человеческого организма, создал множество измерительных приборов — прибор для измерения силы пульсации артерий, весы для наблюдения за изменениями массы человека и — первый ртутный термометр.

Три изобретателя

Сказать сегодня, кто же именно создал термометр — довольно сложно. Изобретение термометра приписывают сразу многим учёным — Галилею, Санторио, лорду Бэкону, Роберту Фладду, Скарпи, Корнелию Дреббелю, Порте и Саломону де Каус. Это обусловлено тем, что многие учёные одновременно работали над созданием аппарата, который бы помог измерить температуру воздуха, почвы, воды, человека.

В собственных сочинениях Галилея нет описания этого прибора, но его ученики засвидетельствовали, что в 1597 году он создал термоскоп — аппарат для поднятия воды при помощи нагревания. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Разница между термоскопом и современным термометром в том, что в изобретении Галилея вместо ртути расширялся воздух. Также по нему можно было судить только об относительной степени нагрева или охлаждения тела, так как шкалы у него ещё не было.

Парниковый термометр, 1798 год. Фото: www.globallookpress.com

Санторио из Падуанского университета создал своё устройство, при помощи которого можно было измерять температуру человеческого тела, но прибор являлся столь громоздким, что его устанавливали во дворе дома. Изобретение Санторио имело форму шара и продолговатую извилистую трубку, на которой были нарисованы деления, свободный конец трубки заполняли подкрашенной жидкостью. Его изобретение датировано 1626 годом.

В 1657 году флорентийские учёные усовершенствовали термоскоп Галилео, в частности снабдив прибор шкалой из бусин.

Позже учёные пытались усовершенствовать прибор, но все термометры были воздушные, и их показания зависели не только от изменения температуры тела, но и от атмосферного давления.

Первые термометры с жидкостью были описаны в 1667 году, но они лопались, если вода замерзала, поэтому для их создания начали использовать винный спирт. Изобретение термометра, данные которого не обусловливались бы перепадами атмосферного давления, произошло благодаря экспериментам физика Эванджелиста Торричелли, ученика Галилея. В результате термометр наполнили ртутью, перевернули, добавили в шар подкрашенный спирт и запаяли верхний конец трубки.

Единая шкала и ртуть

Долгое время учёные не могли найти исходные точки, расстояние между которыми можно было бы разделить равномерно.

Как исходные данные для шкалы предлагались точки оттаивания льда и растопленного сливочного масла, температура кипения воды и некие абстрактные понятия вроде «значительная степень холода».

Термометр современной формы, наиболее пригодной для бытового применения, с точной шкалой измерения создал немецкий физик Габриэль Фаренгейт. Он описал свой способ создания термометра в 1723 году. Изначально Фаренгейт создал два спиртовых термометра, но потом физик принял решение применить в термометре ртуть. Шкала Фаренгейта базировалась на трёх установленных точках:

• первая точка равнялась нулю градусов — это температура состава воды, льда и нашатыря;
• вторая, обозначенная как 32 градуса, — это температура смеси воды и льда;
• третья — температура кипения воды, равнялась 212 градусам.

Позже шкала была названа в честь своего создателя.

Сегодня самой распространенной является шкала Цельсия, шкалой Фаренгейта по сей день пользуются в США и Англии, а шкала Кельвина используется в научных исследованиях.

Но окончательно установил обе постоянные точки — тающего льда и кипящей воды — шведский астроном, геолог и метеоролог Андерс Цельсий в 1742 году. Он поделил расстояние между точками на 100 интервалов, цифрой 100 была отмечена точка таяния льда, а 0 — точка кипения воды.

Сегодня шкала Цельсия используется в перевёрнутом виде, то есть за 0° стали принимать температуру плавления льда, а за 100° — кипения воды.

По одной из версий, шкалу «перевернули» современники и соотечественники, ботаник Карл Линней и астроном Мортен Штремер, уже после смерти Цельсия, но по другой — Цельсий сам перевернул свою шкалу по совету Штремера.

В 1848 году английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур, где точкой отсчёта служит значение абсолютного нуля: -273,15 °С — при этой температуре уже невозможно дальнейшее охлаждение тел.

Уже в середине XVIII века термометры стали предметом торговли, и изготавливались они ремесленниками, но в медицину термометры пришли гораздо позже, в середине XIX века.

Современные термометры

Если в XVIII веке был «бум» открытий в области систем измерения температуры, то сегодня всё активнее ведутся работы по созданию способов измерения температуры.

На замену ртутным градусникам приходят электронные или цифровые термометры, которые работают на основе встроенного металлического датчика. Также есть специальные термополоски и инфракрасные градусники.

1 из 14

Презентация на тему: История термометра

№ слайда 1

Описание слайда:

№ слайда 2

Описание слайда:

№ слайда 3

Описание слайда:

Цели 1. На примере развития представлений о температуре проследить путь развития человеческой мысли, ищущей истину и методы ее достижения. 2. Выяснить: когда и кто впервые пришел к мысли о возможности измерения степени нагретости тел. 3. Проследить насколько быстро наука получила прибор, пригодный для точного измерения температуры.

№ слайда 4

Описание слайда:

«Мы должны принять как один из наиболее общих законов теплоты, что «все тела», свободно сообщающиеся друг с другом и не подверженные неравным внешним воздействиям, приобретают одинаковую температуру, что показывает термометр». Джозеф Блэк Интуитивное представление о температуре складывается с первых дней нашей жизни. Однако задачи, встающие перед наукой, требуют все более точных толкований того, что мы постигаем чувствами. Так, важным этапом в развитии учения о тепловых явлениях было выявление различия между понятиями «теплота» и «температура». Первым, кто четко cформулировал мысль о необходимости их различения, был Блэк. Интересна и познавательна история создания и применения приборов для измерения температуры – термометров. Сегодня известны термометры жидкост- ные и газовые, полупроводниковые и оптические. Да и разнообразие введенных ныне в науке температур велико: различают электронную и ионную температуру, яркостную и цветовую, шумовую и антенную и т.д.

№ слайда 5

Описание слайда:

Хронология создания термометра В 1597 г. Галилео Галилей придумал первый прибор для наблюдений за изменением температуры (термоскоп) В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учёными. Постоянные точки термометра были установлены в 18 веке. В 1714 г. голландский учёный Д. Фаренгейт изготовил ртутный термометр. В 1730 г. французский физик Р. Реомюр предложил спиртовый термометр. В 1848 г. английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур.

№ слайда 6

Описание слайда:

температура Это термодинамическая величина, определяющая степень нагретости тела. Тела, имеющие более высокую температуру, являются более нагретыми. Согласно второму закону термодинамики, самопроизвольный переход тепла возможен только от тел с более высокой к телам с более низкой температурой. В состоянии теплового равновесия температура выравнивается во всех частях сколь угодно сложной системы. Мерой изменения температуры тела может служить изменение какого-либо свойства, зависящего от неё, например объёма, электросопротивления и др. Чаще всего для измерения температуры используют изменение объёма. На этом основано устройство термометров. Первый термометр был изобретен Галилеем около 1600 года. В качестве термометрического вещества, т. е. тела, расширяющегося при нагревании, в нем использовалась вода. Для определения температуры тела термометр приводят в соприкосновение с телом; по достижении теплового равновесия термометр показывает температуру тела. Для изменения температуры можно воспользоваться биметаллической пластинкой. Такая пластинка состоит из двух металлов, например полоски из железа и приклепанной к ней полоски из цинка. Железо и цинк расширяются неодинаково. Так, 1 м железной проволоки при нагревании на 100 градусов удлиняется на 1мм, а 1 м цинковой проволоки – на 3мм. Поэтому, если нагревать биметаллическую пластинку, она начнет изгибаться в сторону железа.

№ слайда 7

Описание слайда:

Разные тела при нагревании расширяются по-разному, поэтому шкала термометра зависит от термометрического вещества. Для практических целей термометры градируют по точкам плавления или кипения или каким- либо другим, лишь бы процесс происходил при постоянной температуре. Наибольшее распространение имеет стоградусная шкала (или шкала Цельсия, по имени шведского физика, предложившего ее). По этой шкале лед плавится при 0 градусов, а вода кипит при 100 градусах, и расстояние между ними делится на сто частей, каждая из которых считается градусом. В Англии и США иногда пользуются шкалой Фаренгейта, в которой температура плавления льда составляет 32 градуса, а кипения воды 212 градусов; во Франции- шкалой Реомюра: 0 градусов и 80 соответственно. Теперь несколько практических советов. Возьмите полоски железа и цинка толщиной около 5 мм, длиной 15-20 см и шириной 1 см. Через каждые 1.5-2 см соедините их заклепками. Зажмите в тиски один конец биметаллической пластинки и подогрейте ее над газом. Пластинка согнется.

№ слайда 8

Описание слайда:

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 они высказать не смогли. В средние века также не было высказано почти никаких разумных идей. Учение о тепловых явлениях начинает развиваться только середины XVIII в. Толчком для начала развития этого учения явилось изобретение термометра. Много ученых трудилось над изобретением термометра. Первым из них был Галилео Галилей. В конце XVI в. Галилей заинтересовался тепловыми явлениями. Для измерения нагретости тела Галилей решил воспользоваться свойством воздуха расширяться при нагревании. Он взял тонкую стеклянную трубку, один конец которой заканчивался шаром, и опустил другой открытый конец в сосуд с водой. При этом он добивался такого положения, чтобы вода частично заполнила трубку. 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, уровень воды в трубке зависел не только от температуры воздуха в стеклянном шаре, но и от атмосферного давления.

№ слайда 9

Описание слайда:

Совершенствование термометра После Галилея многие ученые занимались изобретением приборов, с помощью которых можно было бы определить тепловое состояние тел. Постепенно устройство приборов совершенствовалось. В середине XVII в. Флорентийская академия опыта предложила прибор, показанный на рисунке. Прибор представлял собой стеклянную трубку, оканчивающуюся внизу шариком. Верхний конец трубки был запаян. 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 практичес- кое применение термометра. Несмотря на успехи в конструировании термометров, эти приборы были еще весьма несовершенны: не было установлено общей температурной шкалы; у различных термометров она устанавливалась произвольно; разные термометры показывали при одних и тех же условиях неодинаковую температуру.

№ слайда 10

Описание слайда:

Термометр Фаренгейта 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. Термометр Фаренгейта имел вид такой же, как современный простой термометр. В качестве расширяющегося тела Фаренгейт употреблял сначала спирт, а затем в 1714 г. ртуть. Он пользовался различными шкалами. В последней его шкале основные температур- ные точки были следующие: 1. температура смеси воды, льда и поваренной соли – ноль градусов 2. температура смеси льда и воды – 32 градуса. Температура человеческого тела по шкале Фаренгейта получилась равной 96 градусов. Эту температуру Фаренгейт считал третьей основной точкой. Температура кипения воды оказалась по его шкале 180 градусов. Термометры, сделанные Фаренгейтом, приобрели известность и вошли в употребление. Шкала Фаренгейта применялась в некоторых странах вплоть до нашего времени.

№ слайда 11

Описание слайда:

Реомюр и Цельсий После Фаренгейта были предложены многие другие шкалы и конструкции термометров. Из всех этих шкал до нашего времени дошли две. Первая шкала: 0 градусов – температура смеси воды и льда и 80 градусов – температура кипения воды была предложена французским ученым Реомюром в 1730 году и носит его имя. Вторая шкала не совсем правильно носит имя шведского астронома Цельсия. Цельсий в 1742 г. предложил стоградусную шкалу температур, при которой за 0 градусов принималась температура кипения воды, а за 100 градусов – температура плавления льда. Современная стоградусная шкала, носящая название шкалы Цельсия, была предложена несколько позже. Как известно, она вошла в употребление и применяется в настоящее время. Уже Цельсий знал, что температура кипения воды и температура плавления льда зависят от давления воздуха. После изобретения прибора для тепловых измерений физики смогли приступить к изучению тепловых явлений.

№ слайда 12

Описание слайда:

Любопытно, что… …на самом деле шведский астроном и физик Цельсий предложил шкалу, в которой точка кипения воды была обозначена числом 0, а точка плавления льда – числом 100. Несколько позднее шкале Цельсия придал современный вид его соотечественник Штрёмер. …Фаренгейт загорелся идеей самому сделать термометр, когда прочитал об открытии французского физика Амонтона, «что вода кипит при фиксированной степени теплоты». …к концу 18 века число температурных шкал достигало двух десятков. …одно время в физических лабораториях пользовались так называемым весовым термометром. Он состоял из полого платинового шара, заполненного ртутью, в котором было капиллярное отверстие. Об изменении температуры судили по количеству ртути, вытекавшей из отверстия. …при понижении температуры Земного шара всего лишь на один градус выделилась бы энергия, примерно в миллиард раз превосходящая вырабатываемую ежегодно всеми электростанциями мира.

Вероятно, первым прибором, которым можно было если не измерять, то хотя бы оценивать температуру, был термоскоп Галилея : колба размером с куриное яйцо, горлышко которой тонкое, как пшеничный стебель, заполнялось водой до половины и погружалось в чашку. Несмотря н а эту простоту, прибор был очень чувствительным, хотя и реагировал, кроме температуры, на давление воздуха.

В 1636 году впервые появляется слово «термометр» . Так назывался прибор голландца К. Дреббеля — «дреббелев инструмент» для измерения температуры, имеющий целых 8 делений.

Термоск оп Галилея. Рисун ок XVII века.

И. Ньютон в работе 1701 года «О шкалестепеней тепла и холода» описал 12-градусную шкалу , 0 0 которой соответствовал температуре замерзания воды, а 12°—температуре тела здорового человека. Все эти и многие другие термометры были газовыми: при нагревании а них расширялся воздух.

Первый жидкостный термометр, похожий на современный градусник, был сделан немецким физиком Г. Фаренгейтом в 1724 году . Конструируя спиртовые и ртутные термометры более пятнадцати лет, он понял, как добиться от них идентичности и большей точности показаний: нужно взять несколько точек с известной температурой, нанести их значения н а шкалы и разделить расстояния между ними.

Самую низкую температуру чрезвычайно суровой зимы 1709 года Фаренгейт принял за 0° и в дальнейшем имитировал ее в смеси поваренной соли и нашатыря со льдом. В качестве второй опорной точки он взял температуру тающего льда и этот отрезок поделил н а 32 градуса. Третья точка — температура человеческого тела — оказалась равной почти 98, а температура кипения воды легла на 212 .

В киносценарии А. Гайдара «Комендант снежной крепости» есть такой эпизод:

«Нянька показывает на Сашу:

— Вот, батюшка, у него температура.

— У каждого человека температура.

— У него сто градусов температура,— говорит Женя.

— Это не у каждого,— соглашается доктор».

Диалог неизменно вызывает веселое оживление у юных читателей, но дети в США и Англии, где до сихпор принята шкала Фаренгейта , его комизма могут и не оценить: температура больного 100°—всего лишь небольшой жар, который как раз может быть у каждого— 37,8° С.

Во Франции и России употреблялась шкала Реомюра , созданная в 1730 году.

Комн атн ый термометр начала XX век а со шкалами Цельсия и Реомюра.

.

Р. Реомюра. Термометры этого типа бытовали в н ашей стран е до 30-х годов XX века.

Французский натуралист, ученый с широким кругозором, «Плиний XVIII века», как называли его современники, Р. Реомюр построил ее в соответствии с тепловым расширением жидкости. Обнаружив, что при нагревании смесь воды со спиртом между температурами замерзания и кипения воды расширяется на 80 тысячных своего объема (современное значение — 0,084), Реомюр разделил э тот интервал на 80 градусов.

Чуть раньше, в начале XVIII века, в России были распространены, но продержались недолго термометры петербургского академика Ж. Делиля со 150-градусиой шкалой н а том же температурном отрезке. Вытеснившие их термометры Реомюра были в ходу без малого два века и только каких-нибудь 50—60 лет назад окончательно уступили место термометрам Цельсия с современной 100-градусной шкалой .

К концу XVIII века число различных температурных шкал приблизилось к двум десяткам, что было и неудобно, и не нужно. Кроме того, в скоре выяснилось, что даже тщательно проградуирован ные приборы с разными жидкостями показывают разную температуру. При 50° С по ртутному термометру спиртовый показывал 43 ° С, термометр с оливковым маслом —49 ° С, с чистой водой — 25,6° С, а с соленой — 45,4 ° С.

Выход нашел известный английский физик У. Томсон (лорд Кельвин) . В 1848 году он предложил измерять не температуру, а количество тепла, которое в определенном процессе, называемом циклом Карно , передается от горячего тела к холодному: оно определяется только их температурами и совершенно не зависит от нагреваемого вещества. В термодинамической, или абсолютной, шкале температур, построенной на э том принципе, единица температуры называется кельвин .

Термодинамическая шкала была хороша всем, кро ме одного: в повседневной практике тепловые измерения с последующими расчетами крайне неудобны, да и сам цикл Карно , прекрасно изученный теоретически, трудно воспроизвести не в специализированной метрологической лаборатории. Поэтому на ее основе в 1968 году была окончательно установлена Международная практическая температурная шкала (МПТШ-68) , которая базируется н а 11 воспроизводимых опорных точках между тройной точкой в одорода (13,81 К) и температурой затвердевания золота(1337,58 К ) и расходится с термодинамической шкалой в области кипения воды всего на 0,005 К. Этой шкалой пользуются и сейчас.

В английской и американской научной литера туре иногда встречается абсолютная шкала шотландца У. Ранкина (середина ХIХ века), одного из создателей технической термодинамики. Ее нулевая точке совпадает с 0 К, а градус Ранкина по величине равен градусу Фаренгейта.

До нашего времени из всего множества температурных шкал дошли всего четыре, хотя и э то явно многовато. В науке температуру выражают в Кельвинах, а в жизни мы используем градусы Цельсия и изредка встречаем шкалы Реомюра и Фаренгейта.

Можно произвести, пользуясь специальными соотношениями (формулами) или автоматически на страницах нашего сайта (переход по ссылке слева).

Основы современного измерения температуры заложил в 1592 г. Галилео Галилей. Его стеклянный измерительный прибор представлял собой стеклянный шар, от которого снизу отходила трубка, частично заполненная водой. Открытый конец узкой трубки был также погружен в воду. Если воздух в шаре охлаждался, вода в стеклянной трубке поднималась вверх. Такой термометр мог, благодаря сжатию или расширению воздуха, показывать изменение температуры, но измерять абсолютную температуру не мог.

На идее Галилея основывались и дальнейшие конструкции, хотя в них использовались другие передающие среды. Ученые флорентийской Академии дель Чименто в 1641 г. разработали первый спиртовой термометр, а в 1657 г. — ртутный. Они использовали при этом различное расширение этих веществ при варьировании температуры. В традиционном медицинском градуснике, так называемом максимальном термометре, расширение жидкости показывает максимальную температуру за отрезок времени. В цифровых медицинских термометрах, получивших в последнее время широкое распространение, температура измеряется посредством датчика, чье электрическое сопротивление меняется в зависимости от температуры.

Различные шкалы

Первое точное измерение температуры осуществил в 1714 г. физик Габриэль Даниэль Фаренгейт из Данцига (современный Гданьск), создав термометр с градуированной шкалой. За нуль он принял температуру смеси воды и льда с нашатырем. В таком случае температура замерзания чистой воды составляет 32°, а температура ее кипения — 212°. В 1742 г. появилась температурная шкала Андерса Цельсия, в которой точка замерзания воды принята за 0°, а точка ее кипения — за 100°.

• Около 230 г. до н.э.: Филон Византийский обнаружил, что воздух при нагревании расширяется.
• 1624 г.: иезуит Жан Лёрешон впервые употребил слово «термометр».
• 1731 г.: Питер Ван Мушенбрук сконструировал первый пирометр для бесконтактного измерения температуры.

Все мы часто в своей жизни пользуемся таким прибором как термометр, но мало кто знает историю его изобретения и совершенствования. Принято считать, что термометр изобрел Галилео Галилей в далеком 1592 году. Конструкция термоскопа (именно так тогда назывался термометр) была примитивной (см. рис. ниже): к стеклянному шару небольшого диаметра припаивалась тонкая стеклянная трубка, которая помещалась в жидкость.

Воздух в стеклянном шаре посредством горелки или простым растиранием ладонями нагревался, в результате чего он начинал вытеснять жидкость в стеклянной трубке, показывая тем самым степень увеличения температуры: чем выше становилась температура воздуха в стеклянном шарике, тем ниже опускался уровень воды в трубке. Немаловажную роль при этом играло соотношение объема шара к диаметру трубки: создавая более тонкую трубку, можно было отслеживать более незначительные изменения температуры в шаре.

В дальнейшем конструкция термоскопа Галилея была доработана одним из его учеников – Фернандо Медичи. Основная идея сохранилась, однако Фернандо внес существенные изменения, которые сделали термоскоп более похожим на современный ртутный градусник. Также использовался стеклянный шар и тонкая трубка (см. рис. выше), но теперь трубка припаивалась не снизу, а сверху, и жидкость заливалась уже в стеклянный шар, при этом вверх трубки был открыт. Изменение температуры залитой жидкости (тогда в качестве нее использовался винный спирт) приводило к повышению ее уровня в трубке. Позднее на трубку были нанесены деления, т.е. была произведена первая градуировка термометра.

С тех пор прошло много времени, и за этот период градусник не раз совершенствовался и модернизировался. Благодаря последним достижениям в областях физики удалось разработать новые подходы к измерению температуры. Сегодня созданы различные цифровые термометры , в основе которых лежат принцип изменения сопротивления вещества при изменении температуры (электрические термометры) или принцип изменения уровня светимости, спектра и других величин при изменении температуры (оптические термометры).