Літо ... Жара ... Стовпчики термометрів дедалі частіше перевищують позначку +30°С. А як з'явилися ці такі звичні вже пристрої для вимірювання температури? Які вчені та винахідники придумали їх та зробили? Навіть такий простий прилад - праця не однієї людини, а багатьох. Один з них - Даніель Габріель Фаренгейт (1686 - 1736).
Властивість рідин і газів розширюватися і стискатися при нагріванні та охолодженні була відома ще з античних часів. А от чи можна використати її для вимірювання температури і як це зробити? Вперше над її втіленням почав працювати Г. Галілей. Він сконструював прилад, який отримав назву "термоскоп". Основу приладу складала скляна колба з довгою і вузькою шийкою. Галілей перевернув колбу шийкою вниз, занурив її в посудину з водою і так закріпив. При підвищенні температури повітря в колбі нагрівалося, воно розширювалося і витискало воду з шийки; її рівень у нижній частині знижувався. При підвищенні температури - навпаки. Ніяких поділок чи шкали не було. Прилад дозволяв тільки якісно оцінювати процеси нагрівання та охолодження.
 |
| Термоскоп Галілея |
Протягом наступного, 17 століття, удосконаленням винаходу Галілея займалось багато вчених. У 1615 році біля трубки з повітрям розмістили вимірювальну шкалу і з 1628 року почали називати вже не "термоскопом", а "термометром". З 1630 року на зміну повітряним термометрам прийшли рідинні, насамперед водяні. Ще через десятиліття кінець трубки почали запаювати для того, щоб уникнути впливу коливань атмосферного тиску. З кінця 50-х років слідом за вченими з флорентійської "Академії досліду" в якості мермометричної рідини почали використовувати винний спирт. Ця рідина, на відміну від води, не замерзала навіть у найсильніші морози, мала невелику в'язкість і високий коефіцієнт теплового розширення.
Не зважаючи на те, що конструктивні особливості виготовлення термометрів стали більш-менш зрозумілими, виявилось, що прилади, виготовлені в той час, абсолютно непридатні для точних і систематичних вимірювань температури. Не існувало ніякої відповідності між їх показами, кожний показував "свою" температуру. Уявіть собі: у посудину налили гарячої води, занурили кілька термометрів, і покази всіх були різними.
 |
Термоскоп роботи невідомого майстра |
Головна причина такої різноманітності в показах полягала в тому, що градуювання термометрів проводилось довільним способом. В розмітці температурних шкал панував повний різнобій. За початок відліку приймались, наприклад, найнижчі зимові температури у Флоренції чи у Магдебурзі, температура плавлення вершкового масла, температура повітря у глибоких печерах ...
Як же уникнути такого свавілля при вимірюванні температури? Як зробити так, щоб покази різних термометрів були однаковими? З накопиченням досвіду роботи з термометрами ставало все більш очевидним, що за початок шкали треба взяти якусь "постійну" температуру, яку можна легко відтворювати. Серед таких розглядали температуру тіла здорової людини, точку замерзання чи кипіння води. Цю ідею обстоювали та з різним успіхом втілювали Х. Гюйгенс, Р. Гук, І. Ньютон та інші вчені. Починаючи з 80-х років XVII ст. все більш привабливою ставала ідея побудови температурної шкали на двох "постійних" точках. При такому виборі зникала необхідність вимірювати об'єм резервуара та капіляра кожного термометра.
 |
| Скляний термометр Академії дель Чименто. |
В цей же час термометри почав виготовляти і датський астроном О. Ремер. В якості термометричної рідини використовував винний спирт. За "постійні" точки температурної шкали він прийняв точки замерзання і кипіння води.
У 1708 році до Ремера приїхав Фаренгейт. Астроном детально розповів гостю про свої досліди і спосіб градуювання термометрів. Очевидно, Даніель одразу зрозумів, що перед і є розв'язок задачі, над якою він так довго роздумував: як зробити стандартні термометри, які в однакових умовах давали б однакові покази. Вже через кілька років він зумів налагодити виробництво приладів для вимірювання температури. Поступово термометри Фаренгейта з'явились у багатьох європейських лабораторіях і чудово себе зарекомендували.
Вчені, які вже звикли до того, що два обнакові термомотетри в однакових умовах видають різні покази, прилади Фаренгейта сприймались як диво. При цьому варто зазначити, що Даныель не копіював термометри Ремера. Тривалий час удосконалював їх конструкцію, шукав та випробував різні сорти скла, модифікував шкалу, зробивши її більш зручною.
 |
| Це що - медуза? Ні, це - термометр! |
Найважливіша заслуга Фаренгейта в тому, що він першим, починаючи з 1717 року, почав використовувати в термометрах ртуть. Флорентійські академіки розглядали таку ідею ще на 50 років раніше і дійшли висновку, що ця речовина для використання у термометрах малоперспективна через те, що її коефіцієнт теплового розширення у 6 разів менший від такого ж коефіцієнта спирту. Даніель же звернув увагу на інші позитивні властивості ртуті: її досить легко отримати і зберігати в чистому вигляді. Цим забезпечується вимога тотожності робочої рідини, яка заповнює резервуари різних зразків термометрів. Спирт не настільки зручний, тому що він активно поглинає воду і при цьому його коефіцієнт теплового розширення істотно змінюється.
Подробиць про життя винахідника збереглося небагато. Його портрет до нас не дійшов. Народився у місті Данціг (нинішній Гданськ) у купецькій сім'ї. Отримав непогану початкову освіту. У віці 15 років несподівано залишився без сім'ї. "Батьки" міста вирішили, що хлопець повинен справу родини і в 1702 році послали його в Амстердам вивчати купецьку справу. Вчився він добре і успішно засвоїв тонкощі професії. Однак дедалі більше його цікавили природничі науки та конструювання точних наукових приладів.
 |
| Термометр-? Барометр-? |
У справах служби Фаренгейт часто виїжджав з Амстердама в інші міста Голландії та за кордон. Зустрічаючись з провідними європейськими вченими та конструкторами наукових приладів, щоразу поповнював свої пізнання у науці і техніці. Так відбулася зустріч з астрономом О. Ремером, з голландським вченим і медиком Г. Бургазе, з фізиками В. Стравесандом і П. ван Мусхенбруком, з шведським припододослідником К. Ліннеєм.
Як майстер-професіонал Фаренгейт розпочав у 1710 - 1712 роках виготовлення прецизійної (дуже точної) апаратури для фізичних, хімічних та астрономічних досліджень: термометрів, барометрів, ареометрів, оптичних інструментів, пристроїв точної механіки. Попит на прилади зростав і в 1717 році він заснував у Амстердамі спеціальну фірму з виготовлення точних наукових приладів. Найбільшу зацікавленість викликали його ртутні термометри, які були поза конкуренцією.
В 1724 році Фаренгейта обрали членом Лондонського Королівського товариства, президентом якого в той час був І. Ньютон.
Крім виготовлення приладів, Фаренгейт багато працював як фізик-експериментатор. Він виявив залежність температури кипіння рідин від тиску, відкрив явище переохолодження води, досліджував температурні залежності густини і коефіцієнта теплового лінійного розширення різних матеріалів. Протягом тривалого часу читав лекції з експериментальної фізики амстердамським студентам.
 |
| Стандартний ртутний термометр Фаренгейта. |
Фаренгейта не можна вважати одноосібним винахідником термометра. Він сам неодноразово підкреслював, що багато в чому зобов'язаний О. Ремеру та іншим попередникам. Його безперечна заслуга - широке запровадження в дослідженнях стандартного термометра. Це сприяло появі наукової терміноглогії, вперше дозволило усвідомити різницю між поняттями теплоти і температури, між якими в той час була цілковита плутанина.
(За матеріалами журналу "Квант").
Комментариев нет:
Отправить комментарий