El largo viaje de los termómetros

Los instrumentos de medición de temperatura que se utilizan hoy en día desempeñan un papel importante en la ciencia, la tecnología y en la vida cotidiana de las personas; tienen una larga historia y están asociados con los nombres de muchos científicos brillantes de diferentes países, incluidos los rusos y aquellos que trabajaron en Rusia.

Descripción detallada La historia de la creación incluso de un termómetro líquido común y corriente puede ocupar un libro entero, incluidas historias sobre especialistas en diversos campos: físicos y químicos, filósofos y astrónomos, matemáticos y mecánicos, zoólogos y botánicos, climatólogos y sopladores de vidrio.

Las notas a continuación no pretenden ser una presentación completa de esta historia tan entretenida, pero pueden ser útiles para familiarizarse con el campo del conocimiento y el campo de la tecnología, cuyo nombre es Termometría.

Temperatura

La temperatura es uno de los indicadores más importantes que se utiliza en varias industrias ciencias naturales y tecnología. En física y química se utiliza como una de las principales características del estado de equilibrio de un sistema aislado, en meteorología, como principal característica del clima y el tiempo, en biología y medicina, como la cantidad más importante que determina las funciones vitales.

Incluso el antiguo filósofo griego Aristóteles (384-322 a. C.) consideraba fundamentales los conceptos de calor y frío. Junto con cualidades como la sequedad y la humedad, estos conceptos caracterizaban los cuatro elementos de la "materia primaria": tierra, agua, aire y fuego. Aunque en aquellos días y varios siglos después ya se hablaba del grado de calor o de frío (“más cálido”, “más caliente”, “más frío”), las medidas cuantitativas no existían.

Hace unos 2.500 años, el antiguo médico griego Hipócrates (c. 460 – c. 370 a. C.) se dio cuenta de que la temperatura elevada del cuerpo humano era un signo de enfermedad. Surgió un problema al determinar la temperatura normal.

Uno de los primeros intentos de introducir el concepto de temperatura estándar lo realizó el antiguo médico romano Galeno (129 - aprox. 200), quien propuso que la temperatura de una mezcla de volúmenes iguales de agua hirviendo y hielo se considerara "neutral". y las temperaturas de los componentes individuales (agua hirviendo y hielo derretido) se consideran cuatro grados, respectivamente, cálidos y cuatro grados fríos. Probablemente sea a Galeno a quien le debemos la introducción del término "temperatura"(al nivel), de donde proviene la palabra “temperatura”. Sin embargo, las mediciones de temperatura comenzaron mucho más tarde.

Termoscopio y los primeros termómetros de aire.

La historia de la medición de la temperatura se remonta a poco más de cuatro siglos. Se basa en la capacidad del aire de expandirse cuando se calienta, descrita por los antiguos griegos bizantinos allá por el siglo II. Antes de Cristo, varios inventores crearon un termoscopio, un dispositivo simple con un tubo de vidrio lleno de agua. Hay que decir que los griegos (los primeros europeos) conocieron el vidrio allá por el siglo V, en el siglo XIII. Los primeros espejos venecianos de cristal aparecieron en el siglo XVII. La fabricación de vidrio en Europa se desarrolló bastante y en 1612 apareció el primer manual. "De arte vitraria"(“Sobre el arte de fabricar vidrio”) del florentino Antonio Neri (fallecido en 1614).

La fabricación de vidrio se desarrolló especialmente en Italia. Por tanto, no es de extrañar que allí aparecieran los primeros instrumentos de vidrio. La primera descripción del termoscopio se incluye en el libro del naturalista napolitano dedicado a la cerámica, el vidrio, las piedras preciosas artificiales y la destilación, Giovanni Battista de la Porta (1535-1615). "Magia natural"(“Magia Natural”) La publicación fue publicada en 1558.

En la década de 1590. El físico, mecánico, matemático y astrónomo italiano Galileo Galilei (1564-1642), según el testimonio de sus alumnos Nelli y Viviani, construyó su termobaroscopio de vidrio en Venecia utilizando una mezcla de agua y alcohol; Con este dispositivo fue posible realizar mediciones. Algunas fuentes dicen que Galileo utilizó el vino como líquido coloreado. El aire sirvió como fluido de trabajo y los cambios de temperatura fueron determinados por el volumen de aire en el dispositivo. El dispositivo era inexacto, sus lecturas dependían tanto de la temperatura como de la presión, pero permitía "verter" una columna de líquido cambiando la presión del aire. Una descripción de este dispositivo fue hecha en 1638 por el alumno de Galileo, Benadetto Castelli.

La estrecha asociación entre Santorio y Galileo hace difícil determinar las contribuciones de cada uno a sus numerosas innovaciones técnicas. Santorio es famoso por su monografía. "De medicina estática"(“On Balance Medicine”), que contiene los resultados de su investigación experimental y cuenta con cinco ediciones. En 1612 Santorio en su obra "Comentarios en artem medicinalem Galeni"(“Notas sobre el arte médico de Galeno”) describió por primera vez un termómetro de aire. También usó un termómetro para medir la temperatura del cuerpo humano (“los pacientes sujetan el matraz con las manos, respiran sobre él a cubierto, se lo llevan a la boca”) y usó un péndulo para medir la frecuencia del pulso. Su método consistía en registrar la velocidad a la que caían las lecturas del termómetro durante diez oscilaciones del péndulo; dependía de las condiciones externas y era inexacto.

Instrumentos similares al termoscopio de Galileo fueron fabricados por el físico, alquimista, mecánico, grabador y cartógrafo holandés Cornelis Jacobson Drebbel (1572-1633) y el filósofo místico y médico inglés Robert Fludd (1574-1637), quienes presumiblemente estaban familiarizados con el trabajo de Científicos florentinos. Fue el dispositivo de Drebbel el que se llamó por primera vez (en 1636) “termómetro”. Parecía un tubo en forma de U con dos depósitos. Mientras trabajaba en el líquido de su termómetro, Drebbel descubrió un método para producir tintes carmín brillantes. Fludd, a su vez, describió el termómetro de aire.

Los primeros termómetros líquidos

El siguiente paso, pequeño pero importante, para convertir un termoscopio en un termómetro de líquidos moderno fue el uso de un líquido y un tubo de vidrio sellado en un extremo como fluido de trabajo. Los coeficientes de expansión térmica de los líquidos son menores que los de los gases, pero el volumen del líquido no cambia con los cambios en la presión externa. Esta medida se dio alrededor de 1654 en los talleres del Gran Duque de Toscana, Fernando II de Médicis (1610-1670).

Mientras tanto, comenzaron las mediciones meteorológicas sistemáticas en varios países europeos. En aquella época, cada científico utilizaba su propia escala de temperatura, y los resultados de las mediciones que nos han llegado no pueden compararse entre sí ni vincularse con los grados modernos. El concepto de grados de temperatura y puntos de referencia de la escala de temperatura aparentemente apareció en varios países ya en el siglo XVII. Los artesanos aplicaron 50 divisiones a ojo para que cuando la nieve se derrita, la columna de alcohol no caiga por debajo de la décima división y, al sol, no se eleve por encima de la 40ª división.

Uno de los primeros intentos de calibrar y estandarizar los termómetros se realizó en octubre de 1663 en Londres. Los miembros de la Royal Society acordaron utilizar como patrón uno de los termómetros de alcohol fabricados por el físico, mecánico, arquitecto e inventor Robert Hooke (1635-1703) y comparar con él las lecturas de otros termómetros. Hooke introdujo pigmento rojo en alcohol y dividió la balanza en 500 partes. También inventó el termómetro de mínimas (que indica la temperatura más baja).

En 1665, el físico teórico, matemático, astrónomo e inventor holandés Christiaan Huygens (1629-1695), junto con R. Hooke, propusieron utilizar las temperaturas de derretimiento del hielo y de ebullición del agua para crear una escala de temperatura. Los primeros registros meteorológicos inteligibles se registraron utilizando la escala de Hooke-Huygens.

La primera descripción de un termómetro líquido real apareció en 1667 en la publicación de la Accademia del Chimento * "Ensayos sobre las actividades científicas naturales de la Academia de Experimentos". Los primeros experimentos en el campo de la calorimetría se llevaron a cabo y describieron en la Academia. Se demostró que cuando se enrarece, el agua hierve a una temperatura más baja que a la presión atmosférica, y que cuando se congela, se expande. Los “termómetros florentinos” se utilizaron ampliamente en Inglaterra (introducidos por R. Boyle) y en Francia (difundidos gracias al astrónomo I. Bullo). El autor de la famosa monografía rusa "Conceptos y fundamentos de la termodinámica" (1970), I. R. Krichevsky, cree que fue el trabajo de la Academia el que sentó las bases para el uso de termómetros de líquidos.

Uno de los miembros de la Academia, el matemático y físico Carlo Renaldini (1615-1698) en un ensayo "Filosofía natural" (« Filosofía natural"), publicado en 1694, proponía tomar como puntos de referencia las temperaturas de derretimiento del hielo y de ebullición del agua.

Nacido en la ciudad alemana de Magdeburgo, ingeniero mecánico, ingeniero eléctrico, astrónomo e inventor de la bomba de aire, Otto von Guericke (1602-1686), que se hizo famoso por su experiencia con los hemisferios de Magdeburgo, también trabajó con termómetros. En 1672 construyó un aparato de agua-alcohol de varios metros de altura con una escala que tenía ocho divisiones: de “muy frío” a “muy caliente”. Hay que admitir que el tamaño de la estructura no hizo avanzar la termometría.

La gigantomanía de Guericke encontró seguidores en Estados Unidos tres siglos después. El termómetro más grande del mundo, de 40,8 m (134 pies) de altura, fue construido en 1991 para conmemorar la temperatura récord alcanzada en el Valle de la Muerte en California en 1913: +56,7 °C (134 °F). El termómetro de tres vías está situado en la pequeña localidad de Baker, cerca de Nevada.

Los primeros termómetros precisos que se utilizaron ampliamente fueron fabricados por el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). El inventor nació en lo que hoy es Polonia, en Gdansk (entonces Danzig), quedó huérfano temprano, comenzó a estudiar comercio en Amsterdam, pero no completó sus estudios y, interesándose por la física, comenzó a visitar laboratorios y talleres en Alemania, Holanda e Inglaterra. . Desde 1717 vivió en Holanda, donde tenía un taller de soplado de vidrio y se dedicaba a la fabricación de instrumentos meteorológicos de precisión: barómetros, altímetros, higrómetros y termómetros. En 1709 produjo un termómetro de alcohol y en 1714 un termómetro de mercurio.

El mercurio resultó ser un fluido de trabajo muy conveniente, ya que tenía una dependencia del volumen de la temperatura más lineal que el alcohol, se calentaba mucho más rápido que el alcohol y podía usarse a temperaturas mucho más altas. Fahrenheit desarrolló un nuevo método para purificar el mercurio y utilizó un depósito de mercurio con forma de cilindro en lugar de bola. Además, para mejorar la precisión de los termómetros, Fahrenheit, que tenía habilidades para soplado de vidrio, comenzó a utilizar vidrio con el coeficiente de expansión térmica más bajo. Sólo en la región de bajas temperaturas el mercurio (punto de congelación –38,86 °C) fue inferior al alcohol (punto de congelación –114,15 °C).

Desde 1718, Fahrenheit dio conferencias sobre química en Amsterdam; en 1724 se convirtió en miembro de la Royal Society, aunque no recibió grado científico y publicó sólo una colección de artículos de investigación.

Para sus termómetros, Fahrenheit utilizó por primera vez una escala modificada adoptada por el físico danés Olaf Roemer (1644-1710) y propuesta por el matemático, mecánico, astrónomo y físico inglés Isaac Newton (1643-1727) en 1701.

Los intentos iniciales del propio Newton de desarrollar una escala de temperatura fueron ingenuos y fueron abandonados casi de inmediato. Se propuso tomar como puntos de referencia la temperatura del aire en invierno y la temperatura de las brasas. Luego Newton utilizó el punto de fusión de la nieve y la temperatura corporal de una persona sana, aceite de linaza como fluido de trabajo y dividió la escala (basada en 12 meses al año y 12 horas del día antes del mediodía) en 12 grados (según otras fuentes, 32 grados). En este caso, la calibración se realizó mezclando ciertas cantidades de agua hirviendo y recién descongelada. Pero este método también resultó inaceptable.

Newton no fue el primero en utilizar petróleo: allá por 1688, el físico francés Dalance utilizó el punto de fusión de la mantequilla de vaca como punto de referencia para calibrar los termómetros de alcohol. Si se mantuviera esta técnica, Rusia y Francia tendrían escalas de temperatura diferentes: tanto el ghee, común en Rusia, como la famosa mantequilla de Vologda difieren en composición de las variedades europeas.

El observador Roemer observó que su reloj de péndulo funciona más lento en verano que en invierno y que las divisiones de escala de sus instrumentos astronómicos son mayores en verano que en invierno. Para aumentar la precisión de las mediciones del tiempo y de los parámetros astronómicos, era necesario realizar estas mediciones a las mismas temperaturas y, por tanto, disponer de un termómetro preciso. Roemer, como Newton, utilizó dos puntos de referencia: la temperatura normal del cuerpo humano y la temperatura de fusión del hielo (el fluido de trabajo era vino tinto fortificado o una solución de alcohol al 40%, teñida con azafrán, en un tubo de 18 pulgadas). Fahrenheit les añadió un tercer punto, que correspondía a la temperatura más baja alcanzada entonces en la mezcla de agua, hielo y amoníaco.

Habiendo logrado una precisión de medición significativamente mayor con la ayuda de su termómetro de mercurio, Fahrenheit dividió cada grado de Roemer en cuatro y tomó tres puntos como puntos de referencia para su escala de temperatura: la temperatura de una mezcla de agua salada con hielo (0 °F), la temperatura corporal de una persona sana (96 °F) y la temperatura de derretimiento del hielo (32 °F), considerándose esta última como control.

Así escribió al respecto en un artículo publicado en la revista "Transacción filosófica"(1724,
volumen 33, pág. 78): “...colocando el termómetro en una mezcla de sal de amonio o sal marina, agua y hielo, encontraremos el punto de la escala que indica cero. El segundo punto se obtiene si se utiliza la misma mezcla sin sal. Designemos este punto como 30. El tercer punto, designado como 96, se obtiene si se introduce el termómetro en la boca, recibiendo el calor de una persona sana”.

Según la leyenda, Fahrenheit tomó como punto más bajo de la escala la temperatura a la que se enfrió el aire en el invierno de 1708/09 en su ciudad natal de Danzig. También se pueden encontrar declaraciones de que creía que una persona moría de frío a 0 °F y de golpe de calor a
100°F. Finalmente, dijeron que era miembro de la logia masónica con sus 32 grados de iniciación, y por lo tanto consideraron que el punto de fusión del hielo era igual a este número.

Después de algunas pruebas y errores, Fahrenheit llegó a una escala de temperatura muy útil. El punto de ebullición del agua resultó ser igual a 212 °F en la escala aceptada, y todo el rango de temperatura del estado líquido del agua correspondía a 180 °F. Esta escala se justificó por la falta valores negativos grados.

Después de realizar una serie de mediciones precisas, Fahrenheit estableció que el punto de ebullición varía dependiendo de presión atmosférica. Esto le permitió crear un hipsotermómetro, un dispositivo para medir la presión atmosférica en función del punto de ebullición del agua. También lideró el descubrimiento del fenómeno del sobreenfriamiento de líquidos.

El trabajo de Fahrenheit sentó las bases de la termometría, y luego de la termoquímica y la termodinámica. La escala Fahrenheit fue adoptada como oficial en muchos países (en Inglaterra, desde 1777), sólo temperatura normal El cuerpo humano se corrigió a 98,6 o F. Ahora esta escala se utiliza sólo en los EE.UU. y Jamaica, y otros países en los años 1960 y 1970. pasó a utilizar la escala Celsius.

El termómetro fue introducido en la práctica médica generalizada por el profesor holandés de medicina, botánica y química, fundador de la clínica científica Hermann Boerhaave (1668-1738), su alumno Gerard van Swieten (1700-1772), el médico austriaco Anton de Haen ( 1704-1776) y de forma independiente por el inglés George Martin.

El fundador de la Escuela de Medicina de Viena, Jaén, descubrió que la temperatura de una persona sana sube y baja dos veces durante el día. Como partidario de la teoría de la evolución, explicó esto por el hecho de que los antepasados ​​​​del hombre, los reptiles que vivían cerca del mar, cambiaban su temperatura de acuerdo con el flujo y reflujo de la marea. Sin embargo, sus obras quedaron en el olvido durante mucho tiempo.

Martin escribió en uno de sus libros que sus contemporáneos discutían si el punto de fusión del hielo cambia con la altitud y, para comprobar la verdad, transportaron un termómetro de Inglaterra a Italia.

No es menos sorprendente que científicos que se hicieron famosos en diversos campos del conocimiento se interesaran más tarde por medir la temperatura del cuerpo humano: A. Lavoisier y P. Laplace, J. Dalton y G. Davy, D. Joule y P. Dulong, W. Thomson y A. Becquerel, J. Foucault y G. Helmholtz.

“Ha corrido mucho mercurio bajo el puente” desde entonces. La era de casi trescientos años de uso generalizado de los termómetros de mercurio parece estar llegando a su fin debido a la toxicidad del metal líquido: en los países europeos, donde se presta cada vez más atención a las cuestiones de seguridad humana, se han aprobado leyes para limitar y prohibir la producción de tales termómetros.

* Fundada en Florencia en 1657 por los alumnos de Galileo bajo el patrocinio de Fernando II de Médicis y su hermano Leopoldo, la Accademia del Cimento no duró mucho, pero se convirtió en el prototipo de la Royal Society, la Academia de Ciencias de París y otras academias europeas. . Fue concebido para promover el conocimiento científico y ampliar las actividades colectivas para su desarrollo.

Reimpreso con continuación.

Si en el siglo XVIII la mecánica se convirtió en un campo maduro y bien definido de las ciencias naturales, entonces la ciencia del calor esencialmente dio sólo sus primeros pasos. Ciertamente, nuevo enfoque El estudio de los fenómenos térmicos se inició en el siglo XVII. El termoscopio de Galileo y los termómetros posteriores de los académicos florentinos Guericke y Newton prepararon el terreno sobre el que creció la termometría ya en el primer cuarto del nuevo siglo. Los termómetros Fahrenheit, Delisle, Lomonosov, Reaumur y Celsius, que se diferenciaban entre sí en sus características de diseño, al mismo tiempo determinaron el tipo de termómetro con dos puntos constantes, que todavía se acepta hoy en día.

En 1703, el académico parisino Amonton (1663-1705) diseñó un termómetro de gas en el que la temperatura se determinaba mediante un tubo manométrico conectado a un depósito de gas de volumen constante. Un dispositivo teóricamente interesante, un prototipo de los modernos termómetros de hidrógeno, resultaba inconveniente a efectos prácticos. El soplador de vidrio de Danzig (Gdansk) Fahrenheit (1686-1736) fabricaba desde 1709 termómetros de alcohol con punta constante. En 1714 empezó a producir termómetros de mercurio. Fahrenheit tomó el punto de congelación del agua como 32° y el punto de ebullición del agua como 212°. Se consideraba que Fahrenheit era el punto de congelación de una mezcla de agua, hielo y amoníaco o sal de mesa. No nombró el punto de ebullición del agua hasta 1724 en una publicación impresa. Se desconoce si lo usó antes.

El zoólogo y metalúrgico francés Reaumur (1683-1757) propuso un termómetro con un punto cero constante, para el que tomó el punto de congelación del agua. Utilizando como cuerpo termométrico una solución de alcohol al 80%, y en la versión final mercurio, tomó el punto de ebullición del agua como segundo punto constante, designándolo con el número 80. Réaumur describió su termómetro en artículos publicados en la revista Academia de Ciencias de París en 1730, 1731 gg.

La prueba del termómetro de Reaumur fue realizada por el astrónomo sueco Celsius (1701-1744), quien describió sus experimentos en 1742. “Estos experimentos”, escribió, “los repetí durante dos años, en todos los meses de invierno, bajo diferentes condiciones climáticas. y varios cambios en el estado del barómetro, y siempre encontraba exactamente el mismo punto en el termómetro. No sólo coloqué el termómetro en hielo derretido, sino que también, en un frío extremo, puse nieve en mi habitación y la prendí al fuego hasta que comenzó a derretirse. También coloqué un caldero con nieve derretida junto con un termómetro en una estufa y siempre descubrí que el termómetro marcaba el mismo punto, siempre que la nieve estuviera apretada alrededor de la bola del termómetro. Después de comprobar cuidadosamente la constancia del punto de fusión del hielo, Celsius examinó el punto de ebullición del agua y descubrió que dependía de la presión. Como resultado de la investigación apareció un nuevo termómetro, ahora conocido como termómetro Celsius. Celsius tomó el punto de fusión del hielo como 100, el punto de ebullición del agua a una presión de 25 pulgadas 3 líneas de mercurio como 0. El famoso botánico sueco Carl Linneo (1707-1788) usó un termómetro con valores reordenados de puntos constantes . O significaba el punto de fusión del hielo, 100 significaba el punto de ebullición del agua. Por tanto, la escala Celsius moderna es esencialmente la escala de Linneo.

En la Academia de Ciencias de San Petersburgo, el académico Delisle propuso una escala en la que el punto de fusión del hielo se tomaba en 150 y el punto de ebullición del agua en 0. El académico P. S. Pallas en sus expediciones de 1768-1774. En los Urales y Siberia utilicé el termómetro Deli. M.V. Lomonosov utilizó en su investigación un termómetro que diseñó con una escala inversa a la escala Deli.

Los termómetros se utilizaron principalmente con fines meteorológicos y geofísicos. Lomonosov, quien descubrió la existencia en la atmósfera. corrientes verticales, que estudia la dependencia de la densidad de las capas atmosféricas con la temperatura, proporciona datos a partir de los cuales es posible determinar el coeficiente de expansión volumétrica del aire, igual, según estos datos, aproximadamente ]/367. Lomonosov defendió apasionadamente la prioridad del académico Brown de San Petersburgo en el descubrimiento del punto de congelación del mercurio, quien el 14 de diciembre de 1759 congeló por primera vez el mercurio utilizando mezclas refrescantes. Fue temperatura más baja logrado en ese momento.

Las temperaturas más altas (sin estimaciones cuantitativas) fueron obtenidas en 1772 por una comisión de la Academia de Ciencias de París bajo la dirección del famoso químico Lavoisier. Se obtuvieron altas temperaturas utilizando una lente especialmente diseñada. La lente se ensambló a partir de dos lentejas cóncavas-convexas, cuyo espacio entre ellas se llenó con alcohol. En una lente de 120 cm de diámetro se vertieron unos 130 litros de alcohol y en el centro su espesor alcanzaba los 16 cm. Al enfocar los rayos del sol se podía fundir zinc, oro y quemar diamantes. Tanto en los experimentos de Brown-Lomonosov, donde el "refrigerador" era el aire invernal, como en los experimentos de Lavoisier, la fuente de altas temperaturas era la "estufa" natural: el sol.

El desarrollo de la termometría fue el primer descubrimiento científico y uso práctico Dilatación térmica de los cuerpos. Naturalmente, el fenómeno de la expansión térmica comenzó a estudiarse no sólo cualitativamente sino también cuantitativamente: las primeras mediciones precisas de la expansión térmica sólidos fueron realizados por Lavoisier y Laplace en 1782. Su método fue descrito durante mucho tiempo en los cursos de física, comenzando con el curso de Biot, 1819, y terminando con el curso de física de O. D. Khvolson, 1923.

Una tira del cuerpo que se estaba analizando se colocó primero en hielo derretido y luego en agua hirviendo. Se obtuvieron datos sobre diferentes tipos de vidrio, acero y hierro, así como sobre diferentes tipos de oro, cobre, latón, plata, estaño, plomo. Los científicos descubrieron que los resultados varían según el método de preparación del metal. Una tira de acero sin endurecer aumenta en 0,001079 de su longitud original cuando se calienta 100°, y una tira de acero endurecido aumenta en 0,001239. Para el hierro forjado se obtuvo un valor de 0,001220, para el hierro trefilado fue de 0,001235. Estos datos dan una idea de la precisión del método.

Entonces, ya en la primera mitad del siglo XVIII, se crearon termómetros y comenzaron las mediciones térmicas cuantitativas, llevadas a un alto grado de precisión en los experimentos termofísicos de Laplace y Lavoisier. Sin embargo, los conceptos cuantitativos básicos de la termofísica no cristalizaron inmediatamente. En los trabajos de los físicos de esa época había una considerable confusión en conceptos como "cantidad de calor", "grado de calor", "grado de calor". La necesidad de distinguir entre los conceptos de temperatura y cantidad de calor fue señalada en 1755 por I. G. Lambert (1728-1777). Sin embargo, sus contemporáneos no apreciaron sus instrucciones y el desarrollo de conceptos correctos fue lento.

Los primeros enfoques de la calorimetría están contenidos en los trabajos de los académicos de San Petersburgo G.V. Kraft y G.V. Richman (1711-1753). El artículo de Craft "Diferentes experimentos con calor y frío", presentado en la Conferencia de la Academia en 1744 y publicado en 1751, trata del problema de determinar la temperatura de una mezcla de dos porciones de líquido tomadas a diferentes temperaturas. Este problema a menudo se llamaba "el problema de Richmann" en los libros de texto, aunque Richmann resolvió un problema más general y complejo que Kraft. Kraft dio una fórmula empírica incorrecta para resolver el problema.

Encontramos un enfoque completamente diferente para resolver el problema en Richman. En el artículo “Reflexiones sobre la cantidad de calor que debe obtenerse mezclando líquidos que tengan ciertos grados de calor”, publicado en 1750, Richmann plantea el problema de determinar la temperatura de una mezcla de varios (y no dos, como en Kraft) líquidos y lo resuelve basándose en el principio del equilibrio térmico. “Supongamos”, dice Richman, “que la masa del líquido es igual a a; el calor distribuido en esta masa es igual a m; Sea la otra masa, en la que se distribuye el mismo calor m que en la masa a, igual a a + b. Entonces el calor resultante

es igual a am/(a+b). Aquí Richmann entiende la temperatura por "calor", pero el principio que formuló de que "el mismo calor es inversamente proporcional a las masas sobre las que se distribuye" es puramente calorimétrico. “Así”, escribe además Richmann, “el calor de la masa a, igual a m, y el calor de la masa b, igual a n, se distribuyen uniformemente sobre la masa a + b, y el calor en esta masa, es decir, en a mezcla de a y b, debe ser igual a la suma de los calores m + n distribuidos en la masa a + b, o igual a (ma + nb) / (a ​​+ b). Esta fórmula apareció en los libros de texto como la “fórmula de Richmann”. “Para obtener una fórmula más general”, continúa Richman, “mediante la cual sería posible determinar el grado de calor al mezclar 3, 4, 5, etc. masas del mismo líquido con diferentes grados de calor, a estas masas las llamé a, b, c, d, e, etc., y los calores correspondientes son m, n, o, p, q, etc. Exactamente de la misma manera supuse que cada una de ellas está distribuida sobre la totalidad de todas las masas”. Como resultado, “el calor después de mezclar todas las masas calientes es igual a:

(am + bп + с + dp + eq) etc./(a + b + c+d + e) ​​​​etc.

es decir, la suma de masas líquidas, sobre las cuales el calor de las masas individuales se distribuye uniformemente cuando se mezclan, está relacionada con la suma de todos los productos de cada masa por su calor, de la misma manera que la unidad lo está con el calor de la mezcla. "

Richmann aún no dominaba el concepto de cantidad de calor, pero escribió y fundamentó lógicamente una fórmula calorimétrica completamente correcta y descubrió fácilmente que su fórmula concordaba mejor con la experiencia que la fórmula de Krafg. Estableció correctamente que sus “calores” “no eran calor real, sino el exceso de calor de la mezcla en comparación con cero grados Fahrenheit”. Entendió claramente que: 1. “El calor de la mezcla se distribuye no sólo por toda su masa, sino también por las paredes del recipiente y por el propio termómetro”. 2. “El calor propio del termómetro y el calor del recipiente se distribuyen por toda la mezcla, a lo largo de las paredes del recipiente en el que se encuentra la mezcla y por todo el termómetro”. 3. “Parte del calor de la mezcla, durante el tiempo que dura el experimento, pasa al aire circundante...”

Richman formuló con precisión las fuentes de errores en los experimentos calorimétricos, indicó las razones de la discrepancia entre la fórmula de Kraft y el experimento, es decir, sentó las bases de la calorimetría, aunque él mismo aún no se había acercado al concepto de cantidad de calor. El trabajo de Richmann fue continuado por el académico sueco Johann Wilcke (1732-1796) y el químico escocés Joseph Black (1728-1799). Ambos científicos, basándose en la fórmula de Richmann, consideraron necesario introducir nuevos conceptos en la ciencia. Wilke, mientras estudiaba el calor de una mezcla de agua y nieve en 1772, descubrió que parte del calor desaparece, de ahí surgió el concepto de calor latente del derretimiento de la nieve y la necesidad de introducir un nuevo concepto, que más tarde se denominó "capacidad calorífica."

Black, que no publicó sus resultados, llegó a la misma conclusión. Su investigación no se publicó hasta 1803, y luego se supo que Black fue el primero en distinguir claramente entre los conceptos de cantidad de calor y temperatura, y el primero en introducir el término "capacidad calorífica". En 1754-1755, Black descubrió no sólo la constancia del punto de fusión del hielo, sino también que el termómetro permanece a la misma temperatura, a pesar de la entrada de calor, hasta que todo el hielo se derrite. De aquí Black llegó al concepto de calor latente de fusión. Posteriormente estableció el concepto de calor latente de vaporización. Así, hacia los años 70 del siglo XVIII se establecieron los conceptos calorimétricos básicos. Sólo casi cien años después (en 1852) se introdujo la unidad de cantidad de calor, que mucho más tarde recibió el nombre de “caloría”. Clausius también habla simplemente de la unidad de calor y no utiliza el término "caloría".)

En 1777, Lavoisier y Laplace, después de construir un calorímetro de hielo, determinaron las capacidades caloríficas específicas de varios cuerpos. La cualidad primaria de Aristóteles, el calor, comenzó a estudiarse mediante experimentos precisos.

También aparecieron teorías científicas sobre el calor. Uno de los conceptos más comunes (el negro también se adhirió a él) es la teoría de un fluido térmico especial: el calórico. El otro, del que Lomonósov era un entusiasta partidario, consideraba el calor como un tipo de movimiento de “partículas insensibles”. El concepto de calórico se adaptaba muy bien a la descripción de los hechos calorimétricos: la fórmula de Richmann y las fórmulas posteriores que tenían en cuenta el calor latente podían explicarse perfectamente. Como resultado, la teoría del calórico dominó hasta mediados del siglo XIX, cuando se descubrió La ley de conservación de la energía obligó a los físicos a volver al concepto desarrollado con éxito por Lomonosov cien años antes del descubrimiento de esta ley.

La idea de que el calor es una forma de movimiento era muy común en el siglo XVII. F. Bacon en el New Organon, aplicando su método al estudio de la naturaleza del calor, llega a la conclusión de que "el calor es un movimiento de propagación, obstaculizado y que se produce en pequeñas partes". Descartes habla más específica y claramente del calor como movimiento de pequeñas partículas. Considerando la naturaleza del fuego, llega a la conclusión de que "el cuerpo de la llama... está compuesto de partículas diminutas que se mueven muy rápida y violentamente por separado unas de otras". Señala además que “sólo este movimiento, dependiendo de las diversas acciones que produce, se llama calor o luz”. Pasando al resto de cuerpos, afirma “que pequeñas partículas que no detienen su movimiento están presentes no sólo en el fuego, sino también en todos los demás cuerpos, aunque en estos últimos su acción no es tan fuerte, y debido a su De pequeño tamaño, ellos mismos no pueden ser percibidos por ninguno de nuestros sentidos."

El atomismo dominó las opiniones físicas de los científicos y pensadores del siglo XVII. Hooke, Huygens y Newton imaginaron que todos los cuerpos del Universo estaban formados por partículas diminutas, "insensibles", como más tarde los llamó brevemente Lomonosov. El concepto de calor como forma de movimiento de estas partículas les pareció bastante razonable a los científicos. Pero estas ideas sobre el calor eran de naturaleza cualitativa y surgieron sobre una base fáctica muy escasa. En el siglo 18 el conocimiento sobre los fenómenos térmicos se hizo más preciso y definido; la química también dio grandes pasos, en los que la teoría del flogisto, antes del descubrimiento del oxígeno, ayudó a comprender los procesos de combustión y oxidación. Todo esto contribuyó a la asimilación de un nuevo punto de vista sobre el calor como sustancia especial, y los primeros éxitos de la calorimetría fortalecieron la posición de los partidarios del calórico. Fue necesario un gran coraje científico para desarrollar la teoría cinética del calor en esta situación.

La teoría cinética del calor se combinó naturalmente con la teoría cinética de la materia, y sobre todo del aire y del vapor. Los gases (la palabra “gas” fue introducida por Van Helmont; 1577-1644) esencialmente aún no se habían descubierto, e incluso Lavoisier consideraba el vapor como una combinación de agua y fuego. El propio Lomonosov, al observar la disolución del hierro en vodka fuerte (ácido nítrico), creía

Burbujas de nitrógeno liberadas por el aire. Así, el aire y el vapor eran casi los únicos gases en la época de Lomonósov: “líquidos elásticos”, según la terminología de la época.

D. Bernoulli en su "Hidrodinámica" imaginó que el aire estaba formado por partículas que se movían "extremadamente rápido en varias direcciones" y creía que estas partículas formaban un "fluido elástico". Bernoulli fundamentó la ley de Boyle-Mariotte con su modelo del “fluido elástico”. Estableció una relación entre la velocidad del movimiento de las partículas y el calentamiento del aire y explicó así el aumento de la elasticidad del aire cuando se calienta. Este fue el primer intento en la historia de la física de interpretar el comportamiento de los gases mediante el movimiento de las moléculas, un intento sin duda brillante, y Bernoulli pasó a la historia de la física como uno de los fundadores. Teoría cinética gases

Seis años después de la publicación de Hidrodinámica, Lomonosov presentó en la Asamblea Académica su obra “Reflexiones sobre la causa del calor y el frío”. Se publicó sólo seis años después, en 1750, junto con otra obra posterior, "Una experiencia en la teoría de la elasticidad del aire". Por tanto, la teoría de la elasticidad de los gases de Lomonosov está indisolublemente ligada a su teoría del calor y se basa en esta última.

D. Bernoulli también prestó gran atención a las cuestiones del calor, en particular a la cuestión de la dependencia de la densidad del aire de la temperatura. Sin limitarse a referirse a los experimentos de Amonton, él mismo intentó determinar experimentalmente la dependencia de la elasticidad del aire de la temperatura. “Descubrí”, escribe Bernoulli, “que la elasticidad del aire, que estaba muy frío aquí en San Petersburgo el 25 de diciembre de 1731, art. Art., se refiere a la elasticidad del mismo aire, que tiene el mismo calor que el agua hirviendo, como 523 a 1000.” Este valor de Bernoulli es claramente incorrecto, ya que supone que la temperatura del aire frío corresponde a -78 °C.

Los cálculos similares de Lomonosov, mencionados anteriormente, son mucho más precisos. Pero el resultado final de Bernoulli es muy notable: “las elasticidades están en la relación compuesta por el cuadrado de las velocidades de las partículas y la primera potencia de las densidades”, lo cual es enteramente consistente con la ecuación básica de la teoría cinética de los gases en la moderna presentación.

Bernoulli no abordó en absoluto la cuestión de la naturaleza del calor, que era central en la teoría de Lomonosov. Lomonosov plantea la hipótesis de que el calor es una forma de movimiento de partículas insensibles. Considera la posible naturaleza de estos movimientos: movimiento de traslación, rotación y oscilación, y afirma que "el calor consiste en el movimiento de rotación interno de la materia ligada".

Habiendo aceptado como premisa inicial la hipótesis del movimiento de rotación de las moléculas como causa del calor, Lomonosov deduce de ello una serie de consecuencias: 1) las moléculas (corpúsculos) tienen forma esférica; 2) “... con una rotación más rápida de las partículas de materia unida, el calor debería aumentar y con una rotación más lenta, debería disminuir; 3) las partículas de cuerpos calientes giran más rápido, las partículas de cuerpos fríos giran más lentamente; 4) los cuerpos calientes deben enfriarse al entrar en contacto con los fríos, ya que esto ralentiza el movimiento calorífico de las partículas; por el contrario, los cuerpos fríos deben calentarse debido a la aceleración del movimiento al entrar en contacto”. Así, la transición de calor de un cuerpo caliente a uno frío que se observa en la naturaleza es una confirmación de la hipótesis de Lomonósov.

El hecho de que Lomonosov haya señalado la transferencia de calor como una de las principales consecuencias es muy significativo, y algunos autores ven en esto la base para clasificar a Lomonosov como el descubridor de la segunda ley de la termodinámica. Es poco probable, sin embargo, que la afirmación anterior pueda considerarse como la formulación principal de la segunda ley, pero todo el trabajo en su conjunto es sin duda el primer esbozo de la termodinámica. Así, Lomonosov explica en él la formación de calor durante la fricción, que sirvió de base experimental de la primera ley en los experimentos clásicos de Joule. Lomonosov además, abordando la cuestión de la transición del calor de un cuerpo caliente a uno frío, se refiere a la siguiente posición: “El cuerpo A, actuando sobre el cuerpo B, no puede darle a este último una velocidad de movimiento mayor que la que él mismo tiene. .” Esta posición es un caso específico de la “ley universal de conservación”. Basándose en esta posición, demuestra que un cuerpo frío B, sumergido en un líquido caliente A, “evidentemente no puede percibir un mayor grado de calor que el de A”.

Lomonosov pospone la cuestión de la expansión térmica "para otro momento", hasta que considere la elasticidad del aire. Por tanto, su trabajo termodinámico es directamente adyacente a su trabajo posterior sobre la elasticidad de los gases. Sin embargo, hablando de su intención de posponer la consideración de la expansión térmica "para otro momento", Lomonosov también señala aquí que, dado que no existe un límite superior para la velocidad de las partículas (¡la teoría de la relatividad aún no existe!), entonces hay No hay límite superior para la temperatura. Pero "necesariamente debe haber un grado máximo y final de frío, que debe consistir en el cese completo del movimiento de rotación de las partículas". Lomonosov, por tanto, afirma la existencia del “último grado de frío”: el cero absoluto.

En conclusión, Lomonosov critica la teoría del calórico, que considera una recaída de la antigua idea del fuego elemental. Al analizar diversos fenómenos, tanto físicos como químicos, asociados con la liberación y absorción de calor, Lomonosov concluye que “el calor de los cuerpos no puede atribuirse a la condensación de alguna materia delgada, especialmente diseñada, sino que el calor consiste en el movimiento de rotación interno de la materia conectada de los cuerpos calentados." Por materia "ligada", Lomonosov entiende la materia de las partículas de los cuerpos, distinguiéndola de la materia "fluida", que puede fluir "como un río" a través de los poros de un cuerpo.

Al mismo tiempo, Lomonosov incluyó el éter mundial en su sistema termodinámico, muy por delante no solo de su tiempo, sino también del siglo XIX. “Por lo tanto”, continúa Lomonósov, “no sólo decimos que tal movimiento y calor son también característicos de esa materia sutil del éter, que llena todos los espacios que no contienen cuerpos sensibles, sino que también afirmamos que la materia del éter puede impartir el movimiento calorífico recibido del sol a nuestra tierra y al resto de los cuerpos del mundo y calentarlos, siendo el medio a través del cual cuerpos distantes entre sí imparten calor sin mediación de nada tangible”.

Así, Lomonosov, mucho antes que Boltzmann, Golitsyn y Wien, incluyó la radiación térmica en la termodinámica. La termodinámica de Lomonosov es un logro notable del pensamiento científico del siglo XVIII, muy adelantado a su tiempo.

Surge la pregunta: ¿por qué Lomonosov se negó a considerar el movimiento de traslación térmica de las partículas y se decidió por el movimiento de rotación? Esta suposición debilitó enormemente su trabajo, y la teoría de D. Bernoulli se acercó mucho más a los estudios posteriores de Clausius y Maxwell que la teoría de Lomonosov. Lomonosov tenía pensamientos muy profundos sobre este asunto. Tuvo que explicar cosas tan contradictorias como la cohesión y la elasticidad, la coherencia de las partículas corporales y la capacidad de los cuerpos para expandirse. Lomonosov era un ferviente oponente de las fuerzas de largo alcance y no podía recurrir a ellas al considerar la estructura molecular de los cuerpos. Tampoco quería reducir la explicación de la elasticidad de los gases a impactos elásticos de partículas, es decir, explicar la elasticidad por elasticidad. Buscaba un mecanismo que explicara tanto la elasticidad como la expansión térmica de la forma más natural. En su obra "Experiencia en la teoría de la elasticidad del aire", rechaza la hipótesis de la elasticidad de las partículas mismas, que, según Lomonosov, "carecen de composición física y estructura organizada..." y son átomos. Por lo tanto, la propiedad de elasticidad no la exhiben partículas individuales que no tienen ninguna complejidad física ni estructura organizada, sino que la producen una colección de ellas. Así, la elasticidad del gas (aire), según Lomonosov, es "una propiedad de un conjunto de átomos". Los propios átomos, según Lomonosov, "deben ser sólidos y tener extensión", y considera que su forma es "muy cercana" a la esférica. El fenómeno del calor resultante de la fricción le obliga a aceptar la hipótesis de que “los átomos del aire son rugosos”. El hecho de que la elasticidad del aire sea proporcional a la densidad lleva a Lomonosov a concluir “que proviene de alguna interacción directa de sus átomos”. Pero los átomos, según Lomonosov, no pueden actuar a distancia, sino que actúan sólo al contacto. La compresibilidad del aire demuestra la presencia de espacios vacíos en él, que imposibilitan la interacción de los átomos. A partir de aquí, Lomonosov llega a una imagen dinámica, cuando la interacción de los átomos se reemplaza en el tiempo por la formación de un espacio vacío entre ellos, y la separación espacial de los átomos se reemplaza por el contacto. “Es evidente, pues, que los átomos individuales del aire, en desordenada alternancia, chocan con los más próximos a intervalos de tiempo insensibles, y cuando unos están en contacto, otros rebotan entre sí y chocan con los más próximos a ellos, para poder repuntar de nuevo; Así, continuamente alejados unos de otros por frecuentes choques mutuos, tienden a dispersarse en todas direcciones”. Lomonosov ve elasticidad en esta dispersión en todas direcciones. "La fuerza de elasticidad consiste en la tendencia del aire a extenderse en todas direcciones".

Sin embargo, es necesario explicar por qué los átomos rebotan entre sí cuando interactúan. La razón de esto, según Lomonósov, es el movimiento térmico: "La interacción de los átomos del aire es causada únicamente por el calor". Y dado que el calor consiste en el movimiento de rotación de las partículas, para explicar su repulsión basta considerar lo que sucede cuando dos partículas rugosas, esféricas y en rotación entran en contacto. Lomonosov muestra que se alejarán el uno del otro, y lo ilustra con el ejemplo del rebote de peonzas (“perdidamente”) que los niños arrojan sobre el hielo, que él conoce bien desde la infancia. Cuando estas peonzas entran en contacto, rebotan entre sí a distancias considerables. Así, según Lomonosov, las colisiones elásticas de átomos son causadas por la interacción de sus momentos de rotación. ¡Por eso necesitaba la hipótesis del movimiento de rotación térmica de las partículas! Así, Lomonosov fundamentó completamente el modelo de un gas elástico que consiste en partículas que se mueven caóticamente y chocan.

Este modelo permitió a Lomonosov no sólo explicar la ley de Boyle-Mariotte, sino también predecir desviaciones de ella bajo grandes compresiones. Lomonosov dio una explicación de la ley y sus desviaciones en su obra "Adición a las reflexiones sobre la elasticidad del aire", publicada en el mismo volumen de "Nuevos comentarios" de la Academia de Ciencias de San Petersburgo, en el que los dos anteriores Se publicaron obras. En las obras de Lomonosov también hay declaraciones incorrectas, que pueden explicarse completamente por el nivel de conocimiento de esa época. Pero no determinan la importancia del trabajo de un científico. No podemos dejar de admirar el coraje y la profundidad del pensamiento científico de Lomonosov, quien, en la infancia de la ciencia del calor, creó un poderoso concepto teórico que estaba muy por delante de su época. Los contemporáneos no siguieron el camino de Lomonósov; en la teoría del calor, como se decía, reinaba el calórico; el pensamiento físico del siglo XVIII requería diversas sustancias: térmica, luminosa, eléctrica, magnética. Por lo general, esto se ve como la naturaleza metafísica del pensamiento de los científicos naturales del siglo XVIII y parte de su naturaleza reaccionaria. ¿Pero por qué llegó a ser así? Parece que la razón de esto reside en el progreso de las ciencias naturales exactas. En el siglo 18 Aprendí a medir el calor, la luz, la electricidad, el magnetismo. Se han encontrado medidas para todos estos agentes, tal como se encontraron hace mucho tiempo para masas y volúmenes ordinarios. Este hecho acercó los agentes ingrávidos a masas y líquidos ordinarios y los obligó a ser considerados como un análogo de los líquidos ordinarios. El concepto de “ingravidez” fue una etapa necesaria en el desarrollo de la física; nos permitió penetrar más profundamente en el mundo de los fenómenos térmicos, eléctricos y magnéticos. Contribuyó al desarrollo de una experimentación precisa, a la acumulación de numerosos hechos y a su interpretación primaria.

Escalas de temperatura. Hay varias escalas de temperatura graduadas y, por lo general, se toman como puntos de referencia las temperaturas de congelación y ebullición del agua. Ahora la escala más común en el mundo es la escala Celsius. En 1742, el astrónomo sueco Anders Celsius propuso una escala de termómetro de 100 grados en la que 0 grados es el punto de ebullición del agua a presión atmosférica normal y 100 grados es la temperatura de fusión del hielo. La división de escala es 1/100 de esta diferencia. Cuando se empezaron a utilizar los termómetros, resultó más conveniente intercambiar 0 y 100 grados. Quizás en esto participó Carl Linneo (enseñó medicina y ciencias naturales en la misma Universidad de Uppsala donde Celsius enseñaba astronomía) quien allá por 1838 propuso tomar la temperatura de fusión del hielo como temperatura 0, pero parece que no pensó en un segundo punto de referencia. . Actualmente, la escala Celsius ha cambiado un poco: 0°C todavía se considera la temperatura de fusión del hielo a presión normal, que no depende mucho de la presión. Pero el punto de ebullición del agua a presión atmosférica es ahora de 99.975°C, lo que no afecta a la precisión de medición de casi todos los termómetros, excepto los de precisión especial. También se conocen las escalas de temperatura Fahrenheit de Kelvin Reaumur y otros. La escala de temperatura Fahrenheit (en la segunda versión adoptada desde 1714) tiene tres puntos fijos: 0° correspondía a la temperatura de una mezcla de agua helada y amoníaco 96° - la temperatura del cuerpo temperatura de una persona sana (debajo de la axila o en la boca). La temperatura de referencia para comparar varios termómetros se tomó como 32° para el punto de fusión del hielo. La escala Fahrenheit está muy extendida en los países de habla inglesa, pero casi nunca se utiliza en la literatura científica. Para convertir temperatura Celsius (°C) a temperatura Fahrenheit (°F) existe una fórmula °F = (9/5)°C + 32 y para la conversión inversa existe una fórmula °C = (5/9)(° F-32) ). Ambas escalas, tanto Fahrenheit como Celsius, son muy inconvenientes cuando se realizan experimentos en condiciones en las que la temperatura desciende por debajo del punto de congelación del agua y se expresa como un número negativo. Para tales casos, se introdujeron escalas de temperatura absolutas, que se basan en la extrapolación al llamado cero absoluto, el punto en el que debería detenerse el movimiento molecular. Una de ellas se llama escala de Rankine y la otra es la escala termodinámica absoluta; las temperaturas se miden en grados Rankine (°Ra) y kelvins (K). Ambas escalas comienzan en el cero absoluto y el punto de congelación del agua corresponde a 491 7° R y 273 16 K. El número de grados y kelvin entre los puntos de congelación y ebullición del agua en la escala Celsius y la escala termodinámica absoluta es el mismo e igual a 100; para las escalas Fahrenheit y Rankine también es igual pero igual a 180. Los grados Celsius se convierten a kelvins usando la fórmula K = °C + 273 16 y los grados Fahrenheit se convierten a grados Rankine usando la fórmula °R = °F + 459 7. Ha sido común en Europa durante mucho tiempo. La escala de Reaumur fue introducida en 1730 por René Antoine de Reaumur. No se construye arbitrariamente como en la escala Fahrenheit, sino de acuerdo con la expansión térmica del alcohol (en una proporción de 1000:1080). 1 grado Reaumur es igual a 1/80 del intervalo de temperatura entre los puntos de fusión del hielo (0°R) y agua hirviendo (80°R), es decir, 1°R = 1,25°C 1°C = 0,8°R. pero ahora ha caído en desuso.

Celsius y Fahrenheit.

Históricamente, la temperatura en Rusia se ha medido en grados Celsius. Todo el mundo entiende que hace calor a + 27 o C, pero a - 35 o C no tienes que ir a la escuela... Si te tomas la temperatura y el termómetro marca 36,6 o C, entonces no puedes evitar una prueba. , no puedes fingir que estás enfermo.

Pero en Estados Unidos o Inglaterra nadie sabe cómo utilizar nuestros termómetros, porque allí miden la temperatura en grados Fahrenheit.¿Por qué?

Sucede que un mismo problema científico es desarrollado de forma independiente por diferentes científicos. Entonces, en el siglo XVIII, varios científicos trabajaron casi simultáneamente para estudiar las propiedades de la temperatura, y cada uno de ellos creó su propia escala; hoy en día solo se utilizan dos escalas de temperatura en todas partes: Celsius y Fahrenheit.

Daniel Gabriel Fahrenheit fue un físico alemán que se dedicaba a la fabricación de instrumentos e instrumentos físicos. Inventó los termómetros de alcohol y mercurio. Creé mi propia escala de temperatura.

Anders Celsius: astrónomo y físico sueco. Celsius fue el primero en medir el brillo de las estrellas y establecer la relación entre la aurora boreal y las fluctuaciones del campo magnético terrestre. Creé mi propia escala de temperatura.

¿En qué se diferencian estas escalas de temperatura entre sí?

Cuando Fahrenheit concibió su escala de temperatura, quería que fuera lo más cómoda posible para los humanos y que no tuviera valores negativos. Por lo tanto, para el extremo inferior de la escala, eligió la temperatura más baja conocida en ese momento (el punto de fusión de una mezcla de nieve y amoníaco) y la designó 0˚F ("cero" grados Fahrenheit).

Celsius introdujo 0˚С (Celsius): esta es la temperatura a la que el agua se congela y el hielo se derrite, y 100˚C es el punto de ebullición del agua.

Los termómetros "Fahrenheit" y "Celsius" resultaron ser muy diferentes:

Existen diferentes fórmulas que se pueden utilizar para convertir grados Celsius a Fahrenheit y viceversa. Pero normalmente nadie los usa, ¿por qué? Después de todo, hoy en día en cualquier país del mundo puedes comprar tu termómetro habitual, muchos termómetros están marcados en ambas escalas a la vez y en Internet los pronósticos del tiempo se publican en diferentes unidades de medida.

Pero por el título de este libro del escritor de ciencia ficción Ray Bradbury, todo el mundo sabe exactamente la temperatura de combustión del papel: 451 o Fahrenheit.

Termómetro

Termómetro (Griego θέρμη - calidez; μετρέω - medida): un dispositivo para medir la temperatura del aire, el suelo, el agua, etc. Existen varios tipos de termómetros:líquido; mecánico; electrónico; óptico; gas; infrarrojo.

Generalmente se considera que Galileo es el inventor del termómetro: no hay ninguna descripción de este dispositivo en sus propios escritos, pero sus alumnos, Nelli y Viviani, testificaron que ya en 1597 fabricó algo parecido a un termobaroscopio (termoscopio). Galileo estudiaba en esta época la obra de Herón de Alejandría, quien ya había descrito un aparato similar, pero no para medir grados de calor, sino para elevar agua mediante calentamiento. El termoscopio era una pequeña bola de vidrio con un tubo de vidrio soldado. Se calentó ligeramente la bola y se introdujo el extremo del tubo en un recipiente con agua. Después de un tiempo, el aire en la bola se enfrió, su presión disminuyó y el agua, bajo la influencia de la presión atmosférica, subió en el tubo hasta una cierta altura. Posteriormente, con el calentamiento, la presión del aire en la bola aumentó y el nivel del agua en el tubo disminuyó a medida que se enfriaba, pero el agua que contenía aumentó. Con la ayuda de un termoscopio, solo era posible juzgar el cambio en el grado de calentamiento del cuerpo: no mostraba valores numéricos de temperatura, ya que no tenía escala. Además, el nivel del agua en el tubo dependía no sólo de la temperatura, sino también de la presión atmosférica. En 1657, los científicos florentinos mejoraron el termoscopio de Galileo. Equiparon el dispositivo con una balanza de cuentas y bombearon el aire del depósito (bola) y del tubo. Esto hizo posible comparar no solo cualitativamente sino también cuantitativamente la temperatura corporal. Posteriormente, se cambió el termoscopio: se le dio la vuelta, se vertió brandy en el tubo en lugar de agua y se retiró el recipiente. La acción de este dispositivo se basaba en la expansión de los cuerpos; las temperaturas de los veranos más calientes y más fríos se tomaban como puntos “constantes”. día de invierno. Todos estos termómetros eran termómetros de aire y consistían en un recipiente con un tubo que contenía aire separado de la atmósfera por una columna de agua; cambiaban sus lecturas tanto por cambios de temperatura como por cambios de presión atmosférica.

Los termómetros con líquido fueron descritos por primera vez en 1667 en “Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento”, donde se los describe como objetos que han sido fabricados durante mucho tiempo por hábiles artesanos, llamados “Confia”, que calientan el vidrio en el soplar el fuego de una lámpara y hacer productos sorprendentes y muy delicados con ella. Al principio estos termómetros estaban llenos de agua, pero estallaron cuando se congeló; El uso del alcohol vínico para este fin comenzó en 1654 por iniciativa del gran duque de Toscana Fernando II. Los termómetros florentinos se han conservado en varias copias hasta el día de hoy en el Museo Galileo de Florencia; su preparación se describe detalladamente.

Primero, el maestro tuvo que hacer divisiones en el tubo, teniendo en cuenta sus tamaños relativos y las dimensiones de la bola: las divisiones se aplicaron con esmalte fundido sobre el tubo calentado en una lámpara, cada décimo se indicó con un punto blanco, y los demás por negro. Por lo general, se hacían 50 divisiones para que cuando la nieve se derritiera, el alcohol no bajara de 10 y al sol no subiera por encima de 40. Buenos maestros Hicieron tales termómetros con tanto éxito que todos mostraban el mismo valor de temperatura en las mismas condiciones, pero esto no se podía lograr si el tubo se dividía en 100 o 300 partes para obtener una mayor precisión. Los termómetros se llenaron calentando la bola y sumergiendo el extremo del tubo en alcohol; el llenado se completó utilizando un embudo de vidrio con un extremo delgado que encajaba libremente en un tubo bastante ancho. Después de ajustar la cantidad de líquido, se selló la abertura del tubo con lacre, llamado "sellador". De esto se desprende claramente que estos termómetros eran grandes y podían usarse para determinar la temperatura del aire, pero seguían siendo inconvenientes para otros experimentos más diversos, y los grados de diferentes termómetros no eran comparables entre sí.

termómetro galileo

En 1703, Guillaume Amontons en París mejoró el termómetro de aire, midiendo no la expansión, sino el aumento de la elasticidad del aire reducido al mismo volumen a diferentes temperaturas vertiendo mercurio en un codo abierto; Se tuvo en cuenta la presión barométrica y sus cambios. Se suponía que el cero de tal escala era "ese grado significativo de frío" en el que el aire pierde toda su elasticidad (es decir, el aire moderno). cero absoluto), y el segundo punto constante es el punto de ebullición del agua. Amonton aún no conocía el efecto de la presión atmosférica sobre el punto de ebullición, y el aire de su termómetro no estaba libre de gases de agua; por lo tanto, a partir de sus datos, el cero absoluto se obtiene a -239,5° Celsius. Otro termómetro de aire de Amonton, fabricado de manera muy imperfecta, era independiente de los cambios en la presión atmosférica: era un barómetro de sifón, cuyo codo abierto se extendía hacia arriba, lleno con una solución fuerte de potasa en la parte inferior, aceite en la parte superior y terminaba en un tanque sellado con aire.

Fahrenheit dio al termómetro su forma moderna y describió su método de preparación en 1723. Al principio, también llenó sus tubos con alcohol y finalmente pasó al mercurio. Puso el cero de su escala a la temperatura de una mezcla de nieve con amoníaco o sal de mesa, a la temperatura del “comienzo de la congelación del agua” mostró 32°, y la temperatura corporal de una persona sana en la boca o debajo de la axila equivalía a 96°. Posteriormente, encontró que el agua hierve a 212° y esta temperatura era siempre la misma con el mismo estado del barómetro. Los ejemplares supervivientes de termómetros Fahrenheit se distinguen por su meticulosa ejecución.

Termómetro de mercurio con escala Fahrenheit.

Los dos puntos constantes, el derretimiento del hielo y el agua hirviendo, fueron finalmente establecidos por el astrónomo, geólogo y meteorólogo sueco Anders Celsius en 1742. Pero inicialmente fijó 0° en el punto de ebullición y 100° en el punto de congelación. En su obra Celsius “Observaciones de dos grados persistentes en un termómetro” habla de sus experimentos que muestran que la temperatura de fusión del hielo (100°) no depende de la presión. También determinó con asombrosa precisión cómo variaba el punto de ebullición del agua con la presión atmosférica. Sugirió que se podría calibrar la marca 0 (el punto de ebullición del agua), saber a qué nivel respecto al mar se encuentra el termómetro.

Más tarde, tras la muerte de Celsius, sus contemporáneos y compatriotas, el botánico Carl Linneo y el astrónomo Morten Stremer, utilizaron esta escala invertida (comenzaron a tomar la temperatura de fusión del hielo en 0° y el punto de ebullición del agua en 100°). De esta forma, la escala resultó ser muy conveniente, se generalizó y se utiliza hasta el día de hoy.

Los termómetros de líquido se basan en el principio de cambiar el volumen de líquido que se vierte en el termómetro (normalmente alcohol o mercurio) cuando cambia la temperatura ambiente. Debido a la prohibición del uso de mercurio debido a sus riesgos para la salud en muchas áreas actividades, se está buscando rellenos alternativos para los termómetros domésticos. Por ejemplo, un sustituto de este tipo podría ser la aleación de galinstan. También se utilizan cada vez más otros tipos de termómetros.

Termómetro médico de mercurio

Los termómetros mecánicos de este tipo funcionan según el mismo principio que los termómetros de líquido, pero normalmente se utiliza como sensor una espiral metálica o una cinta bimetálica.

Termómetro mecánico de ventana

También hay termómetros electrónicos. El principio de funcionamiento de los termómetros electrónicos se basa en el cambio de la resistencia del conductor cuando cambia la temperatura ambiente. Los termómetros electrónicos de gama más amplia se basan en termopares (contacto entre metales con diferentes electronegatividad crea una diferencia de potencial de contacto que depende de la temperatura). Los más precisos y estables en el tiempo son los termómetros de resistencia a base de alambre de platino o revestimiento de platino sobre cerámica. Los más utilizados son PT100 (resistencia a 0 °C - 100Ω) PT1000 (resistencia a 0 °C - 1000Ω) (IEC751). La dependencia de la temperatura es casi lineal y obedece a una ley cuadrática a temperaturas positivas y a una ecuación de cuarto grado a temperaturas negativas (las constantes correspondientes son muy pequeñas y, en una primera aproximación, esta dependencia puede considerarse lineal). Rango de temperatura −200 - +850 °C.

Termómetro electrónico médico

Los termómetros ópticos le permiten registrar la temperatura cambiando el nivel de luminosidad, el espectro y otros parámetros cuando cambia la temperatura. Por ejemplo, los medidores de temperatura corporal por infrarrojos. Un termómetro infrarrojo le permite medir la temperatura sin contacto directo con una persona. En algunos países existe desde hace mucho tiempo una tendencia a abandonar los termómetros de mercurio en favor de los infrarrojos, no sólo en las instituciones médicas, sino también en los hogares.

Termómetro infrarojo