Хто придумав перший термометр

Саме поняття температури, засноване на інтенсивності руху атомів або молекул, передбачає, що для її вимірювання необхідні спеціальні перетворювачі, щоб ми отримали, змогли спостерігати, фіксувати та приймати рішення - аналогові, а зараз все частіше цифрові термометри, принцип дії яких базується на тому чи іншому фізичному законі.
При побутовому застосуванні, чи йдеться про електронний прилад, медичний, з термопарою, іншим виносним датчиком або всім звичний ртутний градусник, ми не замислюємося про те, яка там там “начинка” і як усе це працює. Нам важливіше, що результат був швидкий та точний.
Зате в середні віки найталановитіші та найпросунутіші вчені, в буквальному сенсі ламали голову над методом перетворення понять "гаряче – тепло – холодно" в шукане значення, за яким можна було судити про нагрівання твердих предметів, рідин і газів.

Як було винайдено перший термометр

Історія така давня, що виявити першопрохідця в цьому напрямку майже неможливо. Можна побудувати лише приблизну хронологію. І судити про те, хто придумав перший термометр тільки за записами, причому не стільки самих учених (не всі з них мали на меті увійти в історію), а з їхніх автобіографій та інших знайдених на сьогоднішній момент нотаток.
Над розробкою термометрів у різний час працювали щонайменше десяток учених. І це тільки ті, хто як то кажуть, на слуху.

Галілей

Безперечно він був неординарною та багатопрофільною особистістю, у тому числі відомий як астроном, на його честь до речі названий космічний апарат для дослідження супутників Юпітера “Галілео”, запущений НАСА ще за часів існування СРСР і пропрацював до 2003 року.
Але крім астрономії, Галілей зробив внесок у розвиток механіки, математики, фізики і зокрема у напрямку термометрії, який ми розглядаємо.
Вчений експериментував над розширенням тіл при їх нагріванні. Звичайно в середині 90-х років XVI століття ні про яку більш-менш прийнятну точність не йшлося. Але важливіша все-таки ідея. А саме виявлення залежності. Це ключ до будь-яких вимірів. А щоб виявити залежність і говорячи сучасними термінами відкалібрувати прилад, потрібна як мінімум спостережливість.

Галілео приписують створення термоскопа, який мав наступний пристрій:

1. Куля зі скла, з габаритами приблизно як куряче яйце, до якої була припаяна скляна трубка, заповнена забарвленою рідиною.
2. У трубці було повітря.
3. Якщо затиснути кулю руками, повітря всередині нагрівалося, розширювалося, виштовхувало рідину вниз і стовпчик опускався.

Фактично можна сказати, що Галілей винайшов перший термометр. Так, примітивний, але наскільки далеко від нього пішли градусники? По суті те саме, тільки зроблене на іншому технічному рівні. Тож можна сказати, що вони родом із середніх віків.
І ще треба зазначити, що ртутні градусники навряд чи доживуть до наступного століття, оскільки згідно з Мінатматською конвенцією від 2013 року, в Україні (як і в більш ніж сотні інших країн) буде заборонено виробляти прилади, в яких містить ртуть. Причина відома – це сильна отрута. Втім, є маса “замінників”. Якщо говорити про рідинні термометри, то як наповнювач може бути наприклад спирт (вода не годиться - як мінімум тому що замерзне взимку), а взагалі по світу переможно йдуть цифрові термометри і схоже, що саме вони займуть п'єдестал, тим більше що електронні компоненти, датчики, дисплеї стали мініатюрними та доступними за ціною, особливо що стосується виробів з Китаю, де працелюбні працівники штампують їх мільйонами.

Удосконалений термоскоп

Ми нічого не сказали про шкалу. А її й не було. А з'явилася вона лише за 100 років. Цифр там не було, а як позначки - ділення (це вже ближче до метрології) були намистинки. Це вже якщо не прорив, але зручно – хоч би якісь орієнтири.
Проблема всіх термометрів, у яких як розширювач було повітря, полягала в тому, що крім температури, параметри повітря залежали і від атмосферного тиску, спотворюючи показання. Потрібно було переходити лише на рідину. Про воду ми вже сказали – не годиться, тому використовували винний спирт, а мінімізувати вплив тиску вдалося італійцеві Еванджеліста Торрічеллі.

Він модернізував конструкцію:

• заповнив термометр ртуттю;
• перевернув його;
• запаяв трубку зверху.

Ми вже говорили про шкалу у вигляді намистин. Але їхня кількість буде обмеженою і визначається широтою словникового запасу у сфері наших тактильних відчуттів: гаряче, занадто гарячий, дуже холодний тощо.
Потрібна справжня шкала або градуювання термометра. І найголовніше – точка відліку. Це зараз ми легко оперуємо поняттями шкал Цельсія, а, наприклад, у США Фаренгейта. А є ще шкала Кельвіна…
Використання різних шкал обумовлено історичними особливостями (як і міри довжини), традиціями, а шкала Кельвіна, оскільки “стартує” від абсолютного нуля, зручна в космосі при вимірі температури так званого реліктового випромінювання, яке становить близько 3 К і, як вважається, збереглося з часу великого вибуху, з етапу зародження всесвіту, близько 14 млрд. років тому.
Але для побуту та промисловості (крім хіба що наукових кріогенних досліджень) шкала Кельвіна незручна, оскільки в нашому житті практично немає температур мінус 100-200 градусів.
Почнемо з кількох популярних шкал.

Фаренгейт

Цей німецький фізик, ім'я якого стало всім відомими і увічненим у відповідній шкалі, запропонував наступне рішення, засноване на трьох опорних точках:

1. 0°. Суміш із спирту та води не замерзає (стійкий стан). Мається на увазі, що якщо на 1 градус нижче, почнеться замерзання.
2. 32°. Не замерзає суміш із води та льоду. Відповідає нашій шкалі Цельсія за нуля градусів.
3. 212°. Температура кипіння води.

Слід зазначити, що переважна більшість електронних термометрів мають опцію перемикання двох зазначених шкал, оскільки продаються до різних країн.

Цельсій

Це вже звичайно нам. Оскільки справді складно зрозуміти, чому за нуль не можна було прийняти температуру замерзання води. Але що вдієш. У нас, наприклад, метри, а в інших країнах фути…
Отже, у шкалі Цельсія 2 ключові точки: 0° - температура замерзання, а 100° - кипіння води. Прості та зрозумілі фізичні явища.

Слід зазначити, що переклад із шкали Фаренгейта до Цельсія не є лінійним. Це видно вже хоча б за тим фактом, що у Цельсія різниця температур між замерзанням і кипінням дорівнює 100 градусів, а у Фаренгейта 212-32 = 180 градусів. Точніше кожна з функцій лінійна, але мають різну крутість, тому переклад проводиться не додаванням/відніманням, а за формулою: (X°F−32)×5/9 = значение по °C.
До речі зі шкалою Фаренгейта пов'язаний науково-фантастичний роман авторства Рея Бредбері “451 градус за Фаренгейтом.” І ми вже знаємо як, наприклад, перевести цю цифру в Цельсія: (451−32)×5/9=232,78 градуса.

Кельвін

Ми поставили термометри, відградуйовані за цією шкалою, на третє місце через їхню вузьку сферу застосування. Основна перевага шкали Кельвіна – це незалежність від рідин та зміни їх агрегатного стану. За точку відліку береться абсолютний нуль -273,15° (по Цельсию).
З шкалою Кельвіна зручно оперувати, наприклад, при використанні рідкого азоту.
Свою шкалу Томпсон (це його ім'я з народження, а лордом Кельвіном вчений став після того, як королева дарувала йому титул пера) придумав у 1848 році.
А чи може бути температура нижче абсолютного нуля?
Ні, не може. Оскільки за -273,15° повністю припиняється рух атомів, який і визначає температуру.