Termometro išradimas
Senovės mokslininkai kūno temperatūrą nustatydavo, jį palietę. Tik XVI a. pabaigoje kilo mintis kūnų šiluminio plėtimosi reiškinį pritaikyti temperatūrai matuoti. Pirmasis tai bandė padaryti Galilėjus. Paskaitose jis demonstravo prietaisą, kuris buvo dabartinio termometro prototipas. Šį prietaisą sudarė nedidelis stiklinis rutuliukas su prilituotu prie jo stikliniu vamzdeliu. Rutuliukas būdavo palengva kaitinamas, o vamzdelio galas įleidžiamas į vandenį. Labai greitai oras rutuliuke atvesdavo, jo slėgis sumažėdavo, ir tada vanduo, veikiamas atmosferos slėgio, kildavo vamzdeliu iki tam tikro aukščio. Oro slėgis pašildytame rutuliuke padidėdavo, o vandens lygis vamzdelyje sumažėdavo. Atvėsusiame rutuliuke vanduo pakildavo. Šis prietaisas buvo pavadintas termoskopu (iš graikų kalbos žodžių “termo”- šiluma; “skopeo”-žiūrėti, stebėti).
Galilėjaus amžininkai patobulino termoskopą, įtaisę jame skalę. Kiekvienas konstruktorius savajam prietaisui sukurdavo savo skalę. Pradinius taškus parinkdavo laisvai, pavyzdžiui pagal “didžiausią žiemos šaltį” arba “aukščiausią vasaros temperatūrą”. Beje, Oto fon Gerikės, Magdeburgo miesto burmisto, padaryto termometro skalėje nuline parinkta 1660m. rudens vienos dienos temperatūra, kai Magdeburge pirmą kartą pašalo. Atstumai tarp skalės padalų taip pat parinkti laisvai, todėl palyginti įvairių termometrų parodymus buvo neįmanoma. Be to, Galilėjaus termoskopo ir į jį panašių prietaisų parodymams turėjo įtakos ne tik temperatūros, bet ir atmosferos slėgio pakitimai: sumažėjus slėgiui, skysčio lygis vamzdelyje nukrisdavo, padidėjus – pakildavo. Skaičiavimai rodo, kad, temperatūrai pakitus 1°C, skysčio lygis vamzdelyje pakinta tiek pat, kiek atmosferos slėgiui pakitus 2,5mm Hg. Pavyzdžiui, Maskvoje atmosferos slėgio svyravimai siekia 20mm Hg ir daugiau. Tai atitinka temperatūros pakitimą 8°C. Vadinasi, sumažėjus atmosferos slėgiui 20mm Hg, Galilėjaus termometre temperatūra pakyla 8°C. Taigi senovinis termoskopas drauge buvo ir baroskopas (iš graikų kalbos žodžių “baros”- sunkumas, “skopeo”-stebėti).
Atmosferos slėgio įtaka termometro parodymams pirmą kartą pašalinta prietaise, kuris 1641m. buvo padarytas Toskanos hercogui Ferdinandui II. Prietaiso rutuliukas pripildytas alkoholio, o oras iš stiklinio hermiškai užlakuoto vamzdelio išsiurbtas. Šildomo alkoholio tūris didėjo, ir skysčio lygis vamzdelyje kilo.
Pirmuosius praktiškai pritaikomus termometrus 1714m. padarė olandų stiklapūtys D. Faranheitas. Jis sukonstravo gyvsidabrio termometrą, kuriame ledo, vandens ir druskos mišinio temperatūra buvo laikoma nuline, o normali žmogaus kūno temperatūra 100°. Padalijęs šį temperatūrų intervalą į 100 lygių dalių, Farenheitas gavo 1° vertę. Farenheito skalės laipsnis žymimas °F. Pagal šią skalę ledo tirpimo temperatūra lygi 32°F, o vandens virimo temperatūra 212°F. Faranheito termometrai dar ir dabar naudojami JAV bei Anglijoje.
Apie 1740m. prancūzų fizikas R. Reomiūras pasiūlė alkoholio termometrą su pastoviais ledo tirpimo (0°) ir vandens virimo (80°) taškais. Atstumą skalėje tarp ledo tirpimo ir vandens virimo taškų jis padalijo į 80 dalių. Reomiūro skalės laipsnis žymimas °R.
Beveik tuo pačiu metu švedų fizikas A. Celsijus naudojo gyvsidabrio termometrą, kuriame tarpas tarp ledo tirpimo ir vandens virimo taškų padalytas į 100 dalių. Norėdamas išvengti neigiamų skaičių, matuojant žemą temperatūrą, vandens užšalimo tašku jis laikė 100°, o vandens virimo tašku – 0°. Šios skalės laipsnis žymimas °C.
Tačiau patogiausia pasirodė esanti skalė, kurioje ledo tirpimo temperatūra buvo žymima 0°C, o vandens virimo temperatūra 100°C. Tokiu termometru dabar mes ir naudojamės.
Įdomu pažymėti, kad termometras pirmiausia buvo tobulinamas tik meteorologiniams stebėjimams. Jis priskiriamas prie meteorologinių prietaisų. Vėlau juo buvo matuojama gyvenamųjų patalpų, o medicinoje – ligonio kūno temperatūra(beje, kaip tik šiam tikslui termometrą sukonstravo vienas pirmųjų jo išradėjų – italų gydytojas Santorigas, Galilėjaus amžininkas), jis naudojamas, atliekant cheminius tyrimus ir pan.
Dabar gaminamų termometrų veikimas pagrįstas kitais fizikiniais reiškiniais. Tai padėjo padidinti temperatūros matavimo tikslumą. Pavyzdžiui šiuolaikinis elektrinis termometras parodo temperatūros svyravimus iki 0,000001°C. Taip pat galima išmatuoti labai žemą ir aukštą temperatūrą.
Šilumos prigimtis
Dar 1744-1745m. M. Lomonsovas “Ąpmąstymuose apie šilumos ir šalčio priežastį” teigė, kad šiluminę energiją sąlygoja kūno dalelių – molekulių – judėjimas.
Kad būtų akivaizdu, kuo Lomonsovo pažiūros iš esmės skiriasi nuo tuo metu vyravusių teorijų, trumpai susipažinkime su šilumos vaizdiniais, susiformavusiais dar XVIII amžiuje.