Was zeigte das Celsius-Thermometer an, als der Schnee schmolz? Zwei Jahre lang testete der schwedische Astronom Anders Celsius das zuvor vom französischen Zoologen und Metallurgen René Antoine Réaumur entwickelte Thermometer. Experimente Celsius Ave. Einheitliche Skala und Quecksilber

ABSOLUTE TEMPERATURSKALA.

1. Temperatur - Dies ist ein Maß für den Durchschnitt kinetische Energie Moleküle charakterisieren
Grad der Erwärmung von Körpern.

2. Temperaturmessgerät - Thermometer .

3. Funktionsprinzip Thermometer:
Bei der Temperaturmessung wird die Abhängigkeit der Änderung eines beliebigen makroskopischen Parameters (Volumen, Druck, elektrischer Widerstand usw.) eines Stoffes von der Temperatur genutzt.
Bei Flüssigkeitsthermometern ist dies eine Änderung des Flüssigkeitsvolumens.
Beim Kontakt zweier Medien wird Energie von der stärker erhitzten Umgebung auf die weniger erhitzte übertragen.
Während des Messvorgangs kommt es zu einem thermischen Gleichgewicht zwischen Körpertemperatur und Thermometer.

Thermometer.
In der Praxis werden häufig Flüssigkeitsthermometer verwendet: Quecksilber (im Bereich von -35 °C bis +750 °C) und Alkohol (von -80 °C bis +70 °C).
Sie nutzen die Eigenschaft einer Flüssigkeit, bei Temperaturänderungen ihr Volumen zu verändern.
Allerdings weist jede Flüssigkeit ihre eigenen Merkmale der Volumenänderung (Ausdehnung) bei unterschiedlichen Temperaturen auf.
Durch den Vergleich beispielsweise der Messwerte von Quecksilber- und Alkoholthermometern wird eine exakte Übereinstimmung nur an zwei Punkten (bei Temperaturen von 0 °C und 100 °C) erzielt.
Diese Nachteile fehlenGasthermometer .
Das erste Gasthermometer wurde von den Franzosen entwickelt. Physiker J. Charles.

Wenn zwei Körper in Kontakt kommen unterschiedliche TemperaturenÜbertragung erfolgt innere Energie von einem stärker erhitzten Körper zu einem weniger erhitzten Körper, und die Temperaturen beider Körper werden ausgeglichen.
Es stellt sich ein thermischer Gleichgewichtszustand ein, in dem alle Makroparameter (Volumen, Druck, Temperatur) beider Körper unter konstanten äußeren Bedingungen auch in Zukunft unverändert bleiben.
4. Thermisches Gleichgewicht ist ein Zustand, in dem alle makroskopischen Parameter auf unbestimmte Zeit unverändert bleiben.

5. Der Zustand des thermischen Gleichgewichts eines Körpersystems wird durch die Temperatur charakterisiert: alle Körper des Systems, die miteinander in Kontakt stehen thermisches Gleichgewicht, haben die gleiche Temperatur.

wo k – Boltzmann-Konstante

Diese Abhängigkeit ermöglicht die Einführung einer neuen Temperaturskala – einer absoluten Temperaturskala, die nicht von der zur Temperaturmessung verwendeten Substanz abhängt.

6. Absolute Temperaturskala - Englisch eingeführt Physiker W. Kelvin
- keine Minustemperaturen

SI-Einheit der absoluten Temperatur: [T] = 1K (Kelvin)
Nulltemperatur absoluter Maßstab- Das Absoluter Nullpunkt(0K = -273 C), die niedrigste Temperatur in der Natur. ABSOLUT NULL – die extrem niedrige Temperatur, bei der thermische Bewegung Moleküle.

Beziehung zwischen der absoluten Skala und der Celsius-Skala

In Formeln wird die absolute Temperatur mit dem Buchstaben „T“ und die Temperatur auf der Celsius-Skala mit dem Buchstaben „t“ bezeichnet.

Geschichte der Erfindung Thermometer

Als Erfinder des Thermometers gilt : in seinem eigene Schriften Es gibt keine Beschreibung dieses Geräts, aber seine Schüler Nelly und , sagte das bereits aus er hat so etwas wie ein Thermobaroskop gemacht ( ). Galilei studierte zu dieser Zeit das Werk , der bereits ein ähnliches Gerät beschrieben hat, jedoch nicht zum Messen von Wärmegraden, sondern zum Heben von Wasser durch Erhitzen. Das Thermoskop war eine kleine Glaskugel, an der ein Glasrohr angelötet war. Die Kugel wurde leicht erhitzt und das Ende des Röhrchens in ein Gefäß mit Wasser gesenkt. Nach einiger Zeit kühlte die Luft in der Kugel ab, ihr Druck nahm ab und das Wasser stand unter dem Einfluss Luftdruck stieg in der Röhre bis zu einer bestimmten Höhe auf. Anschließend stieg mit der Erwärmung der Luftdruck in der Kugel und der Wasserstand in der Röhre sank, während sie abkühlte, aber das Wasser darin stieg an. Mit einem Thermoskop konnte lediglich die Veränderung des Erwärmungsgrades des Körpers beurteilt werden: Zahlenwerte Die Temperatur wurde nicht angezeigt, da keine Skala vorhanden war. Darüber hinaus hing der Wasserstand im Rohr nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Atmosphärendruck ab. Im Jahr 1657 wurde Galileis Thermoskop von Florentiner Wissenschaftlern verbessert. Sie statteten das Gerät mit einer Perlenwaage aus und pumpten die Luft aus dem Reservoir (Kugel) und dem Schlauch ab. Dadurch war es nicht nur möglich, die Körpertemperaturen qualitativ, sondern auch quantitativ zu vergleichen. Anschließend wurde das Thermoskop ausgetauscht: Es wurde auf den Kopf gestellt, statt Wasser wurde Alkohol in das Röhrchen gegossen und das Gefäß entfernt. Die Wirkung dieses Geräts basierte auf der Ausdehnung von Körpern; die Temperaturen des heißesten und des kältesten Sommers wurden als „konstante“ Punkte angenommen. Wintertag. Auch die Erfindung des Thermometers wird Lord zugeschrieben , , Sanctorius, Scarpi, Cornelius Drebbel ( ), Porte und Salomon de Caus, die später schrieben und teilweise persönliche Beziehungen zu Galilei hatten. Alle diese Thermometer waren Luftthermometer und bestanden aus einem Gefäß mit einem Luftrohr, das durch eine Wassersäule von der Atmosphäre getrennt war. Ihre Messwerte änderten sich sowohl aufgrund von Temperaturänderungen als auch aufgrund von Änderungen des atmosphärischen Drucks.

Flüssigkeitsthermometer wurden erstmals beschrieben d. „Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento“, wo sie als Objekte bezeichnet werden, die seit langem von erfahrenen Handwerkern hergestellt werden, die „Confia“ genannt werden und das Glas auf dem geblasenen Feuer einer Lampe erhitzen stellen daraus erstaunliche und sehr delikate Produkte her. Zuerst waren diese Thermometer mit Wasser gefüllt und zerplatzten, als es gefror; Nach der Idee des Großherzogs der Toskana begann man 1654, hierfür Weinalkohol zu verwenden . Die Florentiner Thermometer sind nicht nur in den Saggi abgebildet, sondern wurden bis heute in mehreren Exemplaren im Galiläischen Museum in Florenz aufbewahrt; Ihre Herstellung wird ausführlich beschrieben.

Zuerst musste der Meister Unterteilungen auf der Röhre vornehmen und dabei deren relative Größe und die Abmessungen der Kugel berücksichtigen: Die Unterteilungen wurden mit geschmolzener Emaille auf die in einer Lampe erhitzte Röhre aufgetragen, jedes Zehntel wurde durch einen weißen Punkt angezeigt und die anderen in Schwarz. Normalerweise wurden 50 Unterteilungen vorgenommen, damit der Alkoholgehalt bei der Schneeschmelze nicht unter 10 fällt und in der Sonne nicht über 40 steigt. Gute Meister Sie stellten solche Thermometer so erfolgreich her, dass sie alle unter den gleichen Bedingungen den gleichen Temperaturwert anzeigten. Dies konnte jedoch nicht erreicht werden, wenn das Rohr in 100 oder 300 Teile geteilt wurde, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Die Thermometer wurden gefüllt, indem die Kugel erhitzt und das Ende des Röhrchens in Alkohol getaucht wurde; die Befüllung erfolgte mit einem Glastrichter mit dünnem Ende, der frei in ein ziemlich breites Röhrchen passte. Nach dem Einstellen der Flüssigkeitsmenge wurde die Öffnung des Röhrchens mit Siegellack, dem sogenannten „Sealant“, verschlossen. Daraus geht hervor, dass diese Thermometer groß waren und zur Bestimmung der Lufttemperatur verwendet werden konnten, sie waren jedoch für andere, vielfältigere Experimente immer noch unpraktisch und die Grade verschiedener Thermometer waren nicht miteinander vergleichbar.

IN G. ( ) V verbesserte das Luftthermometer und maß nicht die Ausdehnung, sondern die Zunahme der Elastizität der Luft, die bei unterschiedlichen Temperaturen durch Zugabe von Quecksilber in einen offenen Krümmer auf das gleiche Volumen gebracht wurde; Der Luftdruck und seine Änderungen wurden berücksichtigt. Der Nullpunkt einer solchen Skala sollte „der signifikante Kältegrad“ sein, bei dem die Luft ihre gesamte Elastizität verliert (also modern). ), und der zweite konstante Punkt ist der Siedepunkt von Wasser. Der Einfluss des atmosphärischen Drucks auf den Siedepunkt war Amonton noch nicht bekannt, und die Luft in seinem Thermometer war nicht von Wassergasen befreit; Daher wird seinen Daten zufolge der absolute Nullpunkt bei −239,5° Celsius ermittelt. Ein anderes Luftthermometer von Amonton, das sehr unvollkommen gebaut war, war unabhängig von Änderungen des atmosphärischen Drucks: Es war ein Siphonbarometer, dessen offener Bogen nach oben verlängert war, am Boden mit einer starken Kalilösung und am oberen Ende mit Öl gefüllt war in einem verschlossenen Behälter mit Luft.

Moderne Form zum Thermometer hinzugefügt und beschrieb 1723 seine Zubereitungsmethode. Zunächst füllte er seine Pfeifen auch mit Alkohol und wechselte erst schließlich zu Quecksilber. Er stellte den Nullpunkt seiner Skala auf die Temperatur einer Mischung aus Schnee mit Ammoniak oder Speisesalz, die er bei der Temperatur des „Beginns des Gefrierens von Wasser“ auf 32 °C und der Körpertemperatur anzeigte gesunde Person im Mund oder in der Achselhöhle entsprach 96°. Anschließend fand er heraus, dass Wasser bei 212° kocht und diese Temperatur unter den gleichen Bedingungen immer gleich war . Erhaltene Beispiele von Fahrenheit-Thermometern zeichnen sich durch ihre sorgfältige Ausführung aus.

Endlich beide installiert konstante Punkte, schmelzendes Eis und kochendes Wasser, schwedischer Astronom, Geologe und Meteorologe im Jahr 1742. Doch zunächst legte er den Siedepunkt auf 0° und den Gefrierpunkt auf 100° fest. In seinem Werk Celsius „ „sprach über seine Experimente, die zeigten, dass die Schmelztemperatur von Eis (100°) nicht vom Druck abhängt. Er identifizierte sich auch mit erstaunliche Genauigkeit wie der Siedepunkt von Wasser je nach variiert . Er schlug vor, dass Note 0 ( Wasser) kann kalibriert werden, indem man weiß, auf welcher Höhe sich das Thermometer relativ zum Meer befindet.

Später, nach dem Tod von Celsius, wurden seine Zeitgenossen und Landsleute Botaniker und der Astronom Morten Stremer verwendete diese Skala umgekehrt (sie begannen, die Schmelztemperatur von Eis mit 0° und den Siedepunkt von Wasser mit 100° anzunehmen). In dieser Form Es erwies sich als sehr praktisch, verbreitete sich und wird bis heute verwendet.

Einigen Quellen zufolge stellte Celsius selbst auf Anraten Stremers seine Waage auf den Kopf. Anderen Quellen zufolge wurde die Waage 1745 von Carl Linnaeus umgedreht. Und dem dritten zufolge wurde die Skala von Celsius-Nachfolger M. Stremer auf den Kopf gestellt, und im 18. Jahrhundert wurde ein solches Thermometer unter dem Namen „Schwedisches Thermometer“ und in Schweden selbst weit verbreitet – unter dem Namen Stremer, aber Der berühmte schwedische Chemiker Johann Jacob nannte in seinem Werk „Manuals of Chemistry“ die Skala von M. Stremer fälschlicherweise die Celsius-Skala, und seitdem trug die Celsius-Skala den Namen Anders Celsius.

Funktioniert Im Jahr 1736 führten sie zwar zur Einführung einer 80°-Skala, doch sie führten dazu eher wie ein Schritt zurück zu dem, was Fahrenheit bereits getan hatte: Reaumurs Thermometer war riesig und unbequem zu bedienen, und seine Methode zur Einteilung in Grad war ungenau und unbequem.

Nach Fahrenheit und Réaumur fiel die Herstellung von Thermometern in die Hände von Handwerkern, da Thermometer zu einem Handelsgegenstand wurden.

Im Jahr 1848 Englischer Physiker (Lord Kelvin) bewies die Möglichkeit, eine absolute Temperaturskala zu erstellen, deren Nullpunkt nicht von den Eigenschaften des Wassers oder der das Thermometer füllenden Substanz abhängt. Der Ausgangspunkt in „ " erfüllte den Sinn : −273,15° C. Bei dieser Temperatur hört die thermische Bewegung der Moleküle auf. Dadurch wird eine weitere Abkühlung der Körper unmöglich.

Flüssigkeitsthermometer

Flüssigkeitsthermometer basieren auf dem Prinzip der Veränderung des Flüssigkeitsvolumens, das in das Thermometer gegossen wird (normalerweise). oder ), wenn sich die Temperatur ändert Umfeld.

Aufgrund des Verbots der Verwendung von Quecksilber in vielen Tätigkeitsbereichen wird nach alternativen Füllungen für Haushaltsthermometer gesucht. Ein solcher Ersatz könnte beispielsweise eine Legierung sein .

Informationen zum Entfernen von verschüttetem Quecksilber aus einem kaputten Thermometer finden Sie im Artikel

Mechanische Thermometer

Diese Art von Thermometer funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie elektronische Thermometer, der Sensor ist jedoch normalerweise anders Spirale bzw .

Elektrische Thermometer

Das Funktionsprinzip elektrischer Thermometer basiert auf der Veränderung Kontakt Potentialunterschied in Abhängigkeit von der Temperatur). Die genauesten und stabilsten im Laufe der Zeit sind basierend auf Platindraht oder Platinbeschichtung auf Keramik.

Optische Thermometer

Mit optischen Thermometern können Sie die Temperatur durch Änderung aufzeichnen

Infrarot-Thermometer

Mit einem Infrarot-Thermometer können Sie die Temperatur ohne direkten Kontakt mit einer Person messen. In einigen Ländern besteht seit langem die Tendenz, auf Quecksilberthermometer zugunsten von Infrarotthermometern zu verzichten, und zwar nicht nur in medizinischen Einrichtungen, sondern auch auf Haushaltsebene.

Technische Thermometer

Technische Thermometer werden in Unternehmen der Landwirtschaft, der Petrochemie, der Chemie-, Bergbau- und Hüttenindustrie, des Maschinenbaus, Wohnungsbau und kommunale Dienstleistungen Wirtschaft, Verkehr, Bauwesen, Medizin, kurz gesagt, in allen Lebensbereichen.

Es gibt folgende Arten von technischen Thermometern:

technische Flüssigkeitsthermometer TTZh-M;

Bimetall-Thermometer TB, TBT, TBI;

Agrarthermometer TS-7-M1;

Maximalthermometer SP-83 M;

Tieftemperaturthermometer für Spezialkammern SP-100;

spezielle vibrationsfeste Thermometer SP-V;

Quecksilber-Elektrokontaktthermometer TPK;

Laborthermometer TLS;

Thermometer für Erdölprodukte TN;

Thermometer zur Prüfung von Erdölprodukten TIN1, TIN2, TIN3, TIN4.

Die lange Reise der Thermometer

Heutzutage gebräuchliche Temperaturmessgeräte spielen eine wichtige Rolle in Wissenschaft, Technik und im Alltag der Menschen. Sie haben eine lange Geschichte und sind mit den Namen vieler brillanter Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern verbunden, darunter Russen und solche, die in Russland gearbeitet haben.

Detaillierte Beschreibung Die Entstehungsgeschichte selbst eines gewöhnlichen Flüssigkeitsthermometers kann ein ganzes Buch umfassen, einschließlich Geschichten über Spezialisten verschiedener Fachgebiete – Physiker und Chemiker, Philosophen und Astronomen, Mathematiker und Mechaniker, Zoologen und Botaniker, Klimatologen und Glasbläser.

Die folgenden Anmerkungen erheben keinen Anspruch auf eine vollständige Darstellung dieser sehr unterhaltsamen Geschichte, können jedoch hilfreich sein, um sich mit dem Wissensgebiet und dem Technologiegebiet, dessen Name Thermometrie ist, vertraut zu machen.

Temperatur

Die Temperatur ist einer der wichtigsten Indikatoren, der in verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaft und Technik verwendet wird. In der Physik und Chemie wird es als eines der Hauptmerkmale des Gleichgewichtszustands verwendet Isoliertes System, in der Meteorologie - wie Hauptmerkmal Klima und Wetter, in Biologie und Medizin - als wichtigste Größe zur Bestimmung lebenswichtiger Funktionen.

Schon der antike griechische Philosoph Aristoteles (384–322 v. Chr.) hielt die Konzepte von Wärme und Kälte für grundlegend. Neben Eigenschaften wie Trockenheit und Feuchtigkeit charakterisierten diese Konzepte die vier Elemente der „Primärmaterie“ – Erde, Wasser, Luft und Feuer. Obwohl damals und mehrere Jahrhunderte später bereits vom Grad der Hitze oder Kälte („wärmer“, „heißer“, „kälter“) gesprochen wurde, gab es keine quantitativen Maßstäbe.

Vor etwa 2.500 Jahren erkannte der antike griechische Arzt Hippokrates (ca. 460 – ca. 370 v. Chr.) dieses Fieber menschlicher Körper ist ein Krankheitszeichen. Bei der Bestimmung der Normaltemperatur trat ein Problem auf.

Einer der ersten Versuche, das Konzept der Standardtemperatur einzuführen, wurde vom antiken römischen Arzt Galen (129 – ca. 200) unternommen, der vorschlug, die Temperatur einer Mischung aus gleichen Volumina kochendem Wasser und Eis als „neutral“ zu betrachten. und die Temperatur Einzelkomponenten(kochendes Wasser und schmelzendes Eis) gelten als vier Grad Hitze bzw. vier Grad Kälte. Die Einführung des Begriffs verdanken wir wahrscheinlich Galen "Temperament"(zum Niveau), wovon das Wort „Temperatur“ stammt. Allerdings begannen die Temperaturmessungen erst viel später.

Thermoskop und die ersten Luftthermometer

Die Geschichte der Temperaturmessung reicht etwas mehr als vier Jahrhunderte zurück. Basierend auf der Fähigkeit der Luft, sich bei Erwärmung auszudehnen, die bereits im 2. Jahrhundert von den alten byzantinischen Griechen beschrieben wurde. Chr. entwickelten mehrere Erfinder ein Thermoskop – ein einfaches Gerät mit einem mit Wasser gefüllten Glasrohr. Es sollte gesagt werden, dass die Griechen (die ersten Europäer) bereits im 5. Jahrhundert, im 13. Jahrhundert, mit Glas Bekanntschaft machten. Die ersten venezianischen Spiegel aus Glas erschienen im 17. Jahrhundert. Die Glasherstellung in Europa entwickelte sich ziemlich weit und 1612 erschien das erste Handbuch „De arte vitraria“(„Über die Kunst des Glasmachens“) des Florentiners Antonio Neri (gestorben 1614).

Die Glasherstellung wurde vor allem in Italien entwickelt. Daher ist es nicht verwunderlich, dass dort die ersten Glasinstrumente auftauchten. Die erste Beschreibung eines Thermoskops fand sich im Buch eines neapolitanischen Naturforschers, der sich mit Keramik, Glas und Kunst beschäftigte Edelsteine und Destillation, Giovanni Battista de la Porta (1535–1615) „Magia Naturalis“(„Natürliche Magie“) Die Veröffentlichung wurde 1558 veröffentlicht.

In den 1590er Jahren. Der italienische Physiker, Mechaniker, Mathematiker und Astronom Galileo Galilei (1564–1642) baute nach Angaben seiner Schüler Nelli und Viviani in Venedig sein gläsernes Thermobaroskop aus einer Mischung aus Wasser und Alkohol; Mit diesem Gerät war es möglich, Messungen durchzuführen. Einige Quellen sagen, dass Galilei Wein als farbige Flüssigkeit verwendete. Als Arbeitsmedium diente Luft, Temperaturänderungen wurden durch das Luftvolumen im Gerät bestimmt. Das Gerät war ungenau, seine Messwerte hingen sowohl von der Temperatur als auch vom Druck ab, aber es ermöglichte das „Entleeren“ einer Flüssigkeitssäule durch Änderung des Luftdrucks. Eine Beschreibung dieses Geräts wurde 1638 von Galileis Schüler Benadetto Castelli verfasst.

Die enge Verbindung zwischen Santorio und Galileo macht es schwierig, den jeweiligen Beitrag zu ihren zahlreichen technischen Innovationen zu bestimmen. Santorio ist berühmt für seine Monographie „De statica medicina“(„On Balance Medicine“), das die Ergebnisse seiner Arbeit enthält experimentelle Forschung und durchlief fünf Auflagen. 1612 Santorio in seinem Werk „Commentaria in Artem Medicinalem Galeni“(„Anmerkungen zur medizinischen Kunst Galens“) beschrieb erstmals ein Luftthermometer. Außerdem maß er mit einem Thermometer die Temperatur des menschlichen Körpers („Patienten klemmen die Flasche mit den Händen fest, atmen sie verdeckt an, nehmen sie in den Mund“) und maßen mit einem Pendel die Pulsfrequenz. Seine Methode bestand darin, die Geschwindigkeit aufzuzeichnen, mit der die Thermometerwerte während zehn Pendelschwingungen abfielen; sie hing von äußeren Bedingungen ab und war ungenau.

Dem Thermoskop Galileis ähnliche Instrumente wurden vom niederländischen Physiker, Alchemisten, Mechaniker, Graveur und Kartographen Cornelis Jacobson Drebbel (1572–1633) und dem englischen mystischen Philosophen und Arzt Robert Fludd (1574–1637) hergestellt, die vermutlich mit der Arbeit von Galileo vertraut waren Florentiner Wissenschaftler. Es war Drebbels Gerät, das erstmals (1636) als „Thermometer“ bezeichnet wurde. Es sah aus wie eine U-förmige Röhre mit zwei Reservoirs. Während er an der Flüssigkeit für sein Thermometer arbeitete, entdeckte Drebbel eine Methode zur Herstellung heller Karminfarbstoffe. Fludd wiederum beschrieb das Luftthermometer.

Die ersten Flüssigkeitsthermometer

Der nächste kleine, aber wichtige Schritt zur Umwandlung eines Thermoskops in ein modernes Flüssigkeitsthermometer war die Verwendung einer Flüssigkeit und eines an einem Ende verschlossenen Glasrohrs als Arbeitsflüssigkeit. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Flüssigkeiten sind kleiner als die von Gasen, aber das Volumen der Flüssigkeit ändert sich bei Änderungen nicht externer Druck. Dieser Schritt erfolgte um 1654 in den Werkstätten des Großherzogs der Toskana, Ferdinand II. de' Medici (1610–1670).

Währenddessen in verschiedene Länder Europa begann mit systematischen meteorologischen Messungen. Jeder Wissenschaftler verwendete damals seine eigene Temperaturskala, und die uns vorliegenden Messergebnisse sind weder untereinander vergleichbar noch mit modernen Maßstäben zu verknüpfen. Das Konzept der Temperaturgrade und Bezugspunkte der Temperaturskala tauchte offenbar bereits im 17. Jahrhundert in mehreren Ländern auf. Die Handwerker haben 50 Teilungen nach Augenmaß angebracht, damit die Alkoholsäule bei der Schneeschmelze nicht unter die 10. Teilung fällt und in der Sonne nicht über die 40. Teilung steigt.

Einer der ersten Versuche, Thermometer zu kalibrieren und zu standardisieren, wurde im Oktober 1663 in London unternommen. Die Mitglieder der Royal Society einigten sich darauf, eines der Alkoholthermometer des Physikers, Mechanikers, Architekten und Erfinders Robert Hooke (1635–1703) als Standard zu verwenden und die Messwerte anderer Thermometer damit zu vergleichen. Hooke führte rotes Pigment in Alkohol ein und teilte die Skala in 500 Teile. Er erfand auch das Minima-Thermometer (das die niedrigste Temperatur anzeigt).

Im Jahr 1665 schlug der niederländische theoretische Physiker, Mathematiker, Astronom und Erfinder Christiaan Huygens (1629–1695) zusammen mit R. Hooke vor, die Temperaturen des Eisschmelzens und des Wassersiedens zur Erstellung einer Temperaturskala zu nutzen. Die ersten verständlichen meteorologischen Aufzeichnungen wurden mit der Hooke-Huygens-Skala aufgezeichnet.

Die Erstbeschreibung eines echten Flüssigkeitsthermometers erschien 1667 in der Veröffentlichung der Accademia del Chimento * „Aufsätze über die naturwissenschaftlichen Aktivitäten der Akademie der Experimente“. Die ersten Experimente auf dem Gebiet der Kalorimetrie wurden an der Akademie durchgeführt und beschrieben. Es wurde gezeigt, dass Wasser bei Verdünnung bei einer niedrigeren Temperatur kocht als bei Atmosphärendruck und dass es sich beim Gefrieren ausdehnt. „Florentiner Thermometer“ waren in England (eingeführt von R. Boyle) und in Frankreich (Verbreitung dank des Astronomen I. Bullo) weit verbreitet. Der Autor der berühmten russischen Monographie „Konzepte und Grundlagen der Thermodynamik“ (1970), I.R. Krichevsky, glaubt, dass es die Arbeit der Akademie war, die den Grundstein für den Einsatz von Flüssigkeitsthermometern legte.

Einer der Mitglieder der Akademie, Mathematiker und Physiker Carlo Renaldini (1615–1698), in einem Aufsatz „Philosophia naturalis“(„Naturphilosophie“), veröffentlicht 1694, vorgeschlagen für Bezugspunkte Nehmen Sie die Temperaturen, bei denen Eis schmilzt und Wasser kocht.

Geboren in Deutsche Stadt Auch der Magdeburger Maschinenbauingenieur, Elektroingenieur, Astronom, Erfinder der Luftpumpe Otto von Guericke (1602–1686), der durch seine Erfahrungen mit den Magdeburger Halbkugeln berühmt wurde, beschäftigte sich mit Thermometern. 1672 baute er ein mehrere Meter hohes Wasser-Alkohol-Gerät mit einer Skala, die acht Unterteilungen hatte: von „sehr kalt“ bis „sehr heiß“. Zugegebenermaßen hat die Größe der Struktur die Thermometrie nicht vorangebracht.

Drei Jahrhunderte später fand Guerickes Gigantomanie in den USA Anhänger. Das größte Thermometer der Welt, 40,8 m (134 ft) hoch, wurde 1991 zum Gedenken an die Rekordtemperatur gebaut, die 1913 im Death Valley in Kalifornien erreicht wurde: +56,7 °C (134 °F). Das Drei-Wege-Thermometer befindet sich in der kleinen Stadt Baker in der Nähe von Nevada.

Die ersten genauen Thermometer, die weit verbreitet waren, wurden vom deutschen Physiker Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) hergestellt. Der Erfinder wurde im heutigen Polen in Danzig (damals Danzig) geboren, war früh Waise, begann ein Handelsstudium in Amsterdam, schloss sein Studium jedoch nicht ab und begann, sich für Physik zu interessieren, Labore und Werkstätten in Deutschland, Holland und England zu besuchen . Ab 1717 lebte er in Holland, wo er eine Glasbläserwerkstatt betrieb und sich mit der Herstellung präziser meteorologischer Instrumente beschäftigte – Barometer, Höhenmesser, Hygrometer und Thermometer. 1709 stellte er ein Alkoholthermometer und 1714 ein Quecksilberthermometer her.

Quecksilber erwies sich als sehr praktisches Arbeitsmedium, da es eine linearere Abhängigkeit des Volumens von der Temperatur aufwies als Alkohol, sich viel schneller erwärmte als Alkohol und bei viel höheren Temperaturen verwendet werden konnte. Fahrenheit entwickelte sich neue Methode Quecksilber zu reinigen und einen Quecksilberbehälter in Form eines Zylinders statt einer Kugel zu verwenden. Um die Genauigkeit von Thermometern zu verbessern, begann Fahrenheit, der über Glasbläserkenntnisse verfügte, außerdem, Glas mit dem niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verwenden. Nur im Bereich niedriger Temperaturen war Quecksilber (Gefrierpunkt –38,86 °C) dem Alkohol (Gefrierpunkt –114,15 °C) unterlegen.

Ab 1718 hielt Fahrenheit in Amsterdam Vorlesungen über Chemie; 1724 wurde er Mitglied der Royal Society, erhielt diese jedoch nicht wissenschaftlicher Abschluss und veröffentlichte nur eine Sammlung von Forschungsartikeln.

Für seine Thermometer verwendete Fahrenheit zunächst eine modifizierte Skala, die vom dänischen Physiker Olaf Roemer (1644–1710) übernommen und 1701 vom englischen Mathematiker, Mechaniker, Astronomen und Physiker Isaac Newton (1643–1727) vorgeschlagen wurde.

Newtons eigene anfängliche Versuche, eine Temperaturskala zu entwickeln, waren naiv und wurden fast sofort aufgegeben. Es wurde vorgeschlagen, als Referenzpunkte die Lufttemperatur im Winter und die Temperatur glimmender Kohlen zu nehmen. Dann nutzte Newton den Schmelzpunkt von Schnee und die Körpertemperatur eines gesunden Menschen, Leinöl als Arbeitsflüssigkeit, und teilte die Skala (basierend auf 12 Monaten im Jahr und 12 Stunden an einem Tag vor Mittag) in 12 Grad ein (nach andere Quellen, 32 Grad). In diesem Fall wurde die Kalibrierung durch Mischen bestimmter Mengen kochendem und gerade aufgetautem Wasser durchgeführt. Aber auch diese Methode erwies sich als inakzeptabel.

Newton war nicht der erste, der Öl verwendete: im Jahr 1688 Französischer Physiker Dalance verwendete den Schmelzpunkt von Kuhbutter als Referenzpunkt für die Kalibrierung von Alkoholthermometern. Würde diese Technik beibehalten, hätten Russland und Frankreich unterschiedliche Temperaturskalen: Sowohl das in Russland verbreitete Ghee als auch die berühmte Vologda-Butter unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung von europäischen Sorten.

Dem Beobachter Roemer fiel auf, dass seine Pendeluhr im Sommer langsamer geht als im Winter und die Skaleneinteilungen seiner astronomischen Instrumente im Sommer größer sind als im Winter. Zur Steigerung Meßgenauigkeit Aufgrund der Zeit und der astronomischen Parameter war es notwendig, diese Messungen bei den gleichen Temperaturen durchzuführen und daher über ein genaues Thermometer zu verfügen. Roemer verwendete wie Newton zwei Referenzpunkte: die normale menschliche Körpertemperatur und die Schmelztemperatur von Eis (das Arbeitsmedium war angereicherter Rotwein oder eine 40-prozentige Alkohollösung, getönt mit Safran, in einem 18-Zoll-Röhrchen). Fahrenheit fügte ihnen einen dritten Punkt hinzu, der der niedrigsten Temperatur entsprach, die damals in der Wasser-Eis-Ammoniak-Mischung erreicht wurde.

Nachdem er mit Hilfe seines Quecksilberthermometers eine deutlich höhere Messgenauigkeit erreicht hatte, teilte Fahrenheit jedes Grad Roemer in vier und nahm drei Punkte als Bezugspunkte für seine Temperaturskala: die Temperatur einer Salzmischung aus Wasser und Eis (0 °F), die Körpertemperatur eines gesunden Menschen (96 °F) und die Eisschmelztemperatur (32 °F), wobei letztere als Kontrolle gilt.

So schrieb er darüber in einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel „Philosophische Transaktion"(1724,
Bd. 33, S. 78): „...indem man das Thermometer in eine Mischung aus Ammoniumsalz oder … legt Meersalz, Wasser und Eis finden wir den Punkt auf der Skala, der Null anzeigt. Den zweiten Punkt erhält man, wenn man die gleiche Mischung ohne Salz verwendet. Bezeichnen wir diesen Punkt mit 30. Den dritten Punkt, mit 96 bezeichnet, erhält man, wenn man das Thermometer in den Mund nimmt und dabei die Wärme eines gesunden Menschen aufnimmt.“

Es gibt eine Legende, dass Fahrenheit die Temperatur, auf die sich die Luft im Winter 1708/09 in seiner Heimatstadt Danzig abkühlte, als den niedrigsten Punkt der Skala annahm. Man kann auch Aussagen finden, dass er glaubte, dass ein Mensch bei 0 °F an Kälte und bei 0 °F an einem Hitzschlag gestorben sei
100°F. Schließlich sagten sie, er sei Mitglied der Freimaurerloge mit ihren 32 Graden der Einweihung und schätzten daher den Schmelzpunkt des Eises auf diese Zahl.

Nach einer Reihe von Versuchen und Irrtümern kam Fahrenheit zu einem sehr praktischen Ergebnis Temperaturskala. Es stellte sich heraus, dass der Siedepunkt von Wasser auf der akzeptierten Skala 212 °F betrug, und der gesamte Temperaturbereich des flüssigen Phasenzustands von Wasser entsprach 180 °F. Diese Größenordnung wurde mit dem Mangel gerechtfertigt negative Werte Grad.

Anschließend stellte Fahrenheit durch eine Reihe präziser Messungen fest, dass der Siedepunkt je nach Atmosphärendruck variiert. Dies ermöglichte ihm die Entwicklung eines Hypsothermometers – eines Geräts zur Messung des Atmosphärendrucks basierend auf dem Siedepunkt von Wasser. Er übernahm auch die Führung bei der Entdeckung des Phänomens der Unterkühlung von Flüssigkeiten.

Fahrenheits Arbeit legte den Grundstein für die Thermometrie und dann für die Thermochemie und Thermodynamik. Die Fahrenheit-Skala wurde erst in vielen Ländern (in England – seit 1777) als offizielle Skala übernommen normale Temperatur Die Temperatur des menschlichen Körpers wurde auf 98,6 °F korrigiert. Heute wird diese Skala nur noch in den USA und Jamaika sowie in anderen Ländern in den 1960er und 1970er Jahren verwendet. auf die Celsius-Skala umgestellt.

Breit medizinische Übung Das Thermometer wurde von den Niederländern eingeführt Professor für Medizin, Botanik und Chemie, der Gründer der wissenschaftlichen Klinik Hermann Boerhaave (1668–1738), sein Schüler Gerard van Swieten (1700–1772), der österreichische Arzt Anton de Haen (1704–1776) und unabhängig davon der Engländer George Martin.

Der Gründer der Wiener Medizinischen Fakultät, Jaen, fand heraus, dass die Temperatur eines gesunden Menschen im Laufe des Tages zweimal steigt und fällt. Als Befürworter der Evolutionstheorie erklärte er dies damit, dass die Vorfahren des Menschen – Reptilien, die in der Nähe des Meeres lebten – ihre Temperatur entsprechend der Ebbe und Flut der Gezeiten änderten. Seine Werke gerieten jedoch lange Zeit in Vergessenheit.

Martin schrieb in einem seiner Bücher, dass seine Zeitgenossen darüber stritten, ob sich der Schmelzpunkt des Eises mit der Höhe ändert, und um die Wahrheit herauszufinden, transportierten sie ein Thermometer von England nach Italien.

Es ist nicht weniger überraschend, dass sich später auf verschiedenen Wissensgebieten berühmt gewordene Wissenschaftler für die Messung der menschlichen Körpertemperatur interessierten: A. Lavoisier und P. Laplace, J. Dalton und G. Davy, D. Joule und P. Dulong, W. Thomson und A. Becquerel, J. Foucault und G. Helmholtz.

„Viel Quecksilber ist seitdem unter der Brücke geflossen.“ Die fast dreihundertjährige Ära der weit verbreiteten Verwendung von Quecksilberthermometern dürfte aufgrund der Toxizität bald zu Ende gehen. flüssiges Metall: In europäischen Ländern, in denen Fragen der menschlichen Sicherheit immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden, wurden Gesetze erlassen, um die Herstellung solcher Thermometer einzuschränken und zu verbieten.

* Die Accademia del Cimento wurde 1657 von Galileis Schülern unter der Schirmherrschaft von Ferdinand II. de' Medici und seinem Bruder Leopoldo in Florenz gegründet und hielt nicht lange, sondern wurde zum Prototyp königliche Gesellschaft, Pariser Akademie der Wissenschaften und andere europäische Akademien. Es wurde konzipiert, um wissenschaftliche Erkenntnisse zu fördern und gemeinsame Aktivitäten zu ihrer Entwicklung zu erweitern.

Nachdruck mit Fortsetzung

Während die Mechanik im 18. Jahrhundert zu einem ausgereiften, klar definierten Bereich der Naturwissenschaften wurde, machte die Wärmewissenschaft im Wesentlichen erst ihre ersten Schritte. Sicherlich, neuer Ansatz Die Erforschung thermischer Phänomene begann im 17. Jahrhundert. Galileis Thermoskop und die nachfolgenden Thermometer der Florentiner Akademiker Guericke und Newton bereiteten den Boden, auf dem die Thermometrie bereits im ersten Viertel des neuen Jahrhunderts wuchs. Thermometer von Fahrenheit, Delisle, Lomonosov, Reaumur und Celsius, die sich in ihren Konstruktionsmerkmalen voneinander unterschieden, bestimmten gleichzeitig den Typ des Thermometers mit zwei konstanten Punkten, der noch heute akzeptiert wird.

Bereits 1703 entwarf der Pariser Akademiker Amonton (1663-1705) ein Gasthermometer, bei dem die Temperatur mithilfe eines Manometerrohrs bestimmt wurde, das an einen Gasbehälter mit konstantem Volumen angeschlossen war. Ein theoretisch interessantes Gerät, ein Prototyp moderner Wasserstoffthermometer, war für praktische Zwecke unpraktisch. Der Danziger Glasbläser Fahrenheit (1686-1736) stellte seit 1709 Alkoholthermometer mit konstanten Punkten her. 1714 begann er mit der Herstellung von Quecksilberthermometern. Fahrenheit nahm den Gefrierpunkt von Wasser mit 32° an, den Siedepunkt von Wasser mit 212°. Als Fahrenheit galt der Gefrierpunkt einer Mischung aus Wasser, Eis und Ammoniak oder Speisesalz. Den Siedepunkt von Wasser nannte er erst 1724 in einer gedruckten Publikation. Ob er es schon einmal benutzt hat, ist unbekannt.

Der französische Zoologe und Metallurge Réaumur (1683–1757) schlug ein Thermometer mit konstantem Nullpunkt vor, für das er den Gefrierpunkt von Wasser zugrunde legte. Er verwendete eine 80-prozentige Alkohollösung als thermometrischen Körper und in der endgültigen Version Quecksilber und nahm den Siedepunkt von Wasser als zweiten konstanten Punkt an, den er als Zahl 80 bezeichnete. Réaumur beschrieb sein Thermometer in Artikeln, die in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Pariser Akademie Wissenschaften im Jahr 1730,1731

Der Test von Réaumurs Thermometer wurde vom schwedischen Astronomen Celsius (1701-1744) durchgeführt, der seine Experimente im Jahr 1742 beschrieb. „Diese Experimente“, schrieb er, „habe ich insgesamt zwei Jahre lang wiederholt.“ Wintermonate, bei unterschiedlichem Wetter und verschiedenen Veränderungen im Zustand des Barometers und habe immer genau den gleichen Punkt auf dem Thermometer gefunden. Ich habe das Thermometer nicht nur in schmelzendes Eis gelegt, sondern auch in extrem kalt brachte Schnee in mein Zimmer, um ihn zu erhitzen, bis er zu schmelzen begann. Ich habe auch einen Kessel mit schmelzendem Schnee zusammen mit einem Thermometer in einen Heizofen gestellt und festgestellt, dass das Thermometer immer den gleichen Punkt anzeigte, wenn nur der Schnee fest um die Thermometerkugel lag. Nachdem Celsius die Konstanz des Schmelzpunkts von Eis sorgfältig überprüft hatte, untersuchte es den Siedepunkt von Wasser und stellte fest, dass dieser vom Druck abhängt. Als Ergebnis der Forschung erschien ein neues Thermometer, das heute als Celsius-Thermometer bekannt ist. Celsius nahm den Schmelzpunkt von Eis mit 100 an, den Siedepunkt von Wasser bei einem Druck von 25 Zoll 3 Quecksilbersäulen mit 0. Der berühmte schwedische Botaniker Carl Linnaeus (1707-1788) verwendete ein Thermometer mit neu geordneten Werten konstanter Punkte . O bedeutete den Schmelzpunkt von Eis, 100 bedeutete den Siedepunkt von Wasser. Somit ist die moderne Celsius-Skala im Wesentlichen die Linné-Skala.

An der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften schlug Akademiker Delisle eine Skala vor, bei der der Schmelzpunkt von Eis mit 150 und der Siedepunkt von Wasser mit 0 angenommen wurde. Akademiker P. S. Pallas auf seinen Expeditionen von 1768-1774. Im Ural und in Sibirien habe ich das Deli-Thermometer verwendet. M.V. Lomonosov verwendete bei seiner Forschung ein von ihm entwickeltes Thermometer mit einer zur Deli-Skala umgekehrten Skala.

Thermometer wurden hauptsächlich für meteorologische und geophysikalische Zwecke eingesetzt. Lomonosov, der die Existenz vertikaler Strömungen in der Atmosphäre entdeckte und die Abhängigkeit der Dichte atmosphärischer Schichten von der Temperatur untersuchte, liefert Daten, aus denen sich der Volumenausdehnungskoeffizient der Luft bestimmen lässt, der diesen Daten zufolge beträgt ungefähr ]/367. Lomonossow verteidigte leidenschaftlich die Priorität des St. Petersburger Akademikers Brown bei der Entdeckung des Gefrierpunkts von Quecksilber, der am 14. Dezember 1759 erstmals Quecksilber mithilfe von Kühlmischungen einfror. Es war niedrigste Temperatur bis dahin erreicht.

Höchste Temperaturen (ohne quantitative Schätzungen) wurden 1772 von einer Kommission der Pariser Akademie der Wissenschaften unter der Leitung des berühmten Chemikers Lavoisier erlangt. Mit einer speziell angefertigten Linse wurden hohe Temperaturen erreicht. Die Linse wurde aus zwei konkav-konvexen Linsen zusammengesetzt, deren Zwischenraum mit Alkohol gefüllt war. Etwa 130 Liter Alkohol wurden in eine Linse mit einem Durchmesser von 120 cm gegossen; ihre Dicke erreichte in der Mitte 16 cm Sonnenstrahlen gelang es, Zink und Gold zu schmelzen und Diamanten zu verbrennen. Sowohl in den Experimenten von Brown-Lomonosov, wo der „Kühlschrank“ Winterluft war, als auch in den Experimenten von Lavoisier, der Quelle hohe Temperaturen diente als natürlicher „Herd“ – die Sonne.

Die Entwicklung der Thermometrie war die erste wissenschaftliche und praktischer Nutzen Wärmeausdehnung von Körpern. Natürlich begann man, das Phänomen der Wärmeausdehnung selbst nicht nur qualitativ, sondern auch quantitativ zu untersuchen. Die ersten genauen Messungen der Wärmeausdehnung Feststoffe wurden 1782 von Lavoisier und Laplace durchgeführt. Ihre Methode lange Zeit wurde in Physikkursen beschrieben, beginnend mit Biots Kurs von 1819 und endend mit O. D. Khvolsons Physikkurs von 1923.

Ein Streifen des zu untersuchenden Körpers wurde zunächst in schmelzendes Eis und dann in kochendes Wasser gelegt. Es wurden Daten für verschiedene Arten von Glas, Stahl und Eisen sowie für verschiedene Arten von Gold, Kupfer, Messing, Silber, Zinn und Blei erhoben. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Ergebnisse je nach Herstellungsmethode des Metalls unterschiedlich sind. Ein Streifen aus ungehärtetem Stahl vergrößert sich um 0,001079 seiner ursprünglichen Länge, wenn er um 100° erhitzt wird, und ein Streifen aus gehärtetem Stahl vergrößert sich um 0,001239. Für Schmiedeeisen ergab sich ein Wert von 0,001220, für rundgezogenes Eisen 0,001235. Diese Daten geben einen Eindruck von der Genauigkeit der Methode.

Also schon in der ersten Hälfte XVIII Jahrhundert Thermometer wurden erstellt und quantitativ thermische Messungen, in den thermophysikalischen Experimenten von Laplace und Lavoisier auf ein hohes Maß an Genauigkeit gebracht. Die grundlegenden quantitativen Konzepte der Thermophysik kristallisierten sich jedoch nicht sofort heraus. In den Werken der damaligen Physiker herrschte erhebliche Verwirrung hinsichtlich Begriffen wie „Wärmemenge“, „Wärmegrad“, „Wärmegrad“. Auf die Notwendigkeit, zwischen den Konzepten Temperatur und Wärmemenge zu unterscheiden, wies 1755 I. G. Lambert (1728-1777) hin. Seine Anweisungen wurden jedoch von seinen Zeitgenossen und der Entwicklung nicht geschätzt richtige Konzepte verging langsam.

Die ersten Ansätze zur Kalorimetrie sind in den Werken der St. Petersburger Akademiker G.V. Kraft und G.V. Richman enthalten. In Krafts Aufsatz „Verschiedene Experimente mit Hitze und Kälte“, der 1744 der Akademiekonferenz vorgelegt und 1751 veröffentlicht wurde, heißt es: wir reden überüber das Problem, die Temperatur einer Mischung aus zwei Flüssigkeitsportionen unterschiedlicher Temperatur zu bestimmen. Dieses Problem wurde in Lehrbüchern oft als „Richmann-Problem“ bezeichnet, obwohl Richmann ein allgemeineres und komplexeres Problem löste als Kraft. Kraft gab eine falsche empirische Formel zur Lösung des Problems an.

Einen völlig anderen Ansatz zur Lösung des Problems finden wir bei Richman. In dem 1750 veröffentlichten Artikel „Überlegungen zur Wärmemenge, die durch Mischen von Flüssigkeiten mit bestimmten Wärmegraden erzielt werden sollte“ stellt Richmann das Problem, die Temperatur einer Mischung aus mehreren (und nicht zwei, wie bei Kraft) zu bestimmen. Flüssigkeiten und löst sie prinzipiell Wärmehaushalt. „Angenommen“, sagt Richman, „dass die Masse der Flüssigkeit gleich a ist; die in dieser Masse verteilte Wärme ist gleich m; Die andere Masse, in der die gleiche Wärme m verteilt ist wie in der Masse a, sei gleich a + b. Dann die entstehende Hitze

ist gleich am/(a+b). Hier versteht Richmann Temperatur unter „Wärme“, aber das von ihm formulierte Prinzip, dass „die gleiche Wärme umgekehrt proportional zu den Massen ist, über die sie verteilt ist“, ist rein kalorimetrisch. „So“, schreibt Richmann weiter, „werden die Wärme der Masse a, gleich m, und die Wärme der Masse b, gleich n, gleichmäßig über die Masse a + b verteilt, und die Wärme in dieser Masse, d. h. in a.“ Mischung aus a und b, muss gleich der Summe der Wärmen m + n sein, die in der Masse a + b verteilt sind, oder gleich (ma + nb) / (a ​​​​+ b). Diese Formel erschien in Lehrbüchern als „Richmann-Formel“. "Mehr bekommen allgemeine Formel, - fährt Richman fort, - wodurch es möglich wäre, den Wärmegrad beim Mischen von 3, 4, 5 usw. Massen derselben Flüssigkeit mit unterschiedlichen Wärmegraden zu bestimmen, ich nannte diese Massen a, b, c, d, e usw. und die entsprechenden Wärmen sind m, n, o, p, q usw. In völlig analoger Weise habe ich angenommen, dass jede von ihnen über die Gesamtheit aller Massen verteilt ist.“ Daraus ergibt sich: „Die Wärme nach dem Mischen aller warmen Massen ist gleich:

(am + bp + с + dp + eq) usw./(a + b + c+d + e) ​​​​usw.

d.h. die Summe der Flüssigkeitsmassen, über die beim Mischen die Wärme gleichmäßig verteilt wird einzelne Massen, bezieht sich auf die Summe aller Produkte jeder Masse und ihrer Wärme, genauso wie sich Eins auf die Wärme einer Mischung bezieht.“

Richmann beherrschte das Konzept der Wärmemenge noch nicht, aber er schrieb eine völlig korrekte kalorimetrische Formel und begründete sie logisch. Er stellte leicht fest, dass seine Formel besser mit der Erfahrung übereinstimmte als Krafgs Formel. Er stellte korrekt fest, dass es sich bei seinen „Hitzen“ um „keine tatsächliche Wärme, sondern um die überschüssige Wärme der Mischung im Vergleich zu null Grad Fahrenheit“ handelte. Er verstand klar, dass: 1. „Die Wärme der Mischung nicht nur über ihre gesamte Masse verteilt wird, sondern auch entlang der Wände des Gefäßes und des Thermometers selbst.“ 2. „Die eigene Wärme des Thermometers und die Wärme des Gefäßes werden in der gesamten Mischung, entlang der Wände des Gefäßes, in dem sich die Mischung befindet, und im gesamten Thermometer verteilt.“ 3. „Ein Teil der Wärme der Mischung geht während der Zeitspanne, in der das Experiment durchgeführt wird, an die Umgebungsluft über.“

Richman formulierte die Fehlerquellen in kalorimetrischen Experimenten genau, gab die Gründe für die Diskrepanz zwischen Krafts Formel und Experiment an, d. h. er legte den Grundstein für die Kalorimetrie, obwohl er selbst sich dem Konzept der Wärmemenge noch nicht genähert hatte. Richmanns Arbeit wurde von dem schwedischen Akademiker Johann Wilcke (1732–1796) und dem schottischen Chemiker Joseph Black (1728–1799) fortgeführt. Beide Wissenschaftler hielten es, gestützt auf Richmanns Formel, für notwendig, neue Konzepte in die Wissenschaft einzuführen. Als Wilke 1772 die Wärme einer Mischung aus Wasser und Schnee untersuchte, entdeckte er, dass ein Teil der Wärme verschwindet. Daher kam er auf das Konzept der latenten Wärme beim Schmelzen von Schnee und auf die Notwendigkeit, ein neues Konzept einzuführen im Folgenden Name"Wärmekapazität".

Zum gleichen Schluss kam Black, der seine Ergebnisse nicht veröffentlichte. Seine Forschungen wurden erst 1803 veröffentlicht, und dann wurde bekannt, dass Black als erster klar zwischen den Konzepten der Wärmemenge und der Temperatur unterschied und als erster den Begriff „Wärmekapazität“ einführte. Bereits 1754–1755 entdeckte Black nicht nur die Konstanz des Schmelzpunkts von Eis, sondern auch, dass das Thermometer trotz Wärmezufuhr auf der gleichen Temperatur bleibt, bis das gesamte Eis geschmolzen ist. Von hier aus kam Black zum Konzept der latenten Fusionswärme. Später entwickelte er das Konzept der latenten Verdampfungswärme. So wurden in den 70er Jahren des 18. Jahrhunderts die grundlegenden kalorimetrischen Konzepte etabliert. Erst knapp hundert Jahre später (im Jahr 1852) wurde die Einheit der Wärmemenge eingeführt, die viel später den Namen „Kalorie“ erhielt.( Auch Clausius spricht lediglich von der Einheit Wärme und verwendet nicht den Begriff „Kalorie“.)

Im Jahr 1777 bestimmten Lavoisier und Laplace nach dem Bau eines Eiskalorimeters die spezifischen Wärmekapazitäten verschiedene Körper. Die primäre Eigenschaft des Aristoteles, die Wärme, wurde durch präzise Experimente untersucht.

Erschien und Wissenschaftliche Theorien Wärme. Eines der am weitesten verbreiteten Konzepte (auch Black hielt daran fest) ist die Theorie einer speziellen Thermoflüssigkeit – der Kalorie. Die andere, deren eifriger Befürworter Lomonossow war, betrachtete Hitze als eine Art Bewegung „unempfindlicher Teilchen“. Der Begriff der Kalorien eignete sich sehr gut zur Beschreibung kalorimetrischer Sachverhalte: Richmanns Formel und spätere Formeln unter Berücksichtigung latenter Wärmen konnten perfekt erklärt werden. Dadurch dominierte bis dahin die Theorie der Kalorien Mitte des 19. Jahrhunderts Jahrhundert, als die Entdeckung des Energieerhaltungssatzes die Physiker dazu zwang, zu dem Konzept zurückzukehren, das Lomonossow hundert Jahre vor der Entdeckung dieses Gesetzes erfolgreich entwickelt hatte.

Die Vorstellung, dass Wärme eine Form der Bewegung sei, war im 17. Jahrhundert weit verbreitet. F. Bacon kommt im New Organon, der seine Methode auf die Untersuchung der Natur der Wärme anwendet, zu dem Schluss, dass „Wärme eine Ausbreitungsbewegung ist, die behindert ist und in kleinen Teilen auftritt.“ Descartes spricht konkreter und klarer über Wärme als die Bewegung kleiner Teilchen. In Anbetracht der Natur des Feuers kommt er zu dem Schluss, dass „der Flammenkörper … aus … besteht“. winzige Partikel Sie bewegen sich sehr schnell und heftig getrennt voneinander.“ Er weist weiter darauf hin, dass „nur diese Bewegung, abhängig von den verschiedenen Aktionen, die sie hervorruft, entweder Wärme oder Licht genannt wird.“ Im Hinblick auf den Rest der Körper stellt er fest, „dass kleine Partikel, die ihre Bewegung nicht stoppen, nicht nur im Feuer, sondern auch in allen anderen Körpern vorhanden sind, obwohl ihre Wirkung bei letzteren nicht so stark ist und aufgrund ihrer.“ Aufgrund ihrer geringen Größe können sie selbst von keinem unserer Sinne wahrgenommen werden.

Der Atomismus dominierte die physikalischen Ansichten von Wissenschaftlern und Denkern des 17. Jahrhunderts. Hooke, Huygens und Newton stellten sich alle Körper des Universums als aus winzigen Teilchen bestehend vor, „unempfindlich“, wie Lomonossow sie später kurz nannte. Das Konzept der Wärme als eine Form der Bewegung dieser Teilchen erschien den Wissenschaftlern durchaus vernünftig. Aber diese Vorstellungen über Wärme waren qualitativer Natur und beruhten auf einer sehr dürftigen Faktenbasis. Im 18. Jahrhundert das Wissen über thermische Phänomene ist genauer und spezifischer geworden, großer Erfolg Dies tat auch die Chemie, in der die Theorie des Phlogistons vor der Entdeckung des Sauerstoffs dazu beitrug, die Prozesse der Verbrennung und Oxidation zu verstehen. All dies trug zur Assimilation bei neuer Punkt Ansicht von Wärme als besondere Substanz, und die ersten Erfolge der Kalorimetrie stärkten die Position der Kalorienbefürworter. Es erforderte großen wissenschaftlichen Mut, in dieser Situation die kinetische Theorie der Wärme zu entwickeln.

Die kinetische Theorie der Wärme wurde natürlich mit der kinetischen Theorie der Materie und vor allem der Luft und des Dampfes kombiniert. Gase (das Wort „Gas“ wurde von Van Helmont (1577–1644) eingeführt) waren im Wesentlichen noch nicht entdeckt, und selbst Lavoisier betrachtete Dampf als eine Kombination aus Wasser und Feuer. Lomonosov selbst beobachtete die Auflösung von Eisen in starkem Wodka ( Salpetersäure), glaubte

Von der Luft freigesetzte Stickstoffblasen. So waren Luft und Dampf zu Lomonossows Zeiten fast die einzigen Gase – „elastische Flüssigkeiten“, so die damalige Terminologie.

D. Bernoulli stellte sich in seiner „Hydrodynamik“ vor, dass Luft aus Partikeln bestehe, die sich „extrem schnell in verschiedene Richtungen“ bewegen, und glaubte, dass diese Partikel eine „elastische Flüssigkeit“ bildeten. Bernoulli begründete das Boyle-Mariotte-Gesetz mit seinem Modell der „elastischen Flüssigkeit“. Er stellte einen Zusammenhang zwischen der Geschwindigkeit der Partikelbewegung und der Erwärmung der Luft her und erklärte damit die Zunahme der Luftelastizität bei Erwärmung. Dies war der erste Versuch in der Geschichte der Physik, das Verhalten von Gasen durch die Bewegung von Molekülen zu interpretieren, ein zweifellos brillanter Versuch, und Bernoulli ging als einer der Begründer der Physik in die Geschichte der Physik ein Kinetische Theorie Gase

Sechs Jahre nach der Veröffentlichung von Hydrodynamics stellte Lomonosov der Akademischen Versammlung sein Werk „Reflections on the Cause of Heat and Cold“ vor. Es wurde nur sechs Jahre später, im Jahr 1750, zusammen mit einem anderen, späteren Werk, „An Experience in the Theory of Air Elasticity“, veröffentlicht. Somit ist Lomonosovs Theorie der Elastizität von Gasen untrennbar mit seiner Wärmetheorie verbunden und basiert auf dieser.

D. Bernoulli widmete auch Fragen der Wärme große Aufmerksamkeit, insbesondere der Frage der Abhängigkeit der Luftdichte von der Temperatur. Er beschränkte sich nicht darauf, sich auf Amontons Experimente zu beziehen, sondern versuchte selbst, die Abhängigkeit der Luftelastizität von der Temperatur experimentell zu bestimmen. „Ich habe herausgefunden“, schreibt Bernoulli, „dass die Elastizität der Luft, die hier in St. Petersburg am 25. Dezember 1731 sehr kalt war, Kunst. Art. bezieht sich auf die Elastizität derselben Luft, die die gleiche Wärme wie kochendes Wasser hat, mit 523 zu 1000.“ Dieser Wert von Bernoulli ist eindeutig falsch, da er davon ausgeht, dass die Kaltlufttemperatur - 78 °C entspricht.

Die oben erwähnten ähnlichen Berechnungen von Lomonosov sind viel genauer. Aber das Endergebnis von Bernoulli ist sehr bemerkenswert: „Die Elastizitäten stehen im Verhältnis aus dem Quadrat der Teilchengeschwindigkeiten und der ersten Potenz der Dichten“, was völlig im Einklang mit der Grundgleichung der kinetischen Theorie der Gase in der Moderne steht Präsentation.

Bernoulli ging überhaupt nicht auf die Frage nach der Natur der Wärme ein, die für Lomonossows Theorie von zentraler Bedeutung war. Lomonosov vermutet, dass Wärme eine Form der Bewegung unempfindlicher Teilchen ist. Er betrachtet die mögliche Natur dieser Bewegungen: translatorische Bewegung, rotierende und oszillierende Bewegung – und stellt fest, dass „Wärme in der inneren Rotationsbewegung gebundener Materie besteht“.

Akzeptiert als Originalpaket Lomonosov leitet daraus eine Hypothese über die Rotationsbewegung von Molekülen als Ursache von Wärme ab und leitet daraus eine Reihe von Konsequenzen ab: 1) Moleküle (Körperchen) haben Kugelform; 2) „...bei schnellerer Rotation der Teilchen gebundener Materie sollte die Wärme zunehmen und bei langsamerer Rotation abnehmen; 3) Teilchen heißer Körper rotieren schneller, Teilchen kalter Körper rotieren langsamer; 4) Heiße Körper müssen bei Kontakt mit kalten abkühlen, da dies die Wärmebewegung der Partikel verlangsamt. im Gegenteil, kalte Körper müssen sich aufgrund der Bewegungsbeschleunigung bei Kontakt erwärmen.“ Somit ist der in der Natur beobachtete Übergang der Wärme von einem heißen zu einem kalten Körper eine Bestätigung der Hypothese von Lomonosov.

Die Tatsache, dass Lomonosov die Wärmeübertragung als eine der Hauptkonsequenzen herausstellte, ist sehr bedeutsam und einige Autoren sehen darin eine Grundlage für die Einstufung Lomonosovs als Entdecker des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass die obige Aussage als primäre Formulierung des zweiten Hauptsatzes angesehen werden kann, aber das gesamte Werk als Ganzes ist zweifellos die erste Skizze der Thermodynamik. So erklärt Lomonosov darin die Wärmebildung bei Reibung, die als experimentelle Grundlage des ersten Gesetzes in Joules klassischen Experimenten diente. Lomonosov geht weiter auf die Frage des Wärmeübergangs von einem heißen zu einem kalten Körper ein und bezieht sich auf die folgende Position: „Körper A, der auf Körper B einwirkt, kann diesem keine größere Bewegungsgeschwindigkeit verleihen, als er selbst hat.“ .“ Bei dieser Bestimmung handelt es sich um einen Sonderfall“ universelles Gesetz Erhaltung." Basierend auf dieser Position beweist er, dass ein kalter Körper B, eingetaucht in eine warme Flüssigkeit A, „offensichtlich nicht wahrnehmen kann“. höheren Grad Wärme als das, was L hat.“

Lomonosov verschiebt die Frage der Wärmeausdehnung „auf ein anderes Mal“, bis er sich mit der Elastizität der Luft befasst. Seine thermodynamischen Arbeiten stehen somit in direkter Nachbarschaft zu seinen späteren Arbeiten zur Elastizität von Gasen. Allerdings spricht Lomonossow von seiner Absicht, die Betrachtung der Wärmeausdehnung „auf ein anderes Mal“ zu verschieben, und weist hier auch darauf hin, dass es keine Obergrenze für die Geschwindigkeit von Teilchen gibt (die Relativitätstheorie existiert noch nicht!), dann gibt es diese Es gibt keine Obergrenze für die Temperatur. Aber „notwendigerweise muss es einen größten und endgültigen Grad an Kälte geben, der im völligen Aufhören bestehen muss.“ Rotationsbewegung Teilchen.“ Lomonossow behauptet daher die Existenz von „ letzter Abschluss kalt“ – absoluter Nullpunkt.

Abschließend kritisiert Lomonossow die Theorie der Kalorien, die er für einen Rückfall der alten Idee des elementaren Feuers hält. Auseinandernehmen verschiedene Phänomene, sowohl physikalisch als auch chemisch, verbunden mit der Freisetzung und Absorption von Wärme, kommt Lomonosov zu dem Schluss, dass „die Wärme von Körpern nicht auf die Kondensation einer dünnen, speziell dafür vorgesehenen Materie zurückzuführen ist, sondern dass Wärme in der inneren Rotationsbewegung der verbundenen Materie besteht.“ des erhitzten Körpers.“ Unter „gebundener“ Materie versteht Lomonossow die Materie von Körperteilchen und unterscheidet sie von „fließender“ Materie, die „wie ein Fluss“ durch die Poren eines Körpers fließen kann.

Gleichzeitig schließt Lomonosov in seine ein thermodynamisches System und der weltweite Rundfunk, der nicht nur seiner Zeit, sondern auch dem 19. Jahrhundert weit voraus war. „Damit“, fährt Lomonosov fort, „sagen wir nicht nur, dass solche Bewegung und Hitze auch für die feinste Materie des Äthers charakteristisch sind, die alle Räume ausfüllt, die keine empfindlichen Körper enthalten, sondern wir behaupten auch, dass die Materie des Äthers dies kann.“ übertragen die von der Sonne empfangene Wärmebewegung auf unsere Erde und den Rest der Körper der Welt und erwärmen sie, da sie das Medium sind, durch das voneinander entfernte Körper Wärme ohne die Vermittlung von irgendetwas Greifbarem übertragen.“

Also Lomonossow, lange vor Boltzmann, Golitsyn und Wien Wärmestrahlung in die Thermodynamik. Lomonosovs Thermodynamik ist eine bemerkenswerte Errungenschaft des wissenschaftlichen Denkens des 18. Jahrhunderts, die ihrer Zeit weit voraus war.

Es stellt sich die Frage: Warum weigerte sich Lomonosov, die thermische Translationsbewegung von Teilchen zu berücksichtigen, und entschied sich stattdessen für die Rotationsbewegung? Diese Annahme schwächte seine Arbeit erheblich und kam der Theorie von D. Bernoulli viel näher spätere Forschung Clausius und Maxwell als die Lomonosov-Theorie. Lomonossow hatte zu diesem Thema sehr tiefe Gedanken. Er musste diese erklären widersprüchliche Freunde andere Dinge wie Kohäsion und Elastizität, Kohärenz von Körperpartikeln und die Fähigkeit von Körpern, sich auszudehnen. Lomonossow war ein glühender Gegner von Fernstreitkräften und konnte bei der Überlegung nicht auf diese zurückgreifen molekulare Struktur Tel. Er wollte auch die Erklärung der Elastizität von Gasen nicht auf elastische Stöße von Teilchen reduzieren, also Elastizität durch Elastizität erklären. Er suchte nach einem Mechanismus, der sowohl Elastizität als auch Wärmeausdehnung auf natürlichste Weise erklären würde. In seinem Werk „Eine Erfahrung in der Theorie der Luftelastizität“ lehnt er die Hypothese der Elastizität der Teilchen selbst ab, die laut Lomonossow „jeglicher physikalischer Zusammensetzung und organisierter Struktur entbehren“ und Atome sind. Daher wird die Eigenschaft der Elastizität nicht von einzelnen Teilchen gezeigt, die keine physikalische Komplexität und organisierte Struktur aufweisen, sondern wird durch eine Ansammlung von ihnen erzeugt. Die Elastizität von Gas (Luft) ist laut Lomonossow „eine Eigenschaft eines Atomkollektivs“. Die Atome selbst müssen laut Lomonosov „fest sein und eine Ausdehnung haben“, und er hält ihre Form für „sehr nahe“ an der Kugelform. Das Phänomen der durch Reibung entstehenden Wärme zwingt ihn zur Annahme der Hypothese, dass „Luftatome rau sind“. Die Tatsache, dass die Elastizität der Luft proportional zur Dichte ist, lässt Lomonosov zu dem Schluss kommen, „dass sie auf einer direkten Wechselwirkung ihrer Atome beruht“. Aber Atome können laut Lomonosov nicht aus der Ferne wirken, sondern nur bei Kontakt. Die Kompressibilität der Luft beweist das Vorhandensein von Leerräumen in der Luft, die eine Wechselwirkung der Atome unmöglich machen. Von hier aus kommt Lomonosov zu einem dynamischen Bild, wenn die Wechselwirkung der Atome mit der Zeit durch die Bildung eines leeren Raums zwischen ihnen und die räumliche Trennung der Atome durch Kontakt ersetzt wird. „Das ist also klar einzelne Atome Luft kollidiert in einem chaotischen Wechsel mit den nächsten in unempfindlichen Abständen, und wenn einige in Kontakt sind, prallen andere aneinander ab und kollidieren mit denen, die ihnen am nächsten sind, um wieder abzuprallen; Da sie durch häufige gegenseitige Erschütterungen ständig voneinander weggedrängt werden, neigen sie dazu, sich in alle Richtungen zu zerstreuen.“ Lomonosov sieht in dieser Streuung in alle Richtungen Elastizität. „Die Kraft der Elastizität besteht in der Tendenz der Luft, sich in alle Richtungen auszubreiten.“

Es muss jedoch erklärt werden, warum Atome bei der Wechselwirkung voneinander abprallen. Der Grund dafür ist laut Lomonossow die thermische Bewegung: „Die Wechselwirkung der Luftatome wird nur durch Wärme verursacht.“ Und da Wärme in der Rotationsbewegung von Teilchen besteht, reicht es zur Erklärung ihrer Abstoßung aus, zu betrachten, was passiert, wenn zwei rotierende kugelförmige raue Teilchen in Kontakt kommen. Lomonosov zeigt, dass sie sich voneinander abstoßen werden, und veranschaulicht dies am Beispiel des Rückpralls von Kreiseln („Hals über Kopf“), die Jungen aufs Eis werfen, was ihm seit seiner Kindheit bekannt ist. Wenn solche Kreisel in Kontakt kommen, springen sie über beträchtliche Distanzen voneinander weg. Somit werden elastische Kollisionen von Atomen laut Lomonosov durch die Wechselwirkung ihrer Rotationsmomente verursacht. Deshalb brauchte er die Hypothese der thermischen Rotationsbewegung von Teilchen! Damit hat Lomonosov das Modell eines elastischen Gases, das aus chaotisch bewegten und kollidierenden Teilchen besteht, vollständig untermauert.

Dieses Modell ermöglichte es Lomonosov nicht nur, das Boyle-Mariotte-Gesetz zu erklären, sondern auch Abweichungen davon vorherzusagen große Kompressionen. Eine Erklärung des Gesetzes und Abweichungen davon gab Lomonossow in seinem Werk „Ergänzung zu Reflexionen über die Elastizität der Luft“, das im selben Band der „Neuen Kommentare“ der St. Petersburger Akademie der Wissenschaften veröffentlicht wurde wie die beiden vorherigen Werke wurden veröffentlicht. Auch in Lomonossows Werken finden sich falsche Aussagen, die durch den damaligen Wissensstand durchaus erklärbar sind. Sie bestimmen jedoch nicht die Bedeutung der Arbeit eines Wissenschaftlers. Man kann nicht anders, als den Mut und die Tiefe des wissenschaftlichen Denkens Lomonossows zu bewundern, der in seinen Anfängen eine mächtige Wissenschaft der Wärme schuf. theoretisches Konzept, seiner Zeit weit voraus. Zeitgenossen folgten nicht dem Weg von Lomonosov; in der Wärmetheorie herrschten, wie gesagt wurde, verschiedene Substanzen: thermisch, licht, elektrisch, magnetisch. Normalerweise wird darin die metaphysische Natur des Denkens der Naturwissenschaftler des 18. Jahrhunderts und teilweise auch seine reaktionäre Natur gesehen. Aber warum ist es so geworden? Es scheint, dass der Grund dafür im Fortschritt der exakten Naturwissenschaft liegt. Im 18. Jahrhundert lernte, Wärme, Licht, Elektrizität und Magnetismus zu messen. Für alle diese Wirkstoffe wurden Maße gefunden, so wie sie schon vor langer Zeit für gewöhnliche Massen und Volumina gefunden wurden. Diese Tatsache brachte schwerelose Stoffe näher an gewöhnliche Massen und Flüssigkeiten und zwang sie dazu, sie als Analogon gewöhnlicher Flüssigkeiten zu betrachten. Das Konzept der „Schwerelosigkeit“ war ein notwendiger Schritt in der Entwicklung der Physik; es ermöglichte einen tieferen Einblick in die Welt der thermischen, elektrischen und elektrischen Energie magnetische Phänomene. Sie trug zur Entwicklung genauer Experimente, zur Anhäufung zahlreicher Fakten und deren primärer Interpretation bei.

Jetzt brauchen wir nur noch Schnee, eine Tasse, ein Thermometer und etwas Geduld. Holen wir eine Tasse Schnee aus dem Frost, stellen wir sie an einen warmen, aber nicht heißen Ort, tauchen wir ein Thermometer in den Schnee und beobachten wir die Temperatur. Zunächst wird die Quecksilbersäule relativ schnell nach oben kriechen. Der Schnee bleibt trocken. Bei Erreichen von Null stoppt die Quecksilbersäule. Von diesem Moment an beginnt der Schnee zu schmelzen. Am Boden des Bechers erscheint Wasser, aber das Thermometer zeigt immer noch Null an. Durch kontinuierliches Rühren des Schnees ist es nicht schwer sicherzustellen, dass sich das Quecksilber nicht bewegt, bis alles geschmolzen ist.

Was führt dazu, dass die Temperatur gerade dann stoppt, wenn sich der Schnee in Wasser verwandelt? Die dem Becher zugeführte Wärme wird vollständig für die Zerstörung der Schneeflockenkristalle aufgewendet. Und sobald der letzte Kristall zerfällt, beginnt die Wassertemperatur zu steigen.

Das gleiche Phänomen kann beim Schmelzen aller anderen kristallinen Substanzen beobachtet werden. Sie alle benötigen eine gewisse Wärmemenge, um sich zu bewegen fester Zustand in Flüssigkeit. Diese für jeden Stoff ganz spezifische Menge wird als Schmelzwärme bezeichnet.

Die Schmelzwärme für verschiedene Substanzen anders. Und hier sticht Wasser wieder hervor, wenn wir beginnen, die spezifischen Schmelzwärmen verschiedener Stoffe zu vergleichen. Wie die spezifische Wärmekapazität, spezifische Wärme Die Schmelztemperatur von Eis übersteigt die Schmelzwärme jeder anderen Substanz bei weitem.

Um ein Gramm Benzol zu schmelzen, benötigt man 30 Kalorien, die Schmelzwärme von Zinn beträgt 13 Kalorien, Blei – etwa 6 Kalorien, Zink – 28, Kupfer – 42 Kalorien. Und um Eis bei null Grad in Wasser zu verwandeln, braucht man 80 Kalorien! Diese Wärmemenge reicht aus, um die Temperatur von einem Gramm flüssigem Wasser von 20 Grad auf den Siedepunkt zu bringen. Nur ein Metall, Aluminium, hat eine spezifische Schmelzwärme, die die Schmelzwärme von Eis übersteigt.

Wasser bei null Grad unterscheidet sich also von Eis bei gleicher Temperatur dadurch, dass jedes Gramm Wasser 80 Kalorien mehr Wärme enthält als ein Gramm Eis.

Da wir nun wissen, wie hoch die Schmelzwärme von Eis ist, sehen wir, dass wir keinen Grund haben, uns manchmal darüber zu beschweren, dass Eis „zu schnell“ schmilzt. Hätte Eis die gleiche Schmelzwärme wie die meisten anderen Körper, würde es um ein Vielfaches schneller schmelzen.

Im Leben unseres Planeten ist das Schmelzen von Schnee und Eis von absolut außergewöhnlicher Bedeutung. Man muss bedenken, dass allein der Eisschild mehr als drei Prozent der gesamten Erdoberfläche bzw. 11 Prozent der gesamten Landmasse einnimmt. Nahe Südpol liegt der riesige Kontinent Antarktis, größer als Europa und Australien zusammen, bedeckt mit einer durchgehenden Eisschicht. Über Millionen Quadratkilometer Land herrschen Permafrost. Allein Gletscher und Permafrost machen ein Fünftel der Landmasse aus. Dazu kommt noch die im Winter mit Schnee bedeckte Fläche. Und dann können wir sagen, dass immer ein Viertel bis ein Drittel des Landes mit Eis und Schnee bedeckt ist. Mehrere Monate im Jahr übersteigt dieses Gebiet die Hälfte der gesamten Landmasse.

Es ist klar, dass riesige Mengen gefrorenen Wassers das Klima der Erde nur beeinflussen können. Was für eine kolossale Menge an Sonnenwärme wird aufgewendet, um im Frühling nur eine einzige Schneedecke zu schmelzen! Immerhin erreicht es eine durchschnittliche Dicke von etwa 60 Zentimetern und für jedes Gramm müssen Sie 80 Kalorien verbrauchen. Aber die Sonne ist so kraftvolle Quelle Energie, dass es in unseren Breitengraden diese Arbeit manchmal in mehreren Tagen bewältigt. Und es ist schwer vorstellbar, welche Art von Überschwemmung uns erwarten würde, wenn Eis beispielsweise die gleiche Schmelzwärme wie Blei hätte. Der gesamte Schnee könnte an einem Tag oder sogar in wenigen Stunden schmelzen, und dann würden die Flüsse, die zu außergewöhnlichen Ausmaßen anschwellen, selbst den größten Teil davon wegspülen fruchtbare Schicht Böden und Pflanzen, was zu unzähligen Katastrophen für alles Leben auf der Erde führt.

Eis schmilzt und absorbiert große Menge Hitze. Die gleiche Wärmemenge gibt Wasser beim Gefrieren ab. Wenn Wasser eine geringe Schmelzwärme hätte, würden unsere Flüsse, Seen und Meere wahrscheinlich nach dem ersten Frost zufrieren.

So kommt neben der hohen Wärmekapazität von Wasser noch eine weitere bemerkenswerte Eigenschaft hinzu – eine hohe Schmelzwärme.

Thermometer

Thermometer (griechisch θέρμη – Wärme; μετρέω – Maß) – ein Gerät zur Messung der Temperatur von Luft, Boden, Wasser usw. Es gibt verschiedene Arten von Thermometern:flüssig; mechanisch; elektronisch; optisch; Gas; Infrarot.

Galilei gilt allgemein als Erfinder des Thermometers: In seinen eigenen Schriften gibt es keine Beschreibung dieses Geräts, aber seine Schüler Nelli und Viviani bezeugten, dass er bereits 1597 so etwas wie ein Thermobaroskop (Thermoskop) hergestellt hatte. Galilei studierte zu dieser Zeit die Arbeit von Heron von Alexandria, der bereits ein ähnliches Gerät beschrieben hatte, jedoch nicht zur Messung von Wärmegraden, sondern zur Erhöhung des Wassergehalts durch Erhitzen. Das Thermoskop war eine kleine Glaskugel, an der ein Glasrohr angelötet war. Die Kugel wurde leicht erhitzt und das Ende des Röhrchens in ein Gefäß mit Wasser gesenkt. Nach einiger Zeit kühlte die Luft in der Kugel ab, ihr Druck nahm ab und das Wasser stieg unter dem Einfluss des Atmosphärendrucks im Rohr auf eine bestimmte Höhe. Anschließend stieg mit der Erwärmung der Luftdruck in der Kugel und der Wasserstand in der Röhre sank, während sie abkühlte, aber das Wasser darin stieg an. Mit einem Thermoskop konnte nur die Veränderung des Erwärmungsgrades des Körpers beurteilt werden: Es zeigte keine numerischen Temperaturwerte an, da es keine Skala hatte. Darüber hinaus hing der Wasserstand im Rohr nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Atmosphärendruck ab. Im Jahr 1657 wurde Galileis Thermoskop von Florentiner Wissenschaftlern verbessert. Sie statteten das Gerät mit einer Perlenwaage aus und pumpten die Luft aus dem Reservoir (Kugel) und dem Schlauch ab. Dadurch war es nicht nur möglich, die Körpertemperaturen qualitativ, sondern auch quantitativ zu vergleichen. Anschließend wurde das Thermoskop ausgetauscht: Es wurde auf den Kopf gestellt, anstelle von Wasser wurde Brandy in das Röhrchen gegossen und das Gefäß entfernt. Die Wirkung dieses Geräts basierte auf der Ausdehnung von Körpern; als „konstante“ Punkte wurden die Temperaturen der heißesten Sommer- und kältesten Wintertage angenommen. Alle diese Thermometer waren Luftthermometer und bestanden aus einem Gefäß mit einem Luftrohr, das durch eine Wassersäule von der Atmosphäre getrennt war. Ihre Messwerte änderten sich sowohl aufgrund von Temperaturänderungen als auch aufgrund von Änderungen des atmosphärischen Drucks.

Thermometer mit Flüssigkeit wurden erstmals 1667 in den „Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento“ beschrieben, wo sie als Gegenstände beschrieben werden, die seit langem von erfahrenen Handwerkern namens „Confia“ hergestellt werden, die das Glas auf dem Gerät erhitzen Ich habe das Feuer einer Lampe geblasen und daraus erstaunliche und sehr empfindliche Produkte hergestellt. Anfangs waren diese Thermometer mit Wasser gefüllt, aber sie zerplatzten, als es gefror; Die Verwendung von Weinalkohol zu diesem Zweck begann im Jahr 1654 auf Vorschlag des Großherzogs der Toskana, Ferdinand II. Florentiner Thermometer sind in mehreren Exemplaren bis heute im Galiläischen Museum in Florenz erhalten; Ihre Herstellung wird ausführlich beschrieben.

Zuerst musste der Meister Unterteilungen auf der Röhre vornehmen und dabei deren relative Größe und die Abmessungen der Kugel berücksichtigen: Die Unterteilungen wurden mit geschmolzener Emaille auf die in einer Lampe erhitzte Röhre aufgetragen, jedes Zehntel wurde durch einen weißen Punkt angezeigt und die anderen in Schwarz. Normalerweise machten sie 50 Teilungen, damit der Alkohol bei der Schneeschmelze nicht unter 10 sinkt und in der Sonne nicht über 40 steigt. Gute Handwerker stellten solche Thermometer so erfolgreich her, dass sie alle den gleichen Temperaturwert unter der Temperatur anzeigten Die gleichen Bedingungen, dies war jedoch nicht der Fall, konnten erreicht werden, wenn das Rohr in 100 oder 300 Teile geteilt wurde, um eine höhere Genauigkeit zu erzielen. Die Thermometer wurden gefüllt, indem die Kugel erhitzt und das Ende des Röhrchens in Alkohol getaucht wurde; die Befüllung erfolgte mit einem Glastrichter mit dünnem Ende, der frei in ein ziemlich breites Röhrchen passte. Nach dem Einstellen der Flüssigkeitsmenge wurde die Öffnung des Röhrchens mit Siegellack, dem sogenannten „Sealant“, verschlossen. Daraus geht hervor, dass diese Thermometer groß waren und zur Bestimmung der Lufttemperatur verwendet werden konnten, sie waren jedoch für andere, vielfältigere Experimente immer noch unpraktisch und die Grade verschiedener Thermometer waren nicht miteinander vergleichbar.

Galileo-Thermometer

Im Jahr 1703 verbesserte Guillaume Amontons in Paris das Luftthermometer, indem er nicht die Ausdehnung, sondern die Zunahme der Elastizität der Luft maß, die bei verschiedenen Temperaturen auf das gleiche Volumen reduziert wurde, indem er Quecksilber in einen offenen Krümmer goss; Der Luftdruck und seine Änderungen wurden berücksichtigt. Der Nullpunkt einer solchen Skala sollte „der signifikante Kältegrad“ sein, bei dem die Luft ihre gesamte Elastizität verliert (d. h. der moderne absolute Nullpunkt), und der zweite konstante Punkt war der Siedepunkt von Wasser. Der Einfluss des atmosphärischen Drucks auf den Siedepunkt war Amonton noch nicht bekannt, und die Luft in seinem Thermometer war nicht von Wassergasen befreit; Daher wird seinen Daten zufolge der absolute Nullpunkt bei −239,5° Celsius ermittelt. Ein anderes Luftthermometer von Amonton, das sehr unvollkommen gebaut war, war unabhängig von Änderungen des atmosphärischen Drucks: Es war ein Siphonbarometer, dessen offener Bogen nach oben verlängert war, am Boden mit einer starken Kalilösung und am oberen Ende mit Öl gefüllt war in einem verschlossenen Tank mit Luft.

Fahrenheit gab dem Thermometer seine moderne Form und beschrieb 1723 seine Herstellungsmethode. Zunächst füllte er seine Röhrchen auch mit Alkohol und wechselte erst schließlich zu Quecksilber. Er stellte den Nullpunkt seiner Skala auf die Temperatur einer Mischung aus Schnee mit Ammoniak oder Kochsalz, bei der Temperatur des „Beginns des Gefrierens von Wasser“ zeigte er 32° an und die Körpertemperatur eines gesunden Menschen im Mund bzw unter der Achselhöhle entsprach 96°. Anschließend stellte er fest, dass Wasser bei 212° kocht und diese Temperatur bei gleichem Barometerstand immer gleich war. Erhaltene Beispiele von Fahrenheit-Thermometern zeichnen sich durch ihre sorgfältige Ausführung aus.

Quecksilberthermometer mit Fahrenheit-Skala

Die beiden konstanten Punkte, schmelzendes Eis und kochendes Wasser, wurden schließlich 1742 vom schwedischen Astronomen, Geologen und Meteorologen Anders Celsius festgelegt. Zunächst setzte er jedoch 0° für den Siedepunkt und 100° für den Gefrierpunkt. In seinem Werk „Beobachtungen zweier konstanter Gradzahlen auf einem Thermometer“ berichtete Celsius über seine Experimente, die zeigten, dass die Schmelztemperatur von Eis (100°) nicht vom Druck abhängt. Er bestimmte auch mit erstaunlicher Präzision, wie sich der Siedepunkt von Wasser mit dem atmosphärischen Druck änderte. Er schlug vor, dass die Marke 0 (der Siedepunkt von Wasser) kalibriert werden könnte, Wissen, auf welcher Höhe sich das Thermometer relativ zum Meer befindet.

Später, nach dem Tod von Celsius, verwendeten seine Zeitgenossen und Landsleute, der Botaniker Carl Linnaeus und der Astronom Morten Stremer, diese Skala umgekehrt (sie begannen, die Schmelztemperatur von Eis mit 0° und den Siedepunkt von Wasser mit 100° anzunehmen). In dieser Form erwies sich die Waage als sehr praktisch, verbreitete sich und wird bis heute verwendet.

Flüssigkeitsthermometer basieren auf dem Prinzip, dass sich das Volumen der in das Thermometer eingefüllten Flüssigkeit (normalerweise Alkohol oder Quecksilber) ändert, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert. Aufgrund des Verbots der Verwendung von Quecksilber aufgrund seiner Gesundheitsgefährdung in vielen Bereichen Aktivitäten wird nach alternativen Füllungen für Haushaltsthermometer gesucht. Ein solcher Ersatz könnte beispielsweise die Galinstan-Legierung sein. Zunehmend werden auch andere Arten von Thermometern verwendet.

Medizinisches Quecksilberthermometer

Mechanische Thermometer dieser Art funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie Flüssigkeitsthermometer, als Sensor wird jedoch meist eine Metallspirale oder ein Bimetallband verwendet.

Mechanisches Fensterthermometer

Es gibt auch elektronische Thermometer. Das Funktionsprinzip elektronischer Thermometer basiert auf der Änderung des Leiterwiderstands bei Änderung der Umgebungstemperatur. Elektronische Thermometer eines größeren Bereichs basieren auf Thermoelementen (Kontakt zwischen Metallen mit unterschiedlichen Werten). Elektronegativität erzeugt eine Kontaktpotentialdifferenz, die von der Temperatur abhängt). Am genauesten und zeitlich stabilsten sind Widerstandsthermometer auf Basis von Platindraht oder Platinbeschichtung auf Keramik. Die am weitesten verbreiteten sind PT100 (Widerstand bei 0 °C – 100 Ω) und PT1000 (Widerstand bei 0 °C – 1000 Ω) (IEC751). Die Abhängigkeit von der Temperatur ist nahezu linear und folgt bei positiven Temperaturen einem quadratischen Gesetz und bei negativen Temperaturen einer Gleichung vierten Grades (die entsprechenden Konstanten sind sehr klein, und in erster Näherung kann diese Abhängigkeit als linear angesehen werden). Temperaturbereich −200 - +850 °C.

Medizinisches elektronisches Thermometer

Mit optischen Thermometern können Sie die Temperatur aufzeichnen, indem Sie die Helligkeit, das Spektrum und andere Parameter ändern, wenn sich die Temperatur ändert. Zum Beispiel Infrarot-Körpertemperaturmessgeräte. Mit einem Infrarot-Thermometer können Sie die Temperatur ohne direkten Kontakt mit einer Person messen. In einigen Ländern besteht seit langem die Tendenz, auf Quecksilberthermometer zugunsten von Infrarotthermometern zu verzichten, und zwar nicht nur in medizinischen Einrichtungen, sondern auch auf Haushaltsebene.

Infrarot Thermometer