Температура і термометри

Температура і термометры

Первичные і вторинні свойства

Разделение властивостей на первинні і вторинні, яке послужило основою філософського дуалізму, є риса галилеевой фізики. На той самий позиції стояв Демокріт, який аж променився з релятивізму Протагора (480…410гг. е.). Відомий уривок із листа «Пробирщика», де Галілей відтворює міркування Демокрита: «…я цілком розумію, що, коли уявляю щось тілесне, матеріальне, маю водночас розуміти, що його обмежена, має чи іншу іншу форму, велике чи мале стосовно іншим речам, перебуває у в тому чи іншому місці, на той чи інший час, рухається чи нерухомо, стосується або стосується іншого тіла, існує у єдиному тілі, у кількох чи у багатьох, й ніяка уяву неспроможна відірвати річ від цих коштів умов. І те, що повинна бути білої чи червоною, гіркою чи солодкої, звучала чи німий, нічого поганого або добре пахла, — не розумію, чому маю змусити себе вважати, що речі мають обов’язково супроводжувати ці характеристики. Навпаки, якби почуття не служили нам провідниками відчуттів, можливо, не було б навіть розмов, і найбільш ставлення до них. Тому, гадаю, всі ці смаки, запахи, кольору та т.д. з погляду предмета, у якому, начебто, вони, суть нічим іншим, як лише найменування, місцем їх перебування є лише ощущающее тіло, отже якщо прибрати ощущающее тварина, то усунуть і знищено всі ці якості. Тому ми хотіли б вірити, що, як і цим властивостями надано назви, чудові від назв інших, первинних і дійсних явищ, також і насправді вони живуть від них отличны».

Чтобы ще краще пояснити сказане, Галілей переходить незабаром прикладів дотикальних відчуттів, укладених нині в нас, а чи не в тілах, яких ми доторкаємося, потім до запаху, смаку, звуку, «…які, гадаю, поза живої істоти але лише наименования».

Наконец, «тепло», тобто. те, що ми тепер називаємо температурою, для Галілея почуттєвим ознакою: «…дуже схильний вважати, що тепло носить той самий характері і що речовини, що змушують нас відчувати тепла і які ми називаємо загальним ім'ям „полум'я“, є безліч дрібних частинок тій чи іншій форми, рухомих з тим чи іншого швидкістю, які, зустрічаючись із нашим тілом, пробираються у нього з великою моторністю, їх дотик, здійснюване під час проходження наша тканину й ощущаемое нами, і те вплив, яку ми називаємо теплом, приємним чи неприємним залежно від розміру й більшої або меншої швидкості цих малих частинок, які колють і пронизують нас».

Здесь ще немає кінетичній теорії тепла, оскільки галилеевские мінімальні тільця — це частки вогню, а чи не матеріальні молекули. І все-таки це був першим крок до кінетичною теорії, звичної наступного столетии.

Опыт з термоскопом

Особого згадки заслуговує досвід Галілея з термоскопом, також належить до падуанскому періоду, приблизно до 1597 г. Експеримент важливий не тим, що послужив визначенню наступних дискусій про пріоритет у винаході термометра, а через нового антиаристотелева образу мислення, який проявляється й у задумі й у здійсненні досвіду. Досвід ось у чому. Руками зігрівають колбу розміром із яйце; колба має довше і тонке, як пшеничний стебло, шийку, опущене в чашу із жовтою водою. Якщо прибрати руки з колби, то воду з чаші принаймні остигання судини почне підніматися в шийку. Бенедетто Кастеллі, колишній учень Галілея, пише в 1638 г.: «Цей ефект вищезгаданий синьйор Галілей використовував виготовлення інструмент визначення рівня спеки і холода».

Ни одному перипатетику і на думку би прийшла можливість виміру ступеня тепла і холоду, оскільки, відповідно до їхнього вченню, холод і тепло — це різні властивості, перемішані в матерії. Галілей ж вчив, та (в 1623 г.) і аж написав у «Saggiatore» («Пробирщик»), що холод перестав бути позитивних якостей, а є лише відсутність тепла, холод перебуває над матерії, а чутливому теле.

Флорентийские термометры

Примитивный повітряний термоскоп Галілея Торрічеллі перетворив на рідинний (спиртовий) термометр. Його конструкція була такою поліпшено Торрічеллі і членів Академії дослідів але вона виявилася такій зручній щодо різноманітних застосувань, що у XVII столітті «флорентійські термометри» стали знаменитими. Вони були запроваджені в Англії Бойлем і поширилися мови у Франції завдяки астроному Бульо (1605…1694), котрого дар такий термометр від справності польського дипломата.

В 1694 г. один з п’яти членів Академії дослідів Карло Ренальдини (1615…1698) перший запропонував прийняти у ролі фіксованих температур при градуировке термометра температуру танення криги й температуру кипіння води. Ренальдини був підтримано у 1742 г. астрономом Цельсием (1701…1744), який запропонував стоградусную шкалу з точкою «0», відповідної кипіння води, і точкою «100», відповідної її замерзанию. Зміна напрями шкали було виконано в 1750 г. іншим астрономом, Мартіном Штремером (1707…1770).

Кольцо Гравезанда

В процесі дослідження теплоти члени Академії дослідів, бажаючи довести, що це тіла розширюються при нагріванні, запропонували досвід, який повторюється в школах і відомий як «кільце Гравезанда», але замість кулі, що у холодному стані може пройти крізь кільце, а гарячому не проходить, члени Академії застосовували циліндр. Вони засвідчили також, що теплове розширення рідин більше, ніж твердих тіл, і мали ясне поняття про теплоемкости.

В 1702 г. Гійом Амонтон (1663…1703) удосконалив повітряний термометр Галілея, сконструювавши термометр, переважно співпадаючий із сучасним газовим. Термометр Амонтона був U-образную скляну трубку, більш короткий коліно якої закінчувалося резервуаром, що містить повітря; в довше коліно наливалася ртуть у кількості, необхідному підтримки сталості обсягу повітря на резервуарі. По висоті стовпа ртуті визначалася температура. Цікаво, що з цим інструментом, зустрінутим дуже несхвально, Амонтон дійшов поняттю абсолютного нуля, котрий за його даним відповідав -239,5° С. Ламберт повторив досліди Амонтона з більшою влучністю і теж дійшов поняттю абсолютного нуля, що він висловлює так: «Ступінь тепла, рівна нулю, то, можливо фактично названа абсолютним холодом. Отже, при абсолютному холоді обсяг повітря дорівнює або вони майже нульовий. Можна сміливо сказати, що з абсолютному холоді повітря стає таким щільним, що її частки абсолютно торкаються одна одної друг з іншому, отже повітря стає непроницаемым».

Фаренгейт і Реомюр

Решающее вдосконалення конструкції термометра справив німець Габріель Даніель Фаренгейт (1686…1736), скористався ідеєю Олафа Ремера. Фаренгейт виготовляв ртутні і спиртові термометри тієї форми, яка використовується і зараз. Успіх його термометрів слід шукати у введеному їм новий метод очищення ртуті; ще, перед запаиванием він кип’ятив рідина у слухавці. Його термометрическая шкала (у другому варіанті, прийнятому з 1714 г.) мала три фіксовані точки: 0° відповідав температурі суміші води, криги й нашатирю, 96° - температурі тіла здорової людини (під пахвою чи в роті). Як контрольної температури для звіряння різних термометрів було винесено значення 32° для точки танення льда.

Рене Антуан Фершо де Реомюр (1683…1757) не схвалював застосування ртуті в термометрах внаслідок малого коефіцієнта розширення ртуті. У 1730 г. запропонував запровадити у термометрах спирт і ввів шкалу, побудовану не довільним чином, як шкала за Фаренгейтом, а відповідність до тепловим розширенням спирту. І оскільки Реомюр знайшов, що застосовуваний їм спирт, змішаний в пропорції 5:1 з водою, розширюється щодо 1000:1080 за зміни температури від точки замерзання до точки кипіння води, то запропонував шкалу від 0 до 80°. До цих двом шкалам додалася шкала Цельсия-Штремера. Наприкінці століття число різних шкал швидко зросла. У «Пирометрии» Ламберта наводиться 19 шкал. На щастя, зараз застосовуються лише 3 згадані вище шкали, і цього теж занадто много.

История встановлення метричної системи служить наочним прикладом того, як важко зупинитися на будь-якої системі заходів, подолавши при цьому силу традицій, відмінність інтересів виготовлювачів і національні почуття. Прикладом служить таблица В 1747 г. голландець Петер ван Мушенбрек (1692…1761), перший автор систематичного курсу фізики, використовував розширення залізного бруски для виміру температури плавлення низки металів. Мушенбреку ми маємо першими досвідченими дослідженнями теплового розширення твердих тіл, що він реєстрував з допомогою механізму з зубчаток і важелів, подібного з демонструється зараз у школе.

Список литературы

Галилей Р. Пробірних справ майстер — М., 1987.

Голин Г. М., Филонович С. Р. Классики фізичної науки (давніх часів на початок XX в) М.: Высш. Шк., 1989.

Марио Льоцци Історія фізики / Пер. з іт. Э. Л. Бурштейна М.: Світ, 1970.