На заре развития науки как таковой ученые судили о температуре тела по непосредственному ощущению. И деления тех шкал были весьма приблизительны: горячо, тепло, холодно. Точность таких шкал была весьма невелика. Для доказательства попробуйте провести один небольшой эксперимент, который настолько прост, что его можно провести в домашних условиях.
Возьмите три тазика с водой: один с очень горячей, другой с умеренно теплой, а третий с очень холодной. Взяли? Прекрасно! Теперь ненадолго опустите левую руку в тазик с горячей водой, а правую – с холодной. Через пару минут извлеките руки из горячей и холодной воды и опустите их в тазик с теплой водой. Теперь спросите каждую руку, что она "скажет" вам о температуре воды? Интересный ответ, да?
Вот именно так раньше ученые и определяли температуру тел: на ощупь! И длилось это довольно продолжительное время – до тех самых пор, пока однажды Галилео Галилей в 1597 году взял стеклянную трубку с припаянным к ней небольшим стеклянным шариком, немного подогрел шарик и открытый конец трубки поместил в сосуд с водой.
Спросите, зачем? Оказывается, все очень просто! Мы подогреваем шарик 1, воздух в нем расширяется от нагрева и через трубку 2 выходит в атмосферу (не весь, конечно). В результате помещения трубки с подогретым шариком в сосуд с водой получается конструкция, которую мы видим на рисунке. Что происходит потом? Воздух в шарике остывает до температуры окружающего воздуха и при этом сжимается. А вода что делает? Правильно! Под действием атмосферного давления вода из сосуда 3 поднимается по трубке 2 на некоторую высоту h. Эта конструкция позволяла Галилео судить о степени нагретости тела: горячее, теплое или холодное оно. Правда, с такой же точностью, что и измерения при помощи рук, хотя теперь можно было претендовать на некоторую объективность измерений. У этого прибора – термоскопa – есть один существенный недостаток: его показания зависят от атмосферного давления. Таким образом, Галилей, сам того не зная, положил начало термометрии.
В таком виде галилеевский термоскоп просуществовал до 1657 года. В этом самом году флорентийские ученые немного усовершенствовали термоскоп – они добавили к нему шкалу из бусин и откачали из шарика воздух. Какой прок, спросите? Да самый, что ни на есть насущный: в галилеевском термоскопе всего две температуры: высокая и низкая, а у флорентийцев их много: три с половиной бусины, пять бусин и т.п. Таким образом, термоскоп стал значительно точнее и просуществовал в таком виде почти полвека.
Примерно в 1700 году флорентийский термоскоп взяли, да перевернули, налив в трубку с шариком подкрашенный спирт, а сосуд выкинули за ненадобностью. Это было новое слово в науке и технике – прибор перестал зависеть от атмосферного давления. Получившийся прибор и есть термометр – т.е. 1700 год мы можем считать годом рождения привычного нам термометра! Правда, тут же появилась проблема в согласовании шкал термометров. Каких только "постоянных" точек не брали для шкал и как только их не градуировали.
В 1714 году голландский ученый Д. Фаренгейт сделал себе термометр сам, и сам же придумал шкалу к нему. Он взял стеклянную трубку с шариком на одном конце, налил туда ртути, откачал из нее воздух и запаял. Далее он поместил свое детище в смесь льда и поваренной соли (самое холодное, но еще жидкое вещество того времени) и обозначил высоту столбика ртути за 0 градусов. Потом он поместил свой термометр в тающий лед (обычный, без соли) и надписал 32 градуса на шкале. Следующей точкой у Фаренгейта была температура человеческого тела – 96 градусов (это число, оказывается, прекрасно делится на 32). Температура кипения воды получилась у него равной 212 градусам. В Англии и США до сих пор используют эту шкалу.
В 1730 году французский физик Р. Реомюр предложил спиртовой термометр с постоянными точками таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R). По его шкале один градусбыл равен 1/80 разности температур кипения воды и таяния льда (то есть градус Реомюра равен 5/4 градуса Цельсия).
Примерно в это же время шведский астроном Андерс Цельсий использовал ртутный термометр Фаренгейта с собственной шкалой, где температура кипения воды была принята за 0 градусов, а таяния льда – за 100 градусов. Когда его спросили об этой странности его шкалы, Цельсий с улыбкой парировал: "У нас в Швеции довольно прохладно, и для избежания отрицательных температур я и изобрел данную шкалу". Каково, а? А перевернули шкалу Цельсия его же соотечественники: ботаник К. Линней и астроном М. Штремер. Вот этот "перевернутый" термометр и получил широкое распространение!
В 1848 году с произволом в выборе нуля отсчета температуры на шкалах термометров было покончено английским физиком Вильямом Томсоном (Лордом Кельвином), доказавшим существование абсолютного нуля температур. Произведенные лордом расчеты дали цифру –273,15°С, а обозначил он эту температуру, как и положено, за 0
градусов.
Примерно в это же время Ренкен привязал абсолютную шкалу к шкале Реомюра (специально для французов и русских). Да, да! Именно французов и русских. Шкалой Реомюра пользовались в царской России до самой революции 1917 года.
Приложил к делу изобретения шкал свою руку и великий Исаак Ньютон: точку таяния льда он обозначил за 0 градусов, а кипения воды – за 12.
Вы спросите, как все эти температуры обозначаются? Пожалуйста: нуль градусов по шкале Реомюра обозначается как 0 R, по Цельсию – 0 С, по Ньютону – 0 N, по Кельвину – 0 К и, наконец, по Ренкену – 0 R. Если вам встречались в научных публикациях обозначение температуры как °L, то не пугайтесь – это Кельвин в масштабе десятичного логарифма. Вот так и появился на свет привычный нам термометр.
