Hőmérő

Hőmérő ( görögül θέρμη  "hő" + μετρέω  "mérem"), hőmérő is - mérőeszköz különböző testek és közegek (levegő, talaj, víz stb.) hőmérsékletének mérésére. A mérés elve szerint többféle hőmérő létezik:

Találmánytörténet

Galileit tartják a hőmérő feltalálójának : saját írásaiban nincs leírás erről az eszközről, de tanítványai, Nelly és Viviani azt vallották , hogy már 1597 -ben készített valami termobaroszkóp-szerűséget ( termoszkóp ). Galilei ebben az időben tanulmányozta Alexandriai Heron munkásságát , aki már leírt egy hasonló készüléket, de nem hőfok mérésére, hanem víz melegítéssel történő emelésére. A termoszkóp egy kis üveggolyó volt, amelyre üvegcső volt forrasztva. A labdát kissé felmelegítettük, és a cső végét vízzel töltött edénybe engedtük. Egy idő után a golyóban lévő levegő lehűlt, nyomása csökkent, és a víz a légköri nyomás hatására egy bizonyos magasságig felemelkedett a csőben. Ezt követően a felmelegedéssel nőtt a légnyomás a labdában, és csökkent a vízszint a csőben. Termoszkóp segítségével csak a test felmelegedési fokának változásáról lehetett megítélni: nem mutatta a hőmérséklet számértékeit, mivel nem volt skálája. Ráadásul a csőben lévő vízszint nemcsak a hőmérséklettől, hanem a légköri nyomástól is függött. 1657-ben Firenze tudósai továbbfejlesztették Galilei termoszkópját. Felszerelték a műszert egy mérleg gyöngyökkel, és kifújták a levegőt a tartályból (golyóból) és a csőből. Ez lehetővé tette a testek hőmérsékletének nemcsak minőségi, hanem mennyiségi összehasonlítását is. Ezt követően a termoszkópot cserélték: fejjel lefelé fordították, a csőbe víz helyett pálinkát öntöttek, az edényt pedig eltávolították. Ennek az eszköznek a működése a testek tágításán alapult, a legmelegebb nyári és leghidegebb téli napok hőmérsékletét vettük „állandó” pontnak.

A hőmérő feltalálását Lord Baconnak, Robert Fluddnak, Santoriusnak, Scarpinak, Cornelius Drebbelnek, Porte-nak és Salomon de Cosse-nak is tulajdonítják , akik később írtak , és részben személyes kapcsolatban álltak Galileóval . Ezek a hőmérők mindegyike levegő volt, és egy levegőt tartalmazó csőből álló edényből állt, amelyet egy vízoszlop választott el a légkörtől, és a hőmérséklet-változások és a légköri nyomás változásai miatt is változtatták leolvasásukat.

A folyadékhőmérőket először 1667 -ben írták le  "Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento"-ban, ahol olyan tárgyakként emlegetik őket, amelyeket régóta szakképzett kézművesek készítettek, "Confia"-nak nevezett, akik az üveget a lángon hevítették. a lámpát és csodálatos és nagyon finom termékeket készíteni belőle. Eleinte ezek a hőmérők megteltek vízzel, de amikor megfagyott, szétrepedtek; 1654-ben kezdték el használni a borpárlatot, II. Ferdinánd toszkán nagyherceg gondolatára . A firenzei hőmérőket nemcsak Saggiban ábrázolják, de több másolata is fennmaradt napjainkig a firenzei Galilei Múzeumban; ezek elkészítését részletesen ismertetjük.

Először a mesternek osztásokat kellett készítenie a csövön, annak relatív méreteit és a golyó méretét figyelembe véve: a osztásokat olvasztott zománccal vitték fel a lámpára melegített csőre, minden tizedet fehér pont jelezte, a többit pedig fekete által. Általában 50 osztást csináltak úgy, hogy amikor a hó elolvadt, az alkohol nem süllyedt 10 alá, és a napon sem emelkedett 40 fölé. A jó mesteremberek olyan sikeresen készítettek ilyen hőmérőket, hogy mindegyik ugyanazt a hőmérséklet értéket mutatta. ugyanazok a feltételek, de ezt nem lehetett elérni, ha a csövet 100 vagy 300 részre osztották a nagyobb pontosság érdekében. A hőmérőket a bura felmelegítésével és a cső végének alkoholba engedésével töltöttük meg, a töltést vékonyan kihúzott végű üvegtölcsér segítségével végeztük, amely szabadon behatolt egy meglehetősen széles csőbe. A folyadék mennyiségének beállítása után a cső nyílását tömítőviasszal, úgynevezett "hermetikusan" lezárták. Ebből jól látható, hogy ezek a hőmérők nagyok voltak, és a levegő hőmérsékletének meghatározására szolgálhattak, de más, változatosabb kísérletekhez még kényelmetlenek voltak, és a különböző hőmérők foka sem volt összehasonlítható egymással.

1703 -  ban Amonton ( ang .  Guillaume Amontons ) Párizsban megjavította a levegő hőmérőjét, és nem a tágulást, hanem a különböző hőmérsékleteken azonos térfogatra csökkentett levegő rugalmasságának növekedését mérte úgy, hogy higanyt öntött egy nyitott térdbe; légnyomást és annak változásait vették figyelembe. Egy ilyen skála nullapontja „a hideg jelentős foka”, amelynél a levegő elveszíti minden rugalmasságát (vagyis a modern abszolút nulla ), a második állandó pont a víz forráspontja volt. A légköri nyomásnak a forráspontra gyakorolt ​​hatását Amonton még nem ismerte, és a hőmérőjében lévő levegő nem mentesült a vízgázoktól; ezért adataiból –239,5 Celsius fokon abszolút nullapontot kapunk. Az Amonton egy másik, nagyon tökéletlenül elkészített léghőmérője független volt a légköri nyomás változásától: szifon barométer volt, amelynek nyitott térdét felfelé húzták, alulról erős hamuzsíroldattal, felülről olajjal töltötték meg, és a végén. zárt légtartályban.

A hőmérő modern formáját a Fahrenheit adta, és 1723-ban írta le elkészítési módját. Kezdetben csövekbe is alkoholt töltött, és csak végül tért át a higanyra. Skálája nullát a hó és ammónia vagy konyhasó keverékének hőmérsékletére állította be, a „víz fagyás kezdetének” hőmérsékletén 32°-ot, az egészséges ember szájban, ill. a hóna alatt 96°-nak felelt meg. Ezt követően azt találta, hogy a víz 212°-on forr, és ez a hőmérséklet mindig ugyanaz a barométer azonos állapotában . A Fahrenheit hőmérők fennmaradt példányait aprólékos megmunkálásuk jellemzi.

A svéd csillagász, geológus és meteorológus, Anders Celsius végül 1742-ben mindkét állandó pontot, az olvadó jeget és a forrásban lévő vizet beállította. Kezdetben azonban 0°-ot állított be a forráspontnál, és 100°-ot a fagyáspontnál. A két tartós fok megfigyelése hőmérőn című munkájában Celsius beszámolt kísérleteiről, amelyek kimutatták, hogy a jég olvadáspontja (100°) független a nyomástól. Elképesztő pontossággal meghatározta azt is, hogyan változik a víz forráspontja a légköri nyomás függvényében . Azt javasolta, hogy a 0 jelet ( a víz forráspontja ) úgy kalibrálják, hogy tudjuk, milyen szinten áll a hőmérő a tengerhez viszonyítva.

Később, Celsius halála után kortársai és honfitársai, Carl Linnaeus botanikus és Morten Strömer csillagász ezt a skálát fordítottan használták (0 °-ra a jég olvadáspontját kezdték el, 100 °-ra pedig a jég forráspontját). víz). Ebben a formában a skála nagyon kényelmesnek bizonyult, széles körben elterjedt és a mai napig használatos.

Egy beszámoló szerint maga Celsius is megfordította a mérlegét Strömer tanácsára. Más források szerint a mérleget Carl Linnaeus fordította meg 1745-ben. A harmadik szerint pedig Celsius M. Stremer utódja fordította meg a skálát és a 18. században egy ilyen hőmérőt széles körben terjesztettek "svéd hőmérő" néven, Svédországban pedig Stremer néven, de a a híres svéd kémikus, Johann Jakob "Útmutató a kémiához" című munkájában tévesen Celsius-skálának nevezte M. Strömer skáláját, és azóta a Celsius-skálát Anders Celsiusról nevezték el.

Reaumur 1736-os munkái , bár a 80°-os skála felállításához vezettek, inkább visszalépést jelentettek a Fahrenheit által már korábban megtetthez képest: Reaumur hőmérője hatalmas volt, kényelmetlen volt használni, és a fokokra osztás módszere pontatlan. kényelmetlen.

Fahrenheit és Réaumur után a hőmérők gyártása a kézművesek kezébe került, mivel a hőmérők árucikké váltak.

William Thomson (Lord Kelvin) angol fizikus 1848-ban bebizonyította egy abszolút hőmérsékleti skála létrehozásának lehetőségét, amelynek nullapontja nem függ a víz vagy a hőmérőt kitöltő anyag tulajdonságaitól. A „ Kelvin-skála ” referenciapontja az abszolút nulla értéke volt : -273,15 °C. Ezen a hőmérsékleten a molekulák hőmozgása leáll. Következésképpen a testek további hűtése lehetetlenné válik.

Folyadékhőmérők

A folyadékhőmérők azon az elven alapulnak, hogy a hőmérőbe öntött folyadék (általában alkohol vagy higany ) térfogatát a környezeti hőmérséklet változásával változtatják.

A folyadékhőmérőket higannyal töltött és nem higannyal töltött hőmérőkre osztják . Ez utóbbiakat nem csak gazdaságossági okokból használják, hanem a széles hőmérsékleti tartomány alkalmazása miatt is. Tehát a hőmérőben anyagokat használnak a hőmérők nem higanyos töltésére: alkoholok (etil, metil, propil), pentán, toluol, szén-diszulfid, aceton, tallium-amalgám és gallium. [egy]

Tekintettel arra, hogy 2020-tól világszerte betiltják a higanyt [2] [3] egészségügyi kockázatai miatt [4] , számos tevékenységi körben keresnek alternatív töméseket a háztartási hőmérőkhöz.

Ilyen helyettesítő volt a galinstan (a fémek ötvözete: gallium , indium , ón és cink ). A galliumot magas hőmérséklet mérésére használják. Emellett a higanyos hőmérőket egyre gyakrabban váltják fel platina vagy réz ellenállású hőmérőkre, nagy sikerrel. Más típusú hőmérőket is egyre gyakrabban használnak.

A kiömlött higany törött hőmérőből való eltávolításához olvassa el a Demercurization cikket

Mechanikus hőmérők

Az ilyen típusú hőmérők ugyanazon az elven működnek, mint a folyadékhőmérők, de általában fémspirált vagy bimetál szalagot használnak érzékelőként . A cselekvés elve szerint homályosan hasonlítanak egy aneroidra .

Elektronikus hőmérők

Az elektronikus hőmérők működési elve a vezeték ellenállásának változásán alapul, amikor a környezeti hőmérséklet megváltozik.

A szélesebb tartományú elektronikus hőmérők hőelemeken alapulnak (különböző elektronegativitású fémek érintkezése hőmérséklettől függő érintkezési potenciálkülönbséget hoz létre).

A legpontosabb és idővel legstabilabb a platinahuzalon alapuló ellenálláshőmérők vagy kerámiákon végzett platinaporlasztás. A leggyakoribb a PT100 (ellenállás 0 °C - 100 Ω között) a PT1000 (ellenállás 0 °C - 1000 Ω) (IEC751). A hőmérséklettől való függés majdnem lineáris, és pozitív hőmérsékleten másodfokú törvénynek, negatívnál 4. fokú egyenletnek engedelmeskedik (a megfelelő állandók nagyon kicsik, és az első közelítésben ez a függés lineárisnak tekinthető). Hőmérséklet tartomány -200 - +850 °C.

Ebből adódik az ellenállás T °C-on, az ellenállás 0 °C-on, és az állandók (platinaellenállás esetén) -

Optikai hőmérők

Az optikai hőmérők lehetővé teszik a hőmérséklet rögzítését a fényerő szintjének , a spektrumnak és egyéb paramétereknek (lásd: Száloptikai hőmérsékletmérés ) a hőmérséklettel. Például infravörös testhőmérsékletmérők.

Infravörös hőmérők

Az infravörös hőmérő lehetővé teszi a hőmérséklet mérését anélkül, hogy közvetlenül érintkezne valakivel. 2014-ben Oroszország aláírta a minamatai higanyegyezményt , és 2030-ra Oroszország fokozatosan leállítja a higanyhőmérők gyártását. [5] Egyes országokban régóta megfigyelhető az a tendencia, hogy elhagyják a higanyos hőmérőket, és inkább az infravörös technológiát alkalmazzák, nemcsak az egészségügyi intézményekben, hanem a háztartások szintjén is.

Műszaki hőmérők

A műszaki hőmérőket a mezőgazdaság, a petrolkémia, a vegyipar, a bányászat és a kohászati ​​ipar, a gépipar, a lakás- és kommunális szolgáltatások, a közlekedés, az építőipar, az orvostudomány, egyszóval az élet minden területén alkalmazzák.

Vannak ilyen típusú műszaki hőmérők:

Maximum és minimum hőmérők

A határhőmérséklet-érték regisztrációjának típusa szerint a hőmérőket maximumra, minimumra és regisztráció nélkül osztják [6] . A min/max hőmérő az alaphelyzetbe állítás óta elért min/max hőmérsékletet mutatja. Tehát az orvosi higanyhőmérő a maximum - a mérés során elért maximális hőmérsékletet mutatja, köszönhetően a higanytartály és a kapilláris közötti keskeny „nyaknak” , amelyben a hőmérséklet csökkenésekor a higanyoszlop eltörik és a higany nem kerül vissza a tartályba a kapillárisból. Mérés előtt a rögzítő (maximum vagy minimum) hőmérőt vissza kell állítani (a mért hőmérsékletnél ismerten alacsonyabb/magasabb értékre kell állítani).

Gázhőmérő

A gázhőmérő egy hőmérsékletmérő műszer, amely Charles törvénye alapján működik .

1787-ben Charles megállapította, hogy bármely gáz azonos melegítése majdnem ugyanolyan nyomásnövekedést eredményez, ha a térfogat állandó marad. Amikor a hőmérséklet a Kelvin-skálán változik, az ideális gáz nyomása állandó térfogatban egyenesen arányos a hőmérséklettel. Ebből következik, hogy a gáznyomás (a V = const ) a hőmérséklet mennyiségi mérőszámának tekinthető. Az edényt, amelyben a gáz található, nyomásmérővel csatlakoztatva és a készüléket kalibrálva lehetőség nyílik a hőmérséklet mérésére a nyomásmérő leolvasása alapján.

A gázkoncentráció és -hőmérséklet, valamint alacsony nyomás széles tartományában a különböző gázok hőmérsékleti nyomási együtthatója megközelítőleg azonos, így a gázhőmérővel történő hőmérsékletmérés kevéssé függ az adott gáz tulajdonságaitól. a hőmérőben munkafolyadékként használt anyag. A legpontosabb eredményeket akkor kapjuk, ha hidrogént vagy héliumot használunk munkaközegként.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Gerascsenko O.A., Fedorov V.G. Hő- és hőmérsékletmérés. - Kijev: "Naukova Dumka", 1965. - S. 20-22. — 303 p.
  2. ↑ A Mercury világszerte betiltásra kerül 2020 -tól Archiválva : 2015. szeptember 24. a Wayback Machine -nél / Carlotta Clerici | Corriere della Sera, Inopressa, 2013. október 31
  3. ↑ Oroszország egyezményt írt alá a higany mindennapi életben való betiltására , RIA Novosti (2014. szeptember 25.). Az eredetiből archiválva : 2014. szeptember 25. Letöltve: 2014. szeptember 25.
  4. ↑ A gyerekeket elemi higany hatásának kitevő események áttekintése az Egyesült Államokban archiválva : 2015. szeptember 19., a Wayback Machine / Environ Health Perspective; DOI:10.1289/ehp.0800337: "A törött hőmérők kis kiömlése volt a leggyakoribb forgatókönyv"
  5. ↑ Oroszország elutasítja a higanyt és a fénycsöveket . Letöltve: 2018. november 4. Az eredetiből archiválva : 2018. november 4..
  6. ↑ Miben tér el a maximum és minimum hőmérő a szokásostól ? Letöltve: 2013. november 26. Az eredetiből archiválva : 2013. december 2.

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák