Как работает термометр

Термометр меряет не тепло, а перемены

Термометр не измеряет температуру напрямую. Он следит за веществом, которое меняется от нагрева, и переводит это изменение в градусы. Разные термометры следят за разными свойствами.

Жидкость в трубке

Классический градусник — это тонкая стеклянная трубка с небольшим резервуаром жидкости внизу. При нагреве жидкость расширяется, и, поскольку деваться ей некуда, кроме узкой трубки, столбик заметно ползёт вверх. Чем тоньше трубка, тем заметнее малые изменения температуры^[1].

Раньше чаще всего брали ртуть — металл, жидкий при обычной температуре, который расширяется очень равномерно. Но ртуть ядовита: она безопасна, пока запаяна в стекле, но не когда градусник разбился. Поэтому сейчас ртутные термометры вытесняют спиртовыми и электронными.

Две полоски металла

В стрелочном термометре работает биметаллическая пластина: две полоски разных металлов, намертво соединённые вместе. При нагреве один металл расширяется сильнее другого, и пластина изгибается — сильнее или слабее. Её свернули спиралью и прикрепили к стрелке: спираль закручивается или раскручивается и двигает стрелку по шкале^[1].

Электроника и инфракрасный свет

Электронный градусник использует то, что электрическое сопротивление материала зависит от температуры. Микросхема внутри измеряет сопротивление датчика и пересчитывает его в градусы. Такой градусник реагирует почти мгновенно: не нужно ждать, пока прогреется столбик жидкости^[1].

Инфракрасный термометр вообще не касается тела. Тёплый предмет испускает тепловое (инфракрасное) излучение, и оно строго связано с его температурой. Прибор собирает излучение линзой на датчик и сравнивает его — либо на двух разных длинах волн, либо со встроенным эталонным источником тепла, температура которого точно известна. По этому сравнению схема вычисляет температуру^[2].

От термоскопа к шкале

Первые приборы для «измерения тепла» появились около 1600 года — это были термоскопы: они показывали, что стало теплее или холоднее, но шкалы у них не было. Изобретателями называли нескольких людей, в том числе Галилея, а первое письменное описание прибора приписывают итальянскому врачу Санторио (1612)^[3].

В начале XVIII века немецкий физик Даниэль Фаренгейт сделал первый ртутный термометр. В 1724 году он предложил шкалу, где вода замерзает при 32 градусах^[4]. Ею до сих пор пользуются в США.

Перевёрнутый Цельсий

Около 1740 года шведский астроном Андерс Цельсий из Уппсалы взялся за научную, международную шкалу. Он проверил, меняются ли точки замерзания и кипения воды на разных широтах, а потом взял их за опорные и разделил промежуток на 100 делений^[4].

Но в его шкале 1742 года всё было наоборот: 0° — кипение воды, 100° — замерзание. Через несколько лет после смерти Цельсия (1744) шкалу перевернули, и вода стала замерзать при нуле.

Ещё один домашний медицинский прибор — тонометр.