Что такое термометр, мы знаем с малых лет. Знакомый нам образ – это заполненная подкрашенным спиртом стеклянная трубка с небольшим шариком-резервуаром внизу, прикреплённая к шкале (см. рисунок). Так обычно выглядит термометр, который показывает температуру воздуха в комнате. Термометр, который вешают за окном, как правило, имеет более длинную шкалу в нижней её части – там, где она расположена ниже нулевой отметки температуры.
А что же такое температура? На этот вопрос физика смогла ответить лишь спустя два века после того, как приняла «на службу» термометр. Пока мы расскажем только часть этой истории.
 |
Изобретению термометра предшествовало создание в XVII веке термоскопа – прибора, который отмечал изменение температуры, но не позволял её измерять. Различные по устройству, все термоскопы действовали по одному принципу: некоторый объём воздуха отделялся от атмосферы столбиком воды в стеклянной трубке. При потеплении или похолодании воздух расширялся или сжимался и влиял на высоту столбика воды (см. рисунок). Но, чтобы термоскоп стал термометром, предстояло научиться выражать его показания в виде числа, то есть создать шкалу. Как это можно было сделать? Разные учёные XVII–XVIII веков поступали по-разному.
Было известно, что нашатырь или соль, смешанные со льдом, разъедают его, частично превращая в воду. При этом смесь сильно охлаждается. Исследуя это явление, немецкий учёный Д.Фаренгейт принял за 0 °F (читается: ноль градусов по Фаренгейту) температуру смеси воды, льда и нашатыря. За 100 °F он принял температуру тела человека. Французский учёный Р.Реомюр предложил за ноль градусов принять температуру замерзания воды, а температуру кипения воды – за 80 градусов.
Другими учёными были предложены и другие температурные шкалы. Становилось очевидно, что измерять температуру можно по-разному, и ни один способ не может быть лучше или хуже других на данном этапе развития науки. То есть в выборе температурной шкалы можно руководствоваться соображениями удобства.
 |
К середине XVIII века шведскими учёными А.Цельсием и К.Линнеем была создана шкала, которой мы пользуемся и сегодня. В ней имеются две постоянные точки: 0 °С – температура таяния льда, 100 °С – температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Расстояние между постоянными точками шкалы термометра, поделённое на 100 равных частей, соответствует градусу шкалы Цельсия (лат. «градус» – шаг, ступень).
Как видите, учёные XVIII века называли температурой то, что показывал их собственный термометр. Вплоть до XX века в разных странах были приняты различные температурные шкалы, что создавало путаницу и затрудняло развитие науки. Тем не менее все шкалы позволяли ставить важные вопросы и искать на них ответы. Например, о правомерности деления шкалы между опорными точками на равные градусы. Развитие науки показало, что спирт и ртуть, которыми в то время заполняли термометры, неравномерно меняли свои объёмы при изменении температуры между опорными точками шкалы. Зато если термометр заполнить газом, его шкала вполне может быть равномерной (см. § 6-б).
Единство измерений стало возможным в XIX веке благодаря усилиям англичанина У.Томсона (лорда Кельвина). Он известен тем, что ввёл так называемую абсолютную шкалу температуры. Она была построена теоретически, исходя из предположения, что существует абсолютный ноль температуры, ниже которого температура никакого тела не может опуститься. По шкале Цельсия, абсолютный ноль равен –273 °С. Один градус шкалы Кельвина называется кельвином и принят равным 1 °С. Шкала Кельвина проверялась многочисленными опытами, которые подтвердили существование абсолютного нуля температуры. По сей день эта шкала успешно применяется в науке и технике.