RAZVOJ TERMOMETRA U METEOROLOGIJI

Danas postoje različiti termometri za različite namjene: meteorološki, medicinski, laboratorijski, slastičarski… Svi termometri određuju temperaturu mjereći svojstvo koje ovisi o temperaturi, kao što je promjena volumena tekućine ili plina,  ali se razlikuju po skali. Kao što danas svatko od nas ima svoj termometar, tako su i tijekom prošlosti znanstvenici razvijali i oblikovali svaki svoj termometar i dodavali mu skalu prema svojim potrebama.

Tekst: Marina Čalogović, mag. chem.

Foto: www.metro-portal.hr

Danas postoje različiti termometri za različite namjene: meteorološki, medicinski, laboratorijski, slastičarski… Svi termometri određuju temperaturu mjereći svojstvo koje ovisi o temperaturi, kao što je promjena volumena tekućine ili plina,  ali se razlikuju po skali. Kao što danas svatko od nas ima svoj termometar, tako su i tijekom prošlosti znanstvenici razvijali i oblikovali svaki svoj termometar i dodavali mu skalu prema svojim potrebama.

Krajem 16. stoljeća znanstvenici su postali svjesni da su mnoge pretpostavke o procesima u atmosferi neodgovarajuće i pogrešne, zbog nepostojanja preciznih mjerenja meteorološkim instrumentima. Standardni izvor znanja o atmosferskim fenomenima sve do 17. stoljeća bila je Aristotelova knjiga “Meteorologica” objavljena oko 430 pne! U toj  knjizi se atmosferske pojave kao kišu, oblake, tuču, nevremena, vrućinu i hladnoću objašnjavalo miješanjem četiri osnovna elementa – zemlje, vode, zraka i vatre. Tada su bila korištena kvalitativna umjesto kvantitativnih opažanja jer se drugačije nije niti moglo. Frustracija je natjerala znanstvenike da žude za instrumentima koji bi dali precizna mjerenja atmosferskih parametara, kao što su temperatura, tlak zraka i vlaga.

Ubrzo, počeo je razvoj prvog praktičnog uređaja za mjerenje temperature – termoskopa. Pretpostavlja se da je termoskop izumio poznati fizičar Galileo Galilei (1564. – 1642.), ali je sigurno da ga je izradio već krajem 16. stoljeća. Galilejev termoskop bio je sastavljen od dugačke staklene cijevi sa staklenim balonom čiji je vrh bio uronjen u posudu s vodom.

Prije uranjanja cijevi u vodu, koja je obično bila obojana, povećao se tlak u cijevi zagrijavanjem balona. Kad se vrh cijevi uronio u vodu, zbog razlike u tlaku voda je ušla u cijev. U ovom slučaju supstanca čije se svojstvo mjeri ovisno o temperaturi nije bila voda nego zrak. Kada je toplo, zrak se širi i istiskuje vodu iz cijevi, a kad se zrak ohladi skuplja se i voda se diže u cijevi. U takvom instrumentu visina stupca vode nije ovisila samo o promjeni temperature nego i o atmosferskom tlaku.

Prvi “pravi” termometar izradio je veliki vojvoda Toskane Ferdinand II (1610. – 1670.), a koristio je zatvorenu staklenu cjevčicu s balonom napunjenim obojenim alkoholom. Takav termometar mjerio je promjenu volumena alkohola ovisno o promjeni temperature, a mjerenje nije ovisilo o tlaku zraka.

Nakon Galilejeve smrti u Firenci se okupila grupa njegovih studenata koji su nastavili s pokusima i izradom termometara. Tako je nastao cijeli niz termometara s alkoholom različitih oblika i veličina. Svaki majstor koji je izradio termometar koristio je svoju skalu pa je bilo teško usporediti njihova mjerenja. Kako bi se definirala skala, termometre je trebalo baždariti prema fiksnim točkama za koje su tada iskoristili najtopliji dan ljeta i najhladniji dan zime. Osim što su te «fiksne» točke bile jako neprecizne i mijenjale su se iz godine u godinu, takav je termometar mogao je mjeriti temperaturu samo do vrelišta alkohola. Danas se ti termometri čuvaju u Galilejevu muzeju u Firenci (http://catalogue.museogalileo.it/?_ga=1.268581681.1115086038.1473852940).

Sljedeći važan korak u razvoju termometra bio je razvoj skale koja bi se mogla uspoređivati na svim termometrima. Za takvu skalu trebalo je koristiti fiksne referentne temperature koje ne ovise o lokalnim uvjetima.

Jedan od prvih koji je iskoristio ledište vode kao fiksnu točku je poznati fizičar Sir Isaac Newton (1642. – 1726.). Izradu svog termometra objavio je u radu “Scala graduum caloris” 1701. godine. Newton je za svoju skalu koristio niz fiksnih točaka kao što su talište i vrelište vode, ali i tališta metala i legura. Za dio skale od ledišta vode do tališta kositra koristio je termometar ispunjen lanenim uljem gdje je promjena volumena lanenog ulja bila proporcionalna temperaturi. Prva fiksna točka bila je ledište vode na 0 °N (stupnjeva Newtona), sljedeća bila je temperatura ljudskog tijela na 12 °N, dok je vrelište vode bilo na 33 °N.

Istovremeno s Newtonom, danski astronom Ole Rømer (1644. – 1710.) je 1702. godine izradio svoj termometar s alkoholom. Za kalibraciju je Rømer također iskoristio ledište vode kojoj je dao vrijednost 7,5  °Rø (kako bi mogao mjeriti temperature niže od ledišta vode, a da nema negativne vrijednosti) i temperaturu ljudskog tijela na 22,5 °Rø.

Mladi fizičar Daniel Gabriel Fahrenheit (1686. – 1736.) na putovanju Europom od 1707. do 1717. posjetio je Kopenhagen i upoznao Rømera. Fahrenheit je već tada znao izrađivati termometre i bazirao je svoju skalu na Rømerovoj, uz male izmjene. Fahrenheit je za ledište vode uzeo vrijednost 32 °F koju je dobio zaokruživanjem 7,5  °Rø na osam i množenjem s četiri, jer je sam napisao kako nema želju raditi s “nezgodnim i nespretnim decimalnim brojevima”. Na Fahrenheitovoj skali temperatura ljudskog tijela je 96 °F. U početku je koristio alkohol za svoje termometre, a od 1714. godine koristio je živu.

Koristeći termometar sa živom mogao je mjeriti temperature više od vrelišta alkohola, kao što je vrelište vode, koju je kasnije koristio za baždarenje svog termometra, umjesto temperature ljudskog tijela. Za vrelište vode uzeo je vrijednost 212 °F kako bi između vrelišta i ledišta vode bilo točno 180 °F.

Nekoliko godina nakon Fahrenheitove skale, francuski znanstvenik Rene Antoine Ferchault de Réaumur (1683. – 1757.) je 1730. godine predstavio svoju skalu za alkoholni termometar. Za ledište vode uzeo je vrijednost 0 °Ré, a svaki stupanj je odgovarao povećanju od tisućitog dijela početnog volumena pa je dobio vrelište alkohola na 80 °Ré.

U to vrijeme je francuski astronom Joseph-Nicolas Delisle (1688. – 1768.) živio u Sankt-Peterburgu u Rusiji, gdje je napravio termometar sa živom, ali s obrnutom skalom. Za nultu točku svoje skale uzeo je temperaturu vrenja vode, a vrijednosti na skali su rasle kako se živa skupljala tako da je ledište vode imalo vrijednost od 150 °D. Na toj skali su niske temperature imale veliku vrijednost što je bilo pogodno za mjerenje temperatura hladnih zima u Rusiji. Švedski astronom Anders Celsius (1701. 1744.) je 1742. izradio svoju skalu koja je bila slična Delisleovoj, ali je za ledište vode uzeo 100 °C.

Tako da je Celzijeva originalna skala bila obrnuta od ove koju danas poznajemo pod njegovim imenom. Današnju Celzijevu skalu izradio je švedski botaničar Carl Linnaeus (1707. – 1778.) kojemu je termometar bio vrlo važan za uzgoj biljaka u stakleniku, pa je Celzijevu skalu naprosto obrnuo tako da je ledište vode postalo 0 °C. Linnaeus je u svom izvještaju o stakleniku za uzgoj naranča, 16. prosinca 1745. godine zapisao temperaturu i to je prvi zapis temperature identičan današnjem zapisu. Danas se u većini država koristi Celzijeva skala, osim u SAD-u i još nekoliko manjih država svijeta gdje se koristi Fahrenheitova skala.