«Термометр»

— 1) История T. Изобретателем Т. надо считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но ученики Галилея, Нелли и Вивиани, свидетельствуют, что уже в 1597 г. он устроил нечто вроде термобароскопа. Галилей изучал в это время Герона Александрийского, у которого уже описано подобное приспособление, но не для измерения степеней тепла, а для поднятия воды при помощи нагревания. Все другие лица, которым приписывают изобретение Т.: лорд Бакон, Роберт Флудд, Санкториус, Скарпи, Корнелий Дреббель, Порта и Саломон де Каус, писали позднее и частью имели личные сношения с Галилеем. Все эти Т. (фиг. 1) были воздушные и состояли из сосуда с трубкою, содержащего воздух, отделенный от атмосферы столбиком воды; они изменяли свои показания и от изменения температуры, и от изменения атмосферного давления.

Фиг. 1

Настоящие Т. с жидкостью описаны в первый раз в 1667 г. в издании Академии дель Чименто: "Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del C i mento", но о них говорится как о предметах, давно изготовляемых искусными ремесленниками, которых называют "Confia", разогревающими стекло на раздуваемом огне лампы и выделывающими из него удивительные и очень нежные изделия. Сначала эти Т. наполняли водою, и они лопались, когда она замерзала; употреблять для этого винный спирт начали по мысли великого герцога тосканского Фердинанда II. Флорентинcкие Т. не только изображены в "Saggi" (фиг. 2 и 3), но сохранились в нескольких экземплярах до нашего времени в Галилеевском музее, во Флоренции; их приготовление описывается подробно.

Фиг. 2. Фиг. 3.

Сначала мастер должен был сделать деления на трубке, соображаясь с относительными размерами ее и шарика: деления наносились расплавленною эмалью на разогретую на лампе трубку, каждое десятое обозначалось белою точкою, а другие черными. Обыкновенно делали 50 делений таких, чтобы при таянии снега спирт не опускался ниже 10, а на солнце не поднимался выше 40. Хорошие мастера делали такие Т. настолько удачно, что все Т. показывали одно и то же при одинаковых условиях, но это никому не удавалось достигнуть, если трубку разделяли на 100 или 300 частей, чтобы получить большую чувствительность. Наполняли Т. при посредстве подогревания шарика и опускания конца трубки в спирт, но оканчивали наполнение при помощи стеклянной воронки с тонко оттянутым концом, свободно входившим в довольно широкую трубку. После регулирования количества жидкости, отверстие трубки запечатывали сургучом, называемым "герметическим". Из этого ясно, что Т. академиков были большие и могли служить для определения температуры воздуха, но были еще неудобны для других, более разнообразных опытов, и градусы разных Т. были не сравнимы между собою. В 1703 г. Амонтон в Париже усовершенствовал воздушный Т., измеряя не расширение, а увеличение упругости воздуха, приведенного к одному и тому же объему при разных температурах подливанием ртути в открытое колено; барометрическое давление и его изменения при этом принимались во внимание. Нулем такой шкалы должна была служить "та значительная степень холода", при которой воздух теряет всю свою упругость (т. е. современный абсолютный нуль), а второю постоянною точкою — температура кипения воды. Влияние атмосферного давления на темп. кипения не было еще известно Амонтону, а воздух его Т. не был освобожден от водяных газов; поэтому из его данных абсолютный нуль получается при 239,5° стоградусной современной шкалы. Другой воздушный Т. Амонтона, очень несовершенно выполненный, был независим от изменений атмосферного давления: он представлял сифонный барометр, открытое колено которого было продолжено кверху, наполнено сначала крепким раствором поташа, сверху нефтью и оканчивалось запаянным резервуаром с воздухом. Современную форму Т. придал Фаренгейт и описал свой способ приготовления в 1723 г. Первоначально он тоже наполнял свои трубки спиртом и лишь под конец перешел к ртути. Нуль своей шкалы он поставил при температуре смеси снега с нашатырем или поваренною солью, но при темп. "начинающегося замерзания воды" он ставил 32°, а 96° при темп. здорового человеческого тела, во рту или под мышкой. Впоследствии он нашел, что вода кипит при 212° и эта температура была всегда одна и та же при том же стоянии барометра. Окончательно установил обе постоянные точки, тающего льда и кипящей воды, швед Цельсий в 1742 г., но первоначально он ставил 0° при точке кипения, а 100° при точке замерзания, и принял обратное обозначение лишь по совету М. Штёрмера. Сохранившиеся экземпляры Т. Фаренгейта отличаются тщательностью исполнения. Работы Реомюра в 1736 г. хотя и повели к установлению 80° шкалы, но были скорее шагом назад против того, что сделал уже Фаренгейт: Т. Реомюра был громадный, к употреблению неудобный, а его способ разделения на градусы неточный и неудобный. После Фаренгейта и Реомюра дело изготовления Т. попало в руки мастеровых, так как Т. стали предметом торговли; их стали изготовлять в Париже, Лондоне и мн. других больших городах, а с двадцатых гг. XIX стол. это дело стало развиваться в Тюрингене, около гор. Ильменау, как кустарная промышленность. Из среды этих кустарей вышел известный д-р Гейсслер в Бонне, который стал изготовлять точные Т. для научных исследований в середине XIX ст. Несколько позднее явился ему достойный соперник в лице Бодена в Париже. Однако эти Т. были еще в некоторой мере переменчивы и не удовлетворяли исследователей; последние усовершенствования были вызваны надобностями Международного бюро мер и весов, устроенного в 1873 г. в Севре около Парижа; эти современные приемы будут описаны в отделе: Употребление и выверка Т.

2) Приготовление Т. В настоящее время наибольшим распространением пользуются Т. ртутные: для комнатных Т. ради дешевизны часто берут спирт, подкрашенный раствором средней уксусно-медной соли в аммиаке, для очень низких температур тоже крепкий спирт, а в последнее время нефтяной эфир (уд. в. 0,65) и толуол. Воздушные Т. неудобны и поэтому употребляются лишь редко, при научных исследованиях, для установления точной шкалы температур и как пирометры (см.). Т., основанные на расширении твердых тел, применялись лишь как пирометры и в метеорологии как самозаписывающие приборы (см.) Вильда и Дрепера, но оставлены, вследствие своей изменчивости: с течением времени упругое последействие (см.) в металле производит большие перемщения нуля шкалы. — Для приготовления обыкновенного Т. стеклодув берет особые трубки, приготовляемые на заводе. Внутренность этих трубок должна быть вполне чиста от пыли и всякого рода налета, поэтому лучшие из них на заводе запаивают сейчас по изготовлении. Для научных Т. берут обыкновенно трубки с круглым просветом, а для обыкновенных предпочитают просвет плоский, в виде вытянутого эллипса, хотя трубки такой формы менее правильны, но в них лучше виден столбик; для этого же с задней стороны трубки для Т. часто снабжают полоскою белой эмали. Для медицинских Т., с очень узкою трубкою, ее наружной поверхности придают вид трехгранной призмы с выпуклыми гранями, так что просвет представляется в значительно расширенном виде, как через увеличивающую цилиндрическую линзу, когда на него смотрят в надлежащем направлении. Выбрав трубку, стеклодув запаивает сначала один ее конец (фиг. 4), затем раздувает его в формы рисунка (5, 6), пока не получится шарик (2).

Фиг. 4.

Тогда к верхнему концу припаивают кусок трубки пошире и выдувают из него вспомогательный резервуар с острием (1). Опытность хороших мастеров так велика, что они обыкновенно на глаз придают шарику такой диаметр, чтобы заданная шкала умещалась на взятой длине трубки. Для наполнения ртутью или спиртом сначала подогревают резервуар (1) и погружают его острие в жидкость. Когда воздух в нем достаточно охладится, атмосферное давление вгонит в него жидкость. После этого нагревают вспомогательный резервуар до кипения жидкости, в нем заключающейся, чтобы выгнать из нее растворенный воздух; покипятив ее недолго, запаивают острие, берут Т. за него и быстро нагревают шарик (2) и всю трубку, затем дают простыть в вертикальном положении. Когда вследствие избытка давления в резервуаре в шарик войдет немного жидкости, ее заставляют кипеть и, прогревая всю трубку, дают пузырькам воздуха подниматься в верхний резервуар. Охладив снова весь Т., замечают, что шарик наполнился жидкостью, но что у самого основания трубки почти всегда остается маленький пузырек воздуха: его выгоняют новым подогреванием нижнего шарика, не достигающим до точки кипения. Кончив наполнение, отламывают запаянный конец вспомогательного резервуара, снова кипятят в нем жидкость и запаивают опять конец острия; тогда над нею образуется пространство с сильно разреженным воздухом. Нагрев шарик градусов на 10 выше наивысшей точки шкалы, Т. опрокидывают: охлаждаясь, столбик опускается, оставаясь отделенным от остального запаса жидкости. У каждого мастера, постоянно занимающегося изготовлением Т., хранится запас Т. на такой степени подготовки, после того как на каждом из них отмечено положение 0 и 20° С или 0 и 16° Р. по сравнению с нормальным Т. Дальнейшую обработку стараются делать лишь через несколько месяцев, потому что в этот срок почти всегда выделится новый пузырек у основания трубки; его перегоняют нагреванием в резервуар (1), убавляют или прибавляют жидкости, чтобы 0 стоял на желаемом месте трубки, и потом уже отпаивают верхний конец где нужно, придавая ему вид (7), если Т. прикрепляют к плоской шкале. Для самых дешевых Т. шкалы отпечатывают заранее: взяв циркулем длину отмеченного на трубке расстояния 20°, мастер подбирает наиболее подходящую шкалу и пригоняет к ней трубку. Таким же приемом подбирают трубку к старой шкале. Для Т. поточнее, так назыв. "химических", определяют обе постоянные точки — в тающем снегу и в кипящей воде — и делят каждую шкалу отдельно, на машине. Но на продажных Т. первого сорта определяют несколько точек шкалы по сравнению с нормальным и разделяют эти промежутки на градусы равной длины. Таким образом уменьшаются ошибки от неправильностей калибра трубки, но градусы получаются неравной длины. Только шкалы самых лучших, дорогих научных Т. первых мастеров разделяются со всеми предосторожностями (см. далее). Винтовая делительная машина (см.) употребляется лишь при изготовлении сравнительно дорогих Т., для дешевых пользуются особыми делит. машинами, действующими на основании свойств подобных треугольников. Эти машины хотя очень несовершенны, но работают скорее и недороги. Обыкновенно такая машина состоит из рисовальной доски, у нижнего края которой скользит параллельно самому себе подобие рисовального эккера (Т-образной линейки). Средняя ветвь этой линейки снабжена прямолинейным лезвием, которое входит в зарубки медной линейки, закрепляемой на доске. Если эта линейка установлена параллельно нижнему краю доски, то, переставляя лезвие из зарубки в зарубку, мы будем подвигать весь эккер на длину расстояния между этими зарубками; это передвижение будет меньше, когда линейка поставлена наклонно. Выбирая соответственную линейку и изменяя этот наклон, можно без затруднения достигнуть того, что передвижение на 100 зарубок подвинет эккер на расстояние основных точек разделяемого Т. Шкалу укрепляют на нижней линейке эккера, а на доске приделывается механизм, подобный чертящему механизму настоящей делительной машины (см.). Подобными же приемами делают и обыкновенные химические Т. с делениями на толстостенной трубке и цилиндрическим резервуаром несколько меньшего диаметра, чем сама трубка, чтобы он свободно проходил через отверстие пробки, когда Т. вставляют в колбу. Но дело усложняется, если надо приготовить ртутный Т. с очень длинными градусами, разделенными на 0,1 или 0,2: чтобы обойтись без очень большого шарика, медленно воспринимающего изменения температуры, необходимо брать очень узкий просвет трубки, а через такую трубку не удается раздуть шарик. Порядок изготовления такого термометра изображен на фиг. 5.

Фиг. 5

Сначала (1) закрывают трубку, притыкая к ее нагретому концу расплавленный конец стеклянной нити, и запаивают ее конец (2). Затем к другому концу припаивают вспомогательный резервуар (3) и, запаяв его острие, начинают раздувать трубку подогреванием воздуха, в нем заключенного (4). При этом первое раздутие вытягивают в трубочку и раздувают дальше, стараясь получить форму (а, 4), а не (h, 4) со слишком тонкими стенками. Затем оттягивают вспомогательный резервуар и через образовавшуюся трубочку окончательно формуют "цилиндрический шарик" (5), как обыкновенно говорят стеклодувы. Потом нагреванием этого запаянного шарика раздувают противоположный конец (6), припаивают к нему снова вспомогательный резервуар и наполняют Т. как описано выше. Однако к самым точным, нормальным Т. предпочитают припаивать цилиндрический "шарик" из куска трубки того же стекла. Чтобы удалить последние следы воздуха, когда Т. уже запаян, сильно нагревают его верхний конец и в то же время подогревают шарик: когда ртуть дойдет до конца, она раздувает размягченное острие в неправильный шарик (7). В шарик этот можно перегнать пузырьки воздуха, которые обыкновенно образуются в разных местах трубки и разделяют столбик на части, и потом отпаять его (8). Повторяя ту же операцию очень осторожно, французы умеют снова раздуть верхний конец (9), чтобы получить простор для ртути в случае перегревания Т. и возможность выгнать пузырьки, могущие образоваться впоследствии и разделить столбик. Немцы обыкновенно делают эти расширения заранее (10), тогда имеется вверху хвостик, в котором может засесть немного ртути. Деления на трубке вытравляются жидкою плавиковой кислотою, которую наносят кистью на черты, процарапанные острием делительной машины на слое воска, покрывающем трубку. Надписи делаются на том же слое иглою, от руки или при помощи особого пантографа (см.). На фиг. 6 (1—8) показан ход приготовления Т. со шкалой, заключенной в трубке.

Фиг. 6.

Шкала делается обыкновенно из полоски молочного стекла, закрепляемой вверху между двумя кусочками пробки: когда ее положение окончательно выверено, пробки укрепляют сургучом и прикрывают латунным колпачком. Деления вытравляют, намазывают скипидарным лаком и протирают избытком сухой сажи, которая остается в одних чертах, так же как и на Т. со шкалою на трубке. На дешевых Т. деления делают асфальтовым, скоро высыхающим лаком при помощи рейсфедера или же на бумаге. Подвижность шкалы составляет удобство: можно исправить "перемещение нулевой точки" (см. ниже). Но для Т., назначенных для научных исследований, этого надо избегать; фиг. 6 (9) представляет конструкцию Фюсса: шкала внизу упирается в особую плоскую воронку, впаянную заранее в трубке, а сверху на нее давит пружина через посредство пробки. Пробовали шкалу припаивать, но такие Т. ломаются чрезвычайно легко от сотрясений. Для специальных целей придумано множество особых форм Т. Комнатные и оконные Т. заготовляются по образцам и со шкалами, употребительными в той или другой стране. Шкала Фаренгейта идет в Англию с ее колониями, в Америку, Фаренгейта и Цельсия в Нидерланды с колониями, Цельсий и Реомюр в Италию, Норвегию, Францию, Германию, Швейцарию, Испанию, Португалию и Южную Америку, Цельсий один в Швецию, один Реомюр посылается в Россию. С 1900 г. шкала Реомюра запрещена в Германии для официального употребления. В плохих Т. ошибки на несколько градусов не редкость. "Химические" термометры обыкновенно не дают ошибок более 1° С в пределах от 0 до 100°, но после употребления при высоких температурах изменяют свои показания и на целые десятки градусов. Очень важны медицинские Т.; их обыкновенно делают "максимальными", т. е. у них отделен небольшой столбик ртути: когда температура повышается, ртуть толкает его вверх, но при понижении температуры столбик этот остается на месте вследствие трения и позволяет сделать отсчет в удобном положении, не торопясь. Перед новым определением надо возвратить столбик назад: для этого берут Т. в руку за верхний конец и быстро махают вытянутой рукою, чтобы центробежная сила удалила подвижной столбик ртути от центра вращения к шарику. Отделяя столбик, можно превратить в максимальный всякий ртутный Т., освобожденный от воздуха, но при повторении вышеописанного приема часто случается, что столбик перестает отделяться или разбивается на несколько коротких частей, передвигающихся с большим трудом. Поэтому для медицинских максимальных Т. было придумано много средств, чтобы обеспечить отделение столбика в надлежащей точке шкалы. Лучше других оказались Т. "со штифтом" (фиг. 7): начиная от шарика на несколько мм, идет трубка пошире, а к ней уже припаяна настоящая термометрическая трубка, очень узкая, так как медицинские Т. должны скоро принимать температуру тела и потому резервуар должен быть как можно меньше и цилиндрической формы.

Фиг. 7.

Эта расширенная часть почти плотно заполнена до самого верху стеклянным штифтиком, нижний конец которого спаян с основанием цилиндрическ. "шарика" Т. Благодаря резкому изменению сечения у конца штифтика столбик ртути всегда прерывается именно в этом месте при понижении температуры. Медицинские Т. разделяются на десятые части градуса, поэтому свойственное Т. перемещение точки нуля с течением времени (см. ниже) на них очень заметно и превышает необходимую точность наблюдения. Поэтому их надо по временам сверять с нормальным, а при продаже их снабжают аттестатом мастера или официального поверочного бюро (см. ниже). Для разных целей было придумано очень много специальных видоизменений Т.; некоторые будут упомянуты ниже.

3) Выверка Т. и способы их применения. Еще недавно Т. был изменчивый и далеко не надежный инструмент, но в настоящее время его конструкция и методы выверки настолько выработаны, преимущественно трудами Международного бюро мер и весов в Севре, близ Парижа, берлинского "Имперского физического учреждения", в Шарлоттенбурге, и стекольного завода Шотта и К° в Иене, что при самых благоприятных обстоятельствах можно измерять температуру с точностью до 0,001° С. Однако надо помнить, что Т. способен показывать с достоверностью лишь свою собственную температуру да и то при условии, что вся его ртуть, как в шарике, так и в трубке, нагрета одинаково. Утверждать же, что он точно показывает температуру соприкасающихся с ним тел, можно лишь с крайней осторожностью. В сосуде с жидкостью может быть заметная разница температур в разных местах, а если температура среды изменяется, то показания разных Т. отстают в различной мере. Поэтому для научных целей сообразно надобности употребляются Т. разной степени чувствительности, с делениями и в целые градусы и даже в 0,01° С, причем самыми чувствительными пользуются лишь при условии полного постоянства измеряемой температуры, часто лишь при помощи "термостатов" (см.), но все эти Т. должны давать показания, достоверные в пределах своей чувствительности. Главная причина погрешностей Т. заключается в "изменчивости положения точки 0°", зависящей от упругого последействия стекла. Стекло требует некоторого времени, чтобы изменить свой объем или форму: после каждого нагревания Т., когда он быстро вновь приведен к прежней температуре, показание его еще немного ниже, шарик еще не успел вполне принять свой первоначальный объем и уменьшается постепенно, в течение месяцев и годов, приближаясь к нему. Величина этого последействия зависит от сорта стекла и степени нагревания. Для обыкновенного, содержащего и калий и натрий мягкого стекла для трубок понижение точки 0° вследствие нагревания от 0 до 100° достигает полуградуса и постепенно исчезает в течение месяцев и годов. Напротив того, при постоянной высокой температуре шарик сравнительно быстро сжимается. Продолжительное нагревание до 360° повышает 0° град. на 20 и более. После приготовления Т. положение 0° обыкновенно заметно повышается в течение нескольких месяцев, так что мастера ставят нуль нарочно на полградуса ниже. С Т. из такого стекла точных измерений производить невозможно, французское свинцовое стекло лишь немного лучше, но теперь найдены три сорта стекла, почти свободные от такого недостатка: это "твердое, зеленое стекло" парижского мастера Тоннело, приготовляемое на обыкновенных стеклянных заводах без ручательства за постоянство состава при разновременных плавках, и два сорта специально изготовляемого стекла завода Шотт и К° в Иене: тугоплавкий боросиликат 59 III (состав: 11% натра, 5% окиси алюминия, 12% борной кислоты; 72% кремнекислоты) и "нормальное стекло" 16 III, снабжаемое для отличия тонкою красною полоскою (состав: 14% натра, 7% извести, 2,5% окиси алюминия, 7% окиси цинка, 2% борной кислоты и 67,5% кремнекислоты). Годится также снабжаемое синей полоскою "Resistenzglass" Грейнера и Фридрихса. После нагревания до 100° Т. из тюрингенского стекла показывают временное понижение О° от 0,38° до 0,66°, Т. из 16 III только 0,05°, а Т. из 59 III лишь 0,02°. Стекло Тоннело тоже дает понижение раз в 10 меньшее, чем тюрингенское. — Вторую причину — неравномерность поперечного внутреннего сечения трубки Т., вследствие чего градусы равной длины имеют неравные объемы в разных местах шкалы — можно устранить "калиброванием" (см.), дающим таблицу поправок, или уменьшить, производя деление на части равного объема, но не равной длины. Это последнее средство с успехом применяют искусные мастера, отмечая на шкале несколько точек по сравнению с нормальным Т. и разделяя промежутки на градусы равной длины так, что остающиеся ошибки не превышают десятой части деления шкалы. Но такую шкалу уже нельзя с успехом калибровать для получения дальнейших поправок: ее градусы изменяются скачками после каждой отмеченной по сравнению точки, а самый принцип расчета при калибровании основан на непрерывности изменений. За "нормальный" градус ртутного Т. принимают сотую долю пространства между постоянными точками, определенными так: 0° представляет температура плавления чистого льда при давлении в 76 ст. м. ртутного столба. 100° представляет температура паров чистой воды, кипящей при давлении в 76 с. м. ртутного столба, приведенного к плотности 13,59593, к 45° географической широты и к уровню моря. При этом положение 0° должно быть определено через возможно малое число минут после определения положения точки кипения, тогда упругое последействие еще не успеет произвести заметного изменения объема шарика. Определенная таким образом температура "ртутного Т." дает возможность найти соответственную температуру Т. газового по таблицам, тщательно составленным на основании опытов для Т. из нормального стекла (см. Теплота). Поэтому при употреблении ртутного Т., сделав отсчет его показания и определив те условия опыта, которые имеют влияние на поправки этого показания, находят сами эти поправки из таблиц, составленных для каждого Т. на основании особых опытов. Для "перворазрядных", нормальных Т. в международном бюро мер и весов принято определять следующие поправки.

I. Шкала Т. подвергается калиброванию на основании соображений, указанных в ст. Калибрование (см.), но еще до приготовления Т. трубки предварительно исследуются: берут такие, в которых столбик ртути в 10 стм изменяется не более как на 1 мм. Чтобы отделить довольно длинный столбик ртути, обыкновенно достаточно бывает опрокинуть Т. шариком вверх и слегка ударить другим концом о что-либо упругое, о сустав пальца например; соединив столбик, нагрев или охладив Т. на несколько градусов и повторив толчок, мы снова отделим столбик на том же месте шкалы, т. е. длиннее или короче на столько же делений. Такими же толчками перемещают столбик вдоль шкалы и измеряют его длину в ее делениях при посредстве прибора с двумя слабо увеличивающими микроскопами. При этом оказалось излишним терять время на измерение частей делений помощью окулярного микрометра: влияние изменчивой комнатной температуры превышает точность таких измерений — лучше определять длину столбиков быстро, на глаз, но повторить в то же время все установки несколько раз в обратном порядке, чтобы исключить по возможности случайные ошибки. Результаты калибрования изображаются графически: на листе клетчатой бумаги наносится кривая так, что абсциссы изображают отсчеты по шкале, а ординаты — поправки. Приходится калибровать через каждый градус, чтобы получать определения с точностью до 0,001° С.

II. Для Т. определяют "коэффициент давления". Когда шарик большой и тонкостенный, шкала длинная, а ее подразделения мелки, упругое стекло заметно поддается гидростатическому давлению ртути и жидкости, в которую Т. погружен. Достаточно перевести такой Т. из вертикального положения в горизонтальное или обратно, чтобы заметить изменение его показания от этой причины; на грубых Т. это влияние незаметно, если только шарику не придана плоскодонная форма, как это иногда делали для лучшего прикосновения. Для определения коэффициента внешнего давления β e Т. помещают в широкую трубку с глицерином, закрывают плотно и через особую трубу сообщают с резервуаром со сжатым или разреженным воздухом, снабженным манометром. Дело усложняется тем, что изменения температуры слагаются с влиянием давления: поэтому помещают весь прибор в большой сосуд с водою комнатной температуры, делают наблюдение при атмосферном давлении, потом при измененном и опять при атмосферном; среднее из первого и третьего отсчетов сравнивают со вторым, так что изменение температуры, происходящее приблизительно пропорционально времени, исключается. Коэффициент внутреннего давления β i, т. е. изменение показания Т. в частях градуса, вызываемое изменением давления на один мм ртутного столба, связан с β e эмпирической формулою:

β i = β e + 0,0000154

но его можно определить и непосредственно, наблюдая показания Т. при разных наклонах столбика. Самая величина коэффициентов давления обыкновенно невелика; так, для Т. Тонелло № 4381 оказалось:

β e = 0,000010167 + 0,00000031.

III. При определении постоянных точек для перворазрядных нормальных Т. пользуются приборами, по принципу подобными описываемым в курсах физики, но более совершенной конструкции. Для точки 0° куски льда скоблят на особой машинке того же устройства, как наши общеизвестные "шинковальные машинки" для капусты; кашицею из такого скобленого льда и дистиллированной воды наполняют особый прибор, состоящий из двух концентрических опрокинутых стеклянных колпаков с горлом, снабженных кранами в нижней части. Ледяная кашица в наружном сосуде предохраняет от нагревания выше 0° воду, скопляющуюся на дне внутреннего по мере таяния. Однако воду эту выпускают, когда она соберется в значительном количестве. Т. погружают во внутренний сосуд до самой вершины столбика ртути, подвешивая за верхнее колечко. Нуль, т. е. температура плавления чистого льда различного происхождения, оказывается лишь на 2—3 тысячных долей градуса ниже, чем для льда из химически чистой воды. Положение точки 0° определяют всегда непосредственно после нагревания в парах воды в течение не менее 20 минут: вынув Т. из нагревателя, охлаждают его в руке и еще теплым, через 2—3 минуты, погружают в лед. Прибор для определения точки кипения изображен на фиг. 8.

Фиг. 8.

Пар из особого паровичка входит по трубке а во внешнюю оболочку нижней, широкой части прибора, наполненной водою, и заставляет ее кипеть. Вода, налитая во внутренний сосуд, в пары которой погружен Т. h, получает тепло лишь от окружающей ее кипящей воды, и пар ее перегреваться не может: он поднимается по внутренней трубке в стеклянный колпачок d, спускается по наружному, концентрическому пространству и выходит через краны f. Если стекло колпачка и сам Т. хорошо промыты щелочью, вода пристает к ним равным слоем и не мешает правильному отсчету. Водомерная трубка v позволяет судить о количестве воды в приборе, а через оконце, над нею расположенное, можно видеть шарик термометра. Манометр m для точного определения разности давления пара в приборе от атмосферного окружен стеклянной трубкой с водою, поддерживаемою при температуре кипения паром из колбы р; внизу манометр v соединен с широким резервуаром с водою n, а сверху помощью крана k его можно соединять или с прибором, или с атмосферою и отсчитывать разности уровня по делениям, нанесенным на самую трубку. Изменение давления пара на 0,3 мм ртути производит изменение в 0,00367° температуры кипения воды, поэтому для самых точных Т. надо отсчитывать показания манометра ν до 0,4 мм. На основании этих опытов вычисляют для каждого Т. таблицы поправок и, сделав отсчет, выписывают из этих таблиц поправку на калибр, на внутреннее и внешнее давление, на положение основных точек, а взяв сумму этих поправок, находят соответственную истинную температуру ртутного Т., соответствующую температуру газового Т. находят из таблицы. Надо стараться избежать поправки на выдающийся столбик ртути: верхняя часть его будет обыкновенно при комнатной температуре, а в нижней будет происходить постепенный переход температур по неизвестному закону, зависящему от условий каждого опыта. Поэтому все предлагавшиеся поправочные формулы ненадежны, лучше, по предложению Гильома, помещать рядом другой Т., но без шарика, из одной трубки, со столбиком ртути той же приблизительно длины, как в Т., и определять его удлинение непосредственно. Все эти поправки делают лишь для первостепенных Т. Второстепенные Т. просто сравнивают с первостепенным и составляют прямо таблицу поправок, которые надо прибавлять к отсчету, чтобы получить температуру по газовому Т. Второстепенные Т. часто делают "метастатическими", т. е. в соответственных местах шкалы и на верхнем конце приготовляют расширения трубки. Таким способом можно укоротить Т., сохраняя на нем обе постоянные точки, для самостоятельной поверки, если Т. надо употреблять лишь в ограниченных пределах температуры. Расширение наверху позволяет перегнать туда часть ртути и пользоваться остальною при более высоких температурах, сделав предварительно сравнение с нормальным. Это устройство необходимо для калориметрических Т., разделяемых на 0,01 доли градусов, иначе трубка вышла бы слишком длинная: так устроены новейшие Т. Бекмана, предназначенные для термохимических исследований. Ртутный Т. из тугоплавкого иенского стекла 59 III можно употреблять до 550° С, если заключить над ртутью азот при давлении около 5 атмосфер: температура кипения ртути под давлением повышается достаточно. Обыкновенно для этой цели делают на верхнем конце расширение такою объема, чтобы газ, впущенный при комнатной температуре и атмосферном давлении, занял приблизительно 0,2 своего прежнего объема, когда ртуть поднимется до верха шкалы. При этом внутреннее давление сильно возрастает с повышением столбика, вследствие чего поправка на давление меняется значительно. Чтобы устранить это, делают наверху резервуар во много раз больший, чем объем всей трубки Т., и перед запаиванием сжимают в нем газ. Выше этого резервуара трубку суживают и помещают в этом месте кусочек смолы: нагрев это место, когда газ находится под давлением, закупоривают трубку, после чего ее можно запаять как следует немного выше этого места. При нагревании свежеприготовленного Т. до высокой температуры шарик значительно уменьшается в своем начальном объеме, так что от этого получалось повышение положения 0° до 27° С. Но если держать Т. сутки или больше при наивысшей температуре его шкалы, то стекло приходит в состояние устойчивого частичного равновесия и дальнейшие изменения точек 0° становятся уже небольшими. Поэтому Т. для высоких температур до нанесения шкалы подвергают такому продолжительному нагреванию, чтобы их искусственно "состарить", после такой обработки и при высоких температурах согласие показаний выходит достаточное. Для сравнения Т. употребляют ванну масляную, до 250° С, а выше, до 700° С, ванну из расплавленной селитры или смеси калиевой и натриевой селитры, в медном сосуде. В "Имперском физико-техническом учреждении" производится проверка Т. по требованиям частных лиц: предел ошибок, допускаемых на предметах, представляемых для проверки, может служить мерою точности современных хороших продажных Т. Главные нормальные Т., подвергающиеся калиброванию и поверке постоянных точек, не должны давать ошибок калибра больших 0,25° в какой-либо точке, ошибки не более 0,1° в положении постоянных точек и понижение 0°, не большее 0,1°, через 5 минут после получасового нагревания до 100°. Отдельные поправки вычисляются с точностью до 0,001°, а в окончательных таблицах они округляются до 0,01°, предела точности исправленных наблюдений по Т. этого рода. Лабораторные Т., выверяемые по сравнению с нормальным, могут давать при этих сравнениях следующие погрешности: 5° от 400° до 550°, 3° от 300° до 400°, 2° от 200° до 300° и от —80° до —30°, 1° от 100° до 200° и от —30° до 0°, 0,5 от 0° до 100°, если деления на целые градусы. Ошибки допускаются лишь вдвое меньшие в пределах от —80° до 300°, 2° между 300° и 400° и 4° между 400°—550°, когда деления в 0,1°. Медицинские Т. не должны давать ошибок, превышающих 0,1°; если ошибки меньше 0,05°, Т. "безошибочный". Так наз. "минутные" Т. должны принимать постоянную температуру в течение 1 минуты, когда их погружают в воду при 40° С. В последние годы много улучшены и разные пирометрические методы, описанные в ст. Пирометр. Особенно удачным оказался термоэлектрический пирометр Лешателье: он дает теперь точность до 1%, если измеряют только силу тока, и значительно больше, если измеряют электродвигательные силы по способу компенсации, благодаря, главным образом, исследованиям Гольборна и Вин, а также Линдека и Роте в берлинском "Имперском учреждении". Фирма Сименс и Гальске приготовляет теперь очень удобные и точные гальванометры системы д'Арсонваля для этой цели, а также специальный компенсационный прибор, конструированный г. Шёне; фирма Гереус в г. Ганнау изготовляет для этих пирометров проволоки из чистой платины и 10% сплава платины и родия такой однородности, что они все дают согласные между собою показании. Те же термоэлектрические пары при употреблении более чувствительного гальванометра оказываются пригодными и для самых низких температур, до кипения сжиженного воздуха; для этой же цели пригодна пара из железа и константана (сплава для гальванических сопротивлений). При употреблении компенсационного способа измерения коэффициент измерительного прибора постоянно поверяется, так как пользуются нормальным элементом; при гальванометрическом способе измерений надо иметь в распоряжении для проверки несколько постоянных точек температуры. Для этой цели могут служить, по данным Лешателье, точка кипения нафталина: 218° С, точка плавления цинка: 420°, точка кипения серы 445°, точка плавления алюминия 655°, точка кипения цинка 930°, точка плавления золота 1065° и точка плавления платины 1780°, при которой показания самого термоэлемента внезапно прекращаются. Нагреваемый спай необходимо защищать от восстановляющих газов пламени, иначе платина делается хрупкою и меняет свои свойства; поэтому для технических опытов, в печах, термоэлемент помещают в замкнутую с одного конца трубку из особого тугоплавкого фарфора, уединив одну проволоку от другой тонкими трубочками из огнеупорной глины. Для лабораторных опытов, когда нагреваемая часть должна быть возможно малого объема, пользуются особыми фарфоровыми трубочками, уединив проволоки одну от другой обмоткой из асбестовой нитки, или обмазывают конец смесью мелкотолченого кварца с 10% глины и густым раствором натрового растворимого стекла. Для температур, не превышающих 800° С, можно пользоваться железными оболочками. Метод, основанный на измерении сопротивления платины, в том виде как его стал употреблять Callendar в 1887 г., тоже подвергался дальнейшим исследованиям и дает хорошие результаты, но оказался менее удобным, чем термометр Лешателье.

Литература.

Дьяконов и Лермантов, "Обработка стекла на паяльном столе" (1892); Guillome, "Thermometrie de precision" (1889); H. Le Chatelier et O. Boudouard, "Mesure des temp ératures élevées" (1900); "Мемуары Международного бюро мер и весов и Имперского физико-технического учреждения" и "Zeitschrift f ür Instrumentenkunde".

В. Лермантов.

(от термо (См. Термо...)

... и... метр (См. ...метр)

прибор для измерения температуры (См. Температура) посредством контакта с исследуемой средой. Применение Т. исключительно разнообразно: существуют Т. бытового употребления (комнатные, для воздуха и воды, медицинские и др.); Т. технического применения, высокоточные Т. для исследовательских и метрологических работ и др. Действие Т. основано на таких физических свойствах, как тепловое расширение жидкостей, газов и твёрдых тел; на температурной зависимости давления газа или насыщенных паров, электрического сопротивления, термоэлектродвижущей силы, магнитной восприимчивости парамагнетика и т. д. (см. Термометрия).

Наиболее распространены термометры жидкостные (См. Термометр жидкостный), термометры манометрические (См. Термометр манометрический), термометры сопротивления (См. Термометр сопротивления), Т. термоэлектрические (см. Термопара).Для измерения низких температур (См. Низкие температуры) применяют, кроме того, конденсационные Т., газовые термометры (См. Газовый термометр), акустические Т., магнитные Т. Существуют Т. специального назначения, например Термометры метеорологические, Гипсотермометры, глубоководные Т.

Иногда применяют биметаллические Т., основанные на различии теплового расширения веществ, из которых изготовлены пластины их чувствительных элементов; кварцевые Т., основанные на температурной зависимости резонансной частоты Пьезокварца; ёмкостные Т., основанные на зависимости диэлектрической восприимчивости сегнетоэлектриков (См. Сегнетоэлектрики) от температуры, и др.

Д. И. Шаревская.

1. термо́метр;
2. термо́метры;
3. термо́метра;
4. термо́метров;
5. термо́метру;
6. термо́метрам;
7. термо́метр;
8. термо́метры;
9. термо́метром;
10. термо́метрами;
11. термо́метре;
12. термо́метрах.

греч. тепломер, градусник, снаряд, показывающий условную меру тепла и холода. -рические наблюдения.

ТЕРМО́МЕТР, -а, муж. Прибор для измерения температуры.

-а, м.

Прибор для измерения температуры.

Ртутный термометр. Медицинский термометр.

□

Ночью было холодно. На рассвете термометр показывал +7°С. Арсеньев, Дерсу Узала.

[От греч. θέρμη — тепло и μετρέω — мерю]

ТЕРМО́МЕТР, термометра, муж. (от греч. therme - теплота и metron - мера). Прибор для измерения температуры. Ртутный термометр. Уличный термометр. Медицинский термометр. Поставить термометр больному.

м.

1.

Прибор для измерения температуры.

2.

перен.

То, что показывает изменения в общественной жизни, науке, искусстве, в отношениях между людьми.

муж. thermometer, temperature gauge ртутный столбик термометра ≈ stem of a thermometer поставить термометр больному ≈ to take a patient's temperature термометр показывает 37 ≈ the thermometer registers 37, the thermometer is standing at 37, thermometer reads 37 спиртовой термометр ≈ alcohol thermometer самопишущий термометр ≈ thermograph воздушный термометр ≈ air thermometer термометр Цельсия ≈ centigrade thermometer, Celsius (thermometer) шкала термометра ≈ scale of a thermometer шкала термометра Цельсия ≈ Celsius scale термометр Реомюра ≈ Reaumur thermometer термометр Фаренгейта ≈ Fahrenheit (thermometer) медицинский термометр ≈ clinical thermometer дистанционный термометр ≈ telethermometer показания термометра ≈ thermometer reading ртутный термометр ≈ mercurial thermometerм. thermometer;
медицинский ~ clinical thermometer;
поставить кому-л. ~ take* smb.`s temperature.

temperature gage, temperature indicator, thermometer

термометр м Thermometer n 1d; Fieberthermometer n (мед.) наружный термометр Außenthermometer n

м

Thermometer n; Fieberthermometer n (мед.)

наружный термометр — Außenthermometer n

м.

thermomètre m

термометр Цельсия — (thermomètre) centigrade m

термометр Реомюра, Фаренгейта — thermomètre Réaumur, Fahrenheit

ставить термометр (больному) — prendre la température (d'un malade)

м.

termómetro m

термо́метр Це́льсия — termómetro centígrado

термо́метр Реомю́ра, Фаренге́йта — termómetro de Réaumur, de Fahrenheit

медици́нский термо́метр — termómetro clínico

поста́вить больно́му термо́метр — tomar la temperatura al enfermo, poner el termómetro al enfermo

м.

termometro

поставить термометр — mettere il termometro

измерять термометром — misurare la febbre

ТЕРМОМЕТР

(от греч. therme- тепло и metreo- измеряю)- прибор для измерения температуры. Действие Т. основано на зависимости различных аддитивных физ. величин от темп-ры. При измерении Т. приводится в тепловое равновесие с объектом, темп-ра к-рого определяется. Бесконтактные высокотемпературные Т., основанные на измерении параметров оптич. излучения, наз. пирометрами.

В каждом типе Т. непосредственно измеряется определ. физ. величина, связанная с темп-рой известной зависимостью, к-рая наз. температурной шкалой. Если эта зависимость является следствием второго начала термодинамики, то такой Т. измеряет темп-ру по термодинамич. температурной шкале и Т. наз. п е р в и ч н ы м. Среди первичных Т. наиб. значение имеет г а з о в ы й Т., действие к-рого основано на уравнении состояния идеального газа; для одного моля газа оно имеет вид

где p -давление газа, V- его объем, Т -темп-pa, R - универсальная газовая постоянная. Газовый Т.- осн. прибор при построении Международной практической температурной шкалы. Обычно применяют газовый Т. пост. объёма (рис.), для к-рого p₁/р₂.= T₁/ Т₂. Этот Т. обеспечивает точность 2 · 10^-3 К в интервале темп-р от 2 до 400 К. Для учёта отклонений свойств реального газа (гелий) от идеального измеряют темп-ру при неск. давлениях заполнения, а затем экстраполируют к p=0или применяют вириальное ур-ние состояния:

( В, С -вириальные коэф.). В точном газовом Т. учитывается наличие газа в трубке, соединяющей колбу с манометром (вредный объём), изменение объёма колбы с темп-рой, адсорбция газа и примесей в нём стенками колбы и перепад давлений на концах трубки, вызванный разностью темп-р колбы и манометра (термомолекулярное давление). Газовый Т. пост. объёма градуируется измерением давления р₁ в . одной точке, темп-pa к-рой известна (обычно T₁=0 °С).

Первичным Т., в к-ром также применяется газ, может служить акустический Т. Скорость звука u₀. в неограниченном пространстве, заполненном идеальным газом, связана с термодинамич. темп-рой ф-лой

где g - отношение теплоёмкости газа при пост. давлении к теплоёмкости при пост. объёме, М - молекулярная масса газа. Отличие свойств реального газа от идеального учитывается таким же способом, как и в газовом Т. В реальном акустич. Т. измеряется скорость звука в трубе акустич. интерферометра, учитываются вязкость газа, теплообмен, акустич. волны со стенками интерферометра и акустич. импеданс излучателя. Найти влияние этих факторов с нужной точностью не удаётся, и акустич. Т. при низких темп-рах (2-20 К) имеет точность на порядок меньшую, чем газовый. Она может быть повышена в неск. раз при использовании сферич. акустич. резонатора.

Схема простейшего газового термометра: 1 - баллон, заполненный газом; 2 - соединительная трубка; 3- изме ритель давления (манометр).

Первичным может служить Т., основанный на измерении шумового напряжения на электрич. сопротивлении r, обусловленного тепловыми флуктуациями в нём. Ср. значение квадрата напряжения шумов связано с темп-рой Найквиста формулой

где Df -полоса частот, в к-рой производится измерение напряжения. Точность шумового Т. обычно не превышает 0,1%, и его применяют при очень низких (ниже неск. К) или при высоких (св. 1000 К) темп-pax, а также в условиях высокого радиац, фона, когда происходит сравнительно быстрое разрушение любого Т. Акустич. и шумовой Т. не нуждаются в градуировке, т. к. кельвин входит в газовую постоянную R и в постоянную Больцмана k.

Для измерения темп-р ниже неск. К часто применяют первичный магнитный Т., основанный на Кюри законе для идеального парамагнетика. Магн. восприимчивость такого парамагнетика связана с темп-рой ф-лой

( С- константа Кюри). При очень низких темп-pax, когда тепловые возбуждения не могут воспрепятствовать магн. упорядочению диполей, модель идеального парамагнетика неприменима. Ограничения для использования магн. Т. при высоких темп-pax связаны в осн. с быстрым падением его. чувствительности (~1/T²). К числу наиб. употребительных парамагн. материалов относятся церий-магниевый нитрат (в интервале темп-р 0,006-3 К), а также медь и платина (при темп-рах 10^-6 -0,1 К), в к-рых система диполей образована ядерными магн. моментами, к-рые на 3 порядка величины меньше, чем электронные магн. моменты.

В реальном магн. Т. применяется модифицированный закон Кюри:

он позволяет учесть взаимодействие магн. диполей (D, d), наличие составляющей восприимчивости, не зависящей от темп-ры ( А), а также геом. факторы аппаратуры ( А, В и D). Для нахождения всех констант магн. Т. приходится градуировать при 4 известных темп-рах.

Первичные Т., как правило, сложны и непригодны для практич. измерений, где применяются в т о р и ч н ы е Т., к-рые градуируют по показаниям первичных Т. К числу распространённых вторичных Т. относятся ж и д к о с тн ы е Т., в к-рых используется различие в величинах теплового расширения жидкости и прозрачной оболочки, к-рую она заполняет. Положение мениска жидкости в капилляре, припаянном к оболочке, определяется темп-рой, к-рая отсчитывается по делениям на шкале, расположенной вдоль капилляра. Для разных диапазонов жидкостные Т. заполняют пентаном (от -200 до 35 "С), спиртом (от -80 до 80 °С), ртутью (от -35 до 600 °С). Оболочку изготовляют из спец. сортов стекла и подвергают старению, а для точных и высокотемпературных Т.- из кварцевого стекла. Высокотемпературные ртутные Т. заполняют азотом под давлением 1-20 атм - для предотвращения перегонки ртути в свободный более холодный конец капилляра. При точных измерениях учитывается темп-pa ртути в капилляре, для чего ртутные Т. погружают в измеряемую среду целиком или до уровня жидкости в капилляре или вводится поправка на выступающий столбик ртути, темп-ра к-рого измеряется отд. Т. Точность лучших ртутных Т. при измерениях темп-ры до 100 °С достигает неск. мК. Жидкостные Т. непригодны для автоматич. измерений и постепенно вытесняются электрическими.

Из э л е к т р и ч е с к и х Т. наиб. распространены Т. с оп р о т и в л е н и я. Их действие основано на зависимости сопротивления чистых металлов от темп-ры. В металлах она обусловлена рассеянием электронов проводимости на тепловых колебаниях решётки и в осн. линейна. При темп-pax ниже 20 К, где сказывается рассеяние электронов на дефектах структуры, и при высоких темп-pax, когда возникают дополнит. вакансии, зависимость сопротивления от темп-ры перестаёт быть линейной.

В м е т а л л и ч е с к о м Т. сопротивления чаще всего применяются высокочистые платина, медь и никель. Чувствительный элемент металлич. Т. изготовляют из проволоки, укреплённой на изолирующем каркасе, или из металлич. плёнки, нанесённой на подложку, и, как правило, помещают в защитный кожух. Для получения стабильных показаний проволока укладывается на каркасе свободно, с тем чтобы избежать её деформаций вследствие различий теплового расширения проволоки и каркаса. Чувствительный элемент отжигается, и проволока становится очень мягкой. Для платиновых эталонных Т., воспроизводящих Международную температурную шкалу, применяется проволока, в к-рой примеси не обнаруживаются при спектральном анализе, а отношение сопротивлений Т. при 100 °С и при 0 °С для таких Т. должно быть не менее 1,3925. Эталонные платиновые Т. имеют точность от 1 до 10 мК. В техн. металлич. Т. проволока закреплена жёстко, что обеспечивает прочность прибора, но приводит к падению точности до 0,1 - 1 К.

При низких темп-pax (до 0,5 К) наиб. точны Т. из сплавов, содержащих небольшое (0,5%) кол-во магн. металла (напр., сплав родия с железом или сплав платины с кобальтом). Зависимость от темп-ры у этих Т. связана с дополнит. рассеянием электронов проводимости на магн. примеси, при к-ром спин электрона меняет направление ( Кондо эффект), и с постепенным упорядочением ориентации магн. моментов примеси при понижении темп-ры. Такие Т. в области темп-р ниже 14 К обладают чувствительностью в сотни раз большей, чем платиновые. Стабильность их очень высока, поскольку прочность отожжённой проволоки из таких сплавов гораздо выше, чем прочность платиновой проволоки.

Т., использующие температурную зависимость полупроводников, очень разнообразны и применяются при низких темп-pax. Часто используются Т. из германия, легированного сурьмой или мышьяком, с добавлением до 10% акцепторной примеси. При этом ширина запрещённой зоны снижается до сотых долей эВ и при темп-pax ниже 100 К все примесные атомы ионизованы. При понижении темп-ры число ионизов. атомов и соответственно электронов в зоне проводимости экспоненциально уменьшается и при 10 К становится пренебрежимо малым. При более низких темп-pax проводимость полупроводника не связана со свободными электронами, она продолжает падать экспоненциально, но по иному закону. Чувствительность германиевых Т. очень высока, их сопротивление меняется на десятки процентов при изменении темп-ры на 1 К вблизи 20 К и на сотни процентов вблизи 2 К. Полупроводниковые Т. различаются по осн. веществу, легирующим материалам, их концентрациям и способам легирования.

Широко распространены также Т. из углеродных материалов (для измерения темл-р от 0,01 до 10 К), термисторы из окисей магния, никеля и кобальта (для измерения ср. темп-р) и из окисей редкоземельных элементов (для темп-р до 1000 К). Сопротивление этих Т. растёт с понижением темп-ры. Их проводимость обусловлена преодолением электронами энергетич. барьера на границах зёрен. Углеродные Т. чувствительны к присутствию адсорбированного на границах зёрен атм. кислорода, поэтому чувствительные элементы таких Т, герметизируются.

Применяются также Т., основанные на температурной зависимости эдс термопар, электрич. ёмкости сегнетоэлек-трика, падения напряжения на полупроводниковом диоде, резонансной частоты пьезокварца, давления плавления ге-лия-3 (от 1 мК до 0,5 К) и т. д. Т. различаются по условиям их применения: метеорологические, медицинские, глубоководные, инкубаторные и др.

Лит.: Температурные измерения. Справочник, 2 изд., К., 1989; Куинн Т., Температура, пер. с англ., М., 1985. Д. Н. Астров.