Давайте с вами погрузимся в историю создания термометров!
Как только умные люди задались вопросом как количественно измерить жару и холод - стали искать решение, вести метеонаблюдения без точной шкалы как то не очень удобно, даже в быту у нас понимание жары и холода разное. И таким первым прибором, позволявшим измерить температуру хоть как то, стал термоскоп. Отсутствие в названии -метр как бы намекает нам, что это прибор без шкалы, позволявший лишь сказать: стало теплее/холоднее, без каких либо единиц.
Этот прибор использовал расширение газов. Воздух в колбе вверху, нагреваясь расширялся и выдавливал столбик жидкости. Если температура падала - газ сжимался и столбик жидкости поднимался. При должной аккуратности изготовления, большой колбе и тонком капилляре прибор мог показывать разницу температур между комнатами.
Добавление шкалы превратило термоскоп в термометр, позволяя не только определять изменение температуры, но и выражать его количественно. Вот первый известный рисунок термометра 1611 год:
Но это была тупиковая ветвь развития, высота столбика менялась не только от температуры, но и от атмосферного давления. Когда с этим разобрались - конструкцию изменили. Вместо газа использовали жидкость (что было сложно, так как жидкость с изменением температуры расширяется значительно меньше). А чтобы жидкость не испарялась - просто герметично запаяли конец капилляра. Встречайте - термометры из Флоренции.
Точная дата изобретения неизвестна, но в 1641 они уже были. Черные и белые бусинки приваренные к трубке - это риски шкалы. Использование жидкости вместо газа давало проблемы. Во-первых тепловое расширение жидкостей значительно меньше такового у газов, поэтому для хорошей чувствительности нужно было делать большую колбу и тонкий капилляр. Во вторых нужна была жидкость, которая бы максимально меняла свой объем с изменением температуры, и оставалась жидкой в широком диапазоне температур. Выбор был невелик - вода не подходит, так как при замерзании разрывает стекло, ртуть тяжелая и расширяется слабо, а вот спирт оказался в самый раз.
Эти термометры калибровались по образцовому (который носил в деревянном чехольчике в кармане Фердинандо II Медичи). Кстати подкрашивать спирт, для лучшей видимости уже тогда пробовали, но не смогли подобрать правильный краситель, со временем столбик оказывался изнутри грязным. Ртуть тоже пробовали, но забросили, спиртовой столбик был гораздо чувствительнее, спирт расширяется при нагреве в примерно 4 раза сильнее ртути.
Следующей важной вехой в развитии термометров стало понимание, что термометры нужно калибровать, а для этого нужно как минимум две опорные температуры. Нужна была стандартизация. При этом нужен был воспроизводимый стандарт температуры - чтобы можно было написать письмом точные инструкции своему корешу за океаном, и он в лаборатории что-то с чем то смешал, соединил и получил образцовую температуру.
Как выглядел процесс калибровки термометра тогда (да и сейчас). Стеклодув выдувал емкость и приваривал к ней тонкую трубочку - капилляр. При изготовлении неминуемо есть разброс размеров, нет двух совершенно одинаковых термометров. Пузырек заполнялся жидкостью, которая будет рабочим телом. После заполнения термометр выдерживали при температуре первой опорной точки и делали засечку по уровню жидкости. Затем нагревали до второй опорной температуры и также делали засечку. Расстояние между двух засечек размечали шкалой с заданным количеством делений.
В 1701 Году Ньютон сделал свои предложения. Он использовал льняное масло в качестве рабочей жидкости, в качестве первой точки 0° "температуру воздуха зимой, при которой вода начинает замерзать", а в качестве второй точки, которой он присвоил значение 12° "максимальную температуру, которой достигает термометр от тепла тела".
И вот тут и появляется в нашем рассказе Даниэль Габриэль Фаренгейт.
Хоть, его и называют ученым, он все-таки больше был бизнесменом - производителем измерительных приборов. Будучи молодым мастером-изготовителем приборов из Гданьска (тогда он назывался Данциг) в 1708 он посещает Рёмера, и конечно расспрашивает почтенного астронома в том числе и о термометрах, обмен опытом так сказать.
Шкала на термометрах Фаренгейта выбрана столь неочевидным образом, что стала почвой для огромного количества мифов в попытках разобраться. Была исписана куча бумаги. Вот например:
- Фаренгейт взял за 0°F температуру смеси льда и соли, а за 600°F температуру кипения ртути.
- Фаренгейт взял за 0°F температуру смеси льда и соли, а за величину 100°F температуру тела жены, которая в этот момент болела простудой. Мы бы так и мучались в догадках, если бы в публикации для журнала Philosophical Transactions of the Royal Society Фаренгейт пишет, что в его шкале используется три калибровочные точки: температура смеси льда, воды и нашатыря, или даже морской соли (0°F), температура таяния льда (32°F) и температура тела (96°F)
Позже, после смерти Фаренгейта, шкала Фаренгейта снова поменялась. Присмотревшись, обнаружили , что температура кипения воды примерно 212°F. Таким образом, если температура таяния льда 32°F, а температура кипения воды 212°F.
Большая заслуга Фаренгейта, помимо шкалы его имени то, что он стал выпускать термометры с ртутью, которыми, в отличии от спиртовых, можно было измерять гораздо более широкий диапазон температур.