История холодильной техники. Часть 5. Термометрия. Начало.

Итак к началу 17 века, в научной среде накопилось достаточное количество экспериментальной информации по процессам охлаждения. Уже в достаточной мере сформировались взгляды на то, что необходимо изучить для возможности двигаться дальше. Однако, во всём массиве экспериментальных данных не было универсальной количественной оценки результатов.

Только наличие количественных характеристик процессов передачи тепла, позволило бы строить размышления в дальнейшем. Это уже стало полностью очевидным во времена Бэкона. Который неоднократно рассуждал на тему количественных измерений и их несовершенства.

Первым, кто официально занимался тепловыми измерениями был Герон Александрийский и Филон из Византии в 1-2 веке н.э. В своей книге "Механика" он описал изобретение термоскопа.

История холодильной техники. Часть 5. Термометрия. Начало.

История холодильной техники. Часть 5. Термометрия. Начало.

Принцип действия его термоскопа был очень прост. При нагревании происходило изменение объема воздуха в сосуде (2) и как следствие происходило его перемещение через слой воды в сосуде (1). А при охлаждении, вода попадала в общую колбу за счёт падения давления воздуха в колбе (2). Внимательно присмотревшись к этому изобретению, можно сразу сделать много критических замечаний, но не забудьте это 2 век! Но принцип заложенный Филоном был абсолютно правильный, подвела как говорится материальная база. Так же этот термоскоп позволил качественно описать процесс расширения воздуха при его нагревании, который был известен ещё со времён египетских жрецов.

Галилео Галилей
Галилео Галилей
Галилео Галилей

Прошло много лет, а если быть точным то 13 (!) веков, перед тем как Галилей повторил опыт Филона. После этого, представьте себе, нашлись люди которые обвинили Галилея в заимствовании чужой идеи. Это после 13 (!) веков! Опыт был полностью такой же, но как и у Филона, термоскоп Галилея не имел шкалы и его показания имели только качественный характер. Также важно отметить, что на термоскопы очень сильно влияли показания атмосферного давления, однако, кто об этом мог тогда думать, ведь первые работы ученика Галилея - Торричелли по описанию атмосферного давления были ещё далеко впереди.

История холодильной техники. Часть 5. Термометрия. Начало.

Первое применение термоскоп нашёл в медицине для измерения температуры тела больных. Этому применению он обязан современнику Галилея Санкториусу, профессору медицины Падуанского университета.

Термоскоп Галилея
Термоскоп Галилея
Термоскоп Галилея

Тем не менее нужно обязательно зафиксировать чёткий шаг в технике измерения температуры. Нужно согласиться с тем, что шаг этот робкий и неуверенный, но очевидно, что человек понял в каком направлении необходимо двигаться.

В дальнейшем члены флорентийской "академии опытов", существенно модернизировали термоскоп, удалив из него воздух и снабдив простой шкалой. Таким образом, они первые установили факт постоянства температуры плавления льда. И это очень важное событие! Кроме того одним из совершенствований термометра академиками, в нём был заменена подкрашенная вода на спирт. Это было связано с тем,что она заерзала и сосуд лопался. Но и даже после всех усовершенствований термометр "академии опытов", не мого в полной мере называться термометром, так как имел абсолютно произвольную шкалу.

При рассказе о первых попытках термометрии, нельзя пройти мимо бургомистра Магдебурга Отто фон Герике, он один из первых чётко осознал необходимость иметь две точки на шкале, чтобы разбить интервал между ними на определённое количество делений - градусов, продолжив деление и за пределы этих точек.

История холодильной техники. Часть 5. Термометрия. Начало.

Однако, излишняя патриотичность в выборе двух точек для шкалы не позволила использовать её в науке. Нижняя и верхняя температуры, это были температуры зимы и лета в его родном городе Магдебурге. Тем не менее на дворе был только 1670 год!

Закончить первый этап рассказа о становлении термометрии, невозможно было никем другим, кроме Гийома Амонтона!

История холодильной техники. Часть 5. Термометрия. Начало.

Этот французский учёный внёс, пожалуй самый существенный вклад в становление термометрии. Он неоспоримо первым был, кто высказал мнение о том что термометр измеряет не количество тепла, а именно температуру. Таким образом, был сделан решающий шаг в разделении понятий "тепло" и " температура". Это позволило дать существенный импульс в изучении каждого из этих параметров в отдельности и их физической природы.

Несмотря на то, что эта часть моего рассказа описывает первые подходы к измерению температуры, я бы не простил себе, если бы не остановился на исторической фигуре Гийома Амонтона, несколько подробнее. Ответ на вопрос зачем, я это делаю, каждый должен дать себе сам. Но перед ответом на этот вопрос, читая про Амонтона, держите в уме, что все что он делал, это середина правления Петра Великого в России. На месте города Санкт-Петербурга, были ещё болота, а до победы в серверной войне было почти четверть века...

Амонтон в 1702 году обратился во Французскую академию наук с докладом посвященным новым свойствам воздуха и способам точного измерения температуры, в которых он рассматривал тепло, как движение мельчайших частиц тела. По его мнению тепло служит причиной всех передвижений на земле! Он описывал конвекционные потоки воздуха на источником тепла и потоки воды при её нагревании, которые он долго наблюдал.

Но и на этом Амонтон не остановился, он снова обратился в академию наук, с докладом в котором он указывал, на такие особенности в его термометре, что позволяет определить крайнюю степень холода, как такое состояние воздуха над ртутью которое не сможет её перемещать по столбу, за счёт его расширения. По сути дела речь шла о жидком воздухе, т.е. о воздухе имеющем плотность схожую с плотностью жидкой ртути!

Также Амонтон заявил, что воздух не будет сжимаем при температуре в 2.5 раза более низкой, чем разница между температурой кипения и замерзания воды, т.е. при температуре -250 градусов. Это фантастически близко к температуры абсолютного нуля, и ещё ближе к температуре жидкого воздуха. При этом многие учёные и не помышляли о таких температурах в принципе! Надо отдать должное гению Амонтона и здесь. Многие учёные после него, предрекали самые невероятные температуры абсолютного нуля, вплоть до -3000*С. На протяжении еще почти половины века, никто не приближался к правильному ответу ближе чем он.

К сожалению научные работы Амонтона, как при жизни, так и позднее были проигнорированы. Но только те учёные и члены академий наук, которые были с ними хорошо знакомы, понимают истинную гениальность его работ. Тут же необходимо заметить, что все те действительно крупные учёные и философы, которые в дальнейшем принимали активное участие в становление холодильной техники, признавали неоспоримый приоритет в открытиях Амонтона.

Вот такой был человек, как говорится не своего времени!

В следующей части, мы увидим как простые опыты с расширением воздуха и жидкостей, привели к появлению первых привычных нам термометров.

И узнаем, при чем тут биолог.