Měření teploty

Teploměr

Teploměr

Kapalinový teploměr - Teploměr, ve kterém se k měření teploty využívá teplotní roztažnosti teploměrné kapaliny (rtuť, líh apod.).

K měření teploty slouží teploměr, což je jistě všem známé zařízení. Většinou je princip teploměru založen na tepelné roztažnosti jednotlivých látek, kdy je objem měrné látky závislý na její teplotě. Tyto teploměry se pak nazývají dilatační. V současnosti však existují i další metody zjišťování teploty.

Obor zabývající se měřením teploty se nazývá termometrie.

Dnes jsou teploměry snad nejznámějším fyzikálním přístrojem. Ale ještě před několika staletími byly úplně neznámé. Teplota se určovala podle tělesných pocitů, při výrobě kovů a keramiky se lidé řídili barvou rozžhavených předmětů nebo roztavením kovů.

Objev a vývoj teploměru

Teprve na začátku 17. století Galileo Galilei, slavný profesor univerzity v Padově v Itálii, využil tepelné roztažnosti vzduchu k měření teploty. Tento primitivní teploměr byl tvořen tenkou skleněnou trubičkou dlouhou asi 30 cm a zakončenou baňkou. Baňku zahřál rukou a „teploměr“ (říkalo se mu vzduchový termoskop) vložil otevřeným koncem trubičky do nádobky s obarvenou vodou. Chladnoucí vzduch se smršťoval a vlivem tlaku okolního vzduchu na hladinu voda vnikala do trubičky. Po vychladnutí přejímala baňka teplotu okolního vzduchu a výška vodního sloupce v trubičce se měnila podle změn objemu vzduchu v baňce, který se zase měnil podle teploty vzduchu. Na rozdíl od dnešních teploměrů při oteplení hladina klesala a při ochlazení stoupala. Přístroj ještě neměl stupnici.

Po Galileim experimentovali s podobnými teploměry Otto von Guericke a Gaspar Schott. Zdokonalili termoskop tím, že použili uzavřeného systému se dvěma baňkami na koncích spojovací trubička ve tvaru U, v níž byla tekutina.

Ještě v 17. století se objevily teploměry, v nichž je teploměrnou látkou kapalina. Zřejmě první sestrojil roku 1631 francouzský lékař Jean Rey, který použil jako teploměrnou látku vodu. Nevýhodou tohoto teploměru byla malá roztažnost vody. Proto se hledaly jiné vhodné tekutiny. Jako nejvhodnější se ukázaly líh a rtuť. První lihový teploměr sestrojil roku 1641 toskánský velkovévoda Ferdinand II.

Vzhledem k tomu, že teploměr měří teplotu a ne teplo, měl by korektní český název přístroje být teplotoměr, nicméně označení teploměr je zažité a běžné.

Vývoj stupnice

V té době sice teploměry již měly stupnice, ty však nebyly jednotné, takže údaje změřené jednotlivými teploměry se nemohly porovnat. První teploměry s „normalizovanou“ stupnicí byly sestrojeny až kolem roku 1650.

Další kapitolou vývoje teploměrů se tak stalo stanovení teplotní stupnice, na které měření probíhá. Vyvinulo se několi stupnic a jejich stanovením byl vývoj dilatačních teploměrů prakticky ukončen, v dalších letech byly modifikovány a vylepšovány pouze jejich druhy. Např. teplota nad bodem varu rtuti (356 °C) až do 1100 °C se měří rtuťovým teploměrem, u něhož se kapilára plní např. dusíkem a teploměr je zhotoven z křemenného skla.

U lékařských rtuťových teploměrů (35 až 42 °C) je kapilára nad nádobkou se rtutí zúžena, takže se v tomto místě při poklesu teploty rtuťový sloupec přetrhne a teploměr tak stále ukazuje maximální naměřenou teplotu (před dalším použitím se musí „sklepnout“).

Teploměry Galileo

Galileovy teploměry (pojmenované po italském fyzikovi Galileo Galilei) jsou vyrobeny z hermeticky uzavřené skleněné láhve obsahující řadu plovoucích objektů a čirou kapalinu, jejíž hustota se mění podle toho jak se kapalina ohřívá či ochlazuje. Díky tomuto jevu pak plovoucí objekty (barevné kuličky) v kapalině klesají či stoupají. Princip teploměru GalileoJedinečnost těchto přístrojů spočívá ve velmi precizně vyvážených kuličkách. Přesnost vyvážení kuliček se pohybuje v tisícinách gramů. 

Princip měření teploty

Galileo Galilei hledal metodu, jak by mohl měřit teplotu. Zjistil, že hustota tekutin se mění spolu s teplotou. Tuto metodu použil při sestrojení tohoto typu teploměru. Vzal skleněné kuličky, naplnil je vodou, zvážil a uzavřel je. Tento princip je rovněž použit u tohoto teploměru. Ručně vyfoukané kuličky jsou přesně váženy, uzavřeny a označeny teplotou. Teplota v místnosti leží mezi teplotami, které odečtete z kuličky, která stoupla jako poslední k hladině a první kuličky připravené ke stoupnutí k hladině, viz. ilustrační obrázek.