Teploměr

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

Teprve na samém 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 témže století se objevují teploměry, v nichž teploměrnou látkou je 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. 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.

Kromě jednotné stupnice bylo také nutno stanovit její počátek. Anglický fyzik Robert Boyle stanovil v r. 1664 u svého teploměru jako základní bod stupnice teplotu tajícího ledu. V roce 1665 určil další stálý bod stupnice holandský vědec Christian Huygens. Byla to teplota varu vody při normálním tlaku ovzduší (tj. 1013 hPa, neboť jak víme, s klesajícím tlakem klesá i bod varu vody). A tak Huygens navrhl, aby se za základ stupnice teploměru vzala buď teplota tání ledu nebo teplota varu vody, čímž vlasně navrhl způsob používaný dodnes.

To však nebránilo Danielu Gabrielu Fahrenheitovi, který začal o nějakých 50 let později vyrábět lihové a posléze i rtuťové teploměry v Holandsku, aby si svérázně vybral za počátek stupnice svých teploměrů teplotu směsi ledu, vody a salmiaku. Za horní základní teplotu stanovil teplotu zdravého člověka a označil ji číslem 96 (?). Vzdálenost mezi oběma teplotami rozdělil na 24 dílů a každý z nich pak ještě na další 4, aby tak konečně dostal stupně! Teplota tání ledu je na této stupnici označena 32 a teplota varu vody číslem 212. Je s podivem, že takto komplikovaně zkonstruovanou a zcela nelogickou stupnici dodnes používají v např. v USA. Rozumnější René de Réamur, pařížský zoolog, navrhl stupnici s nulou při teplotě tání ledu a s hodnotou 80 při teplotě varu lihu (později tato hodnota odpovídala teplotě varu vody).

Švédský matematik a geodet Anders Celsius zavádí do měření desítkovou soustavu, kde teplota varu vody má číslo 0 a teoplota tání ledu číslo 100. Jméno toho, kdo později tyto hodnoty obrátil tak, jak je známe a používáme dnes, nebylo s jistotou zjištěno. Jednotkou této stupnice, jak víme, je teplotní stupeň Celsiův (°C).

baker.jpg (14084 bytes)

Největší teploměr světa (Baker, Kalifornie)
(obr. převzat ze stránky http://www.cagedigital.com/jandm/excursions/thermometer.html)

Všechny tyto teploměry jsou založeny na stejném principu, na teplotní roztažnosti látek (kapalin) a proto se jim říká dilatační. Celsiem byl jejich vývoj prakticky ukončen. V dalších letech byly už jen modifikovány jednotlivé 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").

digit.jpg (3246 bytes) infra.jpg (3712 bytes)
Nahoře infrateploměr se zaměřovačem
(-30...+3000°C)
Vlevo sekundový polovodičový teploměr
(-20...+1000°C)

Později se objevily teploměry také na jiných fyzikálních principech. Například odporové teploměry měří teplotu změnou elektrického odporu vodiče nebo polovodiče (termistoru), termoelektrické teploměry jsou založeny na termoelektrickém jevu, kdy změnou teploty spoje dvou různých kovů se mění vzniklé termoelektrické napětí. Teplotu lze měřit i bezdotykově, např. pomocí tzv. infrateploměrů, které měří záření vysílané tělesy do okolí (na stejném principu pracují i známá světelná infračidla a bohužel i naváděné střely). Všechny tyto teploměry mohou mít kromě klasické analogové stupnice také stupnici digitální a hlavně mohou mít elektrický výstup, což umožňuje elektrické zpracování naměřených hodnot nebo přímo automatizované řízení procesu.

zpet.gif (1418 bytes)objevyHome.gif (1928 bytes)dale.gif (1388 bytes)