2020. július 3., péntek

Hiteles tájékoztatás, közösségformáló vélemények

Marosvásárhely

1. A hőmérséklet mérése

Celsius, Fahrenheit, Réaumur, Kelvin, Allbut

 Annak érdekében, hogy az emberek beszélni tudjanak a múltról és a jövőről, kiszámíthassák az áradás–aszály hozzávetőleges időpontját, várakat, házat, templomokat, gátakat tudjanak építeni, árucserét lebonyolítani, megfelelő öltözéket készíteni, földtulajdonukat kimérni (és sorolhatnánk a tevékenységeket), nélkülözhetetlen a hétköznapi fizikai mennyiségek (idő, hosszúság, tömeg, térfogat, hőmérséklet, sűrűség stb.) mérése.

Nagy általánosságban a mérés tevékenysége sok ezer éves múltra tekint vissza. Hogy a mindennapi életünk természetes kísérőjét, a hőmérsékletet, amit közvetlenül érzékelünk, amikor fázunk vagy megizzadunk, mikor mérték először hőmérővel, mikor mérték először a betegek lázát, bár érdekes, kevesen ismerik. A testek, a folyadékok, vizek, a minket körbevevő levegő hőmérsékletének mérése fontos a tudományos kutatás, az emberek mindennapi élete, tevékenysége, egészségi állapota, a meteorológiai és időjárás-jelentés szempontjából is. Az alábbiakban a hőmérséklet mérésének rövid történetét, az ezzel kapcsolatos fogalmakat, nemzetközi megállapodásokat foglaljuk össze.

A testek (anyagok) hőállapotára jellemző adat a hőmérséklet, amelynek mérését a hőmérséklet-változáskor létrejövő fizikai történések, mint a térfogat-, nyomás-, halmazállapot-változás, és a különböző hőmérsékletű, egymással érintkező testek hőmérsékletének kiegyenlítődése teszi lehetővé.

A gondolat, hogy a hőmérő (hőmérsékletmérő, termométer) nem természeti tárgy, ezért el kell készíteni, minden idők legműveltebb emberétől, Da Vincitől származik. Teljes nevén Leonardo di ser Piero da Vinci – magyarul azt jelenti, hogy Leonardo, ser Piero fia Vinciből – 1452. április 15-én született, itáliai polihisztor, festő, tudós, matematikus, hadmérnök, feltaláló, anatómus, szobrász, építész, zeneszerző, költő és író volt egy személyben. Közismertek a Mona Lisa és Az utolsó vacsora című festményei. Számos munkájának kiadása csak terv maradt, így a hőmérővel kapcsolatos is. Da Vinci ötszáz éve, 1519. május 2-án hunyt el.

Hőmutatót, úgynevezett termoszkópot Da Vinci után közel száz évvel készített először az ugyancsak itáliai természettudós, fizikus, csillagász, matematikus Galileo Galilei (1564–1642). A Pisában született Galilei a padovai egyetem professzoraként építette hőmérőjét, tanítványai állítása szerint 1592–1595 között. A hőmérő készítésére a gázak térfogatváltozását használta fel, vagyis a meleg levegő tágulását jelző termoszkópot készített.

 Az ismertebb és a jelenben is használt folyadékos hőmérők csak az ezerhétszázas évek elején jelentek meg, részük egy szűk cső (kapilláris), amelynek egyik vége zárt, másik vége a folyadéktartályhoz csatlakozik. A tartályban higany vagy színezett alkohol van. Hőmérséklet-változáskor a tartályban lévő mérőfolyadék kitágulása nagyobb, mint a tartály (üveg) hőtágulása, így a mérőfolyadék a kapillárisba szalad fel, vagy onnan le a tartályba. A hőmérséklet alacsony vagy magas voltára utaló kifejezések (hideg-meleg, hűvös-langyos, forró stb.) mértékét fokokkal jellemezzük, de több mértékegység létezik, melyek a hőmérők kifejlesztői nevével azonosak. A folyadékos hőmérők első változatát Gabriel Daniel Fahrenheit lengyelországi születésű, német tudós alkotta meg.

Fahrenheit (kiejtése: Fárenhájt) (1686–1736) alkohollal töltött üveg hőmérőket készített 1706–1720 között. A Fahrenheit-skála alappontja az általa előállított vízből, jégből és szalmiáksóból (ammonium-klorid) álló keverék hőmérséklete légköri nyomáson. Ő úgy gondolta, hogy ennél alacsonyabb hőmérséklet nincs, ugyanis a szalmiáksó leszállítja a víz fagyáspontját, ezért ezt nevezte nullának. Felső pontként saját testének hőmérsékletét választotta. A két határpont közti távolságot 100 egyenlő részre osztotta. Ezen a skálán a víz valódi fagyáspontját 32 Fahrenheit-fok (°F), forráspontját 212 °F jelöli. A Fahrenheit-skála néhány angolszász országban és az Amerikai Egyesült Államokban a mai napig használatban van.

 Tíz évvel később, 1730-ban René Ferchault de Réaumur (kiejtése: Réomür) francia fizikus és zoológus (1683–1757) alkotta meg hőmérsékleti skáláját, amelyet ma is használnak Franciaországban. A Réaumur-hőmérő alappontja a jég légköri nyomás melletti olvadáspontja, a másik ugyanezen a nyomáson a víz forráspontja. Mérőfolyadékként először szeszt, később higanyt alkalmazott. Beosztásán a víz forráspontját nyolcvan foknak választotta, tulajdonképpen véletlenül. Tehát a Réaumur-fok (°R) szerint a víz 0 °R-on fagy és 80 °R-on forr fel.

Az európai államokban hivatalosan használt Celsius-skála megteremtője Anders Celsius (1701–1744) volt, 1742-ben. Celsius Svédország legősibb városában, Uppsalában született és tanult. Fiatalon, 29 éves korában már szülővárosa híres egyetemének csillagászprofesszora lett. Kortárs volt az egyetem másik neves professzorával, Carl von Linnével, aki 1728-ban került az uppsalai egyetemre. Celsius német, francia, itáliai tanulmányútjain kapcsolatba került az akkori idők neves csillagászaival, tudósaival. Geodéziai (földméréstani) méréseket végzett, munkássága kiterjedt a fizika területére is. Legismertebb sikere a tízes rendszerű hőmérsékleti skála, a róla elnevezett Celsius-skála létrehozása. Fizikusként a hó és jég olvadása, valamint a víz forrásának a légnyomástól való függőségét tanulmányozta, ennek a két különböző hőmérsékletnek egymástól való távolságát egy skálán száz részre osztotta fel úgy, hogy a hó olvadáspontját 100 fok és a víz forráspontját a 0 fok jelezte. Higanyt alkalmazott a hőmérőben. Számozási rendszerét – már Celsius halála után – egyik tanítványa javaslatára fordították meg úgy, ahogyan ma is használjuk. Eredeti elgondolásait Celsius 1742-ben tette közzé. Sajnos korán, 1744-ben meghalt Uppsalában. A higanyt ma már nem használják mérgező volta miatt. 

Bár a kereskedelmi forgalomban a fenti hőmérőkkel találkozunk, mégis a hőmérséklet nemzetközi egysége 1960 óta a Kelvin, névadója, lord Kelvin tiszteletére. Jele K, de a „fok” nem használatos ebben az esetben, sem jelölésében, sem nevében.

 Lord William Thomson Kelvin ír származású fizikus skálája fokbeosztása megegyezik a Celsius skáláéval, de az alappontokhoz más számokat rendel: a jég olvadáspontját 273,15 K és a víz forráspontját 373,15 K jelöli, tehát ezen a skálán nincsenek negatív hőmérsékletek. A Kelvin-skálát abszolút hőmérsékleti skálának is nevezik, ami arra utal, hogy 0 K-nél nincs alacsonyabb hőmérséklet, mert az ennek megfelelő -273,15 C-foknál alacsonyabb hőmérséklet nem érhető el.

A ritkán használt Rankin-skála a Fahrenheit-skálából indul ki, nullpontja az abszolút nullánál van. A különböző hőmérsékleti skálák között egyszerűbb-bonyolultabb átszámítási lehetőségek vannak. 

A lázmérés története nem is olyan messzire nyúlik vissza: az orvosi lázmérő feltalálása, illetve tömeges gyártása csak a tizenkilencedik század végén kezdődött. Az őslázmérők majdnem egyméteresek voltak, és legalább húsz percig tartott a hőmérséklet mérése. A klinikai lázmérő atyja, egy brit orvos, Thomas Clifford Allbut, 1866-ban készítette az elsőt.

Az említett hőmérők mellett modern világunkban számos lehetőség van a hőmérséklet mérésére. Léteznek gáz, fém, fémrudas, bimetál, elektromos, digitális hőmérők, és még sorolhatnánk. Ennek ellenére talán mindig lesznek olyan hőmérsékleti tartományok, amelyekre még nem készült hőmérő.

Veress László