水銀が温度計に使用される主な理由は、水よりも膨張係数が大きいためです。これは、温度による体積の変化がより顕著であることを意味します。さらに、水銀の沸点は摂氏 356.7 度で、アルコールの沸点である摂氏 78.37 度よりもはるかに高くなっています。最後に、水銀はアルコールのように有毒ではありません。
原則として、温度によって特性が目に見えて変化する物質であれば、温度測定に使用できます。熱にさらされると色が変わる素材を使用することもできました。材料が青色の色合いを放射する場合は温度が高く、赤色の色合いを放射する場合は温度が低いことがわかります。
同様に、細い管の中の水は、温度が上昇または下降すると上昇または下降します。これは、すべての密封された液体含有温度計の動作原理です。しかし、水のように豊富で安価なものがうまく機能するのであれば、なぜ私たちは水銀のように非常に希少で高価なもののためにそれを無視することに固執するのでしょうか?
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歴史
人類は、最初の温度計が発明されてから何世紀も経ってから、熱力学的温度について学びました。したがって、最初は温度計が 定義済み 温度。ただし、最初の体温計は 魔法瓶 ではありませんでした。 または熱測定器、しかしサーモスコープスコープ 、温度が高いか低いかを知らせるだけのデバイス。これらのデバイスは、標準スケールに合わせて調整されていません。彼らは大まかな、またはあいまいな評価をするだけです.
最初の温度計の発明は、古代の最も偉大な実験者と考えられている好奇心旺盛な技術者、アレクサンドリアの英雄の功績によるものです。彼の装置は、空気で満たされたチューブで構成され、その端は水の入った小さなボウルに沈められていました。サーモスコープが高温または低温の表面に触れると、空気が膨張または収縮し、空気と水の界面が変動します。
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ガリレオの発明でさえ、同じ原理で機能しました。しかし、これらの開発は規模が小さかっただけでなく、気圧にも敏感でした。熱にのみ反応するデバイスを開発したいという衝動に駆られ、ガリレオの学生であるジョセフ デルメディゴは、最初の密封された液体ガラス温度計を発明しました。目盛りが付いていたので初めての体温計でした。しかし、彼が封印した液体は水ではなくアルコールでした。
膨張係数
一定の圧力下にある材料は、熱にさらされると膨張します。これは、熱によって原子の運動エネルギーが上昇し、原子が激しく動き、互いに分離するためです。体積の増加は、金属製の線路、ゴム製タイヤ、水、アルコール、水銀、ハロゲンなどの液体などの固体で明らかです。ただし、温度が 1 度上昇するごとに膨張する量は、材料ごとに異なります。この物質定数は膨張係数と呼ばれます。
過度の熱により、夏にタイヤが膨張することがよくあります。
アルコールは膨張係数が高いという単純な理由で、水よりも好まれます。温度がわずかに変化しただけでも、チューブに沿ってその体積が劇的に変化します。ただし、アルコールは まあ これらの変化により、チューブ内のアルコールがほとんど乱流のように振る舞うことに敏感です。わずかな温度変化でもレベルは常に変動します。この気まぐれさは当惑させられます。たとえば、温度を測定したい沸騰したお湯のポットから温度計を取り出すと、読み取り値がすぐに変化するからです。その後、新しい環境の温度がすぐに反映されます。
この信頼性の低さを避けるために、オランダの発明家ダニー・ファーレンハイトはアルコールを水銀に置き換えました。水銀は水よりも膨張係数が大きいため、温度による体積の変化がより顕著になります。ただし、その値はアルコールの約 6 分の 1 です。概観すると、温度が 1 度上昇するごとのアルコールの量の増減は、水銀の量の 6 倍になります。
これは、密封されたチューブ内の水銀がアルコールよりもはるかに遅いペースで上昇することを意味しますが、温度計が沸騰したお湯で満たされたポットから取り外されると、水銀が同様にゆっくりと下降することも意味します.読み取り値は効果的に妨げられず、温度計の信頼性が非常に高くなります。
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この発明以前の温度計はユニークでした。彼らの測定値は、標準化されたスケールに対応していませんでした。しかし、華氏はすべての水銀メーカー、そして最終的にはすべてのタイプの温度計で採用される目盛りを提案しました。ほとんどすべての水銀温度計は華氏自身によって製造されていたため、この移行はそれほど面倒ではありませんでした。後にわずかに変更された音階には、現在彼の名前が付けられています。
アルコールのほうがいい例
アルコールの過敏症は、その美徳によって補うことができます。水銀とは異なり、アルコールははるかに安価であり、ばかげたほどまれではありません.また、毒性はありません。水銀温度計が壊れた場合、水銀を吸い込むと健康に深刻な問題を引き起こす可能性があるため、実験室は何時間も密閉する必要があるかもしれません。一方、アルコールはそのような脅威をもたらしません.
さらに、アルコールの氷点は水銀の-40°Cに対して驚くべき-115°Cです。これは、水銀温度計が -40°C 未満の温度を測定できないことを意味します。この温度は、科学研究所や超伝導技術の製造業界ではそれほど珍しくありません。
南極の研究所
ただし、アルコールとは異なり、水銀は無色ではありません。そのため、メーカーはアルコールに人工染料を加えてはっきりと見えるようにする必要があります。また、アルコールは驚くほど低い温度を測定できますが、アルコールの沸点である 78.37°C よりも高い温度を測定することはできません。そのわずかな沸点を水銀の驚くべき 356.7ᵒC の沸点と比較してください!
水銀の希少性、高価さ、および毒性については何もできませんが、その熱的制限を克服することはできます.沸点をさらに上げるために、水銀は窒素などの不活性ガスで密封されることがよくあります。不活性ガスは液体水銀の圧力を増加させ、それによってその沸点をさらに上昇させます。
また、タリウムと合金化することで凝固点を伸ばすこともできます。これらの新しい水銀タリウム温度計は、-62°C までの温度を測定できるようになりました。それでも、小さな欠陥にもかかわらず、水銀温度計は入手可能な最も正確な温度計の 1 つと見なされています。
