История   метеорологических приборов.

  Температура и осадки - главные характеристики климата и погоды. В прочих отраслях естествознания и техники температура - один из определяющих показателей, а в биологии и медицине – это важнейшая величина, определяющая жизненные функции.

  Ещё древнегреческий философ Аристотель относил понятия тепла и холода к числу основополагающих. Хотя в те времена уже говорили о степени тепла или холода («теплее», «горячее», «холоднее»), количественных мер не существовало: измерять температуру научились гораздо позже.

  

  История измерения температуры насчитывает всего чуть больше четырёх веков. Термоскоп – простейший прибор со стеклянной трубочкой, заполненной водой, основанный на способности воздуха расширяться при нагревании, был создан несколькими изобретателями. В то время стеклоделие было особенно развито на территории Италии, поэтому логично, что первые стеклянные приборы появились именно там.

  Галилео Галилей остался в истории метеорологических приборов, сконструировав термобароскоп: стеклянный прибор с использованием смеси воды со спиртом. А вот догадался снабдить термоскоп числовой шкалой и превратил его в термометр соратник Галилея врач и физиолог Санториус.

  Примерно в то же время приборы, подобные термоскопу, были изготовлены голландским физиком Дреббело. Именно прибор Дреббело впервые, случилось это в 1636 году, был назван «термометром». 

  В начале XVII века в различных странах Европы начались систематические метеорологические измерения. Каждый учёный в тот период использовал свою температурную шкалу, и дошедшие до нас результаты измерений невозможно ни сравнить между собой, ни связать с современными градусами. Понятие градуса температуры и реперных точек температурной шкалы появилось, видимо, в нескольких странах почти одновременно. Мастера наносили  деления «на глазок».

  Одна из первых попыток калибровки и стандартизации термометров была предпринята в 1663 году в Лондоне. Члены Королевского общества согласились использовать один из спиртовых термометров в качестве стандартного и сравнивать с ним показания других термометров. Голландский изобретатель Христиан Гюйгенс в 1665 году предложил использовать температуры таяния льда и кипения воды для создания шкалы температур. Первые внятные метеорекорды были записаны с использованием шкалы Гука–Гюйгенса.

  А принять температуры таяния льда и кипения воды за реперные точки первым предложил математик и физик Карло Ренальдини.

  Безусловно интересный опыт оставил немецкий инженер-механик Отто фон Герике: он соорудил водно-спиртовой прибор, имевшей восемь делений: от «очень холодно» до «очень жарко»... высотой в несколько метров! Размеры сооружения, надо признать, не продвинули термометрию вперед.

  Гигантомания Герике и в наши дни находит последователей. Самый большой в мире термометр высотой 40,8 м  сооружен в 1991 году в США в память о рекордно высокой температуре, достигнутой в Долине смерти в Калифорнии в 1913 году: + 56,7 °С (134 °F).

  Первые точные термометры, вошедшие в широкий обиход, изготовил немецкий физик Даниель Габриель Фаренгейт. Изобретатель владел стеклодувной мастерской и занимался изготовлением точных метеорологических приборов – барометров, альтиметров, гигрометров и термометров. В 1709 году он изготовил спиртовой, а пятью годами спустя – ртутный термометр.

  

  Ртуть оказалась весьма удобным рабочим телом, поскольку имела более линейный ход зависимости объёма от температуры, чем спирт, нагревалась значительно быстрее спирта и могла использоваться при гораздо более высоких температурах. Лишь в области низких температур ртуть (температура замерзания –38,86°С) уступала спирту (температура замерзания –114,1°С).

  Для своих термометров Фаренгейт сначала использовал модифицированную шкалу, принятую датским физиком Олафом Ремером и предложенную Исааком Ньютоном в 1701 году.

  Первоначальные попытки самого Ньютона разработать температурную шкалу оказались наивными и почти сразу были отброшены. За реперные точки предлагалось брать температуру воздуха зимой и температуру тлеющих углей. Затем Ньютон использовал точку таяния снега и температуру тела здорового человека, в качестве рабочего тела – льняное масло, а шкалу (по образцу 12 месяцев в году и 12 часов в сутках до полудня) разбил на 12 градусов.

  В использовании масла Ньютон не был первым: еще в 1688 году французский физик Далансе в качестве реперной точки для калибровки спиртовых термометров применял точку плавления коровьего масла. Если бы этот приём сохранился, Россия и Франция имели бы разные температурные шкалы: и распространенное в России топлёное масло, и знаменитое вологодское масло отличаются по составу от европейских сортов.

  Ремер, как и Ньютон, использовал две реперные точки: нормальную температуру тела человека и температуру таяния льда. Фаренгейт добавил к ним третью точку, которая отвечала наиболее низкой температуре, достигаемой тогда в смеси вода–лед–нашатырь.

  Добившись с помощью своего ртутного термометра значительно более высокой точности измерений, Фаренгейт разделил каждый градус Ремера на четыре и в качестве реперных для своей температурной шкалы принял три точки: температуру солевой смеси воды со льдом (0 °F), температуру тела здорового человека (96 °F) и температуру таяния льда (32 °F), причем последнюю считал контрольной.

  После ряда проб и ошибок Фаренгейт пришел к весьма удобной шкале. Точка кипения воды оказалась равной 212 °F, а весь температурный интервал жидкофазного состояния воды – соответствующим 180 °F. Обоснованием этой шкалы служило отсутствие отрицательных значений градуса.

  Шкала Фаренгейта была принята в качестве официальной во многих странах, лишь нормальная температура человеческого тела была исправлена на 98,6 °F. На сегодня Фаренгейту остались преданы только США, Либерия, Белиз, да такие островные государства как Палау, Багамы и Каймановы острова, остальные страны в 1960-1970-х гг. перешли на использование шкалы Цельсия.

   «Много ртути утекло» с тех пор. Почти трёхсотлетняя эпоха широкого использования ртутных термометров, похоже, скоро закончится из-за токсичности жидкого металла: в европейских странах, где вопросам безопасности людей уделяется всё больше внимания, приняты законы об ограничении и запрещении производства таких термометров.

  Французский ученый-универсал Рене Антуан Фершо Реомюр сделал свой водно-спиртовой термометр в 1730 году. Он, видимо, не был знаком с работами Фаренгейта и предложил новую шкалу. Реперными точками этой 80-градусной шкалы служили температуры таяния льда и кипения воды. Почему деление производилось на 80 интервалов, объясняется так: при нагревании от точки замерзания до точки кипения водно-спиртовой раствор увеличивается в объёме на 80 тысячных своего объёма. Возможно, это связано с использованием в качестве рабочего тела 80-градусного спирта.

  Термометр Реомюра первоначально имел большие размеры и низкую точность, метод его калибровки оказался неудобным, однако шкала была официально принята в России до 1917 года.  

  Французский астроном Жозеф Никола Делиль  разработал шкалу температур, реперными точками которой были температуры тех же фазовых переходов воды, что у Реомюра, только точка кипения принималась за нуль, а точка замерзания – за 150°. Шкала использовалась в России почти столетие, в градусах Делиля измерял температуру М.В.Ломоносов, поменяв местами значения для высшей и низшей реперных точек.

  Когда студент Андерс Цельсий приступил к метеорологическим наблюдениям, существовало множество разнообразных температурных шкал. Возможно, это и заставило астронома и физика обратиться к выбору и обоснованию наиболее надёжной шкалы, правда, произошло это гораздо позже, когда Цельсий стал известным учёным. 

  В 1742 году он описал шкалу, которая делила интервал жидкофазного существования воды на 100 равных градусов. При этом он сначала за нулевую отметку принял точку кипения воды, а за 100 ° – температуру таяния льда. Он не был первым в использовании стоградусной шкалы и, как предполагают, использовал предложение шведского естествоиспытателя Карла Линнея.

  Первый термометр Линнея был создан для наблюдений за растениями в оранжерее ботанического сада г. Упсала. «Наш термометр показывает 0 (ноль) в точке замерзания воды и 100° в точке ее кипения». Среди тех, кому Линней показывал свой термометр, был и профессор М.Стремер. В то время термометры были большой редкостью, и цена каждого доходила до 30 шведских далеров, что было эквивалентно месячному заработку кузнеца или стоимости мушкета. 

  Шкала, предложенная шведскими учеными, оказалась удачной и самой востребованной. Сначала её называли «новой шкалой Цельсия», затем «шкалой Экстрема» и «шкалой Стремера». И лишь в 1948 году с поправкой, что реперной считается тройная точка воды, она была официально названа шкалой Цельсия. Эта шкала постепенно расширяла сферы применения, хотя до 1841 года сохранялось не менее 18 других температурных шкал.  Но в данный момент приоритет именно шкалы Цельсия связан и с её широким распространением по всему миру, и с тем, что эта шкала  применяется в Международной системе единиц (СИ) наряду с градусами Кельвина.