Ртуть в стекле или ртути термометр был изобретен физик Габриель Фаренгейт в Амстердам (1714). [1] Он состоит из колбы, содержащей ртуть, прикрепленной к стеклянной трубке узкого диаметра; объем ртути в трубке намного меньше объема в колбе. Объем ртути незначительно изменяется с температурой; небольшое изменение объема заставляет узкий столб ртути подниматься по трубке относительно далеко. Пространство над ртутью может быть заполнено газообразным азотом или оно может находиться под давлением ниже атмосферного, т.е. при частичном вакууме .
Для калибровки термометра колба должна достигать теплового равновесия с эталоном температуры, таким как смесь льда / воды, а затем с другим эталоном, например, вода / пар, и трубка делится на равные промежутки между фиксированными точками. . В принципе, можно ожидать , что термометры, изготовленные из разного материала (например, цветные спиртовые термометры ), будут давать разные промежуточные показания из-за разных свойств расширения; на практике используемые вещества выбираются так, чтобы они имели приемлемые характеристики линейного расширения в зависимости от термодинамической температуры и, таким образом, давали аналогичные результаты.
В первые десятилетия 18 века в Голландской республике Даниэль Фаренгейт [1] совершил два революционных прорыва в истории термометрии . Он изобрел стеклянный ртутный термометр (первый широко используемый, точный, практичный термометр) [2] [3] и шкалу Фаренгейта (первая широко используемая стандартизованная шкала температур). [2] Применение ртути (1714 г.) и шкалы Фаренгейта (1724 г.) для жидкостных стеклянных термометров открыло новую эру точности и точности в термометрии., и по сей день (по состоянию на 1966 год) считается одним из самых точных доступных термометров. [4]
История [ править ]
Термометр использовался создателями шкал Фаренгейта и Цельсия .
Шведский ученый Андерс Цельсий разработал шкалу Цельсия, которая была описана в его публикации «Происхождение температурной шкалы Цельсия» в 1742 году.
Для определения шкалы Цельсия использовались две фиксированные температурные точки: температура таяния льда и температура кипящей воды, обе при атмосферном давлении стандартной атмосферы . Это была не новая идея, поскольку Исаак Ньютон уже работал над чем-то подобным. Отличие Цельсия заключалось в использовании условия плавления, а не замораживания. Эксперименты по достижению хорошей калибровки его термометра длились 2 зимы. Выполняя один и тот же эксперимент снова и снова, он обнаружил, что лед всегда тает на одной и той же калибровочной отметке на термометре. Он нашел аналогичную фиксированную точку при калибровке кипящей воды и водяного пара.(когда это будет сделано с высокой точностью, будет наблюдаться изменение атмосферного давления; Цельсий это заметил). В тот момент, когда он вынул градусник из пара, уровень ртути немного поднялся. Это было связано с быстрым охлаждением (и сжатием) стекла.
Когда Цельсий решил использовать свою собственную температурную шкалу, он первоначально определил свою шкалу «вверх ногами», то есть он решил установить точку кипения чистой воды на уровне 0 ° C (212 ° F) и точку замерзания на уровне 100 ° C ( 32 ° F). [5] Год спустя француз Жан-Пьер Кристен предложил инвертировать шкалу с точкой замерзания 0 ° C (32 ° F) и точкой кипения 100 ° C (212 ° F). [6] Он назвал его по Цельсию (100 градусов).
Наконец, Цельсий предложил метод калибровки термометра:
- Поместите цилиндр термометра в тающий лед из чистой воды и отметьте точку, в которой жидкость в термометре стабилизируется. Эта точка является точкой замерзания / оттаивания воды.
- Таким же образом отметьте точку, в которой жидкость стабилизируется, когда термометр помещен в кипящий водяной пар.
- Разделите длину между двумя отметками на 100 равных частей.
Эти точки подходят для приблизительной калибровки, но обе зависят от атмосферного давления. В настоящее время вместо точки замерзания используется тройная точка воды (тройная точка находится при 273,16 кельвина (K), 0,01 ° C).
Третий пункт, как указано выше, является спорным, поскольку здесь речь идет не о математике, а о физическом явлении (расширения / сжатия вещества с температурой), таким образом, делает ли вышеупомянутое деление на 100 (или любое другое число) равных частей физический смысл? Или, другими словами, если шкала действительно линейна между двумя вышеупомянутыми точками. Этот вопрос должен был быть и был проверен экспериментально - с помощью газового термометра .
До открытия истинной термодинамической температуры термометр определял температуру; Термометры, изготовленные из разных материалов, будут определять разные температурные шкалы (цветной спиртовой термометр будет давать немного другие показания, чем ртутный термометр, скажем, на половине шкалы). На практике несколько материалов давали очень похожие температуры друг другу и термодинамической температуре, когда последняя была открыта.
Максимальный термометр [ править ]
Один особый вид стеклянного ртутного термометра, называемый максимальным термометром, работает за счет сужения шейки рядом с колбой. При повышении температуры ртуть выталкивается вверх через сужение за счет силы расширения. Когда температура падает, столб ртути разрывается в месте сужения и не может вернуться в колбу, оставаясь неподвижным в трубке. Затем наблюдатель может определить максимальную температуру за установленный период времени. Для сброса термометра его нужно резко повернуть. Эта конструкция используется в медицинском термометре традиционного типа .
Максимальный минимум термометра [ править ]
Термометр максимального минимума, также известный как термометр Шестого , представляет собой термометр, который регистрирует максимальные и минимальные температуры, достигнутые за период времени, обычно за 24 часа. Оригинальный дизайн содержит ртуть, но исключительно как способ указать положение столбика спирта, расширение которого указывает на температуру; это не термометр, работающий от расширения ртути; Доступны безртутные версии.
Физические свойства [ править ]
Ртутные термометры охватывают широкий диапазон температур от -37 до 356 ° C (от -35 до 673 ° F); Верхний температурный диапазон прибора может быть расширен за счет введения инертного газа, такого как азот. Это введение инертного газа увеличивает давление на жидкую ртуть и, следовательно, ее точку кипения повышается, это в сочетании с заменой стекла Pyrex плавленым кварцем позволяет расширить верхний температурный диапазон до 800 ° C (1470 ° F).
Ртуть нельзя использовать ниже температуры, при которой она становится твердой , −38,83 ° C (−37,89 ° F). Если термометр содержит азот, газ может стекать в колонку, когда ртуть затвердевает, и задерживаться там при повышении температуры, делая термометр непригодным для использования до тех пор, пока он не будет возвращен на завод для ремонта. Чтобы избежать этого, некоторые метеорологические службы требуют, чтобы все стеклянные ртутные термометры приносили в помещение, когда температура опускается до -37 ° C (-35 ° F).
Для измерения более низких метеорологических температур можно использовать термометр, содержащий сплав ртути с таллием, который не затвердевает, пока температура не упадет до -61,1 ° C (-78,0 ° F).
Поэтапный отказ [ править ]
По состоянию на 2012 год [Обновить]в метеорологии используется много стеклянных ртутных термометров ; однако они становятся все более редкими для других целей, поскольку многие страны запретили их использование в медицинских целях из-за токсичности ртути. Некоторые производители используют галинстан , жидкий сплав галлия , индия и олова , в качестве замены ртути.
Типичный «термометр для лихорадки» содержит от 0,5 до 0,3 г (от 0,28 до 0,17 драхм ) элементарной ртути. [7] [8] Проглатывание такого количества ртути не представляет большой опасности, но вдыхание паров может привести к проблемам со здоровьем. [9]
Список стран с правилами или рекомендациями по ртутным термометрам [ править ]
Аргентина [ править ]
В феврале 2009 года министерство здравоохранения Аргентины в резолюции 139/09 предписало всем медицинским центрам и больницам покупать безртутные термометры и измерители артериального давления и призвало стоматологов , медицинских техников и специалистов по гигиене окружающей среды начать устранение этого токсина. [11] По состоянию на 2020 год [Обновить]ртутные термометры все еще продавались населению в аптеках .
Австрия [ править ]
В соответствии с Федеральным планом по обращению с отходами на 2006 год были приняты меры по добровольному возврату термометров, содержащих ртуть, которые проводились в тесном сотрудничестве между Палатой фармацевтов Австрии (Österreichische Apothekerkammer) и Федеральным министерством окружающей среды., частный переработчик мусора, производитель электронных термометров и фармацевтический дистрибьютор. Компания по утилизации предоставила каждой аптеке (примерно 1 200) мусорное ведро и покрыла расходы на утилизацию. Фармацевтический дистрибьютор покрыл логистические расходы по распределению термометров. Аптеки приняли возмещение всего в размере 0,50 евро за каждый термометр (что намного ниже их нормальной нормы). Поставщик предоставил термометры по сниженной цене. Федеральное министерство поддержало каждый проданный термометр (покрывая около 30% прямых затрат) и рекламировало проект. В период сбора потребители могли принести ртутный термометр и купить электронный термометр по субсидированной цене в 1 евро. С октября 2007 г. по январь 2008 г. около 465 человек.Было продано 000 электронных термометров и было собрано около одного миллиона ртутных термометров (вместе содержащих около 1 тонны ртути).[12]
Филиппины [ править ]
В соответствии с административным приказом Министерства здравоохранения Филиппин от 2008-0221 все ртутное оборудование из больниц, включая ртутные стеклянные термометры, будет выведено из эксплуатации на Филиппинах к 28 сентября 2010 года. Еще до того, как приказ был опубликован, 50 больниц уже запретили ртуть на своих предприятиях. Среди этих пятидесяти больниц Филиппинский кардиологический центр был первым, кто сделал это. Сан - Хуан де Диос больницы , филиппинские Детский медицинский центр , Лазаро больница Сана - , Оспитали нг Muntinlupa , Lung центр на Филиппинах , то Национальные почки и трансплантационной институт ,Адвентистский медицинский центр Манилы и больница Лас-Пиньяс также предприняли шаги по запрету токсичного химического вещества. Страна была первой, кто сделал шаг к запрету использования ртути в своей системе здравоохранения в Юго-Восточной Азии . [13] [14]
Соединенное Королевство [ править ]
С момента вступления в силу директивы Европейского Союза 2007/51 / EC 3 апреля 2009 года Агентство по охране здоровья Великобритании (HPA) сообщило, что ртутные термометры больше не могут продаваться населению. Магазины, в которых имелись запасы непроданных термометров, были вынуждены изъять их из продажи; ртутные термометры, приобретенные до этой даты, можно было использовать без юридических последствий. Целью этих ограничений является защита окружающей среды и здоровья населения путем уменьшения количества сбрасываемых ртутных отходов. [15] В 2007 году HPA выпустило руководство по устранению небольших разливов ртути. [16]
Соединенные Штаты [ править ]
В США и Американская академия педиатрии [17], и Агентство по охране окружающей среды США [18] рекомендуют использовать дома альтернативные термометры. [17]
См. Также [ править ]
- Зонд ртути , электрическое зондирование образца для определения электрических характеристик
- Ртутный выключатель , электрическая схема, двухпозиционный выключатель с использованием элемента ртути
- Поворотный коллектор ртутный , электрическая схема, токовый переключатель на элементе ртуть
- Турбина на парах ртути , роторный двигатель для производства электроэнергии из паров ртути
Ссылки [ править ]
- ^ Б Габриель Фаренгейт родился в Данциге (Гданьске), затем преимущественно немецко-говорящий город в Поморском воеводстве на Посполитой . Позже в возрасте 15 лет он переехал в Голландскую республику , где провел остаток своей жизни (1701–1736).
- ^ a b Болтон, Генри Кэррингтон : эволюция термометра, 1592–1743 . ( Истон, Пенсильвания: Химическая издательская компания, 1900). Генри Кэррингтон Болтон (1900): «[...] Происхождение главного изобретения иногда скрывается из-за неспособности первооткрывателя определенно заявить о продукте своего вдохновения из-за того, что он сам не осознавал его высокую важность и Его полезность.Задача набросок происхождения термометра сопряжена с аналогичными трудностями; настоящий изобретатель известен только из вторых рук, его развитие от грубой игрушки до точного инструмента заняло более века, а его ранняя история обременены ошибочными заявлениями, которые повторяются с таким догматизмом, что получили ложную печать авторитета ".
- ^ Кнаке, Мария (апрель 2011). «Анатомия жидкостного стеклянного термометра» . AASHTO re: source, ранее AMRL (aashtoresource.org) . Проверено 4 августа 2018 .
На протяжении десятилетий ртутные термометры были основой многих испытательных лабораторий. При правильном использовании и правильной калибровке некоторые типы ртутных термометров могут быть невероятно точными. Ртутные термометры можно использовать в диапазоне температур от -38 до 350 ° C. Использование ртутной таллия смеси может расширить низкотемпературное удобство ртутных термометров до -56 ° C. (...) Тем не менее, было обнаружено, что мало жидкостей имитируют термометрические свойства ртути в повторяемости иТочность в измерении температуры . Хотя это может быть токсично, когда дело доходит до термометров LiG [Liquid-in-Glass], ртуть по-прежнему трудно превзойти.
- ^ Григулл, Ульрих (1966). Фаренгейт, пионер точной термометрии . (Материалы 8-й Международной конференции по теплообмену, Сан-Франциско, 1966 г., том 1, стр. 9–18.)
- ^ "Андерс Цельсий 1701–1744" . Астрономическая обсерватория: История . Уппсальский университет.
- ^ Смит, Жаклин (2009). «Приложение I: Хронология» . Факты в файловом словаре погоды и климата . Издание информационной базы. п. 246. ISBN. 978-1-4381-0951-0.
1743 г. Жан-Пьер Кристен переворачивает фиксированные точки шкалы Цельсия, чтобы получить шкалу, используемую сегодня.
- ^ "Термометры и термостаты: термометры лихорадки" . Ртуть и окружающая среда: продукты, содержащие ртуть . Окружающая среда Канады. 2010-06-03.
- ^ «Меркурий: термометры» . Агентство по охране окружающей среды США.
* оральные / ректальные / детские термометры, содержащие около 0,61 грамма ртути;
и
* термометры базальной температуры, содержащие около 2,25 грамма ртути.
- ^ «Ртуть и здоровье человека» . Здоровый образ жизни: это ваше здоровье: окружающая среда . Министерство здравоохранения Канады. 2009-03-02. Архивировано из оригинала на 2006-12-19.
- ^ «Национальные положения, сообщенные государствами-членами относительно: Директивы 2007/51 / EC Европейского парламента и Совета от 25 сентября 2007 г., вносящей поправки в Директиву Совета 76/769 / EEC, касающуюся ограничений на маркетинг определенных измерительных устройств, содержащих ртуть» . EUR-Lex. 72007L0051.
- ^ Газета Кларин, Аргентина начинает прощаться с ртутными термометрами, 14/04/11 (на испанском языке)
- ^ UNEP (DTIE) / Mercury / WG / 1 / INF / 3 Проект технических руководящих принципов экологически обоснованного регулирования ртутных отходов, 2010 г. Архивировано 14 апреля 2010 г. на Wayback Machine
- ^ http://zerowastepilipinas.files.wordpress.com/2009/12/01_faye-ferrer.pdf
- ↑ Салазар Т (13 сентября 2008 г.). «Больницы РС должны постепенно отказаться от устройств, содержащих ртуть» . Philippine Daily Inquirer . Архивировано из оригинала на 2008-10-24.
- ^ Отчет Агентства по охране здоровья Великобритании о химических опасностях и ядах, Отдел химических опасностей и ядов, январь 2010 г. Выпуск 16, стр. 6: Предотвращает ли веб-сайт Агентства по охране здоровья вред от поломки ртутных термометров? Архивировано 3 декабря 2013 года на Wayback Machine.
- ^ HPA: Ртуть в жилых помещениях: пошаговое руководство по устранению разливов. 2007, обновлено 6 августа 2009 г. Архивировано 3 декабря 2013 г. в Wayback Machine.
- ^ a b Goldman LR; Шеннон MW; Комитет по гигиене окружающей среды (июль 2001 г.). «Технический отчет: ртуть в окружающей среде: значение для педиатров» . Педиатрия . 108 (1): 197–205. DOI : 10.1542 / peds.108.1.197 . PMID 11433078 .
- ^ «Вещи нагреваются с ртутью в термометрах» . Охрана здоровья детей . Агентство по охране окружающей среды США.
