В 1848 году английский физик Вильям Томсон, известный как лорд Кельвин, представил концепцию абсолютной шкалы температур, основой которой послужила температура абсолютного нуля, равная -273,15 °C. Именно при этой температуре становится невозможно любое дальнейшее охлаждение тел, так как все тепловые движения молекул прекращаются.
История создания термометра: как придумали первый градусник?
Итальянский врач, анатом и физиолог Санторио, активно трудившийся в странах Европы, таких как Польша, Венгрия и Хорватия, лечил пациентов и погружался в изучение различных физиологических процессов. Он проводил научные исследования дыхания человека, уровня испарений с поверхности кожи и обмена веществ. Для этого он создавал множество приборов, включая устройство для измерения пульса и весы для отслеживания массы тела. Однако самым заметным из его изобретений стал ртутный термометр, который позволил измерять температуру с высокой точностью.
Три изобретателя
Определить, кто именно был первым изобретателем термометра, достаточно сложно. Это связано с тем, что создание термометра обычно связывают с несколькими выдающимися учеными — Галилеем, Санторио, лордом Бэконом, Робертом Фладду, Скарпи, Корнелием Дреббелем, Порте и Саломоном де Каусом. Одной из главных причин такого явления является то, что множество учёных одновременно занимались разработкой устройства, способного измерять температуру воздуха, воды, почвы и человеческого тела.
Несмотря на отсутствие в собственных трудах Галилея описания термометра, его ученики свидетельствовали о том, что в 1597 году ученый создал термоскоп — устройство, предназначенное для измерения температуры с помощью подъема воды, происходящего благодаря её нагреванию. Термоскоп представлял собой стеклянный шарик, к которому была прикреплена трубка. В отличие от современного термометра, где используется ртуть, в термоскопе Галилея расширялся воздух, и его можно было использовать для оценки лишь относительных изменений температуры, так как шкала в нем отсутствовала.
Санторио из Падуанского университета предложил устройство для измерения температуры человеческого тела, однако оно было достаточно громоздким и часто устанавливалось на улице. Прибор имел форму шара с длинной извивающейся трубкой, по которой можно было наблюдать за уровнем окрашенной жидкости, отображающей показания термометра. Это устройство датируется 1626 годом.
В 1657 году ученые из Флоренции улучшили термоскоп Галилея, добавив к нему шкалу из бусин, что сделало его более точным в измерениях. Следующие бесчисленные попытки усовершенствовать прибор указывали на то, что все созданные термометры использовали воздух, и их показания зависели от атмосферного давления, что создавало дополнительные трудности при измерениях.
Первые термометры с жидкостью были описаны в 1667 году, но имели значительный недостаток: они лопались при низкой температуре, если использовалась вода. Поэтому в процессе разработки термометра стали применять винный спирт. Исследования физика Эванджелиста Торричелли, который был учеником Галилея, привели к созданию термометра, в котором использовалась ртуть. В процессе работы его термометр наполнили ртутью, затем перевернули, добавили подкрашенный спирт в шар и запаяли верх трубки.
Как мерить будем?
Измерение тепла стало серьезным вызовом для группы ученых из Венеции в конце XVI и начале XVII века. Основываясь на научных трудах Герона Александрийского, чей труд «Пневматика» был впервые опубликован на Западе только в 1575 году, ученые начали экспериментировать с растяжением воздуха при нагревании. Первоначально они разработали воздушный термоскоп, который является совместным изобретением таких ученых, как Галилео Галилей, Санторио Санторио, Джованни Франческо Сагредо и других известных ученых того времени.
Следует отметить, что вопрос измерения температуры в тот период интересовал многих исследователей, и схожие инструменты разрабатывались и в других уголках Европы. Чтобы превратить термоскоп в термометр, необходимо было добавить числовую шкалу. Однако, этому предшествовали многочисленные споры о стандартах, так как различные ученые предлагали свои уникальные деления, основанные на различных контрольных точках.
Веское слово ботаника
Только с началом XVIII века ученым удалось договориться о нескольких общих точках отсчета, таких как нормальная температура человеческого тела, температура кипения воды, температура смеси льда с хлоридом аммония и воды и другие, что в конечном итоге привело к разработке нескольких температурных шкал. Самые известные и пользующиеся устойчивым спросом шкалы были созданы Габриелем Фаренгейтом (1686–1736) и Андерсом Цельсием (1701–1744).
Свои спиртовые термометры Фаренгейт изобрел в 1709 году, а ртутный – в 1714 году. В 1724 году он ввел стандартные точки для температурной шкалы, с помощью которой можно было точно фиксировать изменения температуры. На сегодняшний день шкала Фаренгейта, хотя и выглядит несколько неудобной, всё ещё используется только в США.
Шведский математик и астроном Цельсий разработал свою шкалу в 1742 году, где он откалибровал свой термометр, установив 100° на точку замерзания воды и 0° на её точку кипения. В 1745 году, через год после смерти Цельсия, шведский ботаник Карл Линней перевернул шкалу, установив в ней 0° на точку замерзания, а 100° на точку кипения, что стало общепринятой научной температурной шкалой и сохранилось до настоящего времени. На протяжении длительного времени термометр с такой стоградусной шкалой Цельсия назывался просто шведским термометром.
Подписи к слайдам:
Презентация на тему: История изобретения термометров была выполнена учеником МОУ Гимназии №2 10 А класса, Мегаловым Артемом.
Термоскоп, созданный Галилеем в 1592 году, представляет собой небольшой стеклянный шарик, к которому присоединена стеклянная трубка. Тепло подводят к шарикам, а конец трубки опускается в воду. Когда шарик охлаждается, давление внутри него уменьшается, что приводит к подъему уровня воды в трубке под действием атмосферного давления. При повышение температуры уровень воды в трубке снижается. Недостатком устройства было отсутствие шкалы, что позволяло судить лишь об относительной температуре.
Позднее флорентийские учёные улучшили термоскоп Галилея, добавив к нему шкалу и удалив воздух из шарика. В XVII веке этот воздушный термоскоп преобразовали в спиртовой. Итальянский учёный Торричелли, перевернув его, убрал воду из конструкции и заменил её спиртом. Это упростило его использование, так как показания больше не зависели от атмосферного давления.
В 1694 году Карло Ренальдини предложил принять точки состояния некие крайние точки, такие как температура таяния льда и температура кипения воды в качестве основных измерений для шкал.
В 1714 году Д. Г. Фаренгейт изобрел ртутный термометр, где установил три фиксированных точки: 32 °F — температура замерзания солевого раствора, 96 °F — температура тела человека, 212 °F — температура кипения воды. Его термометр использовался в англоязычных странах до 70-х годов 20-го века и продолжает оставаться популярным в США.
Шкала, предложенная французским ученым Реомюром в 1730 году, базировалась на спиртовом термометре и учла закон теплового расширения спирта, основанного на смеси спирта и воды. Он решил использовать шкалу от 0 до 80 градусов, где 0 ° указывал на температуру таяния льда, а 80 ° на температуру кипения воды.
В 1742 году Андерс Цельсий представил шкалу для ртутных термометров, в которой промежуток между крайними точками разделен на 100 градусов. В начале температура кипения воды обозначалась как 0 °, а температура таяния льда как 100 °. Однако эта версия шкалы оказалось не совсем удобной, и в дальнейшем ее поменяли местами, что улучшило usability измерительного прибора.
Различные термометры и шкалы были исследованы и подняты на новый уровень благодаря усилиям таких ученых, как М. В. Ломоносов, который предложил конструкцию жидкостного термометра со шкалой в 150. И. Г. Ламберту также принадлежит создание воздушного термометра со шкалой 375 °, где за один градус принималась одна тысячная часть расширения объема воздуха. Были также попытки создать термометры на основе расширения твердых тел, как, например, работа голландца П. Мушенбурга в 1747 году, который использовал расширение железного бруска для определения температуры плавления различных металлов.
Абсолютная шкала Кельвина. Ранее описанные шкалы были произвольными. В начале XIX века английский ученый лорд Кельвин предложил абсолютную термодинамическую шкалу. Он же обосновал концепцию абсолютного нуля, который означает температуру прекращения молекулярного движения. По шкале Цельсия эта температура равна -273,15 °C.
За несколько веков до современного термометра
Замена спирта на ртуть стала следующим значительным шагом вперед, так как ртуть является отличным проводником тепла, активно реагирует на температурные изменения, не замерзает при низких температурах и не кипит при высоких.
В 1714 году голландец Даниэль Фаренгейт создал современные термометры. На его шкале было обозначено три фиксированные точки:
- Ноль – определяется погружением резервуара в смесь воды со льдом и морской солью;
- Нормальная температура человеческого тела;
- Температура кипения воды.
Шкала Фаренгейта продолжает применяться во многих странах. Также известны термометры Реомюра, которые были популярны в Италии и Франции, но их точность была ниже по сравнению с ртутными приборами.
Шведский ученый Андерс Цельсий последним модифицировал термометр, установив постоянные точки на уровни кипения воды и таяния льда, что разделило их на 100 градусов. В результате, именно его шкала используется повсеместно и по сей день.
Новое изобретение: цифровой термометр
Современные технологии привели к созданию цифровых термометров, которые значительно облегчили процесс измерения температуры. Ртуть, которая является опасным для здоровья элементом, значительно увеличивала время измерений. Новая цифровая гераметрия устраняет эти проблемы, так как она может выполнить измерение всего за несколько минут, а результаты отображаются на экране устройства и сопровождаются звуковым сигналом по окончании измерений.
Возраст цифровых термометров расширяет их функциональные возможности. Эти устройства могут использоваться для измерения температуры под мышкой, во рту, в ухе, а также ректально.
Существуют даже бесконтактные термометры, которые достаточно приложить к лбу для получения точных данных о температуре.
Современные термометры отличаются простотой в использовании и обладают множеством дополнительных функций. Например, некоторые модели могут запоминать несколько последних измерений, отображать данные в виде смайлов, переключаться между режимами °С и °F. Есть детские термометры, стилизованные под забавных животных, а также измерители, встроенные в соски. Дополнительным бонусом является огромное разнообразие моделей, как по функционалу, так и по дизайну, включая возможность синхронизации с мобильными приложениями. Например, устройства Beurer могут взаимодействовать с приложением Beurer HealthManager.
Рентгеновский аппарат
История рентгеновского аппарата начинается в 1895 году, когда немецкий физик Вильгельм Рентген открыл рентгеновское излучение. Он заметил, что рентгеновские лучи, проходя через ткани кисти, оставляют изображение костей на фотопластинке. Рентген стал пионером рентгенодиагностики в медицине.
Исследования на первых рентгеновских аппаратах занимали у него длительное время, поскольку чувствительность пленки была крайне низкой. Эти устройства были довольно громоздкими и внешне напоминали коробку. Позже в конструкции рентгеновских аппаратов были установлены специальные усиливающие экраны, что значительно ускорило процесс получения результатов исследования.
В России развилась сильная школа рентгенологии: первая рентгенологическая клиника была открыта в 1918 году, а через три года рентгеновская диагностика пришла в стоматологию. Советское правительство поддерживало финансирование производства рентгеновских аппаратов, благодаря чему они становились всё более безопасными как для медицинских работников, так и для пациентов.
В наше время рентгенография представляет собой один из основных методов диагностики нарушений в костях и суставах, а также является незаменимым инструментом при обследования легких.
Дефибриллятор
Это медицинское устройство предназначено для проведения электроимпульсной терапии, используемой при серьезных нарушениях сердечного ритма. Дефибриллятор жизненно необходим во время сердечно-легочной реанимации: оно генерирует короткий высоковольтный электрический импульс, вызывая резкое сокращение миокарда. После полной сокращающей активности сердца происходит вероятность восстановления нормального ритма сердечных сокращений.
В 1770-х годах итальянский физик Луиджи Гальвани обнаружил, что воздействие электрических разрядов на сердце лягушки приводит к сокращению сердечной мышцы. В 1788 году английский медик Чарльз Кайт описал процесс реанимации человека с использованием электрических импульсов и искусственного дыхания. Его соотечественник Джон Сноу достиг значительных успехов в реанимации новорожденных с использованием аналогичных способов.
В 1931 году первый аппарат для дефибрилляции был запатентован американским врачом Альбертом Хайменом. Позднее советский ученый Наум Гурвич разработал оптимальные параметры электрического импульса для дефибрилляции, а значительно улучшил устройство ученый из США Пол Золл, который применял метод электростимуляции на открытом сердце.
На основе его открытий американский кардиолог Бернард Лаун в 1962 году изобрел конструкцию, похожую на современный дефибриллятор. Его устройство было портативным и весило 17 килограммов, обеспечивая импульс с энергией 100 джоулей для применения на открытом сердце и регулируемый импульс в диапазоне 200-400 джоулей для работы через закрытую грудь. На данный момент современные дефибрилляторы весят около 6 килограммов и способны выдавать до 350 джоулей на самом высоком уровне разряда.
Фото: globallookpress.com /Stewart Goldstein; unsplash.com /Raghavendra v Konkathi, Matteo Fusco, Markus Frieauff, Jonathan Borba
