Εξηγεί η φυσικός Λία Καραμπατέα.
Καλοκαίρι λοιπόν, και πάει διακοπές η στήλη των ερωτημάτων για να ξεκουραστεί… Πριν φύγει, σας αφήνει με ένα τελευταίο ερώτημα. «Η θερμοκρασία στη Βόρειο Ελλάδα θα κυμανθεί στους 30 με 32ο C, ενώ νοτιότερα ο υδράργυρος θα ανέβει μέχρι και τους 35ο C». Κλισέ, καθημερινές φράσεις στην πρόγνωση του καιρού, αλλά και όχι μόνο μιας που θερμόμετρα θα συναντήσει κανείς σε επιγραφές του δρόμου, στο καντράν του αυτοκινήτου του, αλλά και στο δεξί συρτάρι του κομοδίνου του όταν ανεβάσει πυρετό.
Τι ακριβώς λοιπόν είναι ένα θερμόμετρο και με ποιον τρόπο σχετίζεται με τη θερμοκρασία του
περιβάλλοντός του ώστε να μας δίνει την αντίστοιχη πληροφορία…; Τι σημαίνει όταν λέμε 30,32,35ο C…;
Κάποια στιγμή πολύ παλιότερα στα χρονικά, είχε κριθεί πλέον αναγκαίο να βρεθεί ένας τρόπος με τον οποίο να προσδιορίζεται επακριβώς η θερμοκρασία ενός σώματος. Η σκέψη που υπήρξε ήταν η κατασκευή θερμομετρικών κλιμάκων οι οποίες θα βρίσκονται σε ευθεία εξάρτηση με χαρακτηριστικές ιδιότητες των εκάστοτε σωμάτων, αλλά και μεταβολές των ιδιοτήτων αυτών. Ανάλογα λοιπόν τη φύση του σώματος, η μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης όταν επρόκειτο για μέταλλα, οι σχηματικές μεταβολές, συστολές – διαστολές, αλλά και οι αυξομειώσεις στις πιέσεις αερίων σταθερού όγκου, άρχισαν να σχετίζονται μέσω μαθηματικών τύπων με τις αυξομειώσεις της θερμοκρασίας.
Όπως εύκολα μπορεί να αναλογιστεί κάποιος, έπρεπε τώρα πουείχε βρεθεί ο τρόπος, να γίνει και η κατάλληλη «συνέννοηση» για την κλίμακα η οποία θα μετράει τις μεταβολές αυτές. Έτσι άρχισαν να δημιουργούνται διάφορες θερμομετρικές κλίμακες, με βάση τις προαναφερθείσες ιδιότητες αλλά και στηρίζομενες σε (κατά κάποιον τρόπο) αυθαίρετα παγκόσμιες «συμφωνίες» για να λειτουργήσουν. Ο Σουηδός Άντερς Κέλσιος (Anders Celsius), ήταν αυτός που πρότεινε μια τέτοια κλίμακα προτείνοντας ως σημείο αναφοράς το νερό. Έτσι δημιούργησε μια εκατοντάβαθμη κλίμακα, η οποία βασιζόταν στην αυθαίρετη εκλογή του σημείου 0 σαν σημείο πήξεως του νερού (πάγος), και στο σημείο 100 σαν σημείο βρασμού του νερού. Νομίζω έχετε τώρα μια ιδέα για το τι εννοούμε πως ήταν αυτές οι «αυθαίρετες» συμφωνίες…
Πριν από τον Κέλσιο βέβαια, είχε προηγηθεί η προσπάθεια του Φάρεναϊτ, ο οποίος έφτιαξε το πρώτο θερμόμετρο υδραργύρου (έχοντας επιχειρήσει πρώτα με θερμόμετρο οινοπνεύματος). Αυτός είχε επιλέξει το σημείο 32 σαν σημείο πήξεως του νερού και το σημείο 212 σαν σημείο εξαέρωσής του (ατμός).
Η κλίμακα που υιοθετήθηκε επίσημα ήταν αυτή του Λόρδου Κέλβιν, περί το 1848. Ήταν η κλίμακα της απόλυτης θερμοκρασίας, η οποία πήρε και το όνομά του. Αυτό που πρότεινε σε αυτήν την κλίμακα ο Κέλβιν είναι τα φυσικά χαρακτηριστικά ενός σώματος να θεωρούνται ανεξάρτητα από τις μεταβολές της θερμοκρασίας του, λέγοντας δηλαδή με αυτόν τον τρόπο ότι μια μοναδιαία μεταβολή της θερμοκρασίας θα είχε την ίδια μηχανική επίδραση σε κάθε σώμα ασχέτως της φυσικής τους κατάστασης ή διαφορετικής θερμοκρασίας στην οποία βρίσκεται. Σε αυτήν την κλίμακα, το νερό γίνεται πάγος στους 273Κ, ενώ βράζει στους 373Κ. Το σημείο 0Κ, είναι το απόλυτο μηδέν, εκεί δηλαδή όπου σταματά εντελώς η θερμική κίνηση των ατόμων/μορίων. Αντιστοιχίζοντας με Τ τις θερμοκρασίες Κ (Kelvin) και με Θ τις θερμοκρασίες C (Celsius) , η σχέση που συνδέει τις τιμές τους είναι η εξής απλή: Τ=273+Θ.
Ίσως είναι λοιπόν κάπως πιο ευκολονόητο τώρα, το πώς δουλεύει το κοινό θερμόμετρο υδραργύρου. Αν και δε χρησιμοποιείται πλέον καθώς αντικαθίσταται με καινούρια ψηφιακά θερμόμετρα, όλοι μας είμαστε εξοικειωμένοι με τη μορφή του. Το γυάλινο αυτό θερμόμετρο λοιπόν, περιέχει έναν ακόμη στενότερο σωλήνα, ο οποίος στην κατάληξή του συνδέεται με ένα μικρό δοχείο στο οποίο περιέχεται υδράργυρος. Όταν ο υδράργυρος αρχίσει να ζεσταίνεται θα αρχίσει και να διαστέλλεται, οπότε και να ανεβαίνει κατά μήκος του σωλήνα. Αντίστοιχα, θα συσταλεί και θα κατέβει με πτώση της θερμοκρασίας. Ο υδράργυρος γίνεται στερεός στους -39ο C, και βράζει στους 357ο C, οπότε αυτό είναι και το εύρος των θερμοκρασιών στις οποίες μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Τα κλασικά ιατρικού σκοπού θερμόμετρα βέβαια δεν αγγίζουν καν αυτό το εύρος, αφού είναι σχεδιασμένα με βάση τις ανάγκες και θερμοκρασίες του ανθρωπίνου σώματος, οπότε και μπορούν να κυμανθούν μεταξύ 35 και 42ο C.
Υπάρχουν βέβαια και κατάλληλα θερμόμετρα εδάφους, ηλεκτρικά θερμόμετρα (που συνήθως συνβοηθιούνται από γαλβανόμετρα), μεταλλικά θερμόμετρα κ.ο.κ.
Ιστορικά να πούμε ότι πρώτοι φαίνεται να είχαν ασχοληθεί με τα θερμοσκόπια, όπως τα είχαν ονομάσει, οι αρχαίοι Έλληνες Ήρωνας και Φίλωνας. Ωστόσο, επίσημα πιο πολύ αναγνωρίζεται η πρώτη προσπάθεια αρκετά μεταγενέστερα στο Γαλιλαίο.
Κάπου εδώ σας αφήνω… Στο φετινό «ταξίδι» της Φυσικής ανεβήκαμε σε αεροπλάνα, μπήκαμε σε καράβια, είδαμε από πολύ κοντά τα παγάκια και παρατηρήσαμε τα αστέρια του ουρανού. Ασχοληθήκαμε με έννοιες όπως το φως αλλά και με πιο απλά καθημερινά φαινόμενα και λειτουργίες όπως ένας υπέρηχος. Ελπίζω να τα βρήκατε όλα ενδιαφέροντα. Κάντε μια καλή επανάληψη και μετά το καλοκαίρι επιστρέφουμε για τη συνέχεια… Καλές βουτιές!
Καραμπατέα Λία
Φυσικός Α.Π.Θ.
Φωτογραφικό υλικό
