Žmonių noras pamatuoti temperatūrą gal ir labai senas, bet galimybės ilgą laiką buvo labai ribotos. Ilgai žmonės net nežinojo, kas ta temperatūra, kaip ją apibūdinti. O kai sužinojo, pradėjo kurti termometrus, temperatūros skales. Temperatūros skalių buvo prikurta nemažai, tačiau dabar naudojamos tik kelios. Keisčiausia iš visų temperatūros skalių turbūt yra Farenheito. Amerikiečiams ji tinka, europiečiams neprilipo, nors tas vyrukas buvo kilęs iš Gdansko, o vėliau gyveno ir dirbo Amsterdame. Mes, senojo žemyno gyventojai, pasirinkome paprastesnę ir kur kas suprantamesnę Celsijaus temperatūrų skalę. Vienas didžiausių temperatūrų skalių kūrėjų galvos skausmų – prie ko prisirišti. Kas turėjo būti 0, o kas kitas, aukštesnės temperatūros taškas, kokia jo reikšmė. Mūsų naudojamos Celsijaus skalės prisirišimo taškai labai aiškūs: 0 yra vandens virtimo ledu temperatūra, 100 – vandens virimo temperatūra. Tokius atskaitos taškus siūlė naudoti ne tik Celsijus, bet ir kiti mokslininkai, bandę sudaryti temperatūrų skales anksčiau nei Celsijus. Bet Farenheitas viską sukniso, nes jam kaip atskaitos taškai rūpėjo visai kiti dalykai.
Pradžia
Nyderlandų matematikas, fizikas ir astronomas Kristianas Heigensas (Christiaan Huygens) atrado daug įdomių dalykų ir mokslo labui labai rimtai padirbėjo. Pavyzdžiui, 1657 metais jis aprašė savo išradimą – laikrodį su švytuokle. Tais pačiais metais, išleidęs veikalą apie skaičiavimus azartiniuose žaidimuose, jis buvo vienas tų, kurie padėjo pagrindus tikimybių teorijai. Bet mūsų nagrinėjamai temai Kristianas Heigensas pasitarnavo tuo, kad nustatė, jog vandens virimo ir užšalimo temperatūros yra pastovios. Deja, šio savo atradimo jis nepritaikė sudarydamas termometrų skales.
Kiek vėliau, 1694 metais, Karlas Renaldinis (Carlo Renaldini) kaip svarbiausius termometro skalės taškus pasiūlė vandens užšalimo ir virimo temperatūras. Išmintingas pasiūlymas, ar ne? Tačiau tuo beveik niekas nesusidomėjo. Termometrų skales to meto mokslininkai kūrė laisvai. Taip, kaip kam šaudavo į galvą.
Niutonas ir Reomiuras
1701 metais savo termometrą pristatė Izaokas Niutonas (Isaac Newton). Straipsnyje „Šilumos ir šalčio laipsnių skalė“ jis aprašė termometrą, į kurio vamzdelį buvo pripilta aliejaus. Niutonas matė, kaip aliejus kylant temperatūrai plečiasi ir pagal tai vandens užšalimo tašką prilygino 0, žmogaus kūno temperatūrą – 12, vandens virimo temperatūrą – 34, alavo lydymosi temperatūrą – 72 laipsniams. Svarbiausieji termometro taškai Niutonui buvo vandens užšalimo ir žmogaus kūno temperatūros.
O prancūzų mokslininkas Rene Reomiuras (Rene Antoine de Reaumur), kitaip nei Izaokas Niutonas, tyrinėjo ne aliejų, o spiritą ir nustatė, kad jei spiritas atšaldomas iki tokios temperatūros, kai vanduo virsta ledu, o tada spiritas kaitinamas iki tokios temperatūros, kol užverda, spirito tūris padidėja 8 procentais. Taigi 1730 metais Reomiuras pasiūlė temperatūrų skalę, kurioje vandens užšalimo temperatūra buvo 0, o spirito virimo temperatūra – 80. Galima sakyti, kad Reomiuras sukūrė kažką labai panašaus į tai, ką mes naudojame šiais laikais matuodami temperatūrą. Tiesa, Reomiuras apskaičiavo, kad pagal jo skalę vandens virimo temperatūra yra 108. Prancūzijoje tais laikais Reomiuro skalė buvo pripažinta oficialia, bet buvo nustatyta, kad vandens virimo temperatūra yra 110 Reomiuro laipsnių.
Kad Danijoje būtų tik teigiama temperatūra
Bet grįžkime į 1701 metus, kai Izaokas Niutonas aprašė savo temperatūrų skalę. Tais pačiais metais Danijos mokslininkas Ole Riomeris (Ole Christensen Romer), garsus tuo, kad 1676 metais pirmasis pasaulyje išmatavo šviesos greitį, pristatė savo temperatūrų skalę. Istorija pasakoja, kad Ole Romeris nemėgo užrašinėti neigiamų temperatūrų, todėl sukūrė tokią skalę, kuria naudojantis temperatūra Danijoje nebūtų žemesnė nei nulis. Jo skalėje nulis buvo tokia temperatūra, kuriai esant užšąla vandens ir druskos tirpalas (pagal mūsų skalę – 14 laipsnių šalčio). Vandens virimo temperatūra pagal Ole Riomerį buvo 60 laipsnių, o vandens užšalimo temperatūra – 7,5 laipsnio. Žodžiu, nei penki, nei dešimt.
Ole Riomerio temperatūrų skalė nebenaudojama, tačiau 1708 metais šį mokslininką aplankė Gabrielius Farenheitas (Daniel Gabriel Fahrenheit). Pastarajam, matyt, patiko Ole Riomerio temperatūrų skalė, bet jis nusprendė ją patobulinti. Ir patobulino taip, kad dabar didesnė pasaulio dalis, temperatūrą matuojanti Celsijaus laipsniais, nesupranta, kas yra tie Farenheitai, kodėl JAV, Bahamai, Belizas, Palau ir Kaimanų salos jais matuoja temperatūrą, ir kaip tą nesusipratimą konvertuoti į puikiai mums suprantamus Celsijaus laipsnius? Bet reikia pasakyti, kad tais laikais ir Europoje ilgą laiką temperatūra buvo matuojama Farenheito skale, tik gerokai vėliau buvo pereita prie Celsijaus skalės.
Farenheito painiava
Kalbant apie dabartiniame Lenkijos mieste Gdanske gimusį ir vėliau į Nyderlandus gyventi ir dirbti persikrausčiusį Gabrielių Farenheitą, būtina pasakyti, kad šis žmogus išrado gyvsidabrio termometrą. Iš pradžių Farenheitas naudojosi termometrais, kurių vamzdeliai būdavo pripildomi spirito, bet vėliau suprato, kad kur kas didesnį tikslumą užtikrina tokie termometrai, kurių vamzdeliuose yra gyvsidabris. Idėja virto kūnu – taip atsirado gyvsidabriniai termometrai.
Gabrieliui Farenheitui patiko Danijos mokslininko Ole Riomerio idėja nuliu laikyti kažkokio tirpalo užšalimo temperatūrą. Taigi nulio idėją jis jau turėjo, tai buvo, kaip teigia rimti leidiniai, vandens ir amonio chlorido mišinio užšalimo temperatūra. Farenheito nulis pagal mūsų Celsijaus skalę yra 17,7 laipsniai šalčio, teigi keliais laipsnis „šaltesnis“ nei Ole Riomerio nulis.
Lenkai, nes Farenheitas kilęs iš Gdansko, pasakoja istoriją, kad kaip nulį Farenheitas pasirinko 1708–1709 metų žiemos žemiausią temperatūrą Gdanske. Neva tai buvo labai šalta žiema tuose kraštuose, o žemiausią temperatūrą Farenheitas pasirinko todėl, kad užrašant oro temperatūrą nereiktų naudoti neigiamų skaičių. Ar tai gali būti tiesa? Nemanau. Tai tik mitas, nes iš esmės Farenheitas vadovavosi Ole Riomerio idėjomis, jam nulį reikėjo paprasčiausiai „pritempti“ prie savo sukurtos skalės.
Tačiau Farenheitui nepatiko pernelyg stambi skalė: Ole Riomerio nulį (–14 laipsnių Celsijaus) ir vandens virimo temperatūrą skyrė tik 60 Riomerio laipsnių. Taigi Gabrielius Farenheitas visą Riomerio skalę padaugino iš 4, o paskui dar šiek tiek pakoregavo. Ir kas išėjo? Mūsų nulis, t. y. temperatūra, kai vanduo virsta ledu, pagal Farenheitą yra 32 laipsniai. Žmogaus kūno temperatūra – 96 laipsniai. Farenheitui buvo labai svarbu, kad du pagrindinius jo skalės atraminius taškus – vandens užšalimo temperatūrą ir žmogaus kūno temperatūrą – skirtų 64 laipsniai. Tai skaičius, kurį perpus galima dalyti 6 kartus. Taigi buvo lengva sugraduoti tuometinius termometrus, jų skales kelis kartus dalijant į dvi dalis.
Serganti Farenheito žmona
Kartais teigiama, kad Farenheito skalė, kaip ir Celsijaus, yra pririšta prie vandens būsenos pasikeitimų, bet taip nėra. Pagal Farenheitą vanduo užšąla esant 32 laipsniams, o užverda esant 212 laipsnių. Svarbiausi Farenheito skalės kūrimo taškai buvo pasirinkti vadovaujantis ne kažkodėl keistu, mūsų supratimu, kriterijumi pasirinktas nulis, bet vandens užšalimo ir žmogaus kūno temperatūra. Dėl to ir kyla visa painiava, nes pagal Celsijaus sistemą žmogaus kūno temperatūra nėra lygus skaičius: dažniausiai nurodoma, kad vidutinė žmogaus kūno temperatūra yra 36,7 laipsnio. Štai dėl ko Farenheito nulis, pavertus Celsijaus sistema, yra ne lygus skaičius, o 17,7.
Beje, normali žmogaus kūno temperatūra pagal Farenheitą yra ne minėti 96, o 98 laipsniai. Šiuo klausimu yra sukurta ir viena legenda, kuri neva paneigia skaičiaus 64 praktiškumą ir pasakoja, kad Farenheitas negalvojo apie kažkokį skaičių 64, o žmogaus kūno temperatūrą norėjo prilyginti 100 laipsnių. Taigi jis pamatavo savo žmonos temperatūrą, bet nežinojo, kad ji tuo metu šiek tiek karščiavo. Todėl žmonos temperatūros parodymus mokslininkas užfiksavo kaip 100 laipsnių. Ir tik vėliau paaiškėjo, kad sveiko žmogaus temperatūra yra mažesnė. Bet tai – tik legendos. Naivu manyti, kad toks mokslininkas kaip Farenheitas apsiribos tik vieno žmogaus temperatūros matavimu gan trumpą laiką.
Ir vis tik turime pripažinti, kad Farenheitas viską sukniso, pasirinkęs savitus atskaitos taškus ir Farenheito skalės gradaciją, kurios idėja atsirado bandant sujungti tą vandens užšalimo temperatūrą su žmogaus kūno temperatūra ir nulį nukelti taip, kad gyvenant Vakarų Europos kraštuose oro temperatūros nereiktų rašyti neigiamais skaičiais.
Bet jis nebuvo vienintelis. Buvo ir daugiau keistų temperatūrų skalių. Beje, kartai teigiama, kad Farenheito temperatūrų skalė yra labai patogi tuose kraštuose, kur nėra labai šaltų žiemų. Gal todėl Bahamai, Belizas, Palau ir Kaimanų salos ir naudoja šią temperatūrų skalę?
Delilio ir Rankino skalės
Jei temperatūrą reiktų matuoti pagal Delilio skalę, tai dabar dažniausiai operuotume tik neigiamais skaičiais. Nes prancūzų astronomas Jozefas Delilis (Joseph-Nicolas De L'Isle), kurį Rusijos caras Petras I pakvietė dirbti pas save, nuliu pasirinko vandens virimo temperatūrą. 1762 metais Delilis sukūrė labai smulkią temperatūrų matavimo skalę. Pagal ją vandens virimo temperatūra buvo 0 laipsnių, o užšalimo – net 2 400 laipsnių. Be abejo, taip smulkiai sugraduota skalė buvo labai nepraktiška, todėl 1738 m. Delilio kolega, rusų mokslininkas Josifas Vaibrechtas, skalę pakoregavo, ją pastambindamas, taigi vandens užšalimo temperatūra jau buvo 150 laipsnių. Delilio skalė Rusijoje buvo naudojama apie 100 metų.
Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad dar keistesnė buvo škotų inžinieriaus Viljamo Rankino (William John Macquorn Rankine) temperatūrų skalė. Ją naudojo anglų inžinieriai, atlikdami termodinaminius skaičiavimus. Iš esmės nieko keisto nėra: Rankino skalėje nuliu buvo pasirinktas absoliutusis nulis – žemiausia įmanoma temperatūra – 273,15 °C, kuriai esant sustoja bet koks šiluminis atomų ir molekulių judėjimas, o skalės vieno laipsnio vertė buvo tokia pati kaip ir Farenheito. Pagal Rankino skalę vandens užšalimo temperatūra yra 491,7 laipsnio, o vandens virimo temperatūra – 671,7 laipsnio.
SI skalės
Ką gi, pagaliau priėjome prie Celsijaus ir Kelvino temperatūrų skalių. Tai tos skalės, kurias naudoja Tarptautinė vienetų sistema – SI.
Savo temperatūrų skalę švedų astronomas Andersas Celsijus (Anders Celsius) sukūrė 1742 metais. Tačiau iš pat pradžių ji buvo kitokia – vandens virimo temperatūrą jis prilygino 0, o vandens užšalimo temperatūrą – 100 laipsnių. Tačiau Celsijus susidūrė su viena problema – vandens užšalimo temperatūra yra stabili, o vandens virimo temperatūra priklauso nuo slėgio – jūros lygyje vanduo verda esant 100 laipsnių, o Everesto viršūnėje užtenka ir 69 laipsnių, kad vanduo užvirtų. Iš pradžių Celsijus pasiūlė skirtingai sugraduoti termometrus, atsižvelgiant į vietovę, kur termometras naudojama. Bet vėliau,kitas Švedijos mokslininkas Karlas Linėjus (Carl Linnaeus) pasiūlė patogesnę išeitį – vandens užšalimo temperatūrą prilyginti 0, o vandens virimo temperatūrą – 100 laipsnių. Taigi Linėjus tarsi apvertė Celsijaus termometrą ir mes, šių dviejų švedų mokslininkų dėka, temperatūrą matuojame Celsijaus laipsniais.
Kelvino laipsnis nesiskiria nuo Celsijaus laipsnio, t. y. vienas Kelvino laipsnis yra lygus vienam Celsijaus laipsniui. Tačiau Kelvino skalės 0 yra pati žemiausia temperatūra – absoliutus nulis (–273,15 °C). Šią skalę pasiūlė anglų mokslininkas Viljamas Tomsonas (William Thomson), kuriam buvo suteiktas lordo Kelvino titulas.
Tai tiek apie temperatūrų skales. Atrodo, toks paprastas dalykas, o kokiais skirtingais keliais nueita. Sutikite –Farenheitas, pasirinkdamas atskaitos taškus, gerokai sumaišė kortas.
