|
|
|
De kwik-in-glas of kwikthermometer is uitgevonden door natuurkundige Daniel Gabriel Fahrenheit in Amsterdam (1714). Het bestaat uit een bol met kwik die is bevestigd aan een glazen buis met een kleine diameter; het volume kwik in de buis is veel minder dan het volume in de bol.
Het volume kwik verandert lichtjes met de temperatuur; de kleine volumeverandering drijft de smalle kwikkolom relatief ver de buis op.
De ruimte boven het kwik kan zijn gevuld met stikstofgas of het kan lager zijn dan atmosferische druk, een gedeeltelijk vacuüm. |
| |
| Om de thermometer te kalibreren, wordt de lamp gemaakt om thermisch evenwicht te bereiken met een temperatuurstandaard zoals een ijs / watermengsel, en vervolgens met een andere standaard zoals water / damp, en wordt de buis verdeeld in regelmatige intervallen tussen de vaste punten . In principe kan worden verwacht dat thermometers die zijn gemaakt van ander materiaal (bijv. Gekleurde alcoholthermometers) verschillende tussentijdse waarden geven vanwege verschillende expansie-eigenschappen; in de praktijk worden de gebruikte stoffen zodanig gekozen dat ze redelijk lineaire expansiekarakteristieken hebben als functie van de thermodynamische temperatuur, en dus vergelijkbare resultaten geven. |
| |
In de eerste decennia van de 18e eeuw maakte Daniel Fahrenheit in de Nederlandse Republiek twee revolutionaire doorbraken in de geschiedenis
van de thermometrie. Hij vond de kwik-in-glas thermometer uit (eerste veel gebruikte, nauwkeurige, praktische thermometer) en Fahrenheit-schaal (eerste gestandaardiseerde temperatuurschaal die op grote schaal werd gebruikt). De toepassing van kwik (1714) en Fahrenheit-schaal (1724)
voor vloeistof-in-glas thermometers luidde een nieuw tijdperk van nauwkeurigheid en precisie in thermometrie in en werd in 1966 beschouwd als
een van de meest nauwkeurige beschikbare thermometers. |
| |
1: De kwik-in-glas-thermometer van Daniel Fahrenheit was veel betrouwbaarder en nauwkeuriger dan ooit tevoren, en de kwikthermometers die
tegenwoordig worden gebruikt, zijn gemaakt op de manier die Fahrenheit heeft bedacht. |
2:
De in Danzig geboren Daniel Gabriel Fahrenheit, een pionier op het gebied van exacte thermometrie (of precisiethermometrie. Hij vond de
kwikthermometer uit (de eerste praktische, nauwkeurige thermometer) en de Fahrenheit-schaal (de eerste gestandaardiseerde temperatuurschaal
die op grote schaal werd gebruikt). |
| 3: Een grote kwikthermometer |
| |
| Geschiedenis |
| |
| De thermometer werd gebruikt door de bedenkers van de Fahrenheit- en Celsius-schalen. |
| |
| Anders Celsius, een Zweedse wetenschapper, bedacht de Celsius-schaal, die werd beschreven in zijn publicatie De oorsprong van de Celsius-temperatuurschaal in 1742 |
| |
| Om zijn schaal te definiëren gebruikte Celsius twee vaste temperatuurpunten: |
| de temperatuur van smeltend ijs en de temperatuur van kokend water, beide onder atmosferische druk van de standaardatmosfeer. |
| |
Dit was geen nieuw idee, aangezien Isaac Newton al aan iets soortgelijks werkte.
Het onderscheid van Celsius was om de toestand van smelten te gebruiken en niet die van bevriezing. De experimenten voor het bereiken van een goede kalibratie van zijn thermometer duurden 2 winters.
Door steeds hetzelfde experiment uit te voeren, ontdekte hij dat ijs altijd smolt bij hetzelfde ijkmerkteken op de thermometer. Hij vond een soortgelijk vast punt in de kalibratie van kokend water naar waterdamp (wanneer dit met hoge precisie wordt gedaan, zal er een variatie optreden met atmosferische druk; Celsius merkte dit op). Op het moment dat hij de thermometer
uit de damp haalde, steeg het kwikniveau iets. Dit had te maken met het snel afkoelen (en krimpen) van het glas. |
| |
| Toen Celsius besloot om zijn eigen temperatuurschaal te gebruiken, definieerde hij oorspronkelijk zijn schaal "ondersteboven", dwz hij koos ervoor om het kookpunt van zuiver water in te
stellen op 0 ° C (212 ° F) en het vriespunt op 100 ° C ( 32 ° F). |
| |
Een jaar later stelde de Fransman Jean-Pierre Christin voor om de schaal om te keren met het vriespunt bij 0 ° C (32 ° F)
en het kookpunt bij 100 ° C (212 ° F). Hij noemde het Celsius (100 graden). |
| |
| Ten slotte stelde Celsius een methode voor om een thermometer te kalibreren: |
| |
1: Plaats de cilinder van de thermometer in smeltend ijs gemaakt van zuiver water en markeer het punt waar de vloeistof in de thermometer
stabiliseert. Dit punt is het vries- / dooipunt van water. |
| 2: Markeer op dezelfde manier het punt waar de vloeistof stabiliseert wanneer de thermometer in kokende waterdamp wordt geplaatst. |
| 3: Verdeel de lengte tussen de twee markeringen in 100 gelijke delen. |
| |
| Deze punten zijn voldoende voor een geschatte kalibratie, maar beide variëren met de atmosferische druk. Tegenwoordig wordt het tripelpunt van water gebruikt in plaats van het vriespunt (het tripelpunt komt voor bij 273,16 Kelvin (K), 0,01 ° C). |
| |
| Het derde punt, zoals hierboven gesteld, is controversieel, aangezien het hier niet gaat om wiskunde, maar om een fysisch fenomeen van uitzetting en samentrekking van een stof met temperatuur), dus of de bovengenoemde verdeling in 100 of een ander aantal) gelijke delen. Met andere woorden, als de schaal echt lineair is tussen de twee bovengenoemde punten. Dit probleem moest en werd experimenteel gecontroleerd met behulp van een gasthermometer. |
| |
Voordat de ware thermodynamische temperatuur werd ontdekt, definieerde de thermometer de temperatuur; thermometers gemaakt met verschillende materialen zouden verschillende temperatuurschalen definiëren (een gekleurde alcoholthermometer zou een iets andere aflezing geven dan een kwikthermometer op bijvoorbeeld halve schaal). In de praktijk gaven verschillende materialen zeer vergelijkbare temperaturen aan elkaar
en aan de thermodynamische temperatuur toen deze werd ontdekt. |
 |
Close-up van een maximale thermometer.
De breuk in de kwikkolom is zichtbaar. |
|
|
 |
| Een medische maximumthermometer met kwik in glas die de temperatuur van 38,7 ° C aangeeft. |
|
| Maximum thermometer |
| Een speciaal soort kwikthermometer, een maximumthermometer genaamd, werkt door een vernauwing in de nek dicht bij de bol. Naarmate de temperatuur stijgt, wordt het kwik door de vernauwing omhoog geduwd door de uitzetkracht. Wanneer de temperatuur daalt, breekt de kwikkolom bij de vernauwing en kan deze niet terugkeren naar de bol en blijft dus stationair in de buis. De waarnemer kan dan de maximale temperatuur gedurende de ingestelde tijd aflezen. Om de thermometer te resetten, moet deze scherp worden gezwenkt. Dit ontwerp wordt gebruikt in het traditionele type medische thermometer. |
| |
| Minimum maximum thermometer |
| Een maximum minimumthermometer, ook wel Six's thermometer genoemd, is een thermometer die de maximum- en minimumtemperaturen registreert die gedurende een bepaalde periode, doorgaans 24 uur, zijn bereikt. Het oorspronkelijke ontwerp bevat kwik, maar alleen als een manier om de positie van een alcoholkolom aan te geven waarvan de uitzetting de temperatuur aangeeft; het is geen thermometer die wordt bediend door de uitzetting van kwik; kwikvrije versies zijn beschikbaar. |
Kwikthermometers bestrijken een breed temperatuurbereik van -37 tot 356 ° C (-35 tot 673 ° F); het bovenste temperatuurbereik van het instrument kan worden uitgebreid door de introductie van een inert gas zoals stikstof. Deze introductie van een inert gas verhoogt de druk op het vloeibare kwik en daardoor wordt het kookpunt verhoogd, dit in combinatie met het vervangen van het Pyrex glas door gesmolten kwarts maakt
het mogelijk het bovenste temperatuurbereik uit te breiden tot 800 °C (1470 °F). |
| |
| Kwik kan niet worden gebruikt onder de temperatuur waarbij het vast wordt, -38,83 ° C (-37,89 ° F). Als de thermometer stikstof bevat, kan het gas naar beneden in de kolom stromen wanneer het kwik stolt en daar vast komen te zitten wanneer de temperatuur stijgt, waardoor de thermometer onbruikbaar wordt totdat deze naar de fabriek wordt teruggestuurd voor reconditionering. Om dit te voorkomen, vereisen sommige weerdiensten dat alle kwik-in-glas thermometers binnen worden gebracht wanneer de temperatuur daalt tot -37 ° C (-35 ° F). |
| |
| Om lagere meteorologische temperaturen te meten, kan een thermometer worden gebruikt die een kwik-thalliumlegering bevat die niet stolt totdat de temperatuur daalt tot -61,1 ° C (-78,0 ° F). |
|
| |
| Uitfasering |
| Sinds 2012 worden in de meteorologie veel thermometers met kwik in glas gebruikt; ze worden echter steeds zeldzamer voor andere toepassingen, aangezien veel landen ze voor medisch gebruik hebben verboden vanwege de toxiciteit van kwik. Sommige fabrikanten gebruiken galinstan, een vloeibare legering van gallium, indium en tin, als vervanging voor kwik. |
| |
| De typische "koortsthermometer" bevat tussen 0,5 en 0,3 g (0,28 en 0,17 drachm) elementair kwik. Het inslikken van deze hoeveelheid kwik zou weinig gevaar opleveren, maar het inademen
van de damp kan tot gezondheidsproblemen leiden. |
| Bronnen: Wikipedia-en |
|
|
|
|
|
|
|
