17. yüzyılın başlarındaki Bilimsel Devrim sırasında buluşlar, doğal fenomenlerin yeni yollarla ölçülmesiyle gerçekleşmeye başladı. Galileo Galilei, astronomi, fizik ve mühendislikte yenilikçi ve deney temelli yöntemler geliştiriyordu. Bu yöntemleri, insanlığı az bilinen ama çok önemli bir ilerlemeye doğru götürdü: Sıcaklığı ölçmek. Bu çağda birçok ölçüm cihazı ve ölçü birimi icat edildi ve sonunda bugünkü standart birimler haline geldiler. Galileo, bir tür sıcaklık belirleme cihazı olan termoskopun icadıyla tanınıyor. Başta tam olarak bir termometre değildi çünkü ölçeği olmadığından sıcaklığı "ölçmüyordu".
Termometrenin İcadı
Adını çok sevdiğinden iki kez kullanan Venedikli bilgin Santorio Santorio, 1612 civarında termoskopta önemli kavramsal ilerlemelere imza attı. Cihaza bir ölçek ekledi ve cihazın kendi icadı kadar saygın bir gelişme oldu. İlk termoskopta dikey bir cam tüp, üstünde bir küre ve tabanda tüp boyunca yükselen bir sıvı vardı (su gibi). Küredeki havanın sıcaklığı arttıkça hava genleşiyor ve tüpteki sıvının yüksekliğini değiştiriyordu. Doktor Santorio'nun yazılarından, termoskobun küresini mum alevi ile ısıtarak maksimumu, eriyen karla temas ettirerek minimum düzeyi belirlediği görülür.
Santorio'nun termometreyi vücut sıcaklığını karşılaştıran bir cihaz olarak tıp alanına uygulayan ilk kişi olduğu düşünülür. Hasta, ölçüm yapılırken eliyle küreyi tutar ya da üzerine nefes verirdi.
1650'lerde Toskana Dükü II. Ferdinando de Medici (bkz: Medici Hanedanı) eski termoskopta bazı tasarım değişiklikleri yaparak önemli bir atılım gerçekleştirdi. De Medici'nin tasarımında termoskop artık sızdırmazdı yani hava basıncından etkilenmiyordu. Termoskobundaki dikey cam tüpte "şarap ruhu" (damıtılmış şarap) kullandı ve ısıyla değişen hava basıncının oluşturduğu kabarcıklar sıcaklık düzeyini belirliyordu.
Isıyı ölçmeye o denli meraklıydı ki 1657'de özel bir termoskop geliştirme akademisi olan Accademia del Cimento'yu kurdu. Burada araştırmacılar çeşitli formlarda termoskoplar yaptılar ve spiral silindirik sütun biçimli süslü tasarımlar ortaya çıktı. Termoskopun hem biçiminde hem de işlevinde elde edilen gelişmeler ürünlere olan talebi artırdı ve 17. yüzyılın ikinci yarısında "Floransa termoskobu" olarak bilindiler.
İki Termometre Aynı Sıcaklığı Kaydetmiyor
İşlevsellik gelişmişti ancak hala doğru sıcaklık ölçümü sağlanamıyordu. Çünkü henüz sıcaklık ölçümünün bir standardı yoktu. İnsanların referans noktası bulma biçimleri gülünç düzeyde keyfiydi: Tereyağının erime noktası, hayvanların iç sıcaklığı, Paris gözlemevinin mahzen sıcaklığı, çeşitli kentlerde yılın en sıcak veya en soğuk günü ve "mutfak ateşinde parlayan kömür" gibi birçok garip standart kullanıldı. Sonuç olarak iki termometre aynı sıcaklığı kaydetmiyordu.
Termometreyi sonsuza dek değiştirecek o yenilik Danimarkalı astronom Olaus Romer'dan geldi. 1701'de ölçeği çok daha erişilebilir bir şeyle kalibre etmek istedi: Suyun donma ve kaynama noktası. Bir saatteki dakikaları ölçmeye benzer biçimde hareket edebilirdi ancak öyle yapmadı ve alt noktayı donmuş tuzlu su ile belirleyerek 0 yerine 7,5 derece ölçtü. Bu ölçeğe Romer ölçeği denildi ve bugün tarihi önemi dışında kullanımda değil.
Fahrenhayt (Fahrenheit) Ortaya Çıkar
Avrupa'da termoskoplara olan ilgi artarken genç bir tüccar termoskopların yükselen ticari önemini fark etti. Ayrıca onları oldukça etkileyici buluyordu. Adı Daniel Gabriel Fahrenheit'tı. Adının termometrenin icadında geçmesi şaşırtıcı değil ve hikayesi de oldukça dikkat çekici:
Fahrenheit, Polonya'nın Danzig kentinde (şimdi Gdansk) başarılı bir tüccar ailede doğdu. 1701'de henüz 12 yaşındayken Fahrenheit'ın hem babası hem de annesi şanssız bir kaderle yüzleşti: Zehirli mantar yemekten öldüler. Kardeşleriyle birlikte yeni vasiler tarafından alındı ve bir tüccara çırak verildi. Ancak genç Daniel mesleğine pek ısınmadı. Daha çok bilim ve cam üfleme ile ilgileniyordu (şimdiden nereye gittiği görülebilir). İşi termometre ve barometreler tasarlamak ve üretmek oldu. Ancak bu amansız tutkusu karşılayamayacağı borçlar biriktirmesine neden oldu.
Fahrenheit ailesinden miras hakkına sahip olmasına rağmen henüz borcunu ödemek için kullanamıyordu. Mirastan sorumlu olan vasilerdi ve onu Hollanda Doğu Hint Adaları Şirketi'ne denizci işçi olarak göndererek para kazanmasını planladılar. Fahrenheit 24 yaşında mirasa hak kazanacağı o günü yıllarca beklemek üzere ülkeden kaçtı. Böylece 12 yıl boyunca Almanya, Danimarka ve İsveç'i dolaştı ve bilim aşkını sürdürdü.
Bir gün yolu Amsterdam'da Romer ile kesişti. Birlikte çalışarak öncekilerden daha yüksek doğruluk ve hassasiyet sunan ilk cıva termometresini ürettiler. Fahrenheit cıvalı tasarımı daha da geliştirerek tutarlı okumalar veren birden fazla termometre yaptı.
Termometrelere olan talebin artmasıyla Fahrenheit kendi adını taşıyan ölçeğini geliştirdi. Romer'ın tasarımını temel aldı ancak donma noktası için eşit su, tuz ve buz içeren bir tuzlu su çözeltisi hazırladı. Herkesin erişebileceği maddelerden oluşan karışımda eşit su ve buz vardı ve yüzeyinin 32 derecede donduğunu buldu. Bu "donma noktası" bugün Fahrenhayt ölçeği olarak biliniyor. Fahrenheit, ölçeği koltuk altına yerleştirdi ve termometresini insan vücudunun sıcaklığına göre kalibre etti. Bulduğu değer 100'dü. Her şey birbirine uyunca ilk standart sıcaklık ölçeği ortaya çıktı.
32 sayısı o dönem keyfi bulundu ve komplo teorisyenlerine alet oldu. Fahrenheit'ın bir Mason olduğu ve ölçekteki başlangıç noktasını Masonluk ayinlerine uygun olarak "aydınlanmanın 32 derecesi"ne dayandırdığı söylendi. Ancak bugün Mason üyeliğine dair resmi bir kayıt yoktur.
Tuzlu su karışımını dondurması ve insan vücut sıcaklığını (neredeyse doğru) ölçmesi aslında Fahrenheit'ın 32 derece standardının o kadar keyfi olmadığını gösterir. Standardın komplo yönü, dünya metrik sistemi benimsemeye başlayınca gündeme geldi.
Celsius Yeni Standart Oluyor
İsveçli gökbilimci Anders Celsius'un 1742'de icat ettiği sıcaklık ölçeği (santigrat), metrik ölçeğin dünya çapında benimsenmesiyle Fahrenheit sisteminin yerini aldı. Kalibrasyon için deniz seviyesindeki suyun donma ve kaynama noktalarını kullanması ölçümü daha doğru hale getirdi. Çünkü artık Fahrenheit standardındaki hassas tuz karışımına gerek yoktu.
Bununla birlikte Celsius'un ölçeğinde özgün donma noktası aslında 100 dereceydi. Celsius'un yeniliğiyle yaklaşık olarak aynı zamanlarda yaşamış Fransız fizikçi, matematikçi, astronom ve müzisyen Jean-Pierre Christin bu ölçümü düzenleyerek 100'ü kaynama noktası yaptı.
1848'de Lord Kelvin, mutlak sıfır adını verdiği ve hava dahil her şeyin buz kestiği 0 Kelvin (-273 santigrat derece) standardını buldu. Onun termometresi aşırı sıcak ve aşırı soğuğu ölçüyordu. Aynı zamanda termodinamiğin ikinci yasası olan mutlak sıcaklık fikrini geliştirmiştir. Kelvin standardı bugün bilim adamlarınca kullanılıyor.
Metrik ölçeğin uygunluğu ve çeşitli ölçümlere (mesafe, hacim, kütle, elektrik) uygulanabilir olmasıyla celsius (santigrat) giderek daha fazla koloninin ticaret standardı oldu. "Onluk taban" denilen ve onluk birimler halinde genişleyen küresel sayı sistemi ile uyumluydu. Bu yüzden hem sezgiseldi hem de hesaplamaları kolaylaştırıyordu. Termometrenin icadı ve sonraki gelişim sürecinde 20. yüzyılın ortalarında metrik sistem artık dünyaya hakim oldu.
Termometre Çeşitleri
Sıvı Termometreler
Sıvı ısıtıldığında düzenli ve ölçülebilir bir oranda genleşir. Bu nedenle, yaygın bir termometre biçimi dar bir cam tüp içinde bir sıvı içerir. Cıva, sıvı termometrelerde kullanılan en bilindik malzemelerden biridir. Gazyağı veya etanol gibi diğer sıvılar da bu tür termometrelerde kullanılabilir.
Isı yükseldiğinde, sıvı bir kase veya ampulden boş alana doğru genişleyerek tüpe tırmanır. Sıcaklık düştüğünde sıvı büzülür ve aşağı iner. Sıvı termometreler genellikle tüpün her iki tarafında görüntülenen hem Celsius hem de Fahrenheit sıcaklık ölçeklerini içerir.
Elektronik Termometreler
Cıva ve diğer sıvı termometreler kelvin cinsinden sıcaklıkları ölçmek için kullanılamaz. Kelvin termometreleri genellikle radyasyondaki küçük değişimleri kaydedebilen elektrikli cihazlardır. Bu değişimler gözle görülemez ve hava basıncını sıvı bir termometredeki cıva seviyesini yükseltecek kadar değiştirmeyebilir.
Elektronik termometreler termistör adı verilen bir aletle çalışır. Bir termistör, sıcaklığa bağlı olarak direncini bir elektrik akımına karşı değiştirir. Bir bilgisayar termistörün direncini ölçer ve bunu bir sıcaklık okumasına dönüştürür.
Kızılötesi Termometreler
Örneğin gökbilimciler uzaydaki sıcaklıkları ölçmek için kızılötesi termometreler kullanırlar. Kızılötesi termometreler uzak mesafelerdeki kızılötesi radyasyonu tespit eder ve bunu belirli bir yüzey sıcaklığıyla ilişkilendirir. 1965 yılında bir kızılötesi termometre, uzayda her yönde 3 kelvin (-270 santigrat derece/-454 Fahrenheit derece) sıcaklıkta radyasyon tespit etti. Astronomlar bu çok soğuk radyasyonun muhtemelen Büyük Patlama'nın (evrenin yaklaşık 13,82 milyar yıl önce başlayan tek bir noktadan genişlemesi) soluk kalıntısı olduğu sonucuna vardılar.
Hap Termometreleri
Spor eğitmenleri, sıcak çarpması gibi sıcağa bağlı hastalıkları önlemek ve tedavi etmek için hap termometreler kullanır. Bir hap termometre yutulduktan sonra 18 ila 30 saat boyunca vücudun merkez sıcaklığı hakkında bilgi iletir. Hap termometreler vücut ısısındaki değişiklikleri izlemek için sıvı kristaller kullanır ve radyo dalgalarını vücudun dışındaki bir kaynağa iletir, bu kaynak da bu verileri kaydeder ve görüntüler.
Nanotermometre
Harvard Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, tek bir canlı hücrenin içindeki sıcaklık değişimlerini ölçebilen bir nanotermometre geliştirdi. Araştırmacılar bir nanotel "iğne" kullanarak hücrenin içine karbon nanokristalleri enjekte ettiler. Bu kristallerin uzunluğu 5 nanometreden daha azdır (bir kağıt 100.000 nanometre kalınlığındadır) ve sıcaklıktaki inanılmaz küçük dalgalanmaları tespit eder. Bilim insanları şimdi hücresel sıcaklıkları değiştirebilen nanokristal teknolojileri geliştiriyor. Bu teknolojiler nihayetinde kanseri hücresel düzeyde aşırı ısıtıp öldüren tıbbi tedavilerde kullanılabilir.
Sıcaklık Dereceleri
Celsius ve Fahrenheit ölçekleri sıcaklığı ölçmek için dereceleri kullanır. Örneğin, su 100 santigrat derecede ve 212 Fahrenheit derecede kaynar.
Kelvin ölçeği derece kullanmaz. Ölçü birimi olarak K olarak kısaltılan kelvini kullanır. Kelvin cinsinden sıcaklıklar asla kelvin derecesi veya kelvin derecesi olarak okunmaz. Su 373 kelvinde kaynar.
Termometre Hakkında Sık Sorulanlar
İlk termometreyi kim icat etti?
İlk termometre, 17. yüzyılın başlarında İtalyan fizikçi, matematikçi, astronom ve filozof Galileo Galilei tarafından icat edilmiştir.
Galileo'nun termometresinin arkasındaki prensip neydi?
Galileo'nun termometresi, bir maddenin sıcaklığı arttıkça hacminin de arttığını ifade eden termal genleşme prensibine dayanıyordu. Termometre, genellikle su veya alkol gibi berrak bir sıvıyla doldurulmuş bir cam silindir ve her biri farklı bir sıcaklık etiketine sahip, farklı boyutlarda bir dizi ağırlıklı cam bilyeden oluşuyordu.
Galileo'nun termometresinin bazı sınırlamaları nelerdi?
Galileo'nun termometresinin sınırlı sıcaklık aralığı, küçük sıcaklık farklarını ölçememesi ve atmosfer basıncındaki değişikliklerden kaynaklanan yanlışlıklara yatkınlığı gibi çeşitli sınırlamaları vardı.
İlk modern cıvalı termometreyi kim icat etti?
Cevap İlk modern cıvalı termometre 18. yüzyılın başlarında Alman fizikçi ve cam üfleyicisi Daniel Gabriel Fahrenheit tarafından icat edilmiştir.
Bir termometrede sıvı olarak cıva kullanmanın avantajı nedir?
Cıva, çok düşük donma noktasına (-38,83°C) ve yüksek kaynama noktasına (356,73°C) sahip olduğu için bir termometrede kullanım için ideal bir sıvıydı, bu da onu geniş bir sıcaklık aralığında kullanıma uygun hale getiriyordu. Ayrıca sıcaklıktaki değişikliklerle birlikte eşit ve tahmin edilebilir şekilde genişleyerek son derece doğru ve güvenilir olmasını sağlamıştır.
Fahrenheit termometre ile Celsius termometre arasındaki fark nedir?
Fahrenheit termometresi suyun donma noktasının 32 derece ve kaynama noktasının 212 derece olduğu bir ölçeğe dayanırken, Celsius termometresi suyun donma noktasının 0 derece ve kaynama noktasının 100 derece olduğu bir ölçeğe dayanır. Celsius şu anda dünyanın çoğu yerinde kullanılan standart sıcaklık ölçeği iken, Fahrenheit hala Amerika Birleşik Devletleri'nde ve diğer birkaç ülkede kullanılmaktadır.
Kaynaklar:
