کالیبراسیون دماسنج با استفاده از دو نقطه ثابت سلسیوس

یک لوله شیشه‌ای مویین باریک به طول تقریبی ۳۰ سانتی‌متر انتخاب کنید، یک سر آن بسته و یک حباب کوچک مخزن در انتهای بسته دمیده شده باشد. جیوه در این محدوده به صورت خطی با دما منبسط می‌شود که آن را برای مقیاس‌های تقسیم مساوی ایده‌آل می‌کند. سلسیوس از جیوه به جای الکل استفاده کرد زیرا جیوه شیشه را خیس نمی‌کند و ضریب انبساط تقریباً خطی بین ۰ تا ۱۰۰ درجه سلسیوس دارد.

حباب شیشه‌ای را به آرامی گرم کنید تا هوای محبوس منبسط شود، سپس انتهای باز را در ظرف جیوه وارونه کنید. با سرد شدن حباب، فشار اتمسفری جیوه را به داخل لوله می‌راند. تکرار کنید تا حباب و بخشی از لوله با ستون پیوسته جیوه بدون حباب هوا پر شود.

پس از پر شدن، انتهای باز لوله مویین را با ذوب کردن شیشه با شعله مسدود کنید. ستون جیوه اکنون در یک سیستم بسته محبوس است. هر هوای باقی‌مانده بالای جیوه یک خلأ جزئی (خلأ تورچلی) ایجاد می‌کند که بر قرائت‌ها در محدوده ۰ تا ۱۰۰ درجه سلسیوس تأثیر نمی‌گذارد.

یک بشر شیشه‌ای بوروسیلیکاتی را با یخ خرد شده پر کنید و به اندازه کافی آب مقطر اضافه کنید تا فضاهای بین قطعات یخ پر شود. به آرامی هم بزنید. این یک تعادل پایدار در دقیقاً ۰ درجه سلسیوس ایجاد می‌کند — تا زمانی که یخ جامد و آب مایع هر دو همزیستی دارند، دما بدون توجه به دمای محیط ثابت باقی می‌ماند.

حباب جیوه را کاملاً در مخلوط یخ-آب غوطه‌ور کنید. حداقل ۵ دقیقه ثابت نگه دارید تا جیوه کاملاً به تعادل برسد. ستون جیوه منقبض شده و در سطح پایداری قرار می‌گیرد — این مرجع نقطه انجماد شماست. اجازه ندهید حباب کف یا دیواره‌های بشر را لمس کند.

با تعادل کامل جیوه، از یک خراشنده نوک الماسی یا نشانگر دائمی ظریف برای خراشیدن یک خط مرجع روی لوله شیشه‌ای دقیقاً در بالای ستون جیوه استفاده کنید. در مقیاس اصلی (معکوس) سلسیوس، او این نقطه را ۱۰۰ درجه نامگذاری کرد. در قرارداد مدرن، این ۰ درجه سلسیوس است.

قبل از تعیین نقطه جوش، یک فشارسنج جیوه‌ای را بررسی کنید. فشار اتمسفری استاندارد ۷۶۰ میلی‌متر جیوه (۱۰۱.۳۲۵ کیلوپاسکال) است. سلسیوس مستند کرد که نقطه جوش آب تقریباً ۰.۰۳۷ درجه سلسیوس به ازای هر میلی‌متر جیوه تغییر فشار جابجا می‌شود — بنابراین انحراف ۲۷ میلی‌متر جیوه، نقطه جوش را تقریباً ۱ درجه سلسیوس جابجا می‌کند.

یک فلاسک فلورانسی را تا نیمه با آب مقطر پر کنید و روی پایه حلقه‌ای بالای مشعل الکلی قرار دهید. یک گیره برای نگه داشتن لوله دماسنج وصل کنید به طوری که حباب جیوه در فضای بخار درست بالای سطح آب قرار گیرد — نه غوطه‌ور در مایع. دمای بخار برابر با نقطه جوش قابل اعتمادتر از خود مایع است.

مشعل الکلی را روشن کنید و آب را تا رسیدن به جوش مداوم و شدید گرم کنید. صبر کنید تا جوش تثبیت شود — حباب‌های اولیه ممکن است هوای حل شده در حال خروج باشند، نه جوشش واقعی. جوش غلتان که حباب‌های بزرگ به طور مداوم از کف بالا می‌آیند نشان می‌دهد آب به نقطه جوش خود در فشار اتمسفری فعلی رسیده است.

با قرار گرفتن دماسنج در ستون بخار، ۳ تا ۵ دقیقه صبر کنید تا جیوه از بالا رفتن متوقف شده و تثبیت شود. دمای بخار یکنواخت و برابر با نقطه جوش است. سلسیوس مشاهده کرد که سطح جیوه پس از رسیدن به تعادل کاملاً ثابت می‌شود.

یک خط مرجع دوم را در بالای ستون جیوه خراش دهید یا علامت بزنید. در مقیاس معکوس اصلی سلسیوس، او این را ۰ درجه نامگذاری کرد. در قرارداد مدرن، این ۱۰۰ درجه سلسیوس است. اگر فشارسنج از ۷۶۰ میلی‌متر جیوه متفاوت بود، نقطه جوش واقعی را یادداشت کرده و تصحیح اعمال کنید.

با استفاده از خط‌کش دقیق یا پرگار، فاصله دقیق بین علامت نقطه انجماد و علامت نقطه جوش را به میلی‌متر اندازه بگیرید. این فاصله نشان‌دهنده فاصله بنیادی است — ۱۰۰ درجه تغییر دما. نبوغ سلسیوس در تشخیص این بود که تقسیم این فاصله به ۱۰۰ بخش مساوی، مقیاس دهدهی متصل به یک ثابت فیزیکی جهانی ایجاد می‌کند.

طول هر درجه را با تقسیم فاصله کل بر ۱۰۰ محاسبه کنید. با استفاده از پرگار تنظیم شده بر این فاصله، هر درجه را در طول لوله از نقطه انجماد تا نقطه جوش علامت بزنید. برای خوانایی عملی، هر علامت دهم را بلندتر (اینها دهگان هستند: ۱۰°، ۲۰°، ۳۰°... ۹۰°) و هر علامت پنجم را متوسط کنید. سلسیوس از این تقسیم صدگانی استفاده کرد که بعداً نام اولیه مقیاس را داد: مقیاس سانتیگراد.

همان فاصله‌بندی مساوی را زیر علامت انجماد (دماهای منفی) و بالای علامت جوش تا جایی که لوله اجازه می‌دهد ادامه دهید. دماسنج‌های جیوه‌ای از تقریباً −۳۹ درجه سلسیوس (نقطه انجماد خود جیوه) تا حدود ۳۵۶ درجه سلسیوس (نقطه جوش جیوه) قابل اعتماد هستند.

دماسنج تکمیل شده را دوباره در حمام یخ-آب قرار دهید و تأیید کنید که جیوه دقیقاً با علامت ۰ درجه سلسیوس هم‌تراز است. اگر نیست، ممکن است لوله حین جابجایی تکان خورده باشد یا علامت اصلی نادقیق بوده است. این مرحله تأیید ضروری است — سلسیوس اندازه‌گیری‌های خود را چندین بار تکرار کرد.

دماسنج را به ستون بخار بالای آب در حال جوش برگردانید. تأیید کنید که جیوه با علامت ۱۰۰ درجه سلسیوس هم‌تراز است (پس از هرگونه تصحیح فشارسنجی). اگر هر دو نقطه مرجع درست هستند، دماسنج به درستی کالیبره شده است. روش سلسیوس با تکنیک دقیق تقریباً ±۰.۱ درجه سلسیوس دقت دارد.

لوله مدرج را با سیم‌بست یا سیمان به نوار پشتی چوبی، برنجی یا عاجی وصل کنید. مقیاس عددی را روی پشتی حکاکی یا چاپ کنید به طوری که اعداد درجه به وضوح خوانا باشند. دماسنج‌های قرن هجدهم معمولاً از مقیاس‌های برنجی یا چوب شمشاد استفاده می‌کردند. این دماسنج را به ابزاری تکمیل شده و قابل حمل تبدیل می‌کند.

سلسیوس ۰ درجه را به جوش و ۱۰۰ درجه را به انجماد اختصاص داد — برعکس قرارداد مدرن. استدلال او مورد بحث است: یک نظریه این است که می‌خواست از اعداد منفی در دماهای زمستانی سوئد اجتناب کند (اوپسالا مرتباً به −۲۰ تا −۳۰ درجه سلسیوس می‌رسد). مقیاس پس از مرگ سلسیوس در ۱۷۴۴ به شکل مدرن معکوس شد، احتمالاً توسط کارل لینه یا ابزارساز دانیل اکستروم. در ۱۹۴۸، نهمین کنفرانس عمومی اوزان و مقادیر رسماً نام «سانتیگراد» را به «سلسیوس» تغییر داد.