
セルシウスの2つの定点を使った温度計の校正
1742年、アンデシュ・セルシウス——ウプサラ大学のスウェーデン人天文学者——は、スウェーデン王立科学アカデミーに論文を提出し、2つの再現可能な基準点に基づく温度目盛りを提案しました:水の氷点と沸点です。彼の重要な洞察は、これらの相転移が標準大気圧(760 mmHg / 101.325 kPa)のもとで固定された普遍的な温度で起こるため、理想的な校正アンカーになるということでした。
セルシウスの元の目盛りは今日使われているものとは逆でした:沸点を0°、氷点を100°と定めていました。彼の死後(1744年)、おそらくカール・リンネまたは器具製作者ダニエル・エクストレムによって目盛りは反転されました。このブループリントはセルシウスの元の実験方法を再現します。
この手順には慎重な技術が必要です——水銀は各基準点で完全に平衡に達する必要があります。セルシウスは27 mmHgの圧力変化が沸点を約1°Cずらすことを記録しました。
手順
毛細管ガラス管と水銀溜めを集める
毛細管ガラス管と水銀溜めを集める
長さ約30cmの細孔(毛細管)ガラス管を選びます。一端が封じられ、封じた端に小さな球状の溜めが吹き付けられているものです。水銀はこの範囲で温度に対して線形に膨張するため、等分目盛りに最適です。セルシウスはアルコールではなく水銀を使用しました。水銀はガラスを濡らさず、0°Cから100°Cの間でほぼ線形の膨張係数を持つためです。
このステップの材料:
Mercury5 ml必要な工具:
Capillary Glass Tube加熱と反転により球に水銀を充填する
加熱と反転により球に水銀を充填する
ガラス球を静かに加熱して閉じ込められた空気を膨張させ、開放端を水銀の皿に逆さにします。球が冷えると大気圧が水銀を管内に押し上げます。球と管の一部が気泡のない連続した水銀柱で満たされるまで繰り返します。
必要な工具:
Alcohol Burner管の開放端を封じる
管の開放端を封じる
充填後、炎でガラスを溶かして毛細管の開放端を封じます。水銀柱は密閉系の中に閉じ込められます。水銀の上に残った空気は部分真空(トリチェリ真空)を作りますが、0〜100°Cの範囲の読み取りには影響しません。
必要な工具:
Alcohol Burner氷水平衡浴を準備する
氷水平衡浴を準備する
ホウケイ酸ガラスのビーカーに砕いた氷を入れ、氷片の隙間を埋めるのに十分な蒸留水を加えます。静かにかき混ぜます。これにより正確に0°C(氷点)での安定した平衡が作られます——固体の氷と液体の水が共存する限り、周囲温度に関係なく温度は一定に保たれます。
このステップの材料:
Distilled Water500 ml
Crushed Ice1 kg必要な工具:
Borosilicate Glass Beaker温度計を氷浴に浸す
温度計を氷浴に浸す
水銀球を氷水混合物に完全に浸します。水銀が完全に平衡に達するまで少なくとも5分間安定させます。水銀柱は収縮して安定したレベルに落ち着きます——これが氷点の基準です。
管に氷点レベルを印す
管に氷点レベルを印す
水銀が完全に平衡に達した状態で、ダイヤモンドチップのスクライバーまたは細い油性ペンを使って、水銀柱の頂部の正確な位置にガラス管上に基準線を刻みます。セルシウスの元の(逆転した)目盛りでは、この点を100°と表示しました。現代の慣例では0°Cです。
必要な工具:
Diamond Scriber気圧計を読んで標準大気圧を確認する
気圧計を読んで標準大気圧を確認する
沸点を確立する前に、水銀気圧計を確認します。標準大気圧は760 mmHg(101.325 kPa)です。セルシウスは水の沸点が圧力変化1 mmHgあたり約0.037°Cずれることを記録しました——したがって27 mmHgの偏差は沸点を約1°Cずらします。
必要な工具:
Mercury Barometerフィレンツェフラスコで沸騰装置を組み立てる
フィレンツェフラスコで沸騰装置を組み立てる
フィレンツェフラスコに蒸留水を半分まで入れ、アルコールバーナーの上のリングスタンドに置きます。温度計管を保持するクランプを取り付け、水銀球が水面のすぐ上の蒸気空間に位置するようにします——液体に浸さないでください。
このステップの材料:
Distilled Water300 ml必要な工具:
Florence Flask
Alcohol Burner
Utility Clamp水を安定した激しい沸騰にする
水を安定した激しい沸騰にする
アルコールバーナーに火をつけ、持続的で激しい沸騰になるまで水を加熱します。沸騰が安定するまで待ちます——最初の泡は溶存空気が逃げている可能性があり、真の沸騰ではありません。
蒸気中で水銀を平衡させる
蒸気中で水銀を平衡させる
温度計を蒸気柱に配置した状態で、水銀が上昇を止めて安定するまで3〜5分待ちます。蒸気温度は均一で沸点に等しいです。
管に沸点レベルを印す
管に沸点レベルを印す
水銀柱の頂部に2番目の基準線を刻むか印します。セルシウスの元の逆転目盛りでは、これを0°と表示しました。現代の慣例では100°Cです。
必要な工具:
Diamond Scriber2つの印の間の距離を測定する
2つの印の間の距離を測定する
精密定規またはディバイダーを使って、氷点の印と沸点の印の間の正確な距離をミリメートルで測定します。この距離は基本間隔——100度の温度変化——を表します。
必要な工具:
Steel Ruler間隔を100等分する
間隔を100等分する
全間隔を100で割って各度の長さを計算します。この間隔に設定したディバイダーを使って、氷点から沸点まで管に沿って各度を印します。実用的な読み取りのために、10度ごとの印を長く、5度ごとの印を中程度の長さにします。
必要な工具:
Steel Ruler
Diamond Scriber0°C以下と100°C以上に目盛りを延長する
0°C以下と100°C以上に目盛りを延長する
氷点の印の下(マイナス温度)と沸点の印の上に、管が許す限り同じ等間隔を続けます。水銀温度計は約−39°C(水銀自体の氷点)から約356°C(水銀の沸点)まで信頼性があります。
精度を検証する:氷浴に再浸漬
精度を検証する:氷浴に再浸漬
完成した温度計を氷水浴に戻し、水銀が0°Cの印と正確に一致することを確認します。一致しない場合、取り扱い中に管がずれたか、元の印が不正確だった可能性があります。
精度を検証する:蒸気に再浸漬
精度を検証する:蒸気に再浸漬
温度計を沸騰水の上の蒸気柱に戻します。水銀が100°Cの印と一致することを確認します(気圧補正後)。両方の基準点が正しければ、温度計は正しく校正されています。セルシウスの方法は慎重な技術で約±0.1°Cの精度を達成します。
管を裏板スケールに取り付ける
管を裏板スケールに取り付ける
目盛り付き管をワイヤーまたはセメントで木材、真鍮、または象牙の裏板ストリップに取り付けます。度数が明確に読めるように裏板に数字目盛りを刻印または印刷します。
セルシウスの元の目盛りがなぜ逆だったかを理解する
セルシウスの元の目盛りがなぜ逆だったかを理解する
セルシウスは沸騰を0°、凍結を100°と定めました——現代の慣例の逆です。その理由は議論されています:一つの説は、スウェーデンの冬の気温でマイナスの数字を避けたかったということです(ウプサラは日常的に−20〜−30°Cに達します)。1744年のセルシウスの死後、おそらくカール・リンネまたは器具製作者ダニエル・エクストレムによって目盛りは現代の形に反転されました。1948年、第9回国際度量衡総会は「百分度」を正式に「セルシウス」に改名しました。
材料
3- プレースホルダー
- 1 kgプレースホルダー
必要な工具
8- プレースホルダー
- プレースホルダー
- プレースホルダー
- プレースホルダー
- プレースホルダー
- プレースホルダー
- プレースホルダー
- プレースホルダー
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