Калибровка термометра с использованием двух реперных точек Цельсия

Выберите узкоканальную (капиллярную) стеклянную трубку длиной около 30 см, запаянную с одного конца, с небольшим шаровым резервуаром на запаянном конце. Ртуть расширяется линейно с температурой в этом диапазоне, что делает её идеальной для равномерно разделённых шкал. Цельсий использовал ртуть вместо спирта, потому что ртуть не смачивает стекло и имеет почти линейный коэффициент расширения между 0°C и 100°C.

Осторожно нагрейте стеклянный шарик для расширения заключённого воздуха, затем переверните открытый конец в ёмкость с ртутью. По мере охлаждения шарика атмосферное давление вталкивает ртуть в трубку. Повторяйте, пока шарик и часть трубки не заполнятся непрерывным столбом ртути без воздушных пузырьков.

После заполнения запаяйте открытый конец капиллярной трубки, расплавив стекло пламенем. Столб ртути теперь заключён в замкнутую систему.

Заполните стакан из боросиликатного стекла колотым льдом и добавьте достаточно дистиллированной воды, чтобы заполнить промежутки между кусочками льда. Осторожно перемешайте. Это создаёт устойчивое равновесие при точно 0°C.

Полностью погрузите ртутный шарик в ледяно-водяную смесь. Удерживайте устойчиво не менее 5 минут для полного уравновешивания ртути.

При полностью уравновешенной ртути используйте алмазный резец или тонкий перманентный маркер, чтобы нанести линию отсчёта на стеклянной трубке точно на верхнем уровне ртутного столба.

Перед определением точки кипения проверьте ртутный барометр. Стандартное атмосферное давление составляет 760 мм рт. ст. (101,325 кПа).

Заполните колбу Флоренции наполовину дистиллированной водой и поставьте на кольцевой штатив над спиртовой горелкой. Закрепите зажим для удержания трубки термометра так, чтобы ртутный шарик находился в паровом пространстве прямо над поверхностью воды.

Зажгите спиртовую горелку и нагревайте воду до устойчивого, интенсивного кипения. Дождитесь стабилизации кипения.

С термометром, расположенным в паровом столбе, подождите 3–5 минут, пока ртуть не прекратит подъём и не стабилизируется.

Нанесите или отметьте вторую линию отсчёта на верхнем уровне ртутного столба.

С помощью прецизионной линейки или разделительного циркуля измерьте точное расстояние в миллиметрах между отметкой точки замерзания и отметкой точки кипения. Это расстояние представляет фундаментальный интервал — 100 градусов изменения температуры.

Вычислите длину каждого градуса, разделив общий интервал на 100. С помощью циркуля, установленного на это расстояние, нанесите каждый градус вдоль трубки от точки замерзания до точки кипения.

Продолжите такой же равный интервал ниже отметки замерзания и выше отметки кипения, насколько позволяет трубка.

Поместите готовый термометр обратно в ледяно-водяную ванну и подтвердите, что ртуть точно совпадает с отметкой 0°C.

Верните термометр в паровой столб над кипящей водой. Подтвердите, что ртуть совпадает с отметкой 100°C. Метод Цельсия обеспечивает точность около ±0,1°C.

Прикрепите градуированную трубку к подложке из дерева, латуни или слоновой кости с помощью проволочных креплений или цемента. Нанесите числовую шкалу на подложку.

Цельсий присвоил 0° точке кипения и 100° точке замерзания — обратное современной конвенции. Его аргументация дискуссионна: одна теория гласит, что он хотел избежать отрицательных чисел в шведских зимних температурах (Уппсала регулярно достигает −20…−30°C). Шкала была перевёрнута в современный вид после смерти Цельсия в 1744 году. В 1948 году 9-я Генеральная конференция по мерам и весам официально переименовала «стоградусную» шкалу в «шкалу Цельсия».