Hőmérő
Hőmérő vagy hévmérő (l. a mellékelt képet), olyan eszköz, amelylyel a testek hőmérsékét (l. o.) lehet meghatározni. E célra a melegnek azon hatását használjuk, hogy a testek térfogatát nagyobbítja, hogy azok a meleg behatása alatt kitágulnak. Ha olyan anyaggal rendelkezünk, mely legalább bizonyos határok között egyenletesen tágul, tehát ugy, hogy térfogata mindig ugyanannyival nagyobbodik, ha ugyanannyi meleget vesz fel, akkor ezen anyag tágulásából a meleg fokára lehet következtetni. Ily anyagok: a kéneső,
1. ábra. Rutherford maximum- és minimum-hőmérője.
borszesz (petroleum is) és főleg a gázok. Ez utóbbiak egyenletes kiterjedése biztosítja a legpontosabb H.-t. A közönséges kéneső- v. borszesz-H.-k vékony üvegcsőből állanak, mely alul hengeres edénynyé v. golyóvá tágul. A kénesőnek teljesen tisztának és légmentesnek kell lennie, a csőnek mindenütt egyenlő tágasságunak és a kéneső fölött teljesen üresnek, légmentesnek. Ez utóbbi körülményt arról lehet felismerni, hogy a kéneső a cső legvégeig hatol, ha a hőmérőt megfordítjuk. A meleg különböző fokainak meghatározása végett a H.-t skálával (léptékkel) látják el, melynek először két alappontját kell megjelölni. E pontok a fagypont és a forrpont. Az elsőt ugy nyerik, hogy az elkészített hőmérőt olvadó jég közé teszik. A kéneső a csőben leszáll és bizonyos pontnál megállapodik; ezen pontot, mint a hőmérő fagypontját, megjelölik. A forrpont meghatározása végett a H.-t forró viz gőzébe függesztik s addig hagyják ott, mig a felszálló kénesőoszlop ismét meg nem állapodik. Ezen pont a forrpont. Mivel a viz kisebb légnyomásnál hamarább forr, nagyobbnál később, a forrpontot 760 mm.-nyi (normális) légnyomásra vonatkoztatják. A fagy- és forrpont közötti csőrészt Réaumur szerint 80, Celsius szerint 100, Fahrenheit szerint 180 egyenlő részre osztják s egy-egy ilyen
2. ábra. Az orvosok által használt maximum hőmérő.
részt neveznek foknak (°). Réaumur és Celsius a fagypontot 0°-al jelöli, Fahrenheit ellenben 32/-al. Tehát a Réaumur szerint beosztott hőmérőn a forrpont 80°-al, a Celsius szerintin 100/-al, Fahrenheitén 212°-al van jelölve. A fagypont fölötti fokokat + jellel szokás jelölni, a fagypont alattiakat - jellel. A háromféle fok könnyen fejezhető ki egymás által. Igy t-vel jelölve a fokok számát:
Megjegyzendő, hogy idővel a fagypont némileg változhatik. Célszerü tehát a fagypontot ujra meghatározni és a skálákat e szerint módosítani. A kénesőoszlop emelkedése a hő következtében annál jelentékenyebb, mennél nagyobb az edény a cső keresztmetszetéhez képest. A kéneső-H.-t sokszor 100 °C.-on tul is ellátják a skála folytatásával, szintugy a fagypont alatt is. Megbizhatósága azonban csak a 0° és 100° közötti hőmérsékekre terjed. A fagypont alatt a kéneső-H.-t csak körülbelül 35°-ig lehet használni, mert a kéneső -39 °C.-nál megfagy; ezért nagyobb hideg mérésére alkohol-H.-t használnak, mely hasonlóképen készül, mint a kéneső-H.
3. ábra. Six-féle hőmérő.
A kéneső- és alkohol-H.-ket különböző célokra is készítik, midőn is a közönséges H.-től eltérő szerkezetüek. Igy Rutherford maximum- és minimum-J.-je (l. az 1. szövegábrát) arra való, hogy bizonyos időközben a legmagasabb és legmélyebb hőmérséket jelezze. Ezek közös deszkán vizszintes helyzetben vannak megerősítve. A maximum-H. kénesős és a rendesnél kissé tágasabb csövében kis acélpálcácska fekszik. Ha a kéneső a melegben előrenyomul, a pálcácskát maga előtt tolja és ha a kéneső visszahuzódik, a pálcácska helyén marad s ez által jelzi az elért legmagasabb hőmérséket. A minimum-H.-ben alkohol van s ebben kis üvegpálcácska van elhelyezve, végein egy-egy golyócskával. Ha az alkohol kitágul, az üvegtest mellett elhaladhat, de visszahuzódásakor a pálcácska a tapadás miatt kénytelen követni az alkohol végét. Igy az elért legkisebb hőmérséket jelzi. Az orvosok által lázbetegnél használt maximum-H. (l. képmelléklet 2. ábra) 34-42 °C. közötti hőmérsékek mérésére való. A skála közepén az emberi test rendes hőmérséke, 37 °C. van feltüntetve s a fokok tizedrészekre vannak osztva. Maximum-hőmérővé az teszi, hogy a kénesőfonal egy helyen légbuborék által van megszakítva. Ha a kéneső emelkedik, magával viszi az elszakított fonalat is, de lehüléskor az elért legmagasabb helynél hagyja. Használás előtt a kénesőt rázás által 37/ alá kell juttatni.
4. ábra. Bréguet hőmérője.
Az angol Six-től eredő és róla Six-H.-nek nevezett eszközzel (l. 3. ábra) a tenger mélységeinek hőmérsékét mérik. Meghajlított üvegcsőből áll, melynek két szára egymással párhuzamos és egy-egy edényben végződő. Az egyik edényben s a megfelelő cső egy részében alkohol van; a cső meghajlított részét kéneső, további részét ismét alkohol s a második edényt alkoholgőz tölti be. Mindegyik csőben az alkoholt tartalmazó részben üvegtestecske van, melyhez acélrugó van forrasztva. Ez arra való, hogy az üvegtestecske a cső függélyes helyzetében a kénesőig ne essék. Használat előtt az acélrugós üvegtestecskéket mágnessel a kénesőig viszik. Ha a hőmérsék emelkedik, az egyik üvegtest előrenyomul, a másik marad; lehüléskor ez utóbbi mozdul el s az előbbi marad elfoglalt helyén. Melegítéskor a kéneső egy része kifolyik s ez lehüléskor nem tér vissza a csőbe. Az elért legnagyobb hőmérséket ugy tudjuk meg, hogy ezen H.-t egy közönségessel együtt melegítik s megfigyelik azon hőmérséket, melynél a kéneső ismét eléri a cső végét. A kifolyt kénesőt ismét pótolni kell. A kéneső-H.-t önműködő jelzőkészülékül is lehet használni. Vannak azonban folyadék nélküli H.-k is, t. i. a fémhőmérők. A fontosabbak a következők:
5. ábra. Qadráns hőmérő.
Bréguet H.-je (l. 4. ábra), mely a legérzékenyebb fémhőmérő. Ennél három vékony lemez ezüstből, aranyból és platinából ugy van egybeforrasztva, hogy az aranylemez van középen. Az egyik szélső fém: az ezüst, erősebben, a másik: a platina, gyengébben tágul a melegben, mint az arany. Az összeforrasztott fémek rendkivül vékony fémszalaggá vannak hengerelve. Ezt spirálissá csavarják, melynek egyik vége, A, meg van erősítve, mig a másik, B, szabadon lóg és könnyü, vizszintesen lebegő tűt (cd) tart, melynek hegye beosztott kör fölött mozoghat. Mivel a használt fémek nem tágulnak egyformán a meleg következtében, minden hőmérsékváltozás tágítja vagy szükíti a spirális meneteit s ennek kövtkeztében a tű bizonyos szöggel elhajlik, melynek nagysága arányos a hőmérsékváltozással. Magát a körbeosztást kénesőhőmérővel való összehasonlítás által készítik. Ezen készülékeket a galvánáram melegítő hatásának kimutatására is lehet használni. - A quadráns-H. zsebóra alaku (l. 5. ábra). Lényeges része köralaku fémszalag (fgh), melynek belső részét réz, külső részét acél képezi. A fémszalag egyik végpontja (f) meg van erősítve, a másik (h) szabad és ez emeltyü közvetítésével mutatót képes mozgatni. Ha a hőmérsék emelkedik, a fémszalag megnyilik és a mutatót az óramutató járásával ellenkezőleg forgatja. Lehüléskor az ellenkező történik. A mutató beosztott körlap előtt mozog. - Hermann és Pfister maximum-minimum-H.-je (l. 6. ábra) két különbözően táguló fémből alkotott fémszalagból áll, mely spirálisalakban van a tartóhoz erősítve. A külső, szabad vég kis fémpálcikát mozgat. Ha a hőmérsék emelkedik, a spirális tágul és szabad vége a pálcikát balra nyomja. Lehüléskor a spirális összehuzódik és a pálcika jobbra mozdul. Ez által egy-egy mutató is mozgásba jut, melynek vége köriv-osztályzat előtt van. Használatkor a két mutatót egészen közel hozzák egymáshoz, ugy hogy végeik egymást födjék. Az osztályzát szintén kénesőhőmérő adatai nyomán készül.
6. ábra. Hermann és Pfister -féle maximum-minimum
hőmérő.
A legpontosabb H.-k a léghőmérők, melyek alapja azon törvény, hogy a gázok nyomása állandó térfogatnál a hőmérsékkel arányos. Léghőmérőt többen szerkesztettek; igy Rudberg, Magnus, Regnault, Jolly stb. Habár a különböző léghőmérők egyes részletekben eltérnek egymástól, jellemző reájuk nézve a levegőt tartalmazó edény (üveg-, porcellán- v. platinából), mely vékony, u. n. kapilláris cső által manometer-rel van összekötve. A manometer meghajlított cső, melyben kéneső van s a különböző léghőmérők főleg ennek szerkezetében térnek el. Célszerü és könnyen kezelhető a Jolly-féle lég-H. (l. 7. ábra). Szolárd és függélyesen álló állványon az L légedény, a C kapilláris cső és ennek folytatása, az A tágasabb cső a H szárnál föl- és letolható vagy az s csavarral megerősíthető. Az A cső acélfoglalványban végződik, melyen kettős furatu csap (R) van. Az acélfoglalványra alulról erős kaucsuk-cső van erősítve, mely a másik oldalon a B csővel van összekötve. Ez a kaucsuk-cső az A és B üvegcsövekkel együtt képezi a manometert, mely azonban a H' szár segélyével föl- és letolható. Kisérlet előtt az L légedényt az acélfoglalatról lecsavarják, kiszivattyuzzák s aztán száraz levegővel töltik meg. Miután ismét a készülékre csavarták, olvadó jég közé teszik, miáltal a levegő zérus fokra hül le. A manometert a szár segélyével addig emelik, mig a kéneső az A csőben az m jelig nem emelkedik. Ez sötét üvegből való meggörbített pecek, mely a kapilláris cső végéhez van forrasztva s melynek finom végeig kell a kénesőt emelni. Ekkor a légedényben és kapilláris csőben meghatározott térfogatu, zérus hőfoku levegő van elzárva; a megfelelő barometer-állást és a kéneső állását a B csőben följegyzik.
7. ábra. Jolly-féle léghőmérő.
Ezután a légedényt azon térbe helyezik, melynek hőmérséke meghatározandó. Magasabb hőmérséknél a levegő kitágul s ez a kénesőt a manometer baloldali csövében lenyomja. Hogy a levegő térfogata ugyanaz legyen, mint zérus foknál, a manometer B csövét addig emelik, mig a kéneső ismét az m jelig ér. Ekkor szintén leolvassák a barometer-állást és a kéneső állását a B csőben. Ezen adatokból a hőmérséket ki lehet számítani. A manometer mögött ezüst tükör-szalag van, milliméter-beosztással. V. ö. Müller-Pfaundler, Lehrbuch d. Physik (II. köt. 2. rész). Fahrenheit-, Celsius- és Réaumurnek a hőmérőre vonatkozó dolgozatai együttesen jelentek meg az Oswald által kiadott Klassiker c. gyüjteményben (1894).
