Dünyada ən çox ölçülən parametr temperaturdur. Lakin maraqlıdır ki, bu parametrin ölçülməsi hələ insanlıq tarixində yeni sayıla bilər. Tarixboyu insanlar temperaturu dəyərləndirərkən sadəcə “isti”, “soyuq” kimi ümumi sözlərdən istifadə ediblər. Buna baxmayaraq konkret olaraq dərəcəni göstərməsə də, qədim dövrlərdə də temperaturun artıb-azaldığını göstərən cihazlar düzəldilmişdi.

Ən qədim temperatur cihazı

Təxminən eramızdan əvvəl 250-ci ildə Bizanslı mühəndis Filo Mekanikus içi boş qurğuşun kürəsini hava və su ilə dolduraraq onu boru ilə açıq küpə birləşdirdi. Kürənin içindəki havanın temperaturu yüksəldikcə qlobus genişlənir və suyu boruya itələyirdi, temperatur aşağı düşəndə isə ​​su çəkilirdi. Bu sadəcə temperaturun artıb-azaldığını göstərən, temperaturun dəqiq ölçüsünü isə göstərməyən nisbi cihaz idi. Tarixin bilinən ilk temperatur cihazı qəbul edilə bilər. Daha sonralar da, yüz illər boyunca sadəcə temperaturu nisbi olaraq göstərən müxtəlif cihazlar yaradıldı.

İlk şkalalı temperatur cihazı

Romer şkalası

Tarixdə şkalası olan, kalibrlənmiş ilk temperatur cihazı isə çox da uzaq olmayan dövrdə, 1701-ci ildə danimarkalı alim Ole Kristensen Romer tərəfindən yaradıldı. O, yaratdığı termometrdə qırmızı şərabdan istifadə etmiş və şkalanın sıfır nöqtəsi kimi duzlu suyun donma temperaturunu götürmüşdü. Bu nöqtə sadə şirin suyun (distillə edilmiş) donma temperaturundan daha aşağı idi. Distillə edilmiş suyun donma temperaturu isə Romer şkalasında 7,5 nöqtəsinə uyğun gəlirdi. Romer öz şkalasında duzlu suyun qaynama temperaturunu isə 60-la işarələmişdi. Beləliklə bu 60-lıq şkala idi. Geniş yayılmasa da, indi də temperatur ölçmələrində Romer şkalası bəzən istifadə olunur. Bu şkalanı ən geniş yayılmış Selsi şkalası ilə müqayisə etsək təxminən 1 °Ro = 1,9 °C olacaq. Lakin Romer şkalasındakı göstəricini Selsi şkalasına çevirəndə Romer şkalasındakı göstəricidən 7,5 çıxdıqdan sonra alınan nəticəni 1,9-a vurmaq lazımdır.

Tarixboyu baxsaq, ən qədim ölçmələr 10-luq say sistemi əvəzinə 12-lik və ya onun 5 misli 60-lıq sistemə görə qurulmuşdu. Məsələn insanlar bu gün də ili 10-a yox 12-yə bölür, 1 saatı 100 yerə yox, 60-a (dəqiqəyə) bölür. Bu barədə daha ətraflı Rəqəmlər və say sistemləri yazısında tanış ola bilərsiniz. İlk temperatur şkalası da, görünür ki, 60-lıq ənənəni davam etdirmişdi.

Qüvvə vahidinin adı temperatur şkalasında

İngilis fiziki İsaak Nyuton, demək olar ki eyni vaxtda, kalibrlənmiş temperatur şkalasını təklif etdi. Nyuton suyun donma nöqtəsi olaraq sıfır dərəcə təyin etdi. Lakin o daha kiçik aralıq yaradaraq, insan bədəninin (qanın) temperaturunu şkalada 12 olaraq qeyd etdi. Burada yenə 12-lik ənənənin davamını görürük. Lakin, Nyuton eyni zamanda suyun qaynama nöqtəsini də nəzərə aldı və şkalasında bunu da istinad nöqtə etdi. O suyun qaynama nöqtəsini 33 olaraq qeyd elədi. Nyuton termometrik maye kimi kətan yağından istifadə edirdi. Beləliklə Fizikada Qüvvə vahidi kimi seçilən Nyuton (N) ifadəsi tamam başqa formada temperatur vahidlərindən biri kimi də (°N) istifadə olunur. Bunu da Selsi şkalası ilə təxmini müqayisə edək: 1 °N = 3,03 °C

İlk praktiki termometr

Farenheyt şkalası

Dünyada ən çox istifadə olunan 3 temperatur şkalasından birinin qurucusu isə polyak əsilli alim Daniel Qabriel Farenheyt olmuşdur. O 1709-cu ildə ilk civəli praktiki termometri hazırlamışdı. Farenheyt ilk temperatur şkalasını yaradan Romerin yanına getdikdən sonra temperaturu ölçmək üçün öz Farenheyt miqyasını yaratdı. Belə ki o da öz şkalasında suyun donma və qaynama temperaturlarından istinad kimi istifadə etsə də, bu nöqtələr arasında miqyaslanmanı daha dəqiq aparmaq üçün şkalanı 180 nöqtəyə böldü. Suyun donma nöqtəsi kimi 32 °F, qaynama nöqtəsi kimi isə 212 °F seçdi. Farenheytin şkalasında da istinad nöqtələri kimi praktiki rahatlığına görə 12 və 60-ın bölünənləri olan 180 seçilmişdi. Bəs nəyə görə suyun donma nöqtəsi olaraq sıfır yox 32, qaynama olaraq da 180 yox 212 seçilmişdi? Çünki Farenheyt bu şkalanı yaradarkən öz laboratoriyasında sıfır nöqtəsi olaraq Romer kimi duzlu suyun donmasını seçmişdi. Lakin sonradan adi suyun donma nöqtəsini istinad kimi qeyd etdi. Bu isə artıq onun şkalasında 32-yə uyğun gəlirdi. Bundan əlavə Farenheyt də daha əvvəl Nyuton kimi insan qanının temperaturunu da istinad nöqtələrindən biri etmişdi. Belə ki, o insan qanının temperaturu kimi 96 °F temperaturu seçdi. 96-nı seçməsinin səbəbi isə 96 və 32 arasında fərqin 64 olmasının onu miqyaslandırmada daha asan olacağını düşünməsi idi. 64 ədədi 1 ədədinə çatana qədər davamlı 2-yə bölünərək xeyli imkan yaradır. Lakin Farenheyt insan qanının temperaturunu qeyd edərkən yetərli bilgiyə sahib olmamışdı və cüzi xəta etmişdi. Buna görə Farenheyt miqyası ilə suyun donma nöqtəsi və qanın temperaturu arasında fərqə əsasən müəyyən edirik ki, o insan qanının temperaturunu Selsi şkalası ilə qeyd etsək, təxminən 96 °F = 35,5 °C olaraq hesablamışdı. Lakin insan qanının temperaturu ortalama 36,5 °C olaraq götürülür.

Göründüyü kimi Farenheyt şkalası çox inkişaf yolu keçmiş və nəhayət istinad nöqtələri kimi çox ideal miqyaslanmanı seçərək 32 – 212 °F aralığını seçmişdir. Belə miqyaslanma bəlkə da praktiki cəhətdən ən ideal miqyaslanmadır. 180 ədədinin daha çox böləni olduğu üçün hesablamada daha rahat olmuşdur. Məsələn Selsi şkalasının istinad nöqtəsi olan 100 ədədi kəsirsiz olaraq 3-ə bölünmür. Farenheyt şkalası diapazonu 180 isə 2, 3, 4, 5, 6, 9 kimi ədədlərə bölünməklə ölçmələri daha rahat müqayisə etməyə imkan verir. Lakin hazırda dünyanın əksəri Selsi şkalasını istifadə edərkən demək olar sadəcə ABŞ Farenheyt şkalasını istifadə edir. Farenheyt şkalasını Selsi şkalasına çevirəndə biraz fərqli hesablamadan istifadə olunur. 1 °C = 1,8 °F olmasına baxmayaraq Farenheyt şkalasında istinad nöqtəsi 32-dən başladığına görə üzərinə 32 əlavə edirik. Məsələn 60 °C = 32+60*1,8 = 140 °F.

Reaumur şkalası

Başqa bir temperatur şkalası isə Reaumur (°Re) vahidi ilə olan şkaladır. Bu temperatur şkalasını isə fransız alimi Rene Antoine Fercault de Reaumur 1731-ci ildə yaratmışdır. O öz şkalasında istinad nöqtələri kimi suyun donma temperaturu kimi 0 °Re, donma temperaturu kimi isə 80 °Re götürmüşdür. Reaumur öz termometrində spirt qarışığı olan mayedən istifadə etmişdir. Beləliklə 1 °Re = 1,25 °C-yə bərabərdir.

Ən çox istifadə olunan şkala

Selsi şkalası

Dünyada əksəriyyətin istifadə etdiyi Selsi vahidli şkala isə 1742-ci ildə İsveç astronom, fizik və riyaziyyatçısı Ander Selsi icad etmişdir. O da istinad nöqtələri kimi suyun donma və qaynama nöqtələrini seçmişdir. O hətta donma və qaynama nöqtələrini qeyd edərkən atmosfer təzyiqini mm civə sütunu ilə qeyd etmiş və ölçməni daha etibarlı hala gətirmişdir. Lakin Selsi bu şkalanı yaradanda tərsinə yaratmışdı. Yəni 0° C suyun qaynama temperaturu, 100 °C isə suyun donma temperaturu idi. Ondan xəbərsiz fransız alim Jan Pyer Kristin də şkala yaratmışdı. Lakin o, sıfır nöqtəsini donma, 100 nöqtəsini qaynama olaraq seçmişdi. Jan Pyer Kristinin termometrində çatışmayan cəhət isə atmosfer təzyiqi şəraitini ölçməməsi idi. Selsi şkalası isə sonralar Karl Linnaeus Anders tərəfindən təkmilləşdirilərək dəyişdirildi və bu günki formasını aldı. Belə ki, suyun donma temperaturu kimi 0 °C, qaynama temperaturu kimi 100 °C temperatur götürüldü. Bu temperatur vahidi hazırda dünyada ən çox istifadə olunan temperatur şkalasıdır.

Tərsinə temperatur şkalası

Delisle şkalası

Selsi şkalasının tərs istiqamətinə sonradan düzəliş edilsə də, dünyada tərsinə istiqamətlənmiş başqa temperatur şkalası da var. Bu Delisle şkalasıdır. Delisle şkalası 1732-ci ildə fransız astronom Cozef Nikolas Delisle tərəfindən icad olunub. Bu şkalada suyun qaynama nöqtəsi 0 °De-yə bərabərdir. Bundan əlavə 1 °C = -2/3 °De hesab olunur. Məsələn 30 °De = -2/3*30 = -20 °C olur.

Ən soyuq temperatur (Mütləq sıfır)

Kelvin və Rankine şkalaları

Praktiki istifadə üçün indiyə qədər olan bütün temperatur şkalalarının istinad nöqtələri insanın öz qanının temperaturu və ya həyat rəmzi olan suyun müxtəlif hallarının temperaturları kimi götürülürdü. Beləliklə insan bu istinad nöqtələri ilə həmin temperaturun ona nə dərəcədə təhlükəli və ya təhlükəsiz olduğunu müəyyən edə bilirdi. Lakin elmin inkişafı ilə bütün bu temperatur şkalaları yetərli olmurdu. Yuxarıda sadalananlardan daha çox, hətta 10-larla müxtəlif temperatur şkalaları çıxsa da, onlar elmi ehtiyacı ödəyəcək qədər mütləq deyildi. Belə ki, hər bir alim istinad nöqtələrini təbiətdən götürsə də, praktiki məqsədlər üçün və insanın həyatına uyğun aralıqlarda təbiətdən temperaturlar götürürdülər. Lakin elm inkişaf etdikcə kainatda mümkün ola biləcək ən soyuq temperaturun sıfır nöqtəsi kimi götürülməsi vacib hala gəlirdi. Alimlər kainatda mütləq sıfır temperaturunu araşdırmağa başladılar. Müxtəlif versiyalar irəli sürülürdü. Nəhayət 19-cu əsrin ortalarında britaniyalı riyaziyyatçı, fizik və mühəndis Lord Kelvin Kainatda mümkün ola biləcək ən soyuq temperaturu, yəni mütləq sıfır nöqtəsini tapdı. Onun özü əvvəl soyuq temperaturun hər hansı bir həddi olacağına inanmırdı. Lakin, o, fransız hərbi mühəndisi və fiziki Sadi Karnotun əsas əsəri olan “Alovun hərəkətverici gücü haqqında düşüncələr”i oxudu. Karnotun yazılarına 25 il ərzində elm adamları məhəl qoymasalar da, Kelvin Karnotun elmi əsərlərini araşdırıb, Selsi şkalası ilə temperaturun -273 °C-yə yaxınlaşdıqca, ideal istilik mühərrikinin səmərəliliyinin yüz faizə yaxınlaşacağını başa düşdü və beləliklə mütləq sıfır nöqtəsini tapdı. Kelvin şkalası buna əsasən quruldu. Bu şkala tamamilə Selsi şkalasına bənzəyir, sadəcə sıfır nöqtəsi suyun donmasını deyil, mütləq soyuğu ifadə edir. Məsələn Selsi şkalasındakı 60 °C-ni Kelvinə belə çevirə bilərik: 60 °C = 273,15 + 60 = 333,15 K.

Kelvin şkalasından başqa da hazırda mütləq sıfır temperaturunu sıfır olaraq qeyd edən temperatur şkalası var. Bu şkala Rankine (°R) şkalasıdır. Bu şkala 1859-cu ildə şotlandiyalı fizik Makqorn Rankin tərəfindən təklif olunub.  Lakin onun Kelvin şkalasından fərqi odur ki, Kelvin şkalası Selsi şkalası bölgü qiymətinə uyğun qurulsa da, Rankine şkalası Farenheyt şkalası bölgü qiymətinə uyğun qurulub. Sadəcə Farenheytdən fərqli olaraq sıfır nöqtəsi duzlu suyun donmasından deyil, mütləq sıfırdan başlayır. 0 K və ya 0 °R qiymət olaraq Selsi şkalası ilə -273,15 °C-yə, Faranheyt şkalası ilə −459.67 °F-ə bərabərdir. Mütləq sıfır nöqtəsində maddənin molekul və atomlarının hərəkətləri durma nöqtəsinə gəlir. Ona görə bu sıfır nöqtəsinə fiziki və fəlsəfi olaraq çatmaq mümkünsüz görünsə də, riyazi olaraq bu sıfır nöqtəsinin dəqiq və nə qədər olduğu hesablana bilir. Laboratoriya şəraitində də alimlər mütləq sıfıra yaxınlaşsa da, tam çata bilməmişdir.

Ən isti temperatur və yekun

Bu vaxta kimi mütləq soyuqdan danışdıq. Lakin tam aydın olmasa da, mütləq istinin də bir həddi olduğu düşünülür. Həmin həddə istilik isə yalnız Kainat yarananda mövcud olmuşdur. Bu istiliyə Plank istiliyi deyilir. Onun ölçüsü isə 1,42*10³² K-dir. Bu ədədi ifadə etmək üçün 142 ədədinin arxasında 30 ədəd sıfır yazmalıyıq.

Mütləq sıfırı ifadə edən iki şkaladan biri Kelvin Temperaturun əsas vahidi olaraq qəbul edilir. Beynəlxalq vahidlər sistemində Kelvin 7 əsas vahiddən biridir. Bu şkala real həyatda istifadə olunmasa da, elmi məsələlərdə, xüsusilə metrologiya elmində temperaturun indiyə kimi yaradılan vahidləri arasından əsas vahid kimi seçilmişdir.

Mənbələr:

1. The History of Temperature Measurement – https://dewesoft.com/blog/temperature-measurement-history

2. Timeline of temperature and pressure measurement technology – https://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_temperature_and_pressure_measurement_technology

3. Units of Temperature – Examples, Definition, Units, Conversion – https://www.examples.com/physics/units-of-temperature.html

4. A brief history of temperature – https://spark.iop.org/brief-history-temperature

5. Planck units – https://en.wikipedia.org/wiki/Planck_units