Sıcaklığı Ölçmek: Termometrenin Tarihi

Günümüzde sıcaklığı ölçmek hayli kolay. Bu amaçla yakın zamana kadar cıvalı termometreler kullanıyorduk. Son yıllarda ise sıcaklığı algılayan sensörler cıvalı termometrelerin yerini almaya başladı. Peki, geçmişte insanlar sıcaklığı nasıl tanımlamıştı ve sıcaklığı nasıl ölçmüşlerdi? Gelin, termometrenin tarihî yolculuğuna birlikte göz atalım.

Bugün sıcaklığı ölçmek için kullandığımız termometrenin tarihi 300 yıl önceye dayanıyor. 18. yüzyıla kadar sıcaklık ölçümü için herhangi bir standart yoktu.

Geçmişte insanlar bazı şeylerin sıcak bazı şeylerinse soğuk olduğunun farkındaydı. Yunan filozof Protagoras “İnsan her şeyin ölçüsüdür” önermesini ispat etmek için sıcaklıkla ilgili bir deney yapmıştı. Bu amaçla içinde sıcak, ılık ve soğuk suların bulunduğu üç kap kullandı. Denek sağ elini sıcak suya, sol elini ise soğuk suya aynı anda daldırdı ve bir süre bekletti. Daha sonra aynı anda iki elini de kaplardan çıkarıp ılık suya daldırdığında sağ elinde soğukluk, sol elinde ise sıcaklık hissetti. Ilık suyun sıcaklığı sıcak suyunkinden düşük olduğu için sıcak sudan ılık suya daldırılan el ılık suyu soğuk olarak algıladı. Benzer biçimde, ılık suyun sıcaklığı soğuk sudan yüksek olduğu için soğuk sudan ılık suya daldırılan el ılık suyu sıcak olarak algıladı.

1600’lü yılların başında Galileo Galilei, ilk kez sıcaklığı ölçebilecek bir alet geliştirdi. Galileo gazların ısıtıldıklarında genleştikleri prensibinden yola çıkarak bir tür gaz termometresi olan termoskobu geliştirdi. Ancak Galileo gazın hacminin yalnızca ısıyla orantılı olarak değiştiğini düşünüyordu ve dış basıncın gazın hacmine olan etkisinden habersizdi. Dolayısıyla geliştirdiği termoskop doğru ve kesin ölçümler yapmak için uygun değildi.

Galileo’nun termoskobu

1714’te Gabriel Fahrenheit bu amaçla gaz yerine sıvı kullanmaya karar verdi ve ısıtılan sıvıların genleşmesi ilkesinden yola çıkarak ilk modern termometreyi icat etti. Fahrenheit termometresinin özellikle hava sıcaklığı ölçümlerinde kullanılacağını düşünüyordu. Bu nedenle ölçüm skalasında negatif sayı değerlerine yer vermemek için o dönemde laboratuvar ortamında elde edilen en düşük sıcaklığı termometresinin 0 noktası olarak kabul etti.

Günümüzde en yaygın kullanılan sıcaklık ölçeği olan santigratı İsveçli bilim insanı Anders Celsius icat etti. Anders Celsius suyun donma noktasının basınçtan etkilenmediğini, suyun kaynama noktasının atmosfer basıncına bağlı olarak değiştiğini belirledi. Ancak bugün kullandığımızın tersine Anders Celsius geliştirdiği termometrede suyun donma noktasını 100 derece, kaynama noktasınıysa 0 derece olarak işaretlemişti. Ancak daha sonra Celsius’un ölçeği tersine çevrildi. Celsius ölçeği santigrat (centi-, “100” anlamına gelen Latince centum sözcüğüne dayanan ve yüzlük birimleri ifade eden bir ön ektir, grat ise “derece” anlamına gelir) ölçeği olarak da isimlendirilir.

Fahrenheit ve Celsius’un geliştirdiği sıcaklık ölçekleri özellikle günlük hayatta (örneğin hava tahminlerinde, yiyecek hazırlamada, vücut sıcaklığını ölçmede) sıkça kullanılır.

Fahrenheit’ın negatif değeri olmayan bir sıcaklık ölçeği fikri William Thomson Kelvin’in (Lord Kelvin olarak da bilinir) ölçeği ile gerçeğe dönüştü. 1848'de Jacques Charles sabit basınç altındaki gazların hacmiyle sıcaklığı arasında doğru orantı olduğunu bulmuştu. Bir gazın hacmi ile sıcaklığı arasındaki ilişki incelendiğinde gazın sıcaklığı –273°C’ye yaklaşırken hacmi sıfıra yaklaşır. –273°C’de ise 0 olması gerekir. Lord Kelvin hiçbir şeyin hacmi sıfırın altında olamayacağı için –273°C’nin elde edilebilecek en düşük sıcaklık olması gerektiğini öne sürdü. Bu nedenle 0 K (yani –273,15°C) mutlak sıfır noktası olarak kabul edilir.

Kelvin sıcaklık değerlerinde derece işareti kullanılmaz.

Yıllar içinde daha doğru ve yüksek kesinlikte ölçümler yapabilen termometreler geliştirildi. Maddelerin aldıkları ısıyla orantılı olarak genleşme miktarlarındaki değişime dayalı termometrelerden farklı çalışma ilkelerine sahip termometreler tasarlandı. Maddelerden farklı sıcaklıklarda yayılan enerji miktarına veya farklı sıcaklıklarda elektriksel dirençteki değişikliklerdeki farklılığa dayalı termometreler bunlara örnek olarak gösterilebilir.

Kaynaklar:

• https://www.iep.utm.edu/protagor/
• https://thermometer.co.uk/content/92-thermometers-a-brief-history-of-the-thermometer
• https://www.nist.gov/si-redefinition/kelvin-history