Mióta használunk hőmérőt?

Hőmérőt a hétköznapi életben kétféle célra használunk: a környezetünk, valamint a saját testünk hőmérsékletének mérésére. A hőmérőket hosszú ideig a hőre arányos térfogatváltozással reagáló, folyékony higannyal készítették, ám ennek mérgező volta miatt 2009 óta az EU-ban és az USA-ban is másféle anyagokra váltottak. És bár a higany csaknem két évszázadon át meghatározó szereplő volt a hőmérők történetében, a jelenléte végül mégis csupán egy közjátékot jelent, hiszen sem a kezdetekkor, sem a továbbiakban nem jelenik meg, legalább is ott, ahol közvetlen kapcsolatba kerülhet az emberi szervezettel.

Mit is mérünk pontosan?

A hőmérővel egy adott hőállapotot mérünk meg úgy, hogy ezt számokban kifejezett fizikai mennyiségekkel jellemezzük. Ha két, egymással kapcsolatba kerülő test – például üveg és jégdarab – hőmérséklete (hőfoka) különbözik, a fizika törvényei szerint hőátadás indul meg közöttük. Ez pedig addig tart, amíg mindkettő azonos hőmérsékletű nem lesz.

Az anyagok fizikai tulajdonságai (például a színük, a térfogatuk vagy az elektromos vezetésük) megváltoznak a hőmérséklet változásai során, és ez az a tulajdonságuk, amely lehetővé teszi, hogy folyadékos hőmérőket használjunk. A higany mellett alkoholt is alkalmaztak a hőmérőkhöz, mert mindkét anyag megbízható módon tágul ki a hő emelkedésének hatására.

A 18-dik századtól használt higanyos hőmérőn a tapasztalatok alapján piros pötty jelzi, hogy honnan kell súlyosabb betegségre gyanakodnunk. Az itt látható, 39 C-fok fölötti láz már elég nagy bajt jelez. Ilyen esetben mindenképp orvost kell hívni.

Kinek jutott eszébe először a lázmérés fontossága?

Bár azzal az orvosok kezdettől tisztában voltak, hogy az emberi test hőmérsékletének megugrása, vagyis a láz a betegség jele, de hogy általában mi mindent jelez a testünk hőmérséklete, sokáig nem volt egyértelmű. Elsőként egy olasz orvos, a Santorius néven is emlegetett Santorio Santorio (1561-1636) foglalkozott alaposabban is ezzel a kérdéssel. Ő arra a következtetésre jutott, hogy ha pontos képet akar kapni a betegségek természetéről, akkor bizony sok mindent meg kéne tudni mérni ehhez.

Ebben segítségére volt, hogy a korszakban egyébként is a tudományok középpontjába kerültek a fizikai mérések, s különösen az inga eszköze, amely lehetővé tette, hogy az egyes jelenségek lezajlásához pontos mércéje is legyen. A pulzus méréséhez például az orvosok már ingát használhattak. Santorius munkáját különösen segítette, hogy a kor legnagyobb csillagászával, Galileivel is barátságban állt.

Galilei elsőként foglalkozott a hőmérő gondolatával, és sikerült is egy termoszkópot készítenie, amellyel a meleg levegő tágulását tudta kimutatni és megmérni. Emellett a kor filozófiája is a tapasztalást és az érzékelést tartotta a legfontosabbnak. Santorius maga is azt vallotta, hogy elsősorban az érzékeinknek és a tapasztalatainknak kell hinni, azután erre kell alapozni az érveléseinket, és csak ezután kell figyelni arra is, hogy mit mondtak minderről mindazok, akiket eddig mérvadóknak fogadtunk el.

Galilei kortársa, Santorius az orvosi tapasztalatai alapján jutott el a hőmérő fontosságának gondolatáig.

Ami a tapasztalatokat illeti, abból pedig épp eleget lehetett beszerezni akkoriban, különösen a nagy járványok időszakában. Így végül ő volt az, aki Galilei példája nyomán szintén bátran belevágott az addig szokatlan kísérletekbe, és 1625-ben összerakta az első olyan hőmérőt, amellyel bizonyítani tudta, hogy az emberi test hőmérséklete szokványos körülmények között éjjel-nappal lényegében azonos: 36,5 C-fok körüli hőmérsékletű.

Az általa megszerkesztett hőmérő egy hosszú és keskeny csőből állt, amelyet egy üveggolyó zárt le. A cső másik végén, a golyó és a levegőréteg alatt víz volt. A páciensnek a szájába kellett vennie (más esetben a kezében alaposan meg kellett ráznia) az üveggolyót, amely ezáltal hamar fölmelegedett, a hőjét átadta a levegőnek, amely ettől kitágult, és a tágulása mértékében kiszorította az alul lévő vizet.A kiszorulás mértékét pedig egy skálával meg lehetett mérni, amivel Santorius le tudta olvasni az emberi test hőmérsékletét.

Viszonyítási pontként a hó és a gyertyaláng hőmérsékletét használta. Később a víz olvadáspontja és fagyáspontja adja majd a hőmérők mérőskáláinak alapját. Az eszköznek az volt a hátránya, hogy mivel a csövet nem zárta le hermetikusan, a rendszer a légköri nyomásra is érzékeny volt, tehát nem adott pontos képet. Arra azonban alkalmas volt, hogy a lázas beteg viszonylagos állapotait jelezze.

Ezt a szobahőmérőt Galilei szerkesztette. Azon alapult, hogy hő hatására megváltozik a  folyadék hőmérséklete, ahogyan a folyadékban úszó tárgyak relatív sűrűsége is megváltozik. Ezért, Archimédész törvénye alapján vagy lesüllyednek, vagy felúsznak a közeg tetejére. A hőmérsékletet a színes golyókon függő plombákról lehet leolvasni. És bár biztosan nem ez volt a legpontosabb hőmérő, de valószínűleg annál kellemesebb és szórakoztatóbb volt a leolvasása… (Forrás: Wikipedia)

Santorius után egy brit tudós, W. Aitken volt az, aki rájött, hogy a láz méréséhez a higany a legalkalmasabb anyag. 1863-64 között megkonstruálta azt a lázmérőt, amely azután az évezred végéig szinte minden háztartásban ott volt. A higany ebben a szerkezetben egy kis üvegtartályban van, amelyből keskeny cső vezet ki. A cső mellett rovátkák jelzik a fokokat.

Fontos elem, hogy a tartályt és a csövet egy erős szűkület választja el: ez akadályozza meg, hogy a hőhatás során kitáguló higany visszafolyjon a tartályba, és ezzel megnehezítse a leolvasást. A mérés végeztével erős rázással lehet visszajuttatni a higanyt a tartályba, úgy, hogy csak egy kis szakaszon „lógjon ki” belőle. A következő, még pontosabb hőmérőt azután a neves német fizikus, G. Fahrenheit készítette el 1714-ben.

Hányféle hőmérőt használnak még?

A higanyos hőmérő mellett még sokféle ilyen eszköz létezik. Így például a folyadékkristályos hőmérők azon alapulnak, hogy az ún. koleszterikus folyadékkristályok színe a hőmérséklettől függően megváltozik. Melegítésre az anyagok színe a teljes látható színtartományban, a vöröstől az ibolyáig változhat. A mérési tartománya 1-2 °C-tól kb. 20 °C-ig terjed, a mérés pontossága néhány tized fok.

De használnak hőérzékeny festékeket is, amelyek szintén a színük változásával mutatják meg a hőmérséklet-változásokat. Az erősen mérgező ezüst-higany jodid vagy a réz-higany jodid is ilyen festék. Az ezekkel megtöltött eszközöket nagy felületek, például gépek hőmérsékleti szempontból kritikus területeire szokták ráhelyezni.

Laboratóriumokban, a kisebb felületek méréséhez gázhőmérőket is alkalmaznak, mert mind az állandó térfogatú gáz nyomásának ill. térfogatának változása egyformán alkalmas a hőmérséklet mérésére, különösen a nagyon hideg anyagoknál. A héliumos gázhőmérőkkel például egészen – 270 °C-ig mérhetünk.

A fémrudas hőmérőket más néven lineáris (vonalas) hőmérőknek is hívják, mert ezek egy fém lineáris hőtágulását használják fel. A mérőrudat közel zéró (nulla) hőtágulású anyagból készítik, és az észlelhető különbséget maga a tartó nyúlása fejezi ki.

Léteznek még bimetál hőmérők is, amelyek különböző mértékben táguló, összehegesztett fémszalagok meggörbülését használják ki.

Az élelmiszeriparban pedig infravörös sugárral működő hőmérőt használnak, amelynek nagy előnye, hogy a méréshez nincs szükség közvetlen kapcsolatra a mért anyaggal, tehát nem kell kibontani a méréshez az árut.

Az emberi test hőmérsékletének mérésére ma már kizárólag digitális hőmérőt használunk, amelyek nem tartalmaznak higanyt, hanem fémek hőtágulási reakciói alapján jelzik ki számokkal, hogy mennyi a hőmérsékletünk, és így akkor sem jelentenek veszélyt ránk nézve, ha netán elromlanak. Ilyenkor még mindig ott van a pulzusunk, amelynek alapján legalább nagyjából meg tudjuk mondani, hogy mekkora a baj, amíg be nem szerzünk egy megbízható mérőeszközt.

Lévai Júlia

Ez a cikk eredetileg 2006-ban jelent meg a mimicsoda.hu oldalon.