온도계
온도계(온도계)는 온도를 측정하는 계기이다.온도 변화에 수반하는 물성의 변화등의 물리 현상을 이용해 온도를 측정한다.일반적으로 온도를 재는 것은 온도계로 불리지만, 특정의 용도에 응한 이름을 가지는 것도 있다(체온계등 ).
어원
J.르레션(Jean Leurechon, 1591년경- 1670년)이, 1626년에"themometre"라는 말을 사용하고 있어 이것이 영어로 번역된 것이 어원이라고 하고 있다.
일본에서는 옛날에는 한난 승강, 험온관, 험온기, 효험 아츠코, 험온표, 한서침, 한서바늘, 한서표등으로 번역되어[1], 1880년대부터 후쿠자와유키치의 물리학에 관한 저서로 채용된 것을 계기로 「한란계」[†1]이라고 하는 것이 정착했지만, 제2차 세계대전중에 「한란계는 정확하게는 온도를 측정하는 기구이다」라고 하는 이유로부터 「온도계」라고 번역되게 된[2].
종류
일차 온도계와 2차 온도계
온도계는 크게 나누어 일차 온도계와 2차 온도계로 분류된다.
일차 온도계란, 열역학 온도와 직접 대응하는 물리량을 측정하는 것으로 온도가 결정되는 온도계여, 온도 표준의 결정에 이용된다.예를 들면, 이상 기체의 상태방정식 pV=nRT에 대해 압력과 체적, 물질량이 요구되면 온도는 일의로 결정된다.일차 온도계의 특징으로서 이와 같이 물리량의 정의로부터 온도가 이끌리므로 교정이라고 하는 개념이 없는 점에 있다.온도 표준(온도 눈금)은 국제적인 결정으로서 온도역 마다 정의식이 정해져 있다.
그에 대한 2차 온도계와는 온도와의 대응이 명확하게 관련지을 수 있던 다른 양, 전기 저항값이나 액주의 높이, 출력되는 전압등을 측정하는 것으로 온도를 요구하는 온도계를 가리킨다.일반적으로 유통하고 있는 대부분의 온도계는 이 2차 온도계로 분류된다.2차 온도계는 일차 온도계로 결정된 온도를 기준에 온도계에 값을 매기는 교정 작업이 필요하다.
일차 온도계를 이용해 열역학 온도를 결정하는 작업은 전문적인 설비가 갖춰지는 연구 시설에서 행해진다.거기서 온도 표준이 결정되어 그것을 기준에 2차 온도계가 교정된다.
측정 원리의 차이에 의한 분류
- 열전대
- 저항 온도계(Resistance thermometer)
- 비접촉 온도계-적외선을 이용한다.
- 액주온도계
- 바이메탈식 온도계
- 갈릴레이 온도계-액체중에 각각 질량과 체적이 다른 낚시찌자를 넣어 액체의 비중이 온도에 의해서 변화하는데 따라 흥망 하는 낚시찌자에게 표기된 숫자로, 대략의 온도를 나타내는 온도계이다.
그 외 , 간단하고 쉬운 온도계로서 온도에 따라 색첨부의 숫자가 액정으로 표시되는 온도계가 있다(사모 테이프를 참조).
역사
온도계의 역사의 초기에 있어서는, 각각의 온도계로 눈금이 차이가 났다.
- 1592년-갈릴레이・Galilei가 구 부의 유리기둥을 수면에 물구나무 서기 시키고, 구부를 따뜻하게 하는 것에 의해서 수면이 변화하는 것을 나타낸다(공기 온도계).이것에는 이설도 있어, 갈릴레이의 친구 산토리오・산토리오가 발명했다고 하는 설도 있다.
- 1612년 산토리오・산토리오가 의료에 온도계를 이용한다.
- 1650년경(늦어도 1654년) -트스카나 대공 휄디난도・데・메디치(Ferdinando de'Medici)에 의해서 설계, A.아라맛니(Antonio Alamanni)에 의해서, 상단을 닫아 대기압의 변동의 영향을 중지한 모세관을 가지는 액주(알콜) 온도계가 제작되었다.
- 1702년-덴마크의 천문학자 오레・레머(Ole Romer)가, 물의 융점과 비점을 사용하고 눈금을 거절한 온도계를 제작.
- 1714년-가브리엘・퍼 렌 하이트(Daniel Gabriel Fahrenheit)가 수은을 이용한 액주온도계를 발명.
- 1730년-루네・레오 뮬이, 알콜과 물의 용해액을 이용해 섭씨계를 고안.당초는 물의 비등점을 80도로 하고 있었지만, 1742년에 스웨덴의 안델스・세르시우스의 개량에 의해, 물의 비등점 100도에 수정되었다.
- 1765년-네델란드에서 일본에게 전할 수 있는[1].
- 1821년-토마스・제벡이 열전대를 발명.
- 1864년-앙리・베크렐이 파이로메이타의 원리를 발견
- 1885년- Callendar-Van Duesen가 백금 저항 체온도계를 발명.
- 1892년-앙리・르샤트리에가 고온계를 제작.
특정의 용도에 이용하는 온도계
기상 관측에 이용되는 온도계
일본에서는, 기상 업무법 및 그 하위 법령에 의해, 공공적인 기상 관측에는, 검정에 합격한 유리제 온도계(액주온도계에 같다), 금속제 온도계(바이메탈식 온도계에 같다) 또는 전기식 온도계(백금 저항 체온도계에 같다)를 이용하는 것으로 되고 있다.
이것들은,-50℃(유리제 온도계는—30℃에서도 가능)~50℃에 대해 소정의 성능을 발휘해야 한다.
유리제 온도계
유리제 온도계의 감온액으로서는, 공적인 관측용으로서는 주로 순수한 물은이 사용되어 일반의 용도에는 적색에 착색한 등유등이 이용되는[3].후자의 액의 조성으로서는, 펜 탄의 이성체나 그 혼합물, 없고 톨루엔이 추천 되고 있다(일본 규격 협회 1997,§6. c).특수한 구조의 것으로 해
- 이중관온도계：통상의 온도계의 모세관 및 눈금판을, 한층 더 유리관에 봉입해 보호한 것
- 최고 온도계：모세관에 감온액의 구부에의 역류를 방지하는 류점이 있어, 최고 온도 도달 후에 온도가 내려도 시도를 보관 유지하는 것(구조적으로는 수은식 체온계에 같다)
- 최저 온도계：수평인 모세관중에 감온액의 수축에는 끌어 들여지지만 반대로는 움직이지 않는 지표가 놓여져 있어 최저 온도 도달 후에 온도가 올라도 지표가 시도를 보관 유지하는 것
하지만 있다.덧붙여 모세관에 이용되는 유리관은, 기상 관측에 이용할 수 있을 정도의 정도와 시간 경과 안정성을 가지는 것이 일본에서는 제조하지 못하고, 독일로부터의 수입에 의지하고 있다.
온도 눈금에 대해서는 전지몰온도계와 지몰선부온도계가 있다.지몰선부온도계는 지몰선이하가 측정 대상과 등온이며, 선이상이 실온(20℃)인 것이 전제이며 전지몰온도계는 구부로부터 액주첨단까지가 측정 대상과 등온인 것이 전제이다.전제와 다른 측정 방법을 하면 빨강 액체의 온도도계로는 약 5℃가까이의 보정이 필요하게 되는 경우가 있는[4].
금속제 온도계
금속제 온도계는, 감부에 바이메탈을 이용해 그 온도 변화에 수반하는 변형을 지침의 움직임으로 변환하는 것에 의해서 온도를 측정하는 것이다.바이메탈의 재료로서는 주로 엠버와 황동과의 편성이 사용된다.구조가 간단하고 염가이기 때문에, 가정용이라고 해도 보급되어 있다.
지침과 눈금판에 의해서 기온을 직접 표시하는 것의 외 , 지침 대신에 기록 펜을 구동해, 태엽등의 동력으로 회전하는 드럼에 감겨진 기록지에 온도의 시계열을 자동적으로 기록하는 자기식의 것도 잘 사용된다.
사용에 임해서는, 유리제 온도계에 의한 교정이 필요하다.
허용 되는 기 차는, 1.0℃이다.
전기식 온도계
전기식 온도계는, 백금의 온도에 의한 전기 저항의 변화를 검출하는 것에 의해서 온도를 측정하는 것이다.자동・원격 관측에 적절하기 위해, 현재, 기상청을 시작으로 하는 많은 기관으로 주력이 되고 있다.감부에 이용되는 백금선(저항체)은, 0℃에 대해 저항값 100 오옴의 「Pt100」규격의 것과 정해져 있다(동조건으로 저항값 50 오옴의 「Pt50」를 이용하는 나라도 있다).
허용 되는 기 차는, 0.5℃(감부에만 도착해 0.3℃)이다.
전기식 온도계에는, 온도에 의해서 유전율의 변화하는 감온체를 유전체에 이용한 콘덴서의 용량의 변화를 검출하는 방식의 것도 있지만, 소형 경량인 반면, 내구성이나 측정 정도에 약간 난이 있다고 여겨져 현재는, 일회용이 전제의 무선기상관측기용으로서만 인정되고 있다(허용 되는 기 차는 0.5또는 1℃(측정 범위에 의해 다르다)).
가정용・교재용으로서는 서미스트를 이용한 간단하고 쉬운 제품도 있지만, 특히 상시 관측에 사용하는 경우, 통전에 수반하는 자기 발열에 의한 오차를 일으키기 쉽고, 내구성도 실증되어 있지 않은 것으로부터, 공공적인 기상 관측에는 이용되지 않는다.
각주
주석
출전
- ^ a b c 타카하시 1976, p. 31.
- ^타카하시 1976, p. 32.
- ^이치카와 마사후미(2002-07-10), "특별전 「도모한다」특집", 라고 산과 자연(도야마시 과학 문화 센터) 25 (2): 6 2009년 8월 17일 열람.
- ^유리 온도계의 올바른 사용법(일본 유리 계량기 공업 협동조합) 2009년 8월 17일 열람
참고 문헌
- 일본 규격 협회, ed. (1997), "일반용 유리제 막대 모양 온도계", 일본공업규격, JIS B 7411:1997
- 「과학대박물관-장치・기구의 역사 사전」ISBN 4-254-10186-4
- 「온도에서 본 우주・물질・생명」ISBN 406257442 X
- 다카하시 고우이치로 「기상을 보는 눈」공동설립 출판〈과학 북스 21〉, 1976년.ISBN 978-4-320-00678-2。
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