Sıcaklık kavramının nicel kavranmasına, fizyolojik etkinliğimiz yeterli olmamakta ve kimi zaman bizi yanılgılara götürmektedir. Biri sıcak, biri ılık, ötekisi de soğuk suyla dolu üç kap alalım. Sol el sıcak, sağ el soğuk suya batırılsın. Sonra her ikisini çıkarıp ılık suya sokarsak, soğuk sudan çıkan elimiz ılık suyu, sıcak sudan çıkana göre daha sıcak algılar, yani sol elimizi soğuk, sağ elimizi ise sıcak suya sokmuş duyusunu ediniriz.
Nesnelerin ısıl niteliklerindeki derecelemeyi yapmak üzere, sıcak, soğuk gibi nitel terimler yerine, sıcaklık gibi nicel bir terim koymak zorunda kalınmıştır. Sıcaklık dediğimiz bu niteliğin ölçümü için de termometre denen bir nesnel yargılama aracı bulununca birinin sıcak dediğine bir başkasının soğuk demesi önlendiği gibi, ‘’hava sıcaklığı 23°C’dir’’ türünden, doğruluğu belirlenebilir önermeler de elde ederiz. Nitekim, bilim dili günlük dildeki birçok sözcüklerin belirsizliğini böyle nicel ölçü birimlerini kabul ederek gidermektedir. Günlük dilde “X uzundur” gibi bir anlatımın yerini, bilim dilinde “X’in uzunluğu Y metredir” türünden anlatım almıştır.
Fiziksel ısı kuramı, sıcaklık ölçümü yoluyla. ısının nesnel ölçümüyle başlamıştır. Deneyimlerden öğrenildiği üzere; ısı, cisimlerin uzaması ve genleşmesiyle bağlantılıdır. Sıcaklığın öznel kestirimi yerine, nesnel ölçek koymak üzere uygun bir yöntem, artan sıcaklıkla tüm cisimlerin hacimlerinin artmasıdır. Buna göre, termometre içindeki cıva, ısındıkça yükselir. Cıva iplikçiğinin uzunluğu sıcaklığın bir ölçüsü olur.
Drebbel von Alkmaar, 1608 yılında bir yazısında yukarıda görülen deneyi anlatmıştır. Isıtılan boynuzlu imbiğin suya daldırılmış ucundan kabarcıklar halinde hava çıkmaktadır. Ateş söndürülüp imbik soğutulduğunda, çıkmış olan havaya karşılık gelecek oranda su, imbiğin içine doğru emilmektedir.
Alkmardan önce 1592’ lerde Galilei (1564-1642) havanın genişlemesini, ısı durumunun nitelenmesinde kullanmıştır. Böylece ona, termometrenin bulucusu da denebilir. İlkel hava termometresinin temel noksanlıkları, gösterdiği değerin büyük ölçüde hava basıncına bağlı olması ve ölçeğin tümüyle isteğe bağlı olarak derecelendirilmesi idi. Buna göre de çeşitli hava termometreleri, aynı sıcaklıkta farklı derecelerde değerler göstermiş oluyordu.
İlk cıvalı termometre 1620’lerde, çalışma sıvısı olarak suyun kullanıldığı termometreler ise 1630’larda yapılmıştır. Alkollü (ispirtolu) termometreler ise daha sonraları ortaya çıkmıştır.
Bilimsel sıcaklık ölçümünde ilk belirleyici adımı, Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736) atmıştır. Hollanda’da fizik öğrenimi görmüş ve bir ara da İngiltere’de bulunmuş olan Fahrenheit, sonunda camcı ve meteoroloji aygıtları yapımcısı olarak Amsterdam’a yerleşmiştir. Yaptığı değerli aygıtların sonucunda Londra’daki Royal Şoclety’nin seçkin bir üyesi olan Fahrenheit, termometrelerinde bir sıvının, özellikle de cıvanın genişlemesinden yararlanmıştır, Fahrenheit’ in termometresinin ölçeğinde suyun donma noktası 32°’ye, kaynama noktası ise 212 ‘ye karşılık geliyordu. Fransız Röaumur (1683-1757) ise, alkol kullanmış ve suyun donma ve kaynama noktaları arasını 80 eşit bölmeye ayırmıştır. Günümüzde yaygın olarak kullanılan ölçek ise, İsveçli astronom Anders Celslus (1701 – 1744)’unkidir. Celslus, Uppsala’daki araştırma merkezinde çalışırken, yinelenebilir iki temel sıcaklığı kesin tanımlı sabit değerler olarak bilim dünyasına sunmuştur (1742). 760 mmHg’ lık nurmal barometre düzeyi için buzun ergime noktasını O°C, suyun kaynama noktasını da 100°C kabul etmiştir, “Celsius ölçeği” olarak bilinen bu dereceleme, pratik gereksinmelere çok uygun düşmekteydi. Ne yazık ki. “Fahrenhelt ölçeği” bugüne dek Anglosakson ülkelerinde inatla kullanılmıştır, İngilizler 100 derece (°F) ateşle hasta yattıklarını söylerken (bu değer Celsius ölçekli termometrede 37.8°C’a karşılık gelir) şaşırtıcı olmaktadır.
Cıvalı termometre kullanımı, cıvanın —37°C’ da donması nedeniyle bu sıcaklıkta bir alt sınıra sahiptir. Bu durumda ilgi, gazlara yönelmiştir. Helyum, hidrojen ya da azot dışında tüm gazlar, düşük basınçlarda benzer davranış gösterirler. Her gaz, yeterince düşük basınçlarda “ideal” davranır ve böyle bir ideal gazın basıncının sabit hacimde sıcaklıkla çizgisel artması, sıcaklık ölçümünü sağlar. Bir gazın hacmi sıfırdan küçük olamaz. O halde sıcaklık da, hacmin sıfırına karşılık olan değerden daha küçük bir değeri alamaz ve bu sıcaklık değeri, “sıcaklık sıfırı” ya da “mutlak sıfır noktası” diye adlandırılır. Bu nokta, Celsius ölçeğinin sıfır noktasının 273,2° aşağısındadır. Böylece, başlangıç noktası Celsius ölçeğinde —273,2°C’a karşılık gelen ölçeğe “Kelvin ölçeği” denir. Nernst ısı kuramı, mutlak sıfır noktasına (—273’C’a) ulaşılamayacağını söyler. Evrende sarmal biçimli yıldız sistemlerinin dışında sıcaklık, yalnızca bir derecenin kesri kadar mutlak sıfır noktasının yukarısındadır.
Şuna dikkat edilmelidir ki, hiç bir gerçek gaz, mutlak sıfır noktasına yaklaşıldığında ideal gazın hal denklemine uymaz. Gazlar, artan soğutma durumlarında, ideal gaz davranışından saparlar ve sonunda sıvılaşırlar. Helyum gazı bile —269°C’ da sıvılaşır. Bu nedenle, mutlak sıfır noktasının varlığı, ideal gazın hal denkleminden yalnızca varsayımsal (hipotetik) olarak türetilmektedir.
Sıcaklık ölçmede, maddelerin sıcaklıkla çizgisel değişen öteki özellikleri de kullanılabilir, örneğin; platin telin elektriksel direncinin, uygun bir metal ya da alaşım telin uzunluğunun, iki metal ya da alaşım arasındaki değme gerilimlinin, ısıtılmış cisimlerin yüksek sıcaklıklardaki ışıma yeteneğinin ve başka özelliklerin sıcaklıkla çizgisel değişiminden termometre yapımında yararlanılmaktadır. Daha gelişkin sıcaklık ölçme araçlarının yapımı, 2. Dünya Savaşı sonrasında hız kazanmıştır. Gelişmekte olan kimya sanayi, üretim sırasında sıcaklığın sürekli denetimini ve yüksek sıcaklıkların ölçümünü gerektirmekteydi. Böylece manometrik termometreler, uzama termometreleri, termoçiftler, direnç termometreleri, termistorlar, termoelektrik pirometreler, optik pirometreler, radyasyon plormetreleri gibi farklı teknikler geliştirilmiştir.
KAYNAK:
Bilim ve Teknik/ Zeki Tez
