Anders Celsius - wynalazca odwróconej skali temperatur

Jeden z najbardziej znanych szwedzkich naukowców i wynalazców, Anders Celsius, urodził się 27 listopada 1701 roku, dokładnie 320 lat temu. W swoim dość krótkim życiu zdołał wywrzeć ogromny wpływ na naukę światową, a jego badania dały nam jedną z najpowszechniejszych stałych miar, stosowanych także obecnie prawie na całym świecie.

Portret Andresa Celsjusza

Foto: Wikipedia/domena publiczna

Miara temperatury mierzona w stopniach Celsjusza występuje w większości krajów, a tylko w nielicznych stosuje się inną miarę - w stopniach Fahrenheita.

Nauka rodzinną tradycją

Pochodzący z tradycyjnie naukowej rodziny - obaj dziadkowie byli profesorami matematyki i astronomii, ojciec także był profesorem astronomii - nie dziwi więc i jego tytuł profesorski z astronomii, osiągnięty w wieku 29 lat, na rodzimym Uniwersytecie w Uppsali. Celsius urodził się w tym mieście, położonym niecałe 60 kilometrów na północ od Sztokholmu, w mieście, które mogło poszczycić się najstarszym uniwersytetem w Skandynawii. Ciekawym jest jedynie fakt, że w całej Szwecji nie było choćby jednego dużego obserwatorium astronomicznego, skutkiem czego tak liczna rodzina astronomów musiała podróżować do innych miast Europy w celu konfrontacji swoich badań.

W 1734 roku zawitał w Obserwatorium Paryskim, gdzie jak w innych miejscach naukowcy spierali się o pierwszeństwo i prawdę w twierdzeniach Newtona w stosunku do tych Descartes’a. Obaj wielcy odkrywcy i naukowcy mieli swoich zagorzałych zwolenników spierających się o stopień deformacji kulistego kształtu ziemi. Francuska Akademia Nauk postanowiła położyć kres tym sporom i wysłała dwie ekipy naukowców, by dokonały właściwych pomiarów geodezyjnych w okolicach peruwiańskiej części równika i bieguna północnego w położonej nieopodal Laponii. Ekipy miały za zadanie zmierzyć w jednostkach długości stopień szerokości geograficznej w każdym z tych miejsc.

Jak można przypuszczać, Celsiusowi bardziej po drodze było z tą drugą wyprawą, zmierzającą w kierunku Laponii. Zakończenie obu ekspedycji w 1737 roku potwierdziło fakt spłaszczenia Ziemi na biegunach... jednak nie pogodziło zwolenników dwu teorii. Celsius natomiast dzięki tym badaniom, szeroko komentowanym w świecie nauki, zyskał sławę w swoim rodzinnym kraju. Wszystko to sprzyjało pozyskaniu funduszy potrzebnych na wzniesienie pierwszego uniwersyteckiego obserwatorium w Szwecji. Budowla ta została ukończona w 1740 roku. Wielki szwedzki uczony pracował m.in. nad zjawiskami zórz polarnych, słusznie nadając im charakter magnetyczny. Badał także jasność gwiazd ziemskiego nieba. W ten sposób ocenił różnice ponad 300 z nich.

Pierwsze w Szwecji obserwatorim astronomiczne. Fot. Wikipedia/domena publiczna

Jak powstała skala Celsjusza

Nie były to jednak znaczące w skali światowej nauki dokonania. Te pojawiły się wraz z publikacją artykułu o dwóch stałych stopniach termometru. Były to topnienie lodu i wrzenie wody. Tak powstała skala Celsjusza, którą uczony podzielił na 100 stopni między tymi dwoma stałymi. Dziwi nas jednak fakt, że te 100 stopni było dokładnie odwrotne do dzisiejszych. Celsius temperaturę wrzenia wody, przy stałym średnim ciśnieniu, około 755 mmHg, określał jako 0 stopniu, a temperaturę 100 stopni odnosił do momentu topnienia lodu. Całkowicie "do góry nogami". Uczynił tak pomimo wcześniejszych prób określenia jako punkt wyjściowy temperaturę zamarzania wody.

Wielu uczonych widziało takie odwrócenie punktów stałych za niezbyt fortunne... choćby ze względu na ciśnienie atmosferyczne, które właściwie nie ma wpływu na moment zamarzania wody, czy jak chciał Celsius - topnienia lodu. Inaczej jednak rzecz się miała z temperaturą wrzenia, która w zależności od ciśnienia atmosferycznego różniła się nieznacznie od siebie... im wyższy punkt na ziemi tym ciśnienie niższe - każde 8 metrów to ok. 1 hPa (hektopaskal) - a więc i temperatura wrzenia niższa. Wystarczy dla sprawdzenia udać się pod Pałac Kultury i zmierzyć temperaturę wrzenia na dole i na słynnym 30. piętrze.

Fahrenheit czy Celsjusz

Stąd najbardziej miarodajnym punktem pomiaru temperatury staje się ten określający temperaturę topnienia lodu. Celsius dokonał tych pomiarów już po wynalezieniu skali Fahrenheita. Genialny uczony pochodzący z Gdańska, Daniel Gabriel Fahrenheit, wsławił się nie tylko swoją skalą temperatur, ale także wynalezieniem termometru rtęciowego. W 1725 roku opracował i zaproponował swoją skalę termometryczną opartą na zjawisku przechłodzenia wody. Przez wiele lat jego skala toczyła "boje" ze zwolennikami skali Celsjusza. Można śmiało stwierdzić, że wygrała ta ostatnia, jako bardziej przejrzysta, naturalna i intuicyjna.

Skala Fahrenheita stosowana jest obecnie jako główny pomiar temperatury jedynie w USA, na Kajmanach, Bahamach oraz Belize. W Kanadzie natomiast ma jedynie funkcje pomocnicze. W skali tej temperatura topnienia lodu wynosi 32 stopnie Fahrenheita, a wrzenia wody pod normalnym ciśnieniem aż 212 °F. Jak wynika z tych danych, aby obliczyć wysokość stopni Fahrenheita na skali Celsjusza wystarczy od liczby °F odjąć 32 i wszystko podzielić na 2, dodając przy tym 1 dziesiętną wartości ilorazu, stąd 0°C to 32°F i 273 K.

W Polsce zapis stopni C lub F określany jest od 2010 roku bez nakazu spacji między wartością temperatury i jej odniesieniem do skali. Obecnie najczęściej podawane są wartości w formule bezspacyjnej - np. 100°C. Zapis bez spacji istnieje w Polsce już od 2003 roku.

PP