അന്തരീക്ഷ താപനില കുറവുള്ളപ്പോൾ സാമാന്യം വലിയ ഒരു ലോഹ നിർമിത വസ്തുവും സമാനമായ ഒരു മരക്കഷണവും ഇരു കൈകളിലുമായി എടുത്താൽ ലോഹത്തിന് തണുപ്പുള്ളതായി അനുഭവപ്പെടും. യഥാർത്ഥത്തിൽ അവ രണ്ടിന്റെയും താപനില തുല്യമാണല്ലോ. താപനില അളക്കാൻ ഉപകരണങ്ങൾകൊണ്ടേ സാധ്യമാകൂ !
ആദ്യമായി താപനില അളക്കാൻ ഒരു ഉപകരണം രൂപകൽപന ചെയ്തത് ഗ്രീക്ക് എൻജിനീയർ ആയിരുന്ന ഫൈലോ (Philo) ആണ്, BCE രണ്ടാം നൂറ്റാണ്ടിൽ. ചിത്രത്തിൽ കാണുന്നതുപോലെ ഒഴിഞ്ഞ ഗോളത്തിൽ നിന്നുള്ള ഒരു കുഴൽ ജലം നിറച്ച തുറന്ന പാത്രത്തിൽ വെച്ചിരിക്കുന്നു ഗോളം ചൂടായാൽ അതിൽ അടങ്ങിയ വായു വികസിച്ച് ജലത്തിൽ ആഴ്ത്തിവെച്ചിട്ടുള്ള കുഴൽ വഴി പുറത്തുപോകും. അതിനാൽ ഗോളം തണുക്കുമ്പോൾ അതിലെ മർദം കുറയുകയും കുഴലിലേക്ക് ജലം പ്രവേശിക്കുകയും ചെയ്യും. കുഴലിലെ ജലത്തിന്റെ അളവുനോക്കി വ്യത്യസ്ത അവസരങ്ങളിലെ താപനില താരതമ്യം ചെയ്യാൻ ഇത് സഹായകമാകും. തുറന്ന അഗ്രങ്ങളോടുകൂടിയതും അളവുകൾ കൃത്യമായി രേഖപ്പെടുത്തിയിട്ടില്ലാത്തതുമായ ഇത്തരം ഉപകരണങ്ങളെ തെർമോസ്‌കോപ്പുകൾ (Thermoscope) എന്നാണു വിളിക്കുന്നത്. താപനിലയിലെ മാറ്റംകൊണ്ട് വാതകങ്ങളുടെയോ ദ്രാവകങ്ങളുടെയോ വ്യാസത്തിൽ വരുന്ന വ്യത്യാസമാണ് താപനില അളക്കാൻ സഹായകമാകുന്നത്.
പ്രശസ്ത ഭിഷഗ്വരൻ ആയിരുന്ന ഗാലൻ (Galen) CE രണ്ടാം നൂറ്റാണ്ടിൽ നാല് ഡിഗ്രിചൂടും നാല് ഡിഗ്രി തണുപ്പും മധ്യത്തിൽ ഇവ രണ്ടും അല്ലാത്ത ഒരു ഡിഗ്രിയും അടയാളപ്പെടുത്തിയ താപനിലമാപിനി നിർമിച്ചു. ഗലീലിയോ അദ്ദേഹത്തിന്റെ സുഹൃത്തും ഭിഷഗ്വരനുമായിരുന്ന സാന്റോറിയോയും (Santorio) ഈ രംഗത്ത് സംഭാവന നൽകിയിട്ടുണ്ട്. രോഗിക്ക് പനിയുണ്ടോ എന്നറിയാനാണ് സാൻന്റോറിയോ ഇത് ഉപയോഗിച്ചിരുന്നത്.
ഒരറ്റം തുറന്ന താപനിലമാപിനികൾ ഉപയോഗിക്കുമ്പോൾ താപനിലയെ അന്തരീക്ഷ മർദവും സ്വാധീനിക്കുമെന്ന് പതിനേഴാം നൂറ്റാണ്ടിൻറെ പകുതിയോടെ ടസ്കനിയിലെ (ഇന്നത്തെ ഇറ്റലിയിലെ ഒരു പ്രദേശം) ഗ്രാൻഡ് ഡ്യൂക് ആയ ഫെർഡിനൻറ് രണ്ടാമൻ (Ferdinand II, Grand Duke of Tuscany) മനസ്സിലാക്കിയിരുന്നു. വൈൻ ഭാഗികമായി നിറച്ച കുഴലിൻറെ അറ്റം ഉരുക്കിച്ചേർത്ത താപനിലമാപിനി അദ്ദേഹം നിർമിച്ചു. കുറഞ്ഞ താപനിലയും കൂടിയ താപനിലയും രേഖപ്പെടുത്താൻ അന്ന് ഒരു വർഷത്തിലെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ താപനിലയും ഏറ്റവും കൂടിയ താപനിലയുമാണ് ആധാരമാക്കിയിരുന്നത്.
ഉയർന്ന താപനിലയെ സൂചിപ്പിക്കാൻ ജലത്തിൻറെ തിളനിലയെയും (Boiling point) താഴ്ന്ന താപനിലയെ അടയാളപ്പെടുത്താൻ ഉപ്പുലായനിയുടെ ഉറക്കൽനിലയെയും (Freezing point) ആദ്യമായി സ്വീകരിച്ചത് റോമർ (Ole Christensen Romer) എന്ന ഡെന്മാർക്കുകാരനാണ്. ഈ രണ്ടു താപനിലയുടെയും ഇടയ്ക്കുള്ള ഭാഗത്തെ അദ്ദേഹം അറുപതു തുല്യ ഭാഗങ്ങളായി രേഖപ്പെടുത്തി ആദ്യമായി ഒരു യൂണിവേഴ്സൽ സ്‌കെയിലിന്‌ (Universal scale) ആരംഭം കുറിച്ചു. പതിനെട്ടാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ ആരംഭത്തിലാണ് ഈ മുന്നേറ്റമുണ്ടായത്. ഇതേ കാലത്താണ് ജലത്തിന്റെ ഉറക്കൽനില പൂജ്യമായും ആരോഗ്യമുള്ള ഒരു വ്യക്തിയുടെ ശരീര താപനില പന്ത്രണ്ടായും ന്യൂട്ടൺ തന്റേതായ ടെമ്പറേച്ചർ സ്കെയിൽ (Temperature scale) മുന്നോട്ടു വെച്ചത്.
ഫാരൻഹീറ്റ് സ്കെയിൽ
റോമറുടെ തെർമോമീറ്ററിൽനിന്നു പ്രചോദനം ഉൾക്കൊണ്ട ഭൗതിക ശാസ്ത്രജ്ഞൻ ആയിരുന്നു ഫാരൻഹീറ്റ്. അദ്ദേഹം ജലത്തിൻറെ ഉറക്കൽനില 32 ഡിഗ്രി ആയും സമുദ്രനിരപ്പിലെ അന്തരീക്ഷ മർദ്ദത്തിൽ ജലത്തിൻറെ തിളനില 212 ഡിഗ്രി ആയും തന്റെ തെർമോമീറ്ററിൽ രേഖപ്പെടുത്തി (ജലത്തിൻറെ ഈ രണ്ട് അവസ്ഥകളും എല്ലാ പരീക്ഷണശാലകളിലും സൃഷ്ടിക്കാമെന്നതിനാലാണ് ഇവയെ അദ്ദേഹം അടിസ്ഥാനമാക്കിയത്). അതിനിടയിലുള്ള ഭാഗത്തെ 180 തുല്യഭാഗങ്ങളായും അടയാളപ്പെടുത്തി. ചിത്രത്തിൽ കാണുന്നതുപോലെ ഒരു ചെറിയ ബൾബും അതിനോട് ചേർന്നുള്ള സൂക്ഷ്മമായ കുഴലും അടങ്ങിയതാണ് തെർമോമീറ്റർ. ആൽക്കഹോളിനു പകരം തെർമോമീറ്ററിൽ മെർക്കുറി ആദ്യമായി ഉപയോഗിച്ചതും ഫാരൻഹീറ്റാണ്. താപനില ഉയരുമ്പോൾ ബൾബിനകത്തെ മെർക്കുറി / ആൽക്കഹോൾ വികസിച്ച് നേർത്ത ദ്വാരത്തിൽകൂടി മേലോട്ട് ഉയരുമ്പോൾ നേരിയ താപ വ്യത്യാസങ്ങൾപോലും കണ്ടുപിടിക്കാനാകും.
ഫാരൻഹീറ്റ് സ്കെയിൽ താപനിലയുടെ മാനദണ്ഡമായി വലിയതോതിൽ സ്വീകരിക്കപ്പെട്ടു. ഇന്നും അമേരിക്കയിൽ സ്വീകാര്യമായ സ്കെയിൽ ആയി ഫാരൻഹീറ്റ് നിലനിൽക്കുന്നുണ്ട്. ഏറെ സ്വീകരിക്കപ്പെട്ട ഈ സ്കെയിൽ നിർമിക്കപ്പെട്ടത് 1724-ൽ ആണ്. തുടർന്ന് മറ്റുപലരും തങ്ങളുടേതായ സംഭാവനകൾ ഈ മേഖലയിൽ നടത്തി. അതിൽ എടുത്തു പറയേണ്ടത് ഡലീല (Joseph Nicolas Delisle) എന്ന ശാസ്ത്രജ്ഞൻ നിർമിച്ച ഉപകരണത്തെയാണ്. അതിൽ ജലത്തിന്റെ തിളനില പൂജ്യം ഡിഗ്രി ആയും ഉറക്കൽനില 150 ഡിഗ്രിയുമായി -മുമ്പുള്ളവയിൽനിന്നു നേരെ വിപരീതമായി- രേഖപ്പെടുത്തി.
സെൽഷ്യസ് സ്കെയിൽ
ഇന്ന് എല്ലാ രാജ്യങ്ങളിലും ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്ന സെൽഷ്യസ് സ്കെയിൽ നിർമിക്കപ്പെടുന്നത് ഫാരൻഹീറ്റ് സ്കെയിൽ പ്രചാരത്തിൽ വന്ന് പത്തു വർഷങ്ങൾക്ക് ശേഷമാണ്. ഇതിന് പ്രധാന സംഭാവന നൽകിയത് Anders Celsius എന്ന സ്വീഡൻകാരനാണ്. ഇതിൽ ആദ്യഘട്ടത്തിൽ ജലത്തിന്റെ തിളനില പൂജ്യം ഡിഗ്രി ആയും ഉറക്കൽനില നൂറ് ഡിഗ്രി ആയുമാണ് രേഖപ്പെടുത്തിയിരുന്നത്. ഇതിനെ ഇന്നുള്ള നിലയിലേക്ക് മാറ്റിയത് പ്രശസ്ത സസ്യശാസ്ത്രജ്ഞനായിരുന്ന ലിന്നിയസ് (Carl Linnaeus) ആണത്രേ. തന്റെ ഗ്രീൻഹൗസിലെ ഉപയോഗത്തിനായി അപ്രകാരം രേഖപ്പെടുത്തിയ തെർമോമീറ്റർ നിർമിച്ചുതരണമെന്ന് നിർമാതാക്കളായ എസ്‌ട്രോം (Ekstrom) കമ്പനിയോട് അദ്ദേഹം ആവശ്യപ്പെട്ടു. ഇതിൽ പൂജ്യം മുതൽ നൂറ് വരെയുള്ള അളവിനെ നൂറ് കൃത്യമായ ഭാഗങ്ങളായാണ് അടയാളപ്പെടുത്തിയിട്ടുള്ളത്. അതിനാൽ സെന്റിഗ്രേഡ് സ്കെയിൽ എന്നാണ് ഇത് അറിയപ്പെട്ടിരുന്നത്. എന്നാൽ ചില യൂറോപ്യൻ ഭാഷകളിൽ സെന്റിഗ്രേഡ് എന്നതിന് വേറെ അർത്ഥമുള്ളതിനാൽ സെൽഷ്യസ് സ്കെയിൽ എന്ന പേര് 1948 മുതൽ സ്വീകരിക്കപ്പെട്ടു.
സെൽഷ്യസ് സ്‌കെയിലിലെ താപനില അറിയാമെങ്കിൽ അതിനു തുല്യമായ ഫാരൻഹീറ്റ് മൂല്യവും നേരെ തിരിച്ചും കണക്കാക്കാവുന്നതാണ്. സെൽഷ്യസ് താപനില \(T_c\) യും ഫാരൻഹീറ്റ് താപനില \(T_f\) ഉം ആയാൽ
$$T_c = \frac{5}{9} (T_f \,– 32^\circ) $$
$$ T_f = \frac{9}{5} (T_c+ 32^\circ)$$
കെൽ‌വിൻ സ്കെയിൽ
താപനില വർധിക്കുമ്പോൾ വാതകങ്ങളുടെ മർദം വർധിക്കുമെന്ന് പതിനേഴാം നൂറ്റാണ്ടിൻറെ അവസാനത്തോടെ അമന്റൺ(Guillaume Amontons) കണ്ടെത്തിയിരുന്നു. എങ്കിൽ താപനില തുടർച്ചയായി കുറച്ചു കൊണ്ടുവന്നാൽ (Infinite cold) വാതകത്തിൻറെ മർദം ഒട്ടും ഇല്ലാതാകുന്ന ഒരു അവസ്ഥ ഉണ്ടാകാമെന്ന് അദ്ദേഹം അനുമാനിച്ചു. പിൽകാലത്ത് ലാംബെർട് (J.H.Lambert), ഗേലുസ്സാക് (Joseph Luis Gay-Lussac) എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഈ മേഖലയിൽ പഠനം നടത്തുകയും -240 മുതൽ -270 സെൽഷ്യസ് വരെയുള്ള താപനിലയിൽ ഈ അവസ്ഥയിൽ എത്തുകയും ചെയ്യാമെന്ന് പരീക്ഷണത്തിലൂടെ തെളിയിച്ചു. പത്തൊമ്പതാം നൂറ്റാണ്ടിൻറെ പകുതിയോടെ ‘അനന്തമായ ശൈത്യത്തിൽ’ (Infinite cold) ആകൃഷ്ടനായ കെൽ‌വിൻ (William Lord Kelvin) വിശദമായ പരീക്ഷണങ്ങൾ നടത്തി. അതിനു മുമ്പുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞർ ചെയ്തപോലെ വ്യത്യസ്ത വാതകങ്ങളിൽ താപനിലയിൽ മാറ്റം വരുത്തുമ്പോൾ വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തത്തിൽ ഉണ്ടാകുന്ന മാറ്റമാണ് പരിശോധിക്കപ്പെട്ടത്. വാതകങ്ങൾ തണുപ്പിക്കുമ്പോൾ ദ്രാവകങ്ങൾ ആയി മാറുന്നതിനാൽ ഗ്രാഫിനെ എക്സ്‌ട്രാപൊളേറ്റ് (Extrapolate) ചെയ്താണ് വാതകങ്ങളുടെ വ്യാപ്തം ഏതാണ്ട് ഇല്ലാതാകുന്ന താപനിലയിൽ എത്തിയത്.
1848-ൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ശാസ്ത്രപ്രബന്ധത്തിൽ കേവലപൂജ്യം (Absolute zero) താപനില -273o സെൽഷ്യസ് ആണെന്ന് അദ്ദേഹം വെളിപ്പെടുത്തിയിരുന്നു. ആധുനിക പഠനങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ കേവല പൂജ്യം താപനില (0 K) -273.15o C ആയാണ് കണക്കാക്കുന്നത്. കെൽ‌വിൻ സ്കെയിൽ അനുസരിച്ച് നെഗറ്റീവ് താപനില സാധ്യമല്ല. കാരണം കേവല പൂജ്യം താപനിലയെക്കാൾ താഴേക്കു പോകാൻ കഴിയില്ല. പൂജ്യം ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് ജലത്തിന്റെ ട്രിപ്പിൾ പോയിന്റുമാണ് (ജലത്തിന്റെ മൂന്ന് ഭൗതികാവസ്ഥകളും സന്തുലനാവസ്ഥയിലുള്ള -equilibrium- താപനില). കെൽ‌വിൻ സ്കെയിലിൽ ഇത് 273.16K ആണ്.
ഫാരൻഹീറ്റ് സ്കെയിലും സെൽഷ്യസ് സ്കെയിലും ജലത്തിന്റെ തിളനിലയെയും ഉറക്കൽ നിലയെയും അടിസ്ഥാനമാക്കി ഉള്ളതാണല്ലോ. ഈ രണ്ട് താപനിലയും തെർമോമീറ്ററുകൾ കൃത്യമായി അടയാളപ്പെടുത്തുമെങ്കിലും ഇടക്കുള്ള താപനിലകൾ അപ്രകാരം കൃത്യമായിക്കൊള്ളണമെന്നില്ല. (രണ്ടു തെർമോമീറ്ററുകൾ ഒരു ബീക്കർ ജലത്തിൽ വെച്ചാൽ അത് ബോധ്യമാകും) എന്നാൽ കെൽ‌വിൻ സ്കെയിലിൽ ആധാരമാക്കുന്നത് വാതകങ്ങളുടെ വികാസവും സങ്കോചവുമാണല്ലോ. ഒരു വാതകത്തിന്റെ വ്യാപ്തം 100K-ൽ 200mL ആണെങ്കിൽ താപനില 300K ആയി വർദ്ധിപ്പിച്ചാൽ വ്യാപ്തം 600mL ആകും. വാതകങ്ങളുടെ വ്യാപ്തം കെൽ‌വിൻ സ്‌കെയിലിലെ താപനിലക്കു നേർ അനുപാതത്തിലാണെന്നർത്ഥം.
കെൽ‌വിൻ സ്‌കെയിലിലെ ഒരു ഡിഗ്രിയും സെൽഷ്യസ് സ്‌കെയിലിലെ ഒരു ഡിഗ്രിയും തുല്യമാണ്. സെൽഷ്യസ് സ്‌കെയിലിനെ കെൽവിനിലേക്ക് മാറ്റാൻ 273 കൂട്ടിയാൽ മതി.(കെൽവിനിലെ 273K 0o C ആണല്ലോ)
Leave a Reply