Newton-asteikko

Newton-asteikko (yksikön tunnus °N) on brittiläisen fyysikon Isaac Newtonin vuonna 1701 lehdessä Philosophical Transactions esittelemä lämpötila-asteikko. Se on empiirinen asteikko, jonka kaksi referenssipistettä ovat veden jäätymispiste ja ihmisen ruumiinlämpö. Näille pisteille Newton antoi lämpötilat 0 °N ja 12 °N. Koska lämpötilat mitataan veden jäätymispisteen suhteen, kutsutaan sitä suhteelliseksi asteikoksi. Mittausteknisesti sen asteikko on välimatka-asteikko, jossa termodynaamisia laskelmia voi tehdä ainoastaan lämpötilaerojen avulla. Asteikosta ei tullut yleisesti suosittua, mutta se oli eräs varhaisimmista käytetyistä lämpötila-asteikoista.

Asteikon erityispiirteitä

Newton loi yllä mainitun asteikon vuosina 1692–1693 käyttäen lasiputkea, jossa alasäiliössä oli laajentuma. Hän kaatoi lasiputkeen tietty määrä pellavaöljyä ja sulki sitten lasiputken yläpään tiiviisti. Mittarin tyypistä voidaan käyttää nimitystä ”Firenzen lämpömittari” vastaavien italialaisten mittareiden mukaan. Newton oletti pellavaöljyn tilavuuden verrannolliseksi lämpötilaan. Veden jäätymispisteen tilavuudeksi hän asetti luvun 10 000 (t = 0 °N) ja sai ruumiin lämpötilassa tilavuudeksi luvun 10 256 (t = 12 °N). Kun vesi kiehui, oli tilavuus 10 725 (t = 33–34 °N) ja kun sulanut tina jähmettyi oli tilavuus 11 516 (t = 72 °N).

Newtonin lämpömittarin mitta-alue on poikkeuksellisen laaja. Hän käytti sen luomiseksi apuna muitakin referenssipisteitä, jotka hän skaalasi ensimmäisten 12 °N:n mukaan lineaarisesti. Hän käytti näiden pisteiden luomiseksi lyijyä (Pb), tinaa (Sn), vismuttia (Bi) ja antimonia (Sb). Osa pisteistä hän loi sekoittamalla käyttämistään metalleista erilaisia lejeerinkejä. Näiden avulla hän laajensi asteikkoa lähtien liikkeelle veden kiehumispisteestä (33 °N) ja jatkaen vielä 18 muulla sulamispisteellä lämpötilaan, joka nykytietämyksen mukaan on ollut 631 °C. Vaikka lämpömittari näytti korkeissa lämpötiloissa toistasataa astetta väärin, on standardin luominen vaikuttava ja selvästi omaperäinen idea moniin seuraajiinsa verrattuna.

Newtonin jäähtymislaki

Tämän lämpömittarin avulla Newton keksi Newtonin jäähtymislain. Tarkat mittaukset paljastivat ilmiön logaritmisen luonteen.

Muunnokset kelvineiksi ja Celsiuksiksi

Newtonin aste on ${\tfrac {1}{33}}$ veden sulamispisteen (0 °N) ja kiehumispisteen (33 °N) väliä. Silloin 1 °N = 3,03 °C ja 1 °C = 0,33 °N. Koska sekä Celsius- ja Newton-asteikon nollapiste on sama nolla, on muunnos suoraan verrannollinen. Newtonit ovat tällöin

${\frac {t}{^{\circ }N}}=0{,}33\cdot {\frac {t}{^{\circ }C}}$

ja Celsiukset

${\frac {t}{^{\circ }C}}=3{,}03\cdot {\frac {t}{^{\circ }N}}.$

Kelvin-asteikko eroaa Celsius-asteikosta 273,15 °C:n verran. Newtonit ovat siksi

${\frac {t}{^{\circ }N}}=3{,}03\cdot {\frac {T-273{,}15}{K}}$

ja kelvinit

${\frac {T}{K}}=3{,}03\cdot {\frac {t}{^{\circ }N}}+273{,}15.$

Katso myös

• Lämpötila-asteikko

Lähteet

• Dr. Grigull, Ulrich: Newton's temperature scale and the law of cooling. Wärme- und Stoffübertragung/Heat and Mass Transfer, 1984, 18. vsk, nro 4, s. 195–199. doi:10.1007/BF01007129. Artikkelin verkkoversio (pdf). Viitattu 1.3.2013. (englanniksi) (Arkistoitu – Internet Archive)
• Bolton, Henry Carrington: Evolution of the thermometer 1592–1743, Open Library, 1900
• Rantala, T.: Lämpöopin luentomoniste (18. Lämpötila, lämpölaajeneminen ja ideaalikaasu) (Arkistoitu – Internet Archive), 1997, Oulun yliopisto
• Hyhkö, Heikki: Tilastotieteen johdantokurssi (Arkistoitu – Internet Archive), 2013

Aiheesta muualla

• Science and Society: Detail of backing board for thermometer, c 1758., valokuva) (englanniksi)
• Temperature conversion: Historiikki ja muunnostauluja (Arkistoitu – Internet Archive)