まとめ
- 密閉されたガラス容器内の空気が、温度変化によって膨張・収縮する性質を利用して液面の高さを変え、温度を測定する装置。
- 物質の体積は温度が上がると膨張し、下がると収縮するが、特に気体（空気）は液体に比べて体積変化の割合が非常に大きい。
- 一定の圧力下において、気体の体積は温度が1℃上昇するごとに、0℃のときの体積の273分の1ずつ増加するという法則に基づいている。
解説
ガリレイの温度計（サーモスコープ）の仕組みは、物質の「熱膨張」という物理現象に基づいています。上部に球体を持つガラス管を逆さまにして水面に立てると、球体内部の空気が周囲の温度変化に反応します。温度が上がると内部の空気が膨張して水面を押し下げ、温度が下がると空気が収縮して水面が吸い上げられるため、この液面の上下によって温度の変化を視覚的に捉えることができます。
空気は液体や固体に比べて熱膨張率が極めて高く、わずかな温度差でも顕著な体積変化を示します。具体的には、空気が1℃上昇するごとに0℃のときの体積の1/273ずつ増加する性質があります。例えば、0℃で546立方センチメートルの空気がある場合、温度が27℃上昇すると、増加量は「546 × (27/273) = 54立方センチメートル」となり、合計体積は600立方センチメートルに達します。この明確な体積変化が、精密な測定を可能にしています。
みなさんは、まわりの温度によって物の大きさが変わることを知っていますか？多くの物は、あたたかくなるとふくらみ、つめたくなるとちぢむ性質を持っています。これを「膨張」や「収縮」といいます。
ガリレイの温度計は、この性質を利用した道具です。ガラスの入れ物の中に空気を閉じ込めて、その空気が温度によって大きくなったり小さくなったりする力で、水の高さを動かして温度を調べます。空気は水に比べて、温度が変わったときに大きさが変わる割合がとても大きいので、少しの温度の変化でもすぐにわかります。
例えば、へこんだピンポン玉をお湯につけると、中の空気がふくらんで元通りになることがありますね。これもガリレイの温度計と同じ、空気の力の不思議な性質のひとつです。
今、雑貨屋さんなどで見かける「ガリレオ温度計」は、カラフルな玉が浮いたり沈んだりするタイプが多いですが、実はガリレイが最初に考えたのは、空気のふくらみを利用して水の高さを変える「サーモスコープ」という仕組みだったといわれています。
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