왜 필요한가
온도계의 액체 기둥을 눈금과 맞춰 읽으면 지금 온도를 알 수 있다. 온도가 오르내리는 동안 가장 높았던 온도와 가장 낮았던 온도를 남기려면, 지나간 값을 붙잡아 둘 장치가 필요하다. 최고 최저 온도계에서는 눈금 표시기가 그 일을 한다.
그래서 밤새 누가 지켜보지 않아도, 아침에 눈금 표시기를 읽으면 밤사이 가장 추웠던 온도를 알 수 있다.
어떻게 움직이나 — 보통 온도계
액체는 데우면 부피가 늘고 식히면 준다. 보통 온도계는 아래쪽 구에 담긴 액체를 가는 관으로 이어 놓았다. 따뜻해지면 구 속 액체가 늘어나 관을 따라 올라가고, 식으면 줄어들어 내려간다. 알코올은 색이 없어 물감을 타며, 붉은 액체 온도계에는 붉게 물들인 알코올이나 그 비슷한 액체를 쓴다.
그림에서 「따뜻하게」를 누르면 기온이 30 °C로 바뀌고 붉게 물들인 알코올의 기둥이 올라가며, 「차갑게」를 누르면 −10 °C로 바뀌고 내려간다.
최고 최저 온도계
옆의 최고 최저 온도계는 관이 U자로 굽어 있다. 왼쪽 관 위의 감온 통에는 알코올이 가득 차 있다. 수은은 U자 관의 굽은 아랫부분에 있고, 양쪽 관 모두 수은 위는 알코올이다. 오른쪽 관 위의 통에는 알코올이 조금 있고 그 위는 공기다.
따뜻해지면 감온 통의 알코올이 늘어나 왼쪽 수은을 밀어 내린다. 그러면 오른쪽 수은이 그만큼 올라간다. 추워지면 알코올이 줄어들어 왼쪽 수은이 올라가고 오른쪽 수은은 내려간다.
눈금 표시기와 자석
양쪽 관 속의 눈금 표시기는 작은 유리 막대 안에 쇠 철사를 넣은 것이다. 머리카락처럼 가는 용수철이 관 벽을 눌러 표시기가 놓인 자리에 머물게 한다. 표시기 양 끝은 관보다 가늘어서 알코올은 옆으로 지나가지만, 수은은 표시기를 밀어 올린다.
수은이 내려갈 때는 표시기를 끌어내리지 못한다. 그래서 오른쪽 표시기는 가장 더웠을 때의 자리에, 왼쪽 표시기는 가장 추웠을 때의 자리에 남는다. 온도는 표시기의 아래 끝, 곧 수은에 닿았던 끝에서 읽는다.
그림에서 「자석으로 되돌리기」를 누르면 자석이 관 바깥에서 표시기 속 쇠 철사를 끌어당겨, 두 표시기를 각각 수은 면까지 내린다. 이 자리부터 다시 최고 온도와 최저 온도를 남길 수 있다.
왜 이렇게 생겼나
관을 가늘게 만들면 액체가 조금만 늘어나도 기둥이 길게 올라간다. 보통 온도계의 관 위 끝에 있는 팽창실은 기둥이 올라갈 때 관 속 압력이 커지지 않게 한다.
감온 액체로 알코올을 쓰는 까닭은 같은 온도 변화에 수은보다 약 6배 늘어나, 구나 감온 통이 작아도 되기 때문이다. 알코올은 −114 °C에서야 얼므로, 약 −39 °C에서 얼어 버리는 수은 대신 추운 곳의 온도를 잴 수 있다. 수은은 독성이 있어 수은을 쓰지 않는 최고 최저 온도계도 있다. 이런 온도계에는 감온 액체로 톨루엔을, 수은 자리에는 물들인 소금물을 쓴다.
최고 최저 온도계의 오른쪽은 최고 온도 눈금이고, 왼쪽은 최저 온도 눈금이다. 추워질수록 왼쪽 수은이 올라가므로, 왼쪽 눈금은 위로 갈수록 낮은 온도를 가리킨다.
이 그림에 대하여
이 그림은 알코올 감온부의 부피를 0.37 mL로 두고, 온도가 1 °C 오를 때 기둥이 2 mm 올라가는 모형이다. 관은 안지름 0.5 mm인 실제 관보다 약 5배 굵게 그렸고, 보통 온도계의 구와 감온 통도 0.37 mL보다 훨씬 크게 그렸다.
실제로는 온도에 따라 액체가 늘어나는 비율이 조금씩 달라지지만, 이 그림에서는 알코올·수은·유리의 팽창 계수를 일정하게 두었다. 오른쪽 통의 작은 알코올 면 변화와 수은 자체의 팽창은 그리지 않았다. 온도계가 기온을 따라가는 움직임은 실제보다 빠르게 그렸다.