水銀ガラス温度計

水銀温度計は、液体水銀の熱膨張と収縮を利用して温度を表示する温度計です。

基本的な水銀温度計は、水銀が満たされた貯蔵庫を包む精密に作られた管状のガラス片で、この貯蔵庫は毛細管と呼ばれる非常に細いチャネルに接続されており、このチャネルが貯蔵庫からの水銀が膨張できる空間を提供します。貯蔵庫を含む管の短くて球根状の端はバルブと呼ばれ、長くて細い端とボアはステムと呼ばれます。ステムまたはその隣の慎重に位置合わせされたプレートには、目盛り付きの温度目盛りが刻まれています。温度はバルブの近くで低く、ステムの上部で高くなります。水銀の上部の空間は窒素ガスで満たされている場合もあれば、大気圧よりも低い部分真空になっている場合もあります。^[1]

周囲の温度が変化すると、水銀は熱膨張と収縮を起こし、水銀がリザーバーから出たり入ったりすると同時に、ボアを通して上昇したり下降したりします。水銀の体積の変化はわずかですが（摂氏1度あたり約0.018% ^[2]）、 ボアの体積がバルブの体積に比べて小さいため、変化が視覚的に増幅されます。この設計により、水銀がスケールの上下に移動する様子がはっきりと見えるため、正確な温度測定が可能になります。

温度計を校正するには、まず氷と水の混合物などの温度標準で温度平衡に達し、次に水と蒸気などの別の標準で温度平衡に達し、管を固定点間で一定の間隔に分割します。原理的には、異なる材料で作られた温度計（例：色付きアルコール温度計）は、異なる膨張特性のために中間の読み取り値が異なることが予想されます。実際には、使用される物質は、熱力学的温度の関数として適度に線形膨張特性を持つように選択され、同様の結果が得られます。

温度計に水銀が使われた最も古い記録は、おそらく1620年代にまで遡る。イエズス会の学者アタナシウス・キルヒャーが空気温度計に水銀を使用したのが、ガラス内温度計の前身である。^{[3] : 23}その後、1650年代には、密閉されたガラス温度計内で水銀がアルコールの優れた代替品になるかどうかを調べる実験が行われたが、失敗に終わった。1659年、天文学者のイスマエル・ブーリャーは、水銀はアルコールほど温度変化に反応しないと判断し、水銀の使用を断念した。^{[3] : 36–38}

1713年、ダニエル・ガブリエル・ファーレンハイトは水銀温度計の実験を始めました。1717年までに彼はそれを商業的に製造していました。^{[3] : 79}彼の水銀温度計はアルコールベースの温度計よりも優れていたため非常に人気となり、彼が開発し彼の温度計に使用した測定システムである華氏スケールが広く採用されるようになりました。^[4]

スウェーデンの科学者アンダース・セルシウスが摂氏温度スケールを考案し、1742年に出版した著書『摂氏温度スケールの起源』でそのことが説明されています。

セルシウスは、目盛りを定義するために、標準大気圧の大気圧下での氷の融解温度と水の沸騰温度という 2 つの固定温度点を使用しました。これは新しい考えではなく、アイザック ニュートンがすでに同様のことに取り組んでいました。セルシウスの特徴は、凍結ではなく融解の状態を使用することでした。温度計の適切な較正に到達するための実験は、2 冬にわたって続きました。同じ実験を何度も繰り返すことで、彼は、氷は常に温度計の同じ較正マークで溶けることを発見しました。彼は、沸騰水と水蒸気の較正でも同様の固定点を発見しました(これを高精度で行うと、大気圧によって変化が見られます。セルシウスはこれに着目しました)。温度計を蒸気から取り除いた瞬間、水銀レベルがわずかに上昇しました。これは、ガラスの急速な冷却 (および収縮) に関係していました。

セルシウスが独自の温度目盛りを使うことを決めたとき、彼は当初その目盛りを「逆さま」に定義した。つまり、純水の沸点を0℃（212℉）、凝固点を100℃（32℉）に設定したのである。^[5] 1年後、フランス人のジャン＝ピエール・クリスティンは、凝固点を0℃（32℉）、沸点を100℃（212℉）として目盛りを逆転させることを提案した。^[6]彼はそれを摂氏（100段階）と名付けた。

最後に、セルシウスは温度計を校正する方法を提案しました。

1. 温度計のシリンダーを純水でできた溶けている氷の中に入れ、温度計内の液体が安定する点に印を付けます。この点が水の凍結/融解点です。
2. 同様に、温度計を沸騰した水蒸気の中に置いたときに流体が安定する点をマークします。
3. 2 つのマーク間の長さを 100 等分します。

これらの点は大まかな較正には十分ですが、水の凝固点と沸点はどちらも大気圧によって変化します。その後、水銀以外の液体を使用した温度計も、わずかに異なる温度を示しました。実際には、これらの変化は非常にわずかで、熱力学的温度が発見されてからは、その温度に近いままでした。これらの問題は、ガス温度計で実験的に調査されました。真の熱力学的温度が発見されるまで、温度は 通常、水銀温度計で定義されていました。

現代の温度計は、凝固点ではなく水の三重点を使用して校正されることが多く、三重点は 273.16 ケルビン (K)、0.01 °C で発生します。

最高温度計と呼ばれる特殊なタイプの水銀ガラス温度計は、球部に近い首の部分に狭窄部を設けることで機能します。温度が上昇すると、膨張の力によって水銀が狭窄部から押し上げられます。温度が下がると、水銀柱は狭窄部で壊れ、球部に戻ることができず、管内で静止したままになります。その後、設定された時間内の最高温度を読み取ることができます。温度計をリセットするには、大きく振る必要があります。この設計は、従来のタイプの医療用温度計で使用されています。

最高最低温度計は、シックス温度計とも呼ばれ、一定期間（通常は 24 時間）の最高温度と最低温度を記録する温度計です。元の設計には水銀が含まれていますが、これは単に、膨張によって温度を示すアルコール柱の位置を示すためだけのものであり、水銀の膨張によって動作する温度計ではありません。水銀を含まないバージョンも利用できます。

水銀温度計は、-37 ～ 356 °C (-35 ～ 673 °F) の広い温度範囲をカバーします。機器の上限温度範囲は、窒素などの不活性ガスを導入することで拡張できます。不活性ガスを導入すると、液体水銀の圧力が上昇し、その結果、沸点が上昇します。これと、パイレックスガラスを溶融石英に置き換えることを組み合わせると、上限温度範囲を 800 °C (1,470 °F) まで拡張できます。

水銀は固体になる温度である -38.83 °C (-37.89 °F)未満では使用できません。温度計に窒素が含まれている場合、水銀が固体になったときにガスがカラムに流れ込み、温度が上昇したときにそこに閉じ込められるため、工場に返却して再調整するまで温度計が使用できなくなります。これを避けるために、一部の気象サービスでは、気温が -37 °C (-35 °F) まで下がった場合は、すべての水銀ガラス温度計を屋内に取り込むように要求しています。

より低い気象温度を測定するには、温度が -61.1 °C (-78.0 °F) まで下がるまで固まらない 水銀タリウム 合金を含む温度計を使用することができます。

2012年現在^[update]、水銀入りガラス温度計は気象学で多く使用されていますが、多くの国で水銀の毒性を理由に医療用としての使用が禁止されているため、他の用途での使用はますます少なくなっています。一部のメーカーは、水銀の代替品としてガリウム、インジウム、スズの液体合金であるガリンスタンを使用しています。

一般的な「熱用体温計」には、0.5～3 g（0.28～1.69ドラクマ）の水銀元素が含まれています。^{[7] [8]}この量の水銀を飲み込んでもほとんど危険はありませんが、蒸気を吸い込むと健康上の問題を引き起こす可能性があります。^[9]

2009年2月、アルゼンチン保健省は決議139/09により、すべての保健センターと病院は水銀を使用していない体温計と血圧計を購入するよう指示し、歯科医、医療技術者、環境衛生専門家にこの毒素の除去を開始するよう呼びかけた。 ^[11] 2020年現在、水銀体温計はまだ薬局^[update]で一般に販売されている。

連邦廃棄物管理計画 2006 に基づき、水銀を含む体温計の自主回収活動が行われ、オーストリア薬剤師会 (Österreichische Apothekerkammer)、連邦環境省、民間廃棄物処理業者、電子体温計製造業者、医薬品販売業者が密接に協力して実施されました。 処理業者は各薬局 (約 1,200 軒) に収集容器を提供し、処分費用を負担しました。 医薬品販売業者は体温計配布の物流費用を負担しました。 薬局は処理料として体温計 1 台につきわずか 0.50 ユーロ (通常の利益をはるかに下回る) の返金を受け取りました。 供給業者は体温計を割引価格で提供しました。 連邦省は販売された体温計 1 台につき支援 (直接費用の約 30% を負担) し、プロジェクトを宣伝しました。 回収期間中、消費者は水銀体温計を持ち込み、1 ユーロの補助金付き価格で電子体温計を購入することができました。 2007年10月から2008年1月の間に、約465,000台の電子体温計が販売され、約100万台の水銀体温計（合計で約1トンの水銀を含む）が回収されました。^[12]

フィリピン保健省の行政命令2008-0221により、ガラス製水銀体温計を含むすべての水銀機器は、 2010年9月28日までにフィリピンの病院から段階的に廃止されることになっていた。命令が発令される前から、50の病院がすでに施設内での水銀を禁止していた。この50の病院の中で、フィリピン心臓センターが最初に水銀を禁止した病院だった。サンファンデディオス病院、フィリピン小児医療センター、サンラザロ病院、モンテンルパ病院、フィリピン肺センター、国立腎臓移植研究所、マニラアドベンティスト医療センター、ラスピニャス病院もこの有毒化学物質の禁止に踏み切った。フィリピンは東南アジアで最初に医療システムから水銀を禁止する措置を講じ、代わりに水銀不使用のデジタル体温計を使用した。^{[13] [14]}

2009年4月3日に欧州連合指令2007/51/ECが発効して以来、英国健康保護庁（HPA）は、水銀体温計は一般市民に販売できなくなったと報告した。売れ残った体温計の在庫を抱える店は、その体温計を販売から撤去しなければならなかったが、この日付以前に購入された水銀体温計は、法的影響なしに使用できる。これらの制限の目的は、水銀廃棄物の放出量を減らすことで環境と公衆衛生を保護することである。^[15] HPAは、2007年に水銀の少量流出に対処するためのガイドを発表した。^[16]

英国では水銀温度計が段階的に廃止されているにもかかわらず、英国のメディアは、特に天気予報における温度測定を「水銀」と呼び続けている。^[17]

米国では、米国小児科学会^[18]と米国環境保護庁^[19]の両方が、家庭内で代替体温計を使用することを推奨している。^[18]

• 水銀プローブ、電気特性を調べるためのサンプル採取用の電気プローブ装置
• 水銀スイッチ、電気回路、元素水銀を使用したオンオフスイッチ
• 水銀回転整流子、電気回路、水銀元素を使用した電流反転スイッチ
• 水銀蒸気タービン、水銀蒸気から電気を生み出すロータリーエンジン