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基本的な水銀温度計は、水銀が満たされた容器を包む、精密に作られた管状のガラスで、毛細管と呼ばれる非常に細い管が容器に接続されており、容器から水銀が膨張する空間を提供します。容器が入っている管の短い球状の端は球部と呼ばれ、毛細管のある長い細い端は柄と呼ばれます。柄に刻まれているか、または柄の隣に注意深く配置されたプレートに、目盛りの温度スケールがあります。温度が低いのは球部の近くで、温度が高いのは柄の上部の近くです。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 ]
周囲の環境温度が変化すると、水銀は熱膨張と収縮を繰り返し、貯水槽から出入りすると同時に、管内を上下します。水銀の体積変化はわずかで、摂氏1度あたり約0.018%ですが[ 2 ]、バルブの体積に比べて管の体積が小さいため、変化が視覚的に大きく見えます。この設計により、水銀が目盛りに沿って上下する動き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、球部を氷と水の混合物などの温度標準と熱平衡に達させ、次に水蒸気などの別の標準と熱平衡に達させ、管を固定点間の一定間隔に分割します。原理的には、異なる材料で作られた温度計（例えば、着色アルコール温度計）は、膨張特性の違いにより、中間値が異なることが予想されます。しかし実際には、熱力学的温度の関数として比較的線形な膨張特性を持つ物質が選択されるため、同様の結果が得られます。
水銀が何らかの温度計に用いられた最も古い記録は1620年代に遡り、イエズス会士の学者アタナシウス・キルヒャーが、ガラス製温度計の先駆けとなる空気温度計に水銀を使用した。 [ 3 ]： 23その後、1650年代には、密閉型ガラス温度計において水銀がアルコールの優れた代替品となり得るかどうかを判断するための実験が行われたが、いずれも失敗に終わった。1659年、天文学者のイスマエル・ブーリオは、水銀はアルコールほど温度変化に反応しないと判断し、水銀の使用を中止した。[ 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開始した。1717年までに、彼はそれを商業的に製造していた。[ 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、非常に人気があり、彼が開発し、温度計に使用した測定システムであるファーレンハイト目盛が広く採用されることになった。[ 4 ]
スウェーデンの科学者アンデルス・セルシウスは、セルシウス温度目盛を考案し、1742年に出版した著書『セルシウス温度目盛の起源』の中でその内容を説明した。
セルシウスは、自身の目盛りを定義するために、標準大気圧下での氷の融解温度と水の沸騰温度という2つの固定温度点を用いました。これは新しいアイデアではなく、アイザック・ニュートンも既に同様の研究に取り組んでいました。セルシウスの特徴は、凝固ではなく融解という条件を用いた点です。温度計の正確な校正を行うための実験は2冬にわたって行われました。同じ実験を何度も繰り返すことで、彼は氷が常に温度計の同じ目盛りで融解することを発見しました。彼は、沸騰水を水蒸気に校正する際にも同様の固定点を見つけました（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。セルシウスはこの点に気づいていました）。彼が温度計を蒸気から取り出すと、水銀の液面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）によるものでした。
セルシウスが独自の温度目盛を使うことに決めたとき、彼は当初、その目盛を「逆さま」に定義しました。つまり、純水の沸点を0 ℃（212 °F）、凝固点を100 ℃（32 °F）に設定することにしたのです。[ 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 °F）、沸点を100 ℃（212 ° F）にするという目盛の反転を提案しました。[ 6 ]彼はそれを摂氏（100段階）と名付けました。
最後に、セルシウスは温度計の校正方法を提案した。
これらの点は概算校正には十分だが、水の凝固点と沸点はどちらも大気圧によって変化する。後に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値を示した。実際には、これらの変動は非常にわずかで、熱力学的温度が発見されてからは、その値に近いままであった。これらの問題は、気体温度計を用いて実験的に検証された。真の熱力学的温度が発見されるまでは、水銀温度計が通常、温度を定義するために用いられていた。
現代の温度計は、凝固点ではなく水の三重点を用いて校正されることが多い。三重点は273.16ケルビン（K）、0.01 ℃で発生する。
水銀ガラス温度計の一種である最高温度計は、球部近くの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、膨張力によって水銀が狭窄部を通って押し上げられます。温度が下がると、水銀柱は狭窄部で途切れ、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。観察者は、設定された時間における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、急激に振る必要があります。この設計は、従来の医療用温度計に用いられています。
最高最低温度計（シックス温度計とも呼ばれる）は、一定期間（通常は24時間）における最高温度と最低温度を記録する温度計です。オリジナルの設計では水銀が使用されていますが、これは温度を示すアルコール柱の位置を示すためだけであり、水銀の膨張によって作動する温度計ではありません。水銀を使用しないタイプも市販されています。
水銀温度計は、 -37～356 ℃（-35～673 °F）の広い温度範囲をカバーしています。窒素などの不活性ガスを導入することで、測定可能な最高温度範囲を拡張できます。不活性ガスを導入すると、液体水銀にかかる圧力が上昇し、沸点が上がります。この圧力上昇と、パイレックスガラスを溶融石英に置き換えることで、最高温度範囲を800 ℃（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 ℃（-37.89 °F）以下では使用できません。温度計に窒素ガスが含まれている場合、水銀が固化する際にガスがガス柱内に流れ込み、温度が上昇するとガス柱内に閉じ込められてしまうため、工場に送り返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、一部の気象機関では、気温が-37 ℃（-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持ち込むよう求めています。
より低い気象温度を測定するには、温度が-61.1 ℃（-78.0 °F）まで下がるまで凝固し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る。
2026年現在気象学では多くの水銀ガラス温度計が使用されていますが、水銀の毒性のため多くの国で医療用途での使用が禁止されているため、他の用途で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、または炭酸プロピレンを使用しています[ 7 ] 。
一般的な「体温計」には、0.5～3グラム（0.28～1.69ドラム）の元素水銀が含まれています。[ 8 ] [ 9 ]この量の水銀を飲み込んでも危険はほとんどありませんが、蒸気を吸い込むと健康問題を引き起こす可能性があります。[ 10 ]
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が水銀を含ま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排除を開始するよう呼びかけた。[ 12 ] 2020年現在当時、水銀体温計は薬局で一般向けに販売されていた。
2006年の連邦廃棄物管理計画に基づき、水銀体温計の自主回収活動が実施されました。この活動は、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、電子体温計メーカー、医薬品販売業者の緊密な協力のもとで行われました。廃棄物処理業者は、各薬局（約1,200軒）に回収ボックスを供給し、廃棄費用を負担しました。医薬品販売業者は、体温計の配送にかかる物流費用を負担しました。薬局は、取り扱い手数料として体温計1本あたりわずか0.50ユーロの払い戻しを受け入れました（これは通常の利益率をはるかに下回る額です）。供給業者は、体温計を割引価格で提供しました。連邦環境省は、販売された体温計1本につき補助金（直接費用の約30%を負担）を支給し、この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参すると、電子体温計を1ユーロの補助価格で購入することができました。 2007年10月から2008年1月にかけて、約46万5000個の電子温度計が販売され、約100万個の水銀温度計（合計で約1トンの水銀を含む）が回収された。[ 13 ]
フィリピン保健省の行政命令2008-0221により、水銀ガラス体温計を含む病院のすべての水銀機器は、 2010年9月28日までにフィリピンで段階的に廃止されることになっていました。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の使用を禁止していました。これらの50の病院の中で、フィリピン心臓センターが最初にそうした病院でした。サン・フアン・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、ムンティンルパ病院、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、この有毒化学物質を禁止する措置を講じました。フィリピンは東南アジアで医療システムから水銀を禁止する措置を講じた最初の国であり、代わりに水銀を使用しないデジタル体温計を使用しました。[ 14 ] [ 15 ]
2009年4月3日に欧州連合指令2007/51/ECが発効して以来、英国保健保護庁（HPA）は、水銀体温計を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ている店は、販売を中止しなければならなかった。この日付より前に購入された水銀体温計は、法的影響を受けることなく使用できた。これらの制限の目的は、放出される水銀廃棄物の量を減らすことで、環境と公衆衛生を保護することである。[ 16 ] HPAは2007年に、少量の水銀の漏洩に対処するためのガイドを公表していた。[ 17 ]
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、特に天気予報において、温度測定を「水銀」と呼び続けている。[ 18 ]
米国では、米国小児科学会[ 19 ]と米国環境保護庁[ 20 ]の両方が、家庭で代替温度計を使用することを推奨している。[ 19 ]
ジャン＝ピエール・クリスティンはセルシウスの目盛りの固定点を反転させ、今日使われている目盛りを作り出した。
{{cite web}}: CS1 maint: url-status (リンク)* 口腔/直腸/乳児用体温計には約0.61グラムの水銀が含まれています。
* 基礎体温計には約2.25グラムの水銀が含まれています。