1782. Пирометр Веджвуда
В ветхозаветной книге пророка Даниила говорится, как царь вавилонский Навуходоносор, разгневавшись на праведных юношей Ананию, Азарию и Мисаила, приказывает сжечь их в печи, раскалённой в семь раз больше обычного. Праведники и пророки, конечно, спаслись, но разговор не об этом. Скорее всего, приказ царя о том, что печь нужно было раскалить всемеро от обычного – просто метафора, связанная с магическими свойствами семёрки.
Во времена царя новохалдейской династии Набу-кудурри-уцура, правившего с 605 по 562 год до н. э., не существовало методов количественного измерения температуры пламени (как, правда, и любой другой температуры). Единственные способы оценки нагретости предметов и очагов, которые применялись долгое время – помещение металла в печь, нагревание и анализ того, каким цветом светится этот металл. Сокращённые названия цветов каления («красное каление», «белое каление») часто до сих пор используются металлургами вместо указания температуры. Древние знали, что металл, нагретый до белого каления, горячее металла, нагретого до красного каления, но это было лишь качественной оценкой, которая помимо прочего зависит от природы металла или сплава. Способ измерения температуры печек или жаровень был разработан только спустя две тысячи лет после Навуходоносора, и одним из первых людей, предложивших решение задачи, был дед Чарлза Дарвина по материнской линии Джозайя Веджвуд, производитель керамики, который, помимо прочего, считается отцом-основателем промышленного дизайна.
Веджвуд родился в семье гончаров, его отец владел маленькой гончарной фабрикой, он отправил сына в школу, однако отец вскоре умер, и Джозайе пришлось бросить школу и начать обучаться семейному делу на производстве, перенимая навыки семейного ремесла у старшего брата. Так бы и мог остаться Джозайя Веджвуд простым (или не простым, а очень искусным) гончаром, но в подростковом возрасте он заболел оспой, вылечился, но из-за осложнения подвижность его коленного сустава значительно понизилась, и он уже не смог вращать гончарный круг.
Невозможность работать руками (точнее ногами) дала Веджвуду возможность изучить все стадии производства керамических изделий, разработать новые способы изготовления и самой керамики, и глазировки для её украшения. Старший брат Джозайи скептически относился к инновационным идеям своего младшего, поэтому, когда ученичество кончилось, Веджвуд не стал работать на семейном предприятии, а организовал свое собственное дело. Веджвуд разрабатывал собственные рецепты, часами проводил время в лаборатории и на производстве, в его личном архиве задокументированы результаты нескольких тысяч проведённых лично экспериментов.
В 1762 году больное колено снова повлияло на судьбу Веджвуда. В результате неудачного падения он травмировал сустав, и в доме лечившего его врача был представлен богатому и хорошо образованному дельцу Томасу Бентли, знакомство с которым повлияло и на вкусы Веджвуда, и на его дальнейшую деятельность. Бентли и Веджвуд вели интенсивную переписку, обмениваясь идеями и о способе ведения бизнеса, и о новых технологиях. Позже Веджвуд познакомился с Эразмом Дарвином; Бентли, Дарвин и Веджвуд были одними из основателей Лунного общества Бирмингема – клуба и неофициального учёного общества деятелей британского Просвещения. Чуть позже к Обществу присоединился Джозеф Пристли, для которого Веджвуд и создал свой первый пирометр.
Веджвуд изучил свойства природных глин своей страны, показал возможность получения разнообразных глиняных изделий через применение примесей, разработал многие вопросы, касающиеся глазури разных цветов и изобрёл особый род глиняных изделий, носящих его имя. Бизнес Веджвуда рос, его имя приобрело известность за пределами Британии – сервизы Веджвуда доставлялись ко дворам монарших особ Европы. Двор Императоров Российской Империи не был исключением: некоторые свои сервизы Веджвуд изготовил для Екатерины II. На производстве контролировалось практически всё: чистота исходных материалов, точность состава керамических композиций, квалификация персонала, но одна проблема оставалась – качеству изделий, а, следовательно, и бизнесу угрожало отсутствие надёжных способов контроля температуры обжига керамики.
Предлагались и опроб овались многие способы измерения температуры печи, но большинство из них было неудобным и непрактичным. Казалось бы, что металлические стержни будут расширяться пропорционально увеличению температуры, однако измерить их длину, когда они были разогреты до красного каления, было невозможно, изменяющие свой цвет с изменением температуры цветные композиции из стекла оказались ненадёжными. Веджвуд уцепился за идею обжига дисков из глины, легированных оксидом железа. При обжиге в горне такие диски темнели, изменяя цвет от бежевого до чёрного, проходя все оттенки коричневого. Оттенок, который приобретал такой диск, зависел от температуры, воздействию которого он подвергся. Казалось бы, решение было найдено, но, будучи перфекционистом во всём, Веджвуд отверг и этот подход, опасаясь, что «пары флогистона» в горне могут загрязнить диск и привести к его бессистемному обесцвечиванию.
При изучении глиняных фрагментов было обнаружено следующее: глина уменьшалась в объёме при нагревании, и, в отличие от металлов, при охлаждении не возвращалась в исходные размеры. Именно это свойство Веджвуд и решил использовать: он изготовил цилиндры или конусы из считавшейся эталоном чистоты для британцев Корнуолльской глины, эти глиняные изделия помещали в горн печи. После нагревания в печи определялось укорачивание глиняных изделий при помощи особых линеек, лежащих под углом одна к другой. Для измерения температуры с помощью таких глиняных фигурок Веджвуд разработал свою собственную температурную шкалу – шкалу Веджвуда. Статья Веджвуда о способе измерения температуры горна была зачитана Джозефом Бэнксом на заседании Королевского общества по развитию знаний о природе в мае 1782 года, и в 1783 года изобретатель первого пирометра был принят в члены Общества. Вторая статья Веджвуда описывала модификацию метода и попытку соотнесения температурной шкалы глиняного пирометра с температурной шкалой ртутного термометра Фаренгейта. Долгое время метод измерения температуры горна с помощью пирометра Веджвуда оставался единственным доступным способом, в точности и воспроизводимости результатов которого никто не сомневался. Лишь после смерти Веджвуда в 1795 году у учёных стали появляться сомнения в надёжности подхода: оказалось, что показания пирометров Веджвуда зависят от сорта глины, продолжительности нагревания цилиндрика и других факторов, благодаря чему различие показаний может быть очень велико. В начале XIX века французский химик Луи Бернар Гитон де Морво разработал высокотемпературный термометр, работа которого была основана на отвергнутом Веджвудом принципе расширения металлов при высоких температурах, который стал основанием для пересмотра шкалы Веджвуда. В наше время на смену пирометрам Веджвуда и термометрам де Морво пришли термопары и оптические пирометры.
