научно-популярное приложение к газете "Голос Армении"
Menu

ТРИДЦАТЬ ШЕСТЬ И ШЕСТЬ

Обыкновенный термометр

Нас спрашивают: что делать, если в квартире минусовая температура? Отвечаем: если дали свет и холодильник включен, залезьте в него и согрейтесь. Этот мрачный юмор Армянского радио времен блокадных холодных зим девяностых годов, вычитанный в дебрях интернета, подтолкнул меня к написанию этих заметок. Какая-то доля истины в этих рекомендациях есть. Температура в холодильнике, если, конечно, не забираться в морозильную камеру, действительно плюсовая.

 Понятие "температура" сопровождает нас каждую минуту всю жизнь, но мы никогда не задумываемся, что это за "субстанция" и как она (температура) измеряется.

ТЕМПЕРАТУРА - ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия" - так определяет Википедия это состояние материи. Теперь, когда нам стало предельно ясно, что такое температура, рассмотрим другой вопрос. Как измерить эту "кинетическую энергию термодинамического равновесия"? Другими словами, какая данная материя - "теплая" или "холодная". Это качественно, а количественно, сколько в этой материи "тепла" или "холода". Именно этим "градусам" и посвящаются настоящие записки.

Если у вас дома случайно завалялась химическая стеклянная колба с узким длинным горлышком, можете заняться экспериментальной термодинамикой. Немного нагрейте колбу, переверните ее горлышком вниз и опустите горлышко в сосуд с водой. В горлышке установится определенный уровень воды. Когда колба начнет охлаждаться, давление в ней будет уменьшаться и уровень воды под действием атмосферного давления будет подниматься на определенную высоту вверх. При нагревании колбочки уровень воды в горлышке, соответственно, будет опускаться. Мы невольно повторили прибор для регистрации температуры - термоскоп, изобретенный еще в далеком 1594 г. Галилео Галилеем. У термоскопа Галилея (как и в нашем эксперименте) не было шкалы. Он представлял собой небольшой полый стеклянный шарик с припаянной тонкой стеклянной трубочкой. Конец трубки опускался в воду. Недостатком прибора было то, что по нему можно было судить только качественно о степени нагрева или охлаждения шарика. Можно было увидеть изменение температуры, но нельзя было ее измерить, у прибора отсутствовала шкала. Кроме того, показания прибора изменялись при изменении атмосферного давления. Позднее флорентийские ученые усовершенствовали термоскоп Галилея, добавив к нему шкалу из бусин и откачав из шарика воздух.

В XVII веке в той же Флоренции известным ученым Торричелли воздушный термоскоп был преобразован в спиртовый. Прибор был перевернут шариком вниз, сосуд с водой удален, а шарик заполнен спиртом. Действие прибора основывалось на расширении спирта при нагревании "измерительного шарика" и выдавливании спирта в трубку – теперь показания не зависели от атмосферного давления. Это был один из первых жидкостных термометров. Проблема была решена, но не до конца. В каких единицах представлять уровень спирта в трубочке, никто не знал. Конкретной системы при градуировке шкал не существовало. Для того чтобы ввести шкалу, необходимо было установить не меняющиеся опорные точки температуры. Долгое время ученые не могли найти исходные точки - константы, расстояние между которыми определял бы диапазон измеряемых температур. Как исходные данные для шкалы предлагались точки оттаивания льда и растопленного сливочного масла, температура кипения воды и некие абстрактные понятия вроде "значительная степень холода".

Разновидность термометраВ 1694 ГОДУ КАРЛО РЕНАЛЬДИНИ ПРЕДЛОЖИЛ ПРИНЯТЬ В КАЧЕСТВЕ ДВУХ крайних фиксированных точек термометра температуру таяния льда и температуру кипения воды. Только через двадцать лет идеи Ренальдини были использованы немецким физиком Даниелем Фаренгейтом. На шкале Фаренгейта точка таяния льда равна +32  гр. F, а точка кипения воды + 212 гр. F, при нормальном атмосферном давлении. При этом один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур. Ноль на этой шкале определяется по температуре замерзания смеси воды, льда и нашатыря, а за 100 гр. F была принята температура человеческого тела. Известна любопытная версия, по которой за 100 градусов температурной шкалы Фаренгейт принял … температуру тела своей супруги, которая в момент измерения температуры была больна лихорадкой. Таким образом, ноль градусов Цельсия – это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 9/5 градуса Цельсия. Еще одна шкала была предложена французским ученым Р.А.Реомюром в 1730 году. Его шкала была построена в соответствии с тепловым расширением спирта, приняв за 0 гр. температуру таяния льда, а за 80 гр. температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

Один градус Реомюра равен 1/80 части температурного интервала между этими опорными точками. 1 гр. R = 1,25 гр. C.В настоящее время шкала вышла из употребления, хотя она была популярна на родине автора, во Франции, а также в России. Наконец, в 1742 году шведский ученый Андрес Цельсий описал стоградусную шкалу термометра, в которой температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении была принята за 0 гр., а температура таяния льда – за 100 гр. Позже эту шкалу "перевернули", приняв за 0 гр. температуру таяния льда. Этой шкалой мы пользуемся до сих пор, называя ее шкалой Цельсия.

К концу XVIII века число различных температурных шкал значительно увеличилось, на тот момент их насчитывалось около 19, однако сегодня в мире используются практически три температурные шкалы – Цельсия, Фаренгейта и Кельвина. В 1848 году английский физик Уильям Томсон - лорд Кельвин предложил абсолютную термодинамическую шкалу. Одновременно Кельвин обосновал понятие абсолютного нуля, обозначив им температуру, при которой прекращается тепловое движение молекул. Абсолютный нуль температуры - начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале – шкале Кельвина. Сегодня самой распространенной является шкала Цельсия, шкала Кельвина используется в научных исследованиях, а шкалой Фаренгейта по сей день пользуются в США и Англии. Удивительный народ эти англосаксы и их потомки. Все у них не как у людей. Вместо привычных сантиметров у них дюймы, вместо метров – футы, а километров – мили, но они тоже разные: на море – одни, на суше -другие, к тому же в Великобритании и некоторых ее бывших колониях до сих пор ездят на машинах по дорогам против движения!

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕРМОМЕТРОВ В СОВРЕМЕННОЙ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА ЧРЕЗВЫЧАЙНО ШИРОКА. Термометр за окном сообщает о температуре на улице, термометр в холодильнике помогает контролировать температуру хранения продуктов, термометр в духовке позволяет поддерживать температуру при выпекании, в моторе вашей автомашины термометр следит за температурой охлаждающей жидкости и масла, а градусник  измеряет температуру тела при болезни. И это далеко не полный перечень сфер, где необходимо измерять температуру. Медицинский градусник можно найти практически в каждом доме.Детский термометр

Однако распространенный ртутный градусник, предложенный еще два века назад Д.Фаренгейтом, сегодня постепенно уходит в прошлое. Ртутные градусники обладают самой высокой точностью определения температуры, но содержит не безопасную для человека ртуть. На замену медицинским ртутным градусникам приходят электронные цифровые термометры. Температура является важным параметром не только в быту, но и определяющим фактором выполнения технологических процессов в разных областях промышленности и других сферах жизнедеятельности человека.

До сих пор мы рассматривали термометры расширения, основанные на изменении объема жидкостей и твердых тел при изменении температуры. Другой класс термометров – манометрические термометры, действие которых основано на изменении давления газа, пара или жидкости в замкнутом объеме при изменении температуры. Манометрический термометр состоит из термобаллона, гибкого капилляра и манометра. Термобаллон помещают в измеряемую среду. При нагреве термобаллона внутри замкнутого объема увеличивается давление, которое измеряется манометром. Капилляр - латунная трубка с внутренним диаметром, составляющим доли миллиметра, позволяет удалить манометр от места установки датчика температуры -термобаллона.

Рассмотренные нами виды термометров используют свойства термочувствительных элементов – датчиков - изменять свое физическое состояние (объем, размеры) в зависимости от температуры среды, в которую они помещены, но это далеко не единственные физические принципы, используемые для измерения температуры. Находят еще большее применение датчики, работа которых основана не на изменении его физических параметров с последующей их регистрацией, а на свойстве определенных материалов изменять электрическое сопротивление при изменении температуры (терморезисторы) или вырабатывать небольшой электрический потенциал (термопары).Виды термометров

Кстати, первое бытовое применение терморезисторов пришлось на восьмидесятые годы прошлого столетия, когда появились в продаже медицинские цифровые термометры, разработанные в Японии. Стоили они тогда порядка 2-3 долларов и были желанным сувениром. Через тридцать лет точно такие термометры появились и в аптеках Еревана. Приборы для измерения температуры используются практически во всех областях деятельности человека, но многие распространенные приборы я вынужден оставить "за кадром". Еще Козьма Прутков говорил: "Нельзя объять необъятное" - и он, несомненно, прав.

 

Опубликовано в Техника
Прочитано 518 раз
Оцените материал
(0 голосов)
Другие материалы в этой категории: « На платформе в океане ПИОНЕР ПОДВОДНОГО ФЛОТА »

Оставить комментарий

Убедитесь, что вы вводите (*) необходимую информацию, где нужно
HTML-коды запрещены

Наверх