Красный столбик обычно указывает на наличие окрашенного спирта, традиционно используемого для определения состояния окружающей атмосферы.
Как функционирует термометр: почему показания не изменяются после измерения и что внутри, если не ртуть?
Каждый из нас знает, что после того как обычный ртутный термометр показывает температуру тела, его показания остаются неизменными, пока мы не встряхнем его. Почему же, когда мы замерили температуру, и пытаемся охладить термометр, погрузив его в холодную воду, он не показывает более низкие значения? Какова причина этого явления? Зачем нужно встряхивать прибор? Эти вопросы могут показаться запутанными, но в данной статье мы постараемся разобраться, почему ртуть в термометре не опускается обратно!
Разбираем особенности медицинского термометра
История создания термометра: как он появился
Современный термометр в его изначальном виде был разработан Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом в 1723 году. Первоначально он заполнял свои капилляры спиртом, а затем переключился на ртуть. Ноль его шкалы был установлен при температуре смеси снега с нашатырем или поваренной солью. Температура замерзания воды соответствовала 32° по Фаренгейту, а температура человеческого тела во рту или в подмышечной области была равна 96°.
Шведский астроном и метеоролог Андерс Цельсий в 1742 году окончательно установил две основные точки на шкале, хотя изначально он поставил 0° при точке кипения и 100° при точке замерзания. После его смерти его коллеги Карл Линней и Мортен Штремер применили эту шкалу в перевернутом виде: 0° установили на уровне таяния льда, а 100° — на уровне кипения воды. В этом формате шкала оказалась крайне удобной и стала широко использоваться вплоть до сегодняшнего дня.
В 1848 году английский физик Вильям Томсон, более известный как лорд Кельвин, обосновал существование абсолютной шкалы температур, ноль которой не зависит от свойств воды или любого другого вещества, заполняющего термометр. Щепоткой в этой шкале стал абсолютный ноль, равный -273,15° С, при этом тепловое движение молекул прекращается, и становится невозможным дальнейшее охлаждение веществ. Далее мы подробнее обсудим, как функционирует термометр.
Ключевые характеристики, достоинства и недостатки
Жидкостный термометр, как явно видно из названия, это устройство для измерения температуры, основанное на физическом принципе теплового расширения жидкости. Вы могли неоднократно сталкиваться с описанием этого устройства, хотя и не знали, как оно называется: это узкий, тонкий, вертикально расположенный прозрачный резервуар, изготовленный из стекла или кварца. Внутри такого резервуара находится столбик окрашенной жидкости, уровень которого изменяется в зависимости от окружающих температурных условий. На резервуаре прикреплена шкала с отметками, позволяющая выразить результаты измерений в градусах.
Состав жидкости, заполняющей капилляр термометра, должен быть зафиксирован в регистрационном удостоверении. Это важно, поскольку утечка спирта, часто используемого в качестве жидкости, не представляет серьезной угрозы, в то время как утечка ртути может gravно рискованной для здоровья. Согласно ГОСТам, использование обеих разновидностей наполнителя разрешено, и допускается экспериментировать с другими жидкостями, однако, чтобы оперативно реагировать в случае разгерметизации, пользователь должен быть информирован о составе.
Жидкостные термометры в большинстве случаев считаются одними из наилучших типов приборов для измерения температуры. Во-первых, они полностью основываются на физических принципах и не требуют источников питания. Во-вторых, ртутные термометры имеют минимальную погрешность измерений — не более 0,1 градуса. Все жидкостные термометры относительно недороги, их легко обслуживать, а при соблюдении правил эксплуатации они могут служить на протяжении многих лет. В зависимости от максимально допустимой температуры варьируется диапазон измерений — от -200 до +750 градусов!
При этом правильный выбор модели позволяет более точно определять температуру в определенном градусовом диапазоне: например, от 1 до 100 градусов (для водяных термометров), от 30 до 40 (медицинские термометры) или до 150 и даже больше (промышленные агрегаты).
Однако у жидкостных термометров также есть свои недостатки, которые зачастую связаны не со всеми типами, а лишь с теми жидкостями, которые используются в конкретных моделях. Например, ртутный термометр может быть небезопасен из-за утечки ртути, которая замерзает при температуре -39 градусов. Межповерочный интервал для этого устройства составляет около 10 минут, что затрудняет быструю фиксацию точных данных. Спиртовой термометр, напротив, более безопасен и работает быстрее, но не обеспечивает такой же высокой точности.
Существуют также термометры, заполненные органическими жидкостями, которые представляют собой еще один вариант. Однако их недостатком является то, что такая жидкость может оставлять следы на стекле, что в итоге может сбивать с толку человека, который считывает показания.
Области применения
Потенциальные области применения жидкостных термометров разнообразны, и каждый конкретный случай предполагает выбор устройства, соответствующего решаемой задаче. Наиболее часто встречаются следующие типы термометров:
- для помещений с контролем температуры – чаще всего это спиртовые термометры, предназначенные для измерения условий в комнатах, где находятся люди. Они также могут использоваться на улице в регионах, где температура не достигает экстремальных значений, и их шкала обычно ограничена диапазоном от -50 до +50;
- для контроля температуры в процессе готовки – такие термометры имеют только положительные диапазоны температур, начиная от температуры комнаты и поднимаясь до максимума, который возможен в печи или духовке. Они необходимы для создания условий, позволяющих продуктам достичь оптимального кулинарного состояния;
- для систем отопления – эти термометры также имеют положительную шкалу, обычно до 70-80 градусов, и предназначены для определения температуры теплоносителя, достаточной для качественного обогрева помещения, но недостаточной для повреждения устройства;
- Технические термометры – они предназначены для измерения температуры в самых разнообразных ситуациях и могут иметь самый широкий диапазон измеряемых температур, иногда их создают узкоспециализированными, что уменьшает шкалу и повышает точность измерений.
Термометр сопротивления
Этот термометр функционирует благодаря известному свойству тел изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. В частности, в металлических термометрах при повышении температуры сопротивление практически линейно увеличивается. В полупроводниковых термометрах, напротив, сопротивление снижается.
Металлические термометры сопротивления делают из тонкой медной или платиновой проволоки, помещенной в изоляционный корпус.
Принцип работы термоэлектрических термометров
Принцип действия этих термометров основывается на свойстве двух различных проводников генерировать термоэлектродвижущую силу при нагревании места их соединения — спая. В этом случае проводники называются термоэлектродами, а конструкция — термопарой. Значение термоэлектродвижущей силы термопары зависит от материалов термоэлектродов и разности температур между горячим и холодным спаями. Поэтому, при измерении температуры горячего спая температуру холодных спаев следует либо стабилизировать, либо учитывать поправку на ее изменение.
Такие приборы позволяют измерять температуру дистанционно — на расстоянии до нескольких сотен метров. В таком случае в контролируемом помещении размещают только небольшой термочувствительный датчик, а в другом помещении – индикатор.
Достоинства и недостатки жидкостных термометров
К основным недостаткам жидкостных термометров относится небезопасность используемых жидкостей в случае разгерметизации (особенно касается токсичной ртути) и отсутствие возможности использования в экстремально низких или высоких температурах.
Цена деления большинства термометров составляет 1-2 градуса по шкале Цельсия. Это позволяет производить достаточно точные вычисления, однако диапазоны температур для каждой модели могут быть различными.
Преимуществами жидкостных термометров являются их универсальность — их применение и в быту, медицине, а также в различных воспалительных, паровых, газовых и силовых установках.
Популярные модели жидкостных термометров: цены и сравнения
К числу самых популярных моделей относятся термометры ТТЖ-М исп4, СП-1, БТ-52.220 и ТС-7-М1 исп1.
Перечень популярных жидкостных термометров включает ТТЖ-М исп4, СП-1, БТ-52.220 и ТС-7-М1 исп1.
ТТЖ-М исп4
Этот термометр производится компанией «Стеклоприбор». Его Г-образная форма позволяет удобно снимать показания в различных кипятильных устройствах, оснащенных клапаном. Средняя стоимость термометра составляет 350 рублей.
В качестве рабочей жидкости применяется керосин, а цена деления шкалы равняется 2 градусам. Длина погружной части составляет 6,5 см, а измеряемый диапазон варьируется от 0 до +100 градусов Цельсия.
ТС-7-М1 исп1
Это бюджетное устройство, стоимость которого колеблется от 250 до 300 рублей. Применяется, как правило, в сельском хозяйстве. Рабочей жидкостью является метилкарбитол, а диапазон измеряемых температур — от -20 до +70 градусов Цельсия. Длина погружной части невелика и составляет всего несколько сантиметров.
БТ-52.220
Это биметаллический термометр, созданный специально для работы в агрессивных средах, встречающихся в нефтедобывающих, пищевых и химических отраслях.
Прибор устойчив к коррозии и предоставляет возможность менять диапазоны температур. Средняя цена устройства составляет 1200 рублей.
Поскольку конструкция позволяет менять гильзы, длина погружной части может варьироваться от 6,4 до 25 см, учитывая минимальный диапазон от -45 до 0 градусов Цельсия и максимальный диапазон от 0 до +450 градусов.
Прибор был разработан компанией «Росма». Гильзы данного устройства изготавливаются из латуни и нержавеющей стали. Прибор функционирует в диапазоне температур окружающей среды от -10 до +60 градусов. Циферблат выполнен из алюминия, а конструкция оснащена радиальной шкалой с указателем.
СП-1
Это жидкостное устройство выпускается компанией «Термоприбор». Средняя его цена колеблется около 2000 рублей.
Данный термометр работает исключительно в положительных диапазонах температур. Конструкция позволяет использовать четыре диапазона: минимальный – от 0 до +100 градусов Цельсия и максимальный – от 0 до +300 градусов.
Прибор является устойчивым к вибрациям и активно применяется в цехах и на машиностроительных заводах. Рабочей жидкостью этого термометра является ртуть.
Статья была опубликована 24.05.2018, последний раз обновлена 13.04.2021 пользователем digrand.
Мастер по ремонту стиральных и посудомоечных машин, а также холодильников, кулеров, кондиционеров, варочных панелей и духовых шкафов, имеющий более 7 лет опыта в своей области и профильное техническое образование.
Публичная оферта о заключении договора пожертвования:
(Директор: ),
предлагает гражданам сделать пожертвование на ниже приведенных условиях:
1. Общие положения
1.1. В соответствии с п. 2 ст. 437 Гражданского кодекса Российской Федерации данное предложение является публичной офертой (далее – Оферта).
1.2. В настоящей Оферте употребляются термины, имеющие следующее значение:
Пожертвование — дарение вещи или права в общеполезных целях;
Жертвователь — граждане, делающие пожертвования;
Получатель пожертвования — .
1.3. Оферта действует бессрочно с момента размещения ее на сайте Получателя пожертвования.
1.4. Получатель пожертвования вправе отменить Оферту в любое время путем удаления ее со страницы своего сайта в Интернете.
1.5. Недействительность одного или нескольких условий Оферты не влечет недействительность всех остальных условий Оферты.
Методические пособия для ваших уроков:
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд: Жидкостный термометр
Презентация по физике
Выполнил: Коробов В. В., учитель физики, МОУ СОШ №3, р. п. Средняя Ахтуба, Волгоградская область
2 слайд: Жидкостные термометры используются практически повсюду: как в быту, так и на производстве. Принцип их работы довольно прост: измеряется объем жидкости, который изменяется с температурой; при нагревании жидкость расширяется, а при охлаждении — сжимается и опускается вниз.
3 слайд: Особенности устройства.
Жидкостный термометр, как подразумевает название, является прибором для измерения температуры, работа которого основана на использовании жидкости; текущая температура определяется через тепловое расширение вещества. Возможно, вы не знали, что этот прибор называется именно так, но его описание знакомо вам: это узкий и высокий, вертикально установленный прозрачный резервуар из стекла или кварца. Внутри него находится столбик окрашенной жидкости, уровень которого изменяется в зависимости от температурных условий окружающей среды. На резервуаре установлен шкала с отметками, позволяющая посчитать результат измерений в градусах.
4 слайд: Состав жидкости, заполняющей капилляр термометра, обязательно указывается в регистрационном удостоверении, так как утечка спирта, часто используемого в качестве наполнителя, не представляет серьезной опасности, в отличие от утечки ртути, которую следует считать крайне рискованной. Согласно ГОСТ, допустимо использовать оба варианта наполнителей и экспериментировать с другими жидкостями, однако об этом пользователь должен быть проинформирован, чтобы вовремя отреагировать на разгерметизацию капилляра.
5 слайд: Жидкостные термометры считаются одним из самых надежных типов измерителей. Во-первых, они функционируют на основе чистой физики и не требуют источников питания. Во-вторых, ртутные термометры обладают минимальной погрешностью измерений — не более 0,1 градуса. Такие измерители доступны по цене, легки в обслуживании, и при правильном использовании могут служить долгие годы. При этом диапазон измеряемых температур, в зависимости от используемой жидкости, может варьироваться от -200 до +750 градусов!
При этом правильный выбор модели позволяет более точно определять температуру в определённых диапазонах — например, от 1 до 100 градусов (для водяных термометров), от 30 до 40 градусов (для медицинских термометров) и для промышленных целей — до 150 и более.
