WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |

Как появился термометр

Вольф Александр

Вы знаете как появился термометр? Нет ?!! Тогда прочитайте эту историю.

Давным давно, когда была древность, ученые судили о температуре тела по непосредственному ощущению. И деления тех шкал были весьма занимательны: горячо, тепло, холодно. Невероятная точность измерения, не правда ли? Не верите?! А попробуйте проверить сами! Возьмите три тазика с водой: один с очень горячей, другой с умеренно теплой, я третий с очень холодной. Взяли? Прекрасно! Теперь минуты на 3 опустите левую руку в тазик с горячей водой, а правую с холодной. Неприятные ощущения? Да ладно вам, можно и потерпеть немного: наука требут жертв.  "Жертва", время уже истеклоо! Вынимайте руки из горячей и холодной воды и опустите их в тазик с теплой водой. Теперь спроситека каждую руку, что она "скажет" вам о температуре воды? Интересный ответ, да?  Вот именно так древнии ученые и определяти температуру тел: на ощупь! И длилось это долгодолго до тех самых пор, пока однажды Галилео Галилей (да, да, тот самый, что кидался с Пизанской башни гирями в прохожих) не обжегся при очередном измерении и витиевато не сообщил об этом окружающим. было сие происшествие в 1597 году.  Как только рука немного отошла от ожога, Галилей взял стеклянную трубку с припаянным к ней небольшим стеклянным шариком, самую малость подогрел шарик и раз трубку другим концом в сосуд с водой. Спросите зачем? Оказывается все не так просто, а очень просто! Взгляните: мы подогреваем шарик 1 (на рисунок смотри тоже), воздух в нем расширяется от нагрева и через трубку 2 выходит в атмосферу (не весь, конечно). Помните, что дальше сделал Галилей? Да, совершенно точно: опустил трубку в сосуд с водой, как на рисунке. вот с этого момента и начинается самое интересное. Воздух в шарике остывает до температуры окружающего воздуха и при этом сжимается. А вода что делает? Правильно! Под действием атмосферного давления вода из сосуда 3 поднимается по трубке 2 на некоторую высоту h. Эта конструкция позволяла Галилео судить о степени нагретости тела: горячее, теплое или холодное оно. Правда с такой же точностью, что и измерения при помощи рук, ног и других частей тела. Круто? Теперь хитрец Галилей был избавлен от необходимости совать руки куда не попадя и хвататься за все подряд для определения температуры этого самого "куда не попадя" и "все подряд". галилею так понравился изобретенный им прибор, что он присудил ему название "термоскоп" и начал рекламную компанию. А то, что этот термоскоп мерил еще и атмосферное давление, он сознательно умолчал: термоскопы тогда были нужны (больно рукамто), а бароскопы нет (ну кому какая разница, высокое это, так называемое, давление или нет). Таким образом Галилей, сам того не зная, положил начало термометрии.  Полюбился народу термоскоп. Да так сильно, что ни у кого не поднималась рука усовершенствовать его зачем красоту портить? И так до 1657 года. В этом самом году горстка предприимчивых ученых из Флоренции прикрутили к термоскопу Галилея бусы (ну, шкала такая у них была, ничего тут не попишешь) и выдали за новый прибор. Какой прок, спросите? Да самый, что ни на есть насущный: в галилеевском термоскопе всего две температуры: высокая и низкая, а у флорентийцев их много: три с половиной бусины, пять бусин и т. п. (точнее он у них был, точнее). А чтобы до флорентийцев не докапывалась патентная комиссия, они откачали из шарика воздух. И снова все были довольны и счастливы! Много времени прошло с тех пор... Много...  Примерно в 1700 году флорентийский термоскоп взяли, да перевернули, налив в трубку с шариком подкрашенный спирт, а сосуд выкинули за ненадобностью. Что тут началось!!! Это же революция: прибор перестал зависеть от атмосферного давления!!!!! Правда тут же появилась мааахонькая проблема в согласовании шкал термометров (совсем забыл, прибор ентот "термометром" обозвали). Каких только "постоянных" точек не брали для шкал и как только их не градуировали.

Както, одним из вечеров 1714 года, голландскому ученому Д. Фаренгейту до чертиков надоели "разнокалиберные" термометры (как только в научной статье заходит речь о температуре, так сразу начинались чудовищные головные боли) и он сделал себе термометр сам. Взял стеклянную трубку с шариком на одном конце, налил туда ртути, откачал из нее воздух и запаял. Далее он засунул свое детище в смесь льда и поваренной соли (самое холодное, но еще жидкое того времени) и обозначил высоту столбика ртути за 0 градусов. Затолкав свой термометр в тающий лед (обычный, без соли) он надписал 32 градуса на шкале. Следующей точкой у Фаренгейта была температура тела 96 градусов (это число оказывается прекрасно делится на 32). И получилась у него температура кипения воды равной 212 градусам. а назвал он эту шкалу своим именем: Фаренгейт. Смейтесь, смейтесь... В Англии и США до сих пор используют его шкалу. Поедите в эти страны в гости смеятся будут над вами: необразованный турист, не знает тепло это или нет 100 оF! В пику Фаренгейту в 1730 году французский физик Р. Реомюр предложил спиртовой термометр с постоянными точками таяния льда (0 оR) и кипения воды (80 оR).



Примерно в это же время шведский физик А. Цельсий использовал ртутный термометр Фаренгейта с собственной шкалой, где температура кипения воды была принята за 0 градусов, а таяния льда за 100 градусов. Когда его спросили об этой странности его шкалы, Цельсий с улыбкой парировал: "У нас в Швеции довольно прохладно и для избежания отрицательных температур я и изобрел данную шкалу". Каково, а? А перевернули шкалу Цельсия его же соотечественники: ботаник К. Линней и астроном М. Штремер. И вот этот "перевернутый" термометр и получил широкое распространение!  В 1848 году с произволом в выборе нуля отсчета температуры на шкалах термометров было покончено английским физиком Вильямом Томсоном (это который лорд Кельвин, господа), доказавшим существования абсолютного нуля температур. Произведенные лордом расчеты на его персональном абаке дали цифру 273,15 оС, а обозначил он эту температуру как и положено 0 К.

В это же время господин Ренкен обиделся на Томсона за использование шкалы Цельсия для показа величины абсолютного нуля обывателям и сделал то же самое, но со шкалой Реомюра (специально для французов и русских). Да, да! Именно французов и русских. Шкалой Реомюра пользовались в царской России до самой революции 1917 года.

Приложил к делу изобретения шкал свою платиновую руку и великий Исаак Ньютон: точку таяния льда он обозначил за 0 градусов, а кипения воды за 12.

Ага, вы спрашиваете, как все эти температуры обозначаются? Пожалуйста: нуль градусов по шкале Реомюра обозначается как 0 оR, по Цельсию 0 оС, по Ньютону 0 оN, по Кельвину 0 К и, наконец, по Ренкену 0 R. Вам встречалось в крутых научных публикациях обозначение оL? Ничего страшного это Кельвин в масштабе десятичного логарифма. Вот так и появился на свет привычный нам термометр.  О других термометрах и выборе "рабочего тела" для них мы поговорим в следующий раз. А пока взгляните на рисунок 2 и попробуйте придумать инструменты, с помощью которых можно было бы промерить все эти температурки.

1. Электрический разряд (19500 оС). 2. Газы в столбе электрической дуги при атмосферном давлении, электросвака (примерно 6000 оС и больше). 3. Поверхность Солнца (6000 оС). 4. Солнечная печь для научных исследований (3600 оС). 5. Газы в камере ракетного двигателя (3400 оС). 6. Вольфрам плавится (3380 оС). 7. Электропеч дуговая (2000 3500 оС). 8. Нить электролампы (2500 оС). 9. Двухтактовый карбюраторный двигатель внутреннего сгорания (при сгорании топлива около 2300 оС). 10. Доменный процесс (1500 1800 оС). 11. Спираль электроплитки (600 оС). 12. Вода кипит при атмосферном давлении (100 оС). 13. Тепмература тела млекопитающих и птиц (36 45 оС), рыб (29 35 оС). 14. Средняя температура земного климата (15 оС). 15 Средняя температура океана (10 оС). 16. Лед плавится при атмосферном давлении (0 оС). 17. Плесень растет (6 оС). 18. Смесь льда и поваренной соли (20 оС). 19. Средняя температура в Антарктиде (57 оС). 20. Жидкий воздух при кипении (192 оС). 21. Спорысохраняются при охлаждении до 250 оС. 22. Семена высших растений сохраняют всхожесть после охлаждения до 269 оС. 23. Теоретический предел понижения температуры (273,15 оС).

За сим прощаюсь с вами, Александр.

Дата публикации:

1 мая 2000 года Каковы они, термометры? Вольф Александр В прошлый раз мы выяснили, как появился жидкостный термометр, а заодно задумались о способах измерения довольно высоких или очень низких температурах. Ну или попытались задуматься об этом. Теперь мы поговорим о том, какие термометры бывают и что в них используется в качестве рабочего тела. Начнем с чего закончили: жидкостного термометра.





Температуру в термометрах показывает расширяющаяся при нагревании капелька жидкости (ртути или окрашенного спирта), помещенная в проградуированную трубку. А чтобы шкалы разных термометров совпадали, мы выбираем две реперные точки: таяния льда и кипения воды при нормальных условиях. Далее делим полученный интервал на 100 равных частей, приписав ранее точке таяния льда 0 и точке кипения воды 100 (Получим шкалу Цельсия).

Если мы теперь, измеряя температуру воды в ванне, получим 300 на одном термометре, то и любой другой термометр покажет ту же температуру.

Предположим, что в качестве рабочего тела, мы используем глицерин и зададимся вопросом: будут ли показания этого термометра прежними при прежних точках? Крайние точки, конечно, будут совпадать с показаниями ртутного термометра, а что будут показывать термометры в промежуточных значениях температур? Оказывается показания ртутного и глицеринового термометров будут различны! Если на ртутном термометре будет 50,00С, то глицериновый покажет 47,60С. А если в качестве рабочего тела использовать пары воды, то получим 120С при 500С по ртутному термометру.

Появляется естественный вопрос: шкалу какого термометра считать правильной ? Чтобы ответить на этот вопрос немного отвлечемся и решим, какой термометр более удобен спиртовой, глицериновый или ртутный. Возьмем в качестве "эталона" ртуть и перечислим ее достоинства и недостатки.

Д о с т о и н с т в а Непрозрачна.

Остается жидкой в широкой области температур.

Трудно испарима при обычных температурах.

Имеет большой краевой угол со стеклом.

Легко получается в чистом виде.

Это металл и, подобно всем металлам, обладает хорошей..? При одном и том же повышении температуры расширяется меньше большинства жидкостей.

Н е д о с т а т к и Слишком плотная.

При объяснении этих особенностей ртути достоинства первой очевидны, а седьмой далеко не очевидны, впрочем, как и недостаток.

Проведем небольшой опыт. Прибор, измеряющий расширение ртути А, пометим в сосуд с водой (рис. 1.).

Он состоит из стеклянного шарика со ртутью и проградуированной трубки, измеряющей расширение. В термометр, т.е. такое же устройство, что и А, но которое показывает температуру.

Будем нагревать воду в сосуде, тщательно перемешивая ее, делая ряд отсчетов, и построим график зависимости расширения от температуры (рис. 2.).

Но этот опыт не дает никакой информации о расширении ртути.

Таким образом, мы не можем сказать, что ртуть дает "правильную" температурную шкалу, а глицерин "неправильную". Мы можем выбрать любую жидкость и объявить: эта жидкость дает стандартную шкалу.

Получается, что ни одна шкала жидкостного термометра не показывает истинную, или правильную, температуру. Это обескураживает, но позволяет сделать ряд выводов, один из которых говорит: мы вправе остановиться на ртутном термометре из практических соображений.

Попытки найти истинную температуру или более общую, изначальную, чем температура, основанная на произвольном выборе ртути, не увенчались успехом. Самое интересное, что нечто похожее дает газовый термометр.

Газовый термометр измеряет температуру по расширению образца какоголибо газа или по увеличению давления в фиксированном объеме. В этом термометре нам не грозят трудности ртутного, связанные с расширением стекла, т.к. расширене газа в 20 раз больше, чем ртути, следовательно, влияние стекла минимально. А в силу того, что газы ведут себя практически одинаково, то и показания газовых термометров практически идеально согласуются, что удобно с методической стороны.

Устройство газового термометра показано на рис. 3., где трубка барометра АВ проградуирована в градусах Цельсия, а не в единицах давления.

При градуировке такого термометра мы погружаем баллон С в тающий лед и наносим на термометре риску 0. Потом помещаем баллон С в кипящую воду и наносим риску 100. Отмечам данные точки на графике и соединяем их прямой линией. Пользуясь определенной таким образом шкалой, строим график зависимости давления от температуры (рис. 4.,5.).

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.