Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Термометр



План:


Введення

Термометр ( греч. θέρμη - Тепло; μετρέω - Вимірюю) - прилад для вимірювання температури повітря, грунту, води і так далі. Існує кілька видів термометрів:

  • рідинні
  • механічні
  • електричні
  • оптичні
  • газові
  • інфрачервоні

1. Історія винаходу

Винахідником термометра прийнято вважати Галілея : у його власних творах немає опису цього приладу, але його учні, Неллі і Вівіані, засвідчили, що вже в 1597 він влаштував щось на зразок термобароскопа (термоскоп). Галілей вивчав в цей час Герона Олександрійського, у якого вже описано подібне пристосування, але не для вимірювання ступенів тепла, а для підняття води за допомогою нагрівання. Термоскоп представляв собою невеликий скляна кулька з припаяної до нього скляною трубкою. Шарик злегка нагрівали і кінець трубки опускали в посудину з водою. Через деякий час повітря в кульці охолоджувався, його тиск зменшувалася і вода під дією атмосферного тиску піднімалася в трубці вгору на деяку висоту. Надалі при потеплінні тиск повітря в кульці збільшувалася і рівень води в трубці знижувався при охолодженні ж вода в ній піднімалася. За допомогою термоскопа можна було судити тільки про зміну ступеня нагретости тіла: числових значень температури він не показував, тому що не мав шкали. Крім того, рівень води в трубці залежав не тільки від температури, але і від атмосферного тиску. У 1657 р. термоскоп Галілея був удосконалений флорентійськими вченими. Вони забезпечили прилад шкалою з намистин і відкачали повітря з резервуару (кульки) і трубки. Це дозволило не тільки якісно, ​​але й кількісно порівнювати температури тел. Згодом термоскоп був змінений: його перевернули кулькою вниз, а в трубку замість води налили спирт і видалили судину. Дія цього приладу грунтувалося на розширенні заходів, в якості "постійних" точок брали температури найбільш спекотного літнього і найбільш холодного зимового днів. Винахід термометра також приписують лорду Бекону, Роберт Фладду, Санкторіусу, Скарп, Корнелію Дреббель (Cornelius Drebbel), Порті і Саломону де Каус, який писав пізніше і частиною мали особисті стосунки з Галілеєм. Всі ці термометри були повітряні та складалися з посудини з трубкою, що містить повітря, відділений від атмосфери стовпчиком води, вони змінювали свої свідчення і від зміни температури, і від зміни атмосферного тиску.

Ртутний медичний термометр

Термометри з рідиною описані в перший раз в 1667 р. "Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento", де про них говориться як про предмети, давно виготовлених майстерними ремісниками, яких називають "Confia", розігріваючими скло на роздувається вогні лампи та виробляли з нього дивовижні і дуже ніжні вироби. Спочатку ці термометри наповнювали водою, і вони лопалися, коли вона замерзала; вживати для цього винний спирт почали в 1654 році за думки великого герцога тосканського Фердинанда II. Флорентійські термометри не тільки зображені в "Saggi", але збереглися в кількох примірниках до нашого часу в галілеївських музеї, у Флоренції; їх приготування описується докладно.

Спочатку майстер повинен був зробити ділення на трубці, порівнюючи з її відносними розмірами і розмірами кульки: ділення наносилися розплавленої емаллю на розігріту на лампі трубку, кожне десяте позначалося білою точкою, а інші чорними. Звичайно робили 50 поділок таким чином, щоб при таненні снігу спирт не опускався нижче 10, а на сонце не піднімався вище 40. Хороші майстри робили такі термометри настільки вдало, що всі вони показували одне і те ж значення температури при однакових умовах, проте такого не вдавалося досягти, якщо трубку поділяли на 100 або 300 частин, щоб отримати більшу точністю. Наповнювали термометри допомогою підігрівання кульки і опускання кінця трубки в спирт, закінчували наповнення за допомогою скляної лійки з тонко відтягнутим кінцем, вільно входили в досить широку трубку. Після регулювання кількості рідини, отвір трубки запечатували сургучем, званим "герметичним". З цього ясно, що ці термометри були великими і могли служити для визначення температури повітря, але були ще незручні для інших, більш різноманітних дослідів, і градуси різних термометрів були непорівнянні між собою.

В 1703 р. Амонтон (Guillaume Amontons) в Парижі удосконалив повітряний термометр, вимірюючи не розширення, а збільшення пружності повітря, приведеного до одного й того ж обсягу при різних температурах підливання ртуті у відкрите коліно; барометричний тиск і його зміни при цьому бралися до уваги. Нулем такої шкали повинна була служити "та значний ступінь холоду", при якій повітря втрачає всю свою пружність (тобто сучасний абсолютний нуль), а другий постійної точкою - температура кипіння води. Вплив атмосферного тиску на температуру кипіння ще не було відомо Амонтону, а повітря в його термометрі не був звільнений від водяних газів, тому з його даних абсолютний нуль виходить при -239,5 за шкалою Цельсія. Інший повітряний термометр Амонтон, виконаний дуже недосконале, був незалежний від змін атмосферного тиску: він представляв сифонний барометр, відкрите коліно якого було продовжено догори, знизу наповнене міцним розчином поташу, зверху нафтою і закінчувалося запаяним резервуаром з повітрям.

Сучасну форму термометру надав Фаренгейт і описав свій спосіб приготування в 1723 р. Спочатку він теж наповнював свої трубки спиртом і лише під кінець перейшов до ртуті. Нуль своєї шкали він поставив при температурі суміші снігу з нашатирем або кухонною сіллю, при температурі "почала замерзання води" він показував 32 , а температура тіла здорової людини в роті або під пахвою була еквівалентна 96 . Згодом він знайшов, що вода кипить при 212 і ця температура була завжди одна й та ж при тому ж стані барометра.

Остаточно встановив обидві постійні точки, тане льоду і киплячої води, шведський фізик Цельсій в 1742 р., але спочатку він ставив 0 при точці кипіння, а 100 при точці замерзання, і прийняв зворотне позначення лише за порадою М. Штермер. Збережені екземпляри термометрів Фаренгейта відрізняються ретельністю виконання. Однак більш зручною виявилася "перевернута" шкала, на якій температури танення льоду позначили 0 С, а температуру кипіння 100 С. Таким термометрів вперше користувалися шведські вчені ботанік К. Лінней і астроном М. Штремер. Цей термометр набув широкого поширення.

Роботи Реомюра в 1736 р. хоча і повели до встановлення 80 шкали, але були скоріше кроком назад проти того, що зробив уже Фаренгейт: термометр Реомюра був величезний, незручний в користуванні, а його спосіб поділу на градуси був неточним і незручним.

Після Фаренгейта і Реомюра справу виготовлення термометрів потрапило в руки ремісників, так як термометри стали предметом торгівлі.

Радянський ртутний термометр

У 1848 р. англійський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін) довів можливість створення абсолютної шкали температур, нуль якої не залежить від властивостей води або речовини, що заповнює термометр. Точкою відліку в " шкалою Кельвіна "послужило значення абсолютного нуля : -273,15 С. При цій температурі припиняється тепловий рух молекул. Отже, стає неможливим подальше охолодження тел.


2. Рідинні термометри

Рідинні термометри засновані на принципі зміни об'єму рідини, яка залита в термометр (зазвичай це спирт або ртуть), при зміні температури навколишнього середовища.

У зв'язку із забороною застосування ртуті в багатьох областях діяльності ведеться пошук альтернативних наповнень для побутових термометрів. Наприклад, такий заміною може стати сплав галінстан.

Про видалення розлилася ртуті з розбитого термометра див. статтю Демеркуризація

3. Механічні термометри

Механічний термометр
Віконний механічний термометр

Термометри цього типу діють за тим же принципом, що і рідинні, але в якості датчика зазвичай використовується металева спіраль або стрічка з біметалу.


4. Електричні термометри

Великий термометр в Ашхабаді
Медичний електричний термометр

Принцип роботи електричних термометрів грунтується на зміні опору провідника при зміні температури навколишнього середовища.

Електричні термометри більш широкого діапазону засновані на термопарах (контакт між металами з різною електронегативність створює контактну різницю потенціалів, що залежить від температури).

Домашня метеостанція

Найбільш точними і стабільними в часі є термометри опору на основі платинової дроту або платинового напилення на кераміку. Найбільшого поширення набули PT100 (опір при 0 C - 100Ω) PT1000 (опір при 0 C - 1000Ω) (IEC751). Залежність від температури майже лінійна і підпорядковується квадратичним законом при позитивній температурі і рівнянню 4 ступеня при негативних (відповідні константи дуже малі, і в першому наближенні цю залежність можна вважати лінійної). Температурний діапазон -200 - +850 C.

R_T = R_0 \ left [1 + AT + BT ^ 2 + CT ^ 3 (T-100) \ right] \; (-200 \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} <T <0 \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C},
R_T = R_0 \ left [1 + AT + BT ^ 2 \ right] \; (0 \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} \ leq T <850 \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C}).

Звідси, R_T опір при T C, R_0 опір при 0 C, і константи (для платинового опору) -

A = 3.9083 \ times 10 ^ {-3} \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} ^ {-1}
B = -5.775 \ times 10 ^ {-7} \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} ^ {-2}
C = -4.183 \ times 10 ^ {-12} \; {} ^ {\ circ} \ mathrm {C} ^ {-4}.

5. Оптичні термометри

Оптичні термометри дозволяють реєструвати температуру завдяки зміні рівня світності, спектра та інших параметрів (див. Волоконно-оптичне вимірювання температури) при зміні температури. Наприклад, інфрачервоні вимірювачі температури тіла.

6. Інфрачервоні термометри

Інфрачервоний термометр дозволяє вимірювати температуру без безпосереднього контакту з людиною. У розвинених країнах вже давно є тенденція відмови від ртутних градусників на користь інфрачервоних не тільки в медичних установах, але й на побутовому рівні.

Інфрачервоний термометр має низку незаперечних переваг, а саме:

  • безпека використання (навіть при серйозних механічних пошкодженнях ніщо не загрожує здоров'ю)
  • більш висока точність вимірювання
  • мінімальний час проведення процедури (вимірювання проводиться протягом 0,5 секунди)
  • можливість групового збору даних
  • Інфрачервоний термометр. Сенсор

  • Інфрачервоний термометр. Інформаційний дисплей


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Термометр Галілея
Газовий термометр
Термометр опору
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru