Artykuł o termometrach i skalach temperatur
1. Termometry
Narzędziem przeznaczonym do pomiaru temperatury jest termometr. Istnieje wiele rodzajów termometrów, ale zasada działania jest taka sama. Zazwyczaj używamy obiektów termometrycznych, czyli materii, która zmienia się wraz z temperaturą. Wraz ze zmianą temperatury obiektu zmienia się również jego kształt i rozmiar. Większość termometrów wykorzystuje obiekty, które mogą się rozszerzać lub kurczyć wraz ze zmianą temperatury. Często używane termometry składają się ze szklanych rurek, w których środku znajduje się alkohol lub rtęć. Wraz ze wzrostem temperatury alkohol lub rtęć w pojemniku rozszerzają się, co powoduje zwiększenie długości słupka alkoholu lub rtęci. I odwrotnie, wraz ze spadkiem temperatury długość słupka alkoholu lub rtęci maleje. Na zewnątrz szklanej rurki znajdują się liczby, które stanowią skalę termometru. Liczba wyświetlana na górnym końcu słupka alkoholu lub rtęci określa wartość temperatury mierzonego obiektu.
Innymi powszechnie stosowanymi typami termometrów są termometry wykorzystujące blachy bimetaliczne (dwa metale o różnych rodzajach i różnej szybkości rozszerzania). Wraz ze wzrostem temperatury jeden metal ulega większej rozszerzalności niż drugi. W rezultacie elementy są zakrzywione. Zazwyczaj element bimetaliczny ma kształt spirali, gdzie jeden koniec chipa pozostaje w środku, a drugi jest połączony ze skalą. Wraz ze zmianą temperatury wskazówka obraca się. Termometry wykorzystujące blachy bimetaliczne są zazwyczaj używane jako termometry do powietrza, termometry pokojowe, termometry do piekarników itp. Termometr, który jest dokładniejszy lub bardziej precyzyjny, często wykorzystuje właściwości elektryczne obiektu.
2. Kalibracja termometru
Kalibracja termometru to proces skalowania termometru. Oto kilka kroków kalibracji termometru. Po pierwsze, przygotuj termometr rtęciowy lub termometr alkoholowy bez skali. Po drugie, przygotuj lód. Po trzecie, przygotuj wodę. Po czwarte, przygotuj bojler, który można wykorzystać do podgrzania wody do wrzenia. Po piąte, włóż lód i wodę do pojemnika (woda i lód mają tę samą masę). Następnie umieść termometr w pojemniku z wodą i lodem.
Na początku termometr w kontakcie z powietrzem, tak aby termometr był cieplejszy niż lód. Po umieszczeniu w pojemniku, długość słupka rtęci zmniejszy się, ponieważ mieszanina wody i lodu jest bardziej chłodna. Pozostaw, aż długość słupka rtęci nie zmieni się (powierzchnia rtęci nie poruszy się). Gdy długość słupka rtęci się nie zmieni, mieszanina kostek lodu i wody znajduje się w równowadze termicznej. Zaznacz położenie słupka rtęci (zaznacz górny koniec słupka rtęci). Jest to temperatura punktu lodu lub temperatura zamarzania wody. Szósty, zagotuj wodę za pomocą grzałki elektrycznej. Włóż termometr do pojemnika z podgrzaną wodą. Gdy woda staje się cieplejsza lub temperatura wody wzrasta, długość słupka rtęci również wzrasta (powierzchnia rtęci przesuwa się w górę). Po zagotowaniu wody powierzchnia rtęci przestaje się poruszać. Zaznacz koniec słupka rtęci. Jest to temperatura punktu wrzenia wody lub temperatura pary.
Jeśli chcesz zrobić skalę Celsjusza, odległość między dwoma znakami jest podzielona na 100 linii, gdzie odległość między każdą linią musi być taka sama. Znak dolny = 0 o C, a znak górny = 100 o C. Zobacz rysunek z boku. Temperatura punktu lodu i temperatura punktu pary zależą od ciśnienia powietrza. Dlatego termometr skalibrowany w miejscu o innym ciśnieniu powietrza da różne wyniki. Powszechnie używane termometry rtęciowe są skalibrowane przy ciśnieniu jednej atmosfery, tak aby temperatura zamarzania wody wynosiła 0 o C, a temperatura wrzenia 100 o C. Zwykłe termometry, takie jak termometry rtęciowe lub termometry alkoholowe, są zwykle ograniczone. Termometru nie można używać do pomiaru bardzo niskich temperatur (niższych niż 0 o C) lub bardzo wysokich temperatur (wyższych niż 100 o C).
3. Skale temperatur
Aby termometr mógł mierzyć temperaturę, konieczne jest ustawienie skali temperatury. Często stosuje się dwie skale temperatury, w tym skalę Celsjusza i skalę Fahrenheita. Inną nazwą skali Celsjusza jest skala Celsjusza. Stopień Celsjusza = sto stopni. Skalą temperatury, która jest kluczowa w nauce, jest skala absolutna lub skala Kelvina. Skala Kelvina zostanie omówiona później. Punkty stałe skali Celsjusza i skali Fahrenheita wykorzystują temperaturę zamarzania i temperaturę wrzenia wody. Temperatura zamarzania substancji to temperatura, w której stan stały i ciekły znajdują się w równowadze termicznej. Odwrotnie, temperatura wrzenia substancji to temperatura, w której stan ciekły i gazowy znajdują się w równowadze termicznej. Temperatura zamarzania i temperatura wrzenia stale zmieniają się wraz z ciśnieniem powietrza, dlatego najpierw należy określić ciśnienie powietrza. Zwykle używamy ciśnienia standardowego, które wynosi 1 atm (jedną atmosferę). Atmosfera to jedna jednostka ciśnienia powietrza.
Skala 3.1 Celsjusza
Punkt stały powyżej skali Celsjusza odpowiada temperaturze wrzenia czystej wody, natomiast punkt stały poniżej skali Celsjusza odpowiada temperaturze zamarzania czystej wody. Temperatura zamarzania czystej wody (znana również jako punkt lodu) wynosi zero stopni Celsjusza (0°F). oC), a temperatura wrzenia czystej wody (znana również jako temperatura pary) wynosi sto stopni Celsjusza (100 oC). Między punktem lodu a punktem pary jest 100 stopni. W termometrach ze skalą Celsjusza, skala temperatury niższa niż temperatura punktu lodu jest zazwyczaj oznaczona liczbą ujemną.
Skala 3.2 Fahrenheita
Fahrenheit chce, aby skale temperatur były dodatnie. Dlatego wybrał 0 ° F dla temperatury mieszaniny lodu i słonej wody (najniższa temperatura, jaką może osiągnąć woda). Podczas pomiaru temperatury punktów lodu i punktów pary, liczby pokazane na skali Fahrenheita są ułamkami. Na koniec ponownie zmienił skalę, tak aby temperatura punktu lodu i punktu pary były liczbami całkowitymi.
W skali Fahrenheita temperatura zamarzania czystej wody (punkt zamarzania) wynosi 32 stopnie Fahrenheita (32 stopnie Fahrenheita). oF), a temperatura wrzenia czystej wody (punkt pary) wynosi 212 stopni Fahrenheita (212 oF). Między punktem lodu a punktem pary jest 180 stopni. Czysta woda to woda niezmieszana z innymi substancjami. Czysty H20. Kiedy mówimy o określonej temperaturze, nazywamy ją stopniami Celsjusza (oC) lub Fahrenheita (oF). Przykład: temperatura ciepłej wody = 100 oC lub 180 oF. Moja temperatura ciała = 98 oF. Odwrotnie, jeśli mówimy o zmianie temperatury lub różnicy temperatur, to nazywamy to stopniem Celsjusza (Co) lub stopnia Fahrenheita (Fo). Przykład: początkowa temperatura wody wynosi 20 oC. Po podgrzaniu temperatura zmienia się na 50 oC. W ten sposób woda doświadcza zmiany temperatury o 30 stopni Celsjusza (30 Co).
