Статья о термометрах и шкалах измерения температуры.
1. Термометры
Прибор, предназначенный для измерения температуры, — это термометр. Существует множество типов термометров, но принцип их работы один и тот же. Обычно мы используем термометрические объекты — вещества, свойства которых изменяются с температурой. Если температура объекта изменяется, то изменяется и его форма, и размер. В большинстве термометров используются объекты, которые могут расширяться или сжиматься при изменении температуры. Часто используемые термометры представляют собой стеклянные трубки, в центре которых находится спирт или ртуть. При повышении температуры спирт или ртуть в сосуде расширяются, так что длина столбика спирта или ртути увеличивается. И наоборот, при понижении температуры длина столбика спирта или ртути уменьшается. На внешней стороне стеклянной трубки нанесены цифры, которые представляют собой шкалу термометра. Число, показанное в верхней части столбика спирта или ртути, указывает значение температуры измеряемого объекта.
К другим распространенным типам термометров относятся термометры, использующие биметаллические пластины (два металла разных типов и с разной скоростью расширения). При повышении температуры один металл расширяется сильнее, чем другой. В результате пластины изгибаются. Обычно биметаллическая пластина представляет собой спираль, один конец которой остается неподвижным, а другой соединен со шкалой. При изменении температуры стрелка вращается. Термометры, использующие биметаллические пластины, обычно применяются в качестве воздушных термометров, комнатных термометров, термометров для печей и т. д. Более точный термометр часто использует электрические свойства объекта.
2. Калибровка термометра
Калибровка термометра — это процесс регулировки его шкалы. Вот несколько шагов для калибровки термометра. Во-первых, подготовьте ртутный или спиртовой термометр без шкалы. Во-вторых, подготовьте лед. В-третьих, подготовьте воду. В-четвертых, подготовьте водонагреватель, который можно использовать для нагревания воды до кипения. В-пятых, поместите лед и воду в емкость (вода и лед имеют одинаковую массу). После этого поместите термометр в емкость с водой и льдом.
Сначала термометр соприкасается с воздухом, так что он нагревается сильнее льда. После помещения в емкость длина ртутного столбика уменьшается, поскольку смесь воды и льда охлаждается сильнее. Дайте ему постоять, пока длина ртутного столбика не перестанет изменяться (поверхность ртути не будет двигаться). Когда длина ртутного столбика перестанет изменяться, смесь льда и воды находится в тепловом равноверии. Отметьте положение ртутного столбика (отметьте верхний конец ртутного столбика). Это температура точки замерзания или точки замерзания воды. Шестое, вскипятите воду с помощью электрического нагревателя. Поместите термометр в емкость с нагретой водой. Когда вода нагревается или температура воды повышается, длина ртутного столбика также увеличивается (поверхность ртути поднимается вверх). После закипания воды поверхность ртути перестает двигаться. Отметьте конец ртутного столбика. Это температура точки кипения воды или точки парообразования.
Если вы хотите создать шкалу Цельсия, расстояние между двумя отметками делится на 100 линий, причем расстояние между каждой линией должно быть одинаковым. Нижняя отметка = 0 ° C, а верхняя = 100 ° C. См. рисунок сбоку. Температура замерзания и температура кипения зависят от атмосферного давления. Поэтому термометр, откалиброванный в месте с другим атмосферным давлением, даст разные результаты. Обычно используемые ртутные термометры откалиброваны при одном атмосферном давлении, так что температура замерзания воды составляет 0 ° C, а температура кипения — 100 ° C. Обычные термометры, такие как ртутные или спиртовые, обычно имеют ограничения. Термометр нельзя использовать для измерения очень низких температур (ниже 0 ° C) или очень высоких температур (выше 100 ° C).
3. Температурные шкалы
Для измерения температуры с помощью термометра необходимо установить температурную шкалу. Часто используются две температурные шкалы: шкала Цельсия и шкала Фаренгейта. Шкала Цельсия также называется шкалой Цельсия. Цельсий = сто ступеней. Критически важной в науке является абсолютная шкала, или шкала Кельвина. О шкале Кельвина мы поговорим позже. В качестве фиксированных точек шкалы Цельсия и шкалы Фаренгейта используются точки замерзания и кипения воды. Точка замерзания вещества — это температура, при которой твердая и жидкая формы находятся в тепловом равноверии. Напротив, точка кипения вещества — это температура, при которой жидкая и газообразная формы находятся в тепловом равноверии. Точки замерзания и кипения постоянно меняются в зависимости от атмосферного давления, поэтому сначала необходимо определить атмосферное давление. Обычно используется стандартное давление, равное 1 атм (одной атмосфере). Атмосфера — это одна единица атмосферного давления.
Шкала Цельсия 3.1
Точка выше шкалы Цельсия соответствует точке кипения чистой воды, а точка ниже шкалы Цельсия — точке замерзания чистой воды. Температура замерзания чистой воды (также известная как ледяная точка) составляет ноль градусов Цельсия (0). oC) и температура кипения чистой воды (также известная как температура пара) составляет сто градусов Цельсия (100). oВ). Между точками замерзания и кипения находится 100 градусов. В термометрах, использующих шкалу Цельсия, температура ниже точки замерзания обычно обозначается отрицательным числом.
3.2 Шкала Фаренгейта
Фаренгейт стремится к тому, чтобы температурные шкалы имели положительные значения. Поэтому он выбрал 0 ° F для температуры смеси льда и соленой воды (самая низкая температура, которую может достичь вода). При измерении температуры точки замерзания и точки парообразования числа на шкале Фаренгейта представляют собой дроби. Наконец, он снова изменил шкалу так, чтобы температура точки замерзания и точка парообразования были целыми числами.
По шкале Фаренгейта температура замерзания чистой воды (точка замерзания льда) составляет 32 градуса по Фаренгейту (32). oF) и температура кипения чистой воды (температура пара) составляет 212 градусов по Фаренгейту (212). oF). Между точками замерзания и парообразования находится 180 градусов. Чистая вода — это вода, не смешанная с другими веществами. Чистая H20. Когда мы говорим о какой-либо температуре, мы называем её Цельсием (oC) или по Фаренгейту (oF). Пример: температура горячей воды = 100 oC или 180 oF. Температура моего тела = 98 oF. И наоборот, если мы говорим об изменении температуры или разности температур, то мы называем это градусами Цельсия (C).oили градуса по Фаренгейту (F)oПример: начальная температура воды составляет 20°C. oС. После нагревания температура повышается до 50°C. oC. Таким образом, температура воды изменяется на 30 градусов Цельсия (30 °C).o).
