Kaip ir kodėl veikia termometrai?
Trumpas atsakymas: Termometrai veikia todėl, kad viskas keičiasi, kai sušyla arba atšąla. Dauguma termometrų matuoja, kiek medžiaga (pvz., gyvsidabris, alkoholis, metalas ar elektronika) pasikeičia, ir rodo tą pokytį skalėje.
Kas iš tikrųjų vyksta?
Temperatūra yra matas, rodantis, kaip greitai juda mažytės medžiagos dalelės. Kai dalelės juda greičiau, medžiaga paprastai plečiasi (šiek tiek padidėja). Termometruose naudojamos medžiagos, kurios įkaista arba atvėsta ir rodo matomus arba išmatuojamus pokyčius.
Skysčių termometruose naudojamas plonas skysčio stulpelis, kuris kyla įšilęs ir leidžiasi žemyn atvėsęs. Metaliniai arba elektroniniai termometrai matuoja dydžio arba elektrinių savybių pokyčius. Termometro skalė šiuos pokyčius paverčia skaičiais, tokiais kaip Celsijaus arba Farenheito laipsniai.
Mokslininkai nustato skalę naudodami fiksuotus taškus, tokius kaip vandens užšalimo ir virimo temperatūros, kad rodmenys visur būtų vienodi.
Ką sako fizika
Įvardyti dėsniai / principai: Poveikio/dėsnio pavadinimas: Termodinamikos Nulio dėsnis ir šiluminis plėtimasis.
Nulio dėsnis teigia, kad jei du objektai yra šiluminėje pusiausvyroje (nėra šilumos srauto) su trečiuoju objektu, jie yra šiluminėje pusiausvyroje vienas su kitu. Tai suteikia mums būdą apibrėžti temperatūrą ir palyginti temperatūras termometru . Šiluminis plėtimasis yra taisyklė, kad kietųjų kūnų, skysčių ir dujų dydis paprastai keičiasi, kai keičiasi jų temperatūra.
Skysčių ir stikliniuose termometruose skystis siaurame vamzdelyje kyla aukštyn, nes plečiasi labiau nei stiklas. Dujų termometruose naudojami slėgio arba tūrio pokyčiai ir jie atitinka dujų dėsnius. Elektroniniai termometrai veikia kitaip: daugelis naudoja medžiagas, kurių elektrinė varža arba įtampa kinta priklausomai nuo temperatūros (pavyzdžiui, termistoriai, varžiniai temperatūros detektoriai ir termoporos).
Šie pokyčiai yra kalibruojami pagal temperatūros skales, kad prietaisai pateiktų skaičių, kurį galite perskaityti.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai ne kartą matavo šiuos dydžius arba elektrinius pokyčius kontroliuojamomis sąlygomis ir lygino juos su fiksuotais atskaitos taškais, tokiais kaip ledo lydymosi temperatūra. Atkuriami rezultatai ir standartinės kalibravimo procedūros leidžia termometrams pateikti patikimus ir bendrus temperatūros rodmenis .
Pastebėk aplink
- Gyvsidabrio termometras mokslo laboratorijoje, rodantis temperatūrą sidabriniu stulpeliu, kylančiu stikliniame vamzdelyje.
- Alkoholio termometras, naudojamas lauko meteorologijos stotyse; spalvotas skystis rodo temperatūros pokyčius.
- Skaitmeninis namų termometras, kuris naudoja jutiklį varžai arba įtampai konvertuoti į skaičių.
- Klasės dujų termometras, matuojantis slėgio pokyčius temperatūrai nustatyti.
Išbandymas
Butelio termometras
Sauga: atsargiai naudokite karštą vandenį, kad nenusidegintumėte.
Priemonės
- skaidrus plastikinis butelis
- spiritas
- vanduo
- maistiniai dažai
- skaidrus šiaudelis
- modeliavimo molis arba kamštis
Žingsniai
- Sumaišykite maždaug pusę puodelio spirito su trupučiu vandens ir lašeliu maistinių dažų.
- Supilkite spalvotą skystį į butelį, kol jo gylis bus maždaug vienas colis.
- Įkiškite šiaudelį į butelį vertikaliai ir užsandarinkite šiaudelį moliu, kad negalėtų išeiti oras.
- Įdėkite butelį į šiltą vandenį ir stebėkite, kaip skystis šiaudelyje kyla; tada perkelkite jį į vėsų vandenį ir stebėkite, kaip jis krenta. Ką rodo: skystis plečiasi, kai šilta, ir kyla, o kai atvėsta, susitraukia ir krenta, kaip tikras skysčių termometras.
Žodžiai, kuriuos verta žinoti
- Temperatūra: skaičius, nurodantis, koks daikto karštis arba šaltis, remiantis dalelių judėjimu.
- Šiluminis plėtimasis: medžiagų polinkis keisti dydį, kai keičiasi jų temperatūra.
- Termometras: įrankis, matuojantis temperatūrą, nustatydamas, kaip daiktas keičiasi kaitinant.
- Kalibravimas: matavimo įrankio nustatymas taip, kad jo skaičiai atitiktų standartinius atskaitos taškus.
- Termoelementas: jutiklis, sukuriantis mažą įtampą, kuri kinta priklausomai nuo temperatūros.
Dažni klausimai
Ar termometras gali rodyti neteisingus rodmenis?
Taip – jei jis sugedęs, nesukalibruotas arba paliktas netinkamoje vietoje, jis gali rodyti neteisingus rodmenis.
Kodėl kai kurie termometrai naudoja gyvsidabrį, o kiti – alkoholį?
Gyvsidabris išlieka skystas plačiame temperatūrų diapazone ir nesušlapina stiklo, o spalvotas alkoholis yra saugesnis, jei termometras sudūžta.
Ar skaitmeniniai termometrai yra geresni už skystuosius?
Skaitmeniniai gali būti greitesni ir tikslesni atliekant tam tikras užduotis, tačiau abu tipai gali būti tikslūs, jei pagaminti ir naudojami teisingai.