Как действует термометр сочинение

Обновлено: 07.07.2024

С развитием таких наук, как физика и математика, постепенно начали появляться различные приборы для измерения чело – либо. Например, барометр измеряет атмосферное давление, гигрометр – влажность, динамометр – силу. Самый распространенный измерительный прибор – это термометр. Что они делают? Какие виды бывают? И как применяются?

Основная характеристика термометра.

Данные приборы измеряют температуру, например, воды или воздуха. В принципе, термометр может вычислить температуру любого тела. В 1597 году Галилей сделал некое подобие градусника. Температура может измеряться в Фаренгейте, Цельсии и Кельвине. Их бывает несколько видов:

• Жидкостные.

Градусник заливается ртутью. Работает на таком явлении, как объем и его изменение при увеличении или уменьшении температуры на улице. К 2030 году ртуть будет под запретом на всей планете, так как она достаточно опасна. Поэтому ищут замену данному веществу. Уже имеется один из вариантов – галинстан.

• Механические.

Работает так же, как и прошлая вариация, но с одним отличием. Заключается оно в том, что датчиком является простая механическая спираль.

• Электронные.

Уже из названия ясно, что такие термометры работают на электричестве. На проводниках, если быть точнее. Но это самый простой прототип. Есть электронные термометры, работающие на термопарах. Но наиболее лучшие сделаны таким образом, что их основой является проволока из платины.

• Оптические.

В данном случае температура измеряется путем изменения светимости. Самый известный пример – это инфракрасный термометр. Данным градусником можно измерять температуру, вообще не прикасаясь к определенному телу. Кстати, это тоже будет хорошей заменой ртутным градусникам.

• Технические.

Технические термометры имеют свои подвиды. Их около 10. Используются абсолютно во всех сферах жизни людей. Например, быт, медицина, промышленности, строительство и так далее.

• Газовые.

Можно выделить и такой вид. Шарлем в 1703 году был основан закон, связанный с давлением газа, который и идет в основу создания этого термометра.

Применение термометров.

Самое главное и, по сути, единственное – это измерение температуры. Стоит отметить, что люди, как правило, используют шкалу Цельсия. Но бывают же разные случаи. Если смотреть относительно медицины, что градусник используется, если человек чувствует какие – либо признаки повышения температуры тела. В химии термометры могут использовать, чтобы узнать температуру вещества или при каком показателе он нагреется. В бытовой жизни термометр прикрепляют у окна с уличной стороны. Делается это для того, чтобы знать, какая температура на улице.

Доклад №2

Градусник или термометр сейчас можно найти в любом доме. С его помощью определяется температура воздуха, человеческого тела, воды и почвы. Используется во всех отраслях жизни.

История создания

Изобретателем первого термометра считается Галилей. В его трудах не описывается сам прибор. Однако, согласно записям его воспитанников, в 1567 году, ученый работал наl трудами Герона Александрийского, имелся похожий прибор поднимающий воду при подогреве. Так появился термоскоп для изменения температуры воды. Это стеклянный длинный сосуд с водой и плавающим на поверхности шариком. При подогреве воды, ее высота вместе с шариком поднималась, а при охлаждении опускалась. Однако им нельзя было определить температуру воды и воздуха, т.к не было шкалы.

Середина XVII в - новый этап в развитии термометров на основе воды. Имелся один минус - при минусовой температуре сосуд лопался.
И только в 1723 г ученым Фаренгейтом было предложено вместо воды использовать спирт. Он определил температуру таяния льда, закипания воды и температуру здорового человека.

Позднее в 1742 ученым Цельсием было предложена калибровка градусника. За "0" взята температура таяния льда, за "100" - точка закипания воды.

Виды градусников

Термометр (градусник)

Наверное, каждый знает о том, что баскетбол является самым знаменитым и популярным видом спорта. Баскетбол – это спортивная игра, в которой набирается определенное количество людей. И каждая из команд старается разными способами забить мяч

В 1860 году началась история города Владивостока. Он вырос с казармы, построенной на берегу бухты Золотой Рог. В то время эта местность славилась охотой, и улицам давали название не просто так, а от произошедших событий на них.

Самое удивительное животное на нашей планете - хамелеон (лат. сhamaeleonidae) - принадлежит к классу пресмыкающихся, отряду чешуйчатые. Эта ящерица известна тем, что она способна менять свою окраску и сливаться с окружающей природой.

Физика

Термометр — это произведенное для измерений оборудование, с учетом от типа исполнения прибор выводит показатели среды. Допускается снятие показаний как с воздуха, так и жидкости, газов и так далее. Устройство появилось благодаря Галилео Галилею, но его вариант термометра имел большие отличия от современных приборов. Более современный аналог был изобретен спустя 200 с лишним лет, благодаря работе физика из Швеции Цельсия. Именно он создал шкалу делений от 1 до 100, поэтому в его честь температура измеряется в градусах Цельсия. Разберемся, на чем основан принцип действия термометра.

Как работают термометры?

На чем основано действие термометра? Все жидкостные термометры действуют благодаря тепловому воздействию определенных видов жидких сред: спиртовой состав, ртуть или другие. Практически каждому знакомы градусники, ориентированные на измерения температуры человека или воздуха, однако оборудование может охватывать больший диапазон измерений: от -200 до +650°С.

Промышленный термометр

Основные элементы термометра:

резервуар из стекла шаровой, цилиндрической или иной формы с припаянным капилляром;
шкала, размещенная в одном направлении с капилляром. Делится по °С;
жидкость, заполняющая капилляр и всю емкость.

В процессе измерения объем жидкости меняется – температура растет, столбик в пределах шкалы поднимается. Распространенный вопрос: для чего нужен термометр? Он необходим для получения точных показателей температуры. Шкала наносится на саму поверхность толстостенных капилляров. В других вариациях исполнения нанесение выполняется на пластинку, которая стоит внутри стеклянной оболочки. Это термометры с вложенной шкалой, также возможно закрепление шкалы к прикладной пластинке, к ней крепится капилляр.

Что такое термометрия?

Понятие довольно часто используется, термометрия — это определение методов, которые могут использоваться с целью измерения температуры, среди прочего это температура тела человека. Обозначение зависит от страны, у нас пользуются шкалой Цельсия, в Великобритании, США все еще используют шкалу Фаренгейта. Поэтому на вопрос: термометрия — что это?

Термометр — градусник

Можно ответить, что это совокупность методов, которые основаны на передаче тепла бесконтактно или контактным путем и используются для определения температуры. Если измерения бесконтактные, передача тепла обеспечивается через среду, обычно это воздух. Есть разные виды градусников, в медицинской практике в основном используются данные контактной температуры. Такой метод более надежен, поскольку передача идет от тела к прибору.

Как работают термометры, отличия различных моделей

Оборудование известно более четырех сотен лет, однако все еще вносятся корректировки, в результате чего создаются инновационные виды термометров. Они функционируют на основе реакций, не используемых ранее.

Термометр для измерения температуры воды

Какие приборы существуют?

Ассортимент термометров необходим, поскольку их подбирают с учетом назначения:

медицинские. Также их называют термометрами, прибор для измерения температуры тела имеет небольшой диапазон. Укажет показатели от +29,5 до +42 градусов. Бывают ушные, в виде кнопки, в виде соски, цифровые и стандартные – из стекла. Ртутные дают точные показатели, но их нужно держать 5-10 минут. Цифровые выводят данные на экран, требуют около 30-60 секунд на измерения. Соски и кнопки используются для детей;
бытовые. Чем измеряют температуру воздуха? Бытовые градусники измеряют показатели в помещениях и на улице. При стеклянной оболочке используется ртуть или спирт. Домашние отражают данные от +0 до +50, личные от -50 до +50;
промышленные. Чаще всего это оснащенные устройства механической категории, для указания на шкалу используется стрелка. Нужны для получения показателей в системах, например, водных или газовых магистралях. Отличаются показателями, размерами, исполнением;
кухонные. Измеряют показатели пищевых продуктов, делятся на жидкостные, механические и электрические.

Особенности применения

Каждый вид приборов ориентирован на определенные условия. Для получения данных по температуре помещений достаточно контакта с воздухом, а при снятии показаний человеческого тела стандартные термометры располагаются в подмышечной впадине. Жидкостные термометры погружаются в среду на время измерений.

Изделия в виде сосок позволяют с удобством замерить температуру у малышей, пустышка дается ребенку. Она должна находиться в ротовой полости примерно 3-5 минут. Предусматривается подача сигнала, например мелодии. Погрешность равна 0,1 градуса, но ребенок должен быть в спокойном состоянии. Если он будет дышать ртом или плакать, точность будет намного хуже.

Термометр

Инфракрасные изделия ушного исполнения считывают показатели из барабанной перепонки, результат выводится 2-4 секунды спустя. Для работы нужны батарейки, данные показаны на специальном экране. С целью облегчения размещения в слуховом проходе дополняются подсветкой. Актуальны после трех лет, поскольку у малышей слишком узкий ушной проход.

Инфракрасные модели для измерений в области лба нужно прикладывать к коже, их работа ничем не отличается от ушных. Могут работать без контакта – на удалении 2,5 см от кожи. Цифровой результат выводится в течение нескольких секунд.

Итоги

Измерение температурных показателей имеет большое значение, термометры позволяют установить отклонение от нормы и скорректировать лечение. Градусники для воздушной среды или бытовые модели используются повсеместно. Остальные приборы более специфичны и могут использоваться в производственных условиях, для контроля за оборудованием, получения измерений воды, газа и так далее. Отличаться может принцип работы, оформление, материалы, шкала, однако все виды градусников используются с одной целью – измерение температуры.

Все существующие термометры можно разделить на:

жидкостные;
механические;
газовые;
оптические;
электронные.

О каждом виде термометров и пойдет речь в статье. Но сначала об истории создания и о тех, кто создавал первые измерительные устройства.

История создания термометра

Идея создания термоскопа пришла Галилею после изучения трудов греческого математика, жившего в I в.н.э, Герона Александрийского. Изначальным замыслом не предусматривалось измерение температуры. Устройство использовалось, чтобы демонстрировать подъем воды в зависимости от нагревания воздуха.

Термоскоп изготавливался из стеклянной трубки, полой, с одной стороны, и с припаянным шариком, с другой. Работало устройство следующим образом:

Шарик нагревали и конец трубки опускали в воду.
По мере того, как воздух в шарике начинал остывать и сжиматься, вода поднималась вверх по трубке.
При повышении температуры воздуха уровень воды в трубке снова понижался.

Измерить термоскопом температуру было невозможно. Он не был градуирован, да и уровень подъема воды зависел не только от степени нагрева воздуха, но и от окружающего давления. Почти через 60 лет после смерти Галилея (в 1657 году) его термоскоп усовершенствовали ученые из Флоренции.

Термоскопу добавили шкалу-бусины и герметично запаяли трубку, удалив из нее воздух, залив внутрь спирт и перевернув. До того, как стали использовать винный спирт, трубки лопались при замерзании воды. То, что именно спирт позволит сохранить целостность колбы при отрицательных температурах, предположил Фердинанд II — тосканский герцог. С 1654 года мастера стали заливать в термоскопы алкоголь.

Сосуд стал не нужен для работы прибора, поэтому от него избавились. В зависимости от температуры воздуха, бусины поднимались или опускались. А в качестве исходных точек для измерения использовали отметки, сделанные в самый жаркий и самый холодный дни года.

Наряду с Галилеем, первенство в создании устройств, которые фиксировали изменения температуры окружающего воздуха приписывают:

лорду Бэкону;
Санториусу;
Роберту Фладду;
Скарпи;
Саломону де Коссу;
Порте;
Корнелиусу Дреббелю.

Хотя де Косс был лично знаком с Галилеем, поэтому мог увидеть его изобретение. Устройства других исследователей тоже были созданы по принципу термоскопа и зависели от температуры, так же, как и от атмосферного давления.

Следующим ученым, внесшим вклад в эволюцию термометра, стал французский ученый Гийом Амонтон, живший в 1663–1705 гг. Он стал измерять степень увеличения упругости воздуха, а не его расширение. Свои опыты Амонтон проводил, используя открытую трубу, изогнутую к нижней части и переходящую в замкнутую круглую полость. Подливая в трубку ртуть, ученый фиксировал изменения объема воздуха в зависимости от температуры.

Второй термометр Амонтона был герметичен и независим от окружающего давления. Его устройство включало в себя коленчатую трубку с раствором углекислого калия и нефтью, которая заканчивалась резервуаром с воздухом. Но этому сифонному барометру было еще очень далеко до совершенства современных термометров.

Тем, как выглядит современный термометр мы обязаны германскому ученому 18 века Габриэлю Фаренгейту. Начав с заполнения трубок спиртом, позднее он стал заполнять их ртутью. Фаренгейт установил ноль своей шкалы на отметке температуры смеси поваренной соли или нашатыря со снегом. Сделав градуирование, Фаренгейт установил, что вода начинает кипеть при 212⁰, а замерзает при 32⁰. Температура человеческого тела, при помещении термометра под мышку, составила 96⁰.

Метеоролог из Швеции Андерс Цельсий поставил точки кипения воды и таяния льда совсем не так, как это выглядит на современных градусниках. По его шкале вода закипала при 0⁰, тогда как лед начинал таять при 100⁰. Последователям оставалось лишь перевернуть шкалу, чтобы она приняла сегодняшний вид. Сделали это шведские ученые Карл Линней и Мортен Штремер. Кроме изобретения своей шкалы, Цельсий предсказал, что температура кипения воды может отличаться в зависимости от расположения местности относительно уровня моря. Зная этот уровень предполагалось проводить калибровку измерительных приборов.

Бытует мнение, что шкала должна называться именем Штремера и носит имя Цельсия из-за ошибки, допущенной химиком Иоганном Якобом в своей научной работе.

Еще одним человеком, оставившим след в истории создания измеряющего температуру устройства, является француз Рене Антуан Реомюр. Его работы стали причиной появления шкалы, градуированной в 80⁰. Несмотря на большой вклад в науку, прибор Реомюра не получил распространения и стал своеобразным шагом назад по сравнению с устройствами Фаренгейта. Фаренгейт и Реомюр стали последними, кто самостоятельно изготавливали свои термометры. После них этим стали заниматься ремесленники, зарабатывавшие на продажах устройств измерения температуры.

Виды термометров

Как уже говорилось, все термометры можно классифицировать в зависимости от устройства и принципа работы на жидкостные, механические, газовые, оптические, электронные.

Жидкостные

В принцип действия жидкостных термометров, как это понятно из их названия, заложено изменение объема жидкости, заполняющей столбик устройства, при понижении или повышении окружающей температуры. В качестве жидкости, чаще всего, используется ртуть или спирт. Кроме спиртов и ртути, применяют также:

пентан;
сероуглерод;
галлий;
ацетон;
толуол;
таллиевую амальгаму.

Наиболее характерным жидкостным термометром является обычный градусник для измерения температуры тела. Подобные устройства можно встретить у многих людей, которым интересна температура в комнатах или в других помещениях, например, в сауне. Используются они и для термометрии на открытом воздухе.

В связи с тем, что ртуть представляет опасность для здоровья, ее использование постепенно подпадает под запрет. Сейчас в термометрах начинают использовать другие жидкие металлы и их сплавы, например, галистан, в в состав которого входят:

Такой наполнитель идеально подходит для замеров тел с высокой температурой. На замену ртутным градусникам все чаще приходят другие типы устройств, в том числе механические и электронные.

Механические

Такие термометры используют в качестве индикатора стрелку, закрепленную на спиральной пружине или биметаллической ленте. В зависимости от температуры пружина скручивается или разжимается, и стрелка движется вдоль шкалы с градусами. Такие градусники не отличаются точностью показаний и используются обычно в быту, когда максимальная точность не особо важна.

Следующей разновидностью являются газовые приборы.

Газовые

Устройства, использующие для определения температуры газов, основаны на принципе, изложенном в законе Шарля. В соответствии с ним в газах, остающихся в одном объеме, повышается давление при их нагревании. И, наоборот, давление газообразного вещества снижается, если оно остывает.

Исходя из установленной пропорции и замеряя повышение или понижение давления идеального газа, можно определить температуру измеряемой среды или вещества. Наиболее точные показания выдает термометр, где рабочим веществом является водород или гелий.

Оптические

Пожалуй, одними из самых востребованных на сегодня устройств измерения температуры являются оптические термометры. Они позволяют делать замеры на расстоянии, не соприкасаясь с телом или предметом измерения.

К такому виду относятся инфракрасные термометры, применяемые в медицине. Они улавливают тепловые, инфракрасные, лучи и, после их электронной обработки, выдают на дисплей температурный показатель. Своим принципом работы такие устройства схожи с тепловизорами, но отличаются более высокой точностью.

Еще одним поводом к тому, что такие приборы становятся все более востребованными, стал запрет на ртутные градусники. Уже с 2030 года в нашей стране будет запрещено использовать устройства для измерения температуры с ртутью в качестве рабочего вещества.

Электронные

Электронные термометры показывают температуру, оценивая изменение электрической сопротивляемости проводника, которая зависит от степени его нагрева. В более широкодиапазонных устройствах применяется термопара.

При этом учитывается разность потенциалов на контактах металлических проводников с отличающейся электроотрицательностью. Контактная разность меняется в зависимости от окружающей температуры. Самыми точными устройствами признаны те, в которых используется платиновая проволока или керамика с платиновым напылением.

Кроме приведенных устройств выделяют еще технические термометры, а также приборы для фиксации максимальной и минимальной температуры.

Технические термометры

Технические термометры нашли свое применение в различных сферах промышленности, начиная с сельскохозяйственной и заканчивая тяжелым машиностроением.

Среди них выделяют:

биметаллические приборы;
жидкостные технические термометры;
сельскохозяйственные термометры марки ТС-7А-М;
вибростойкие термометры;
лабораторные устройства;
ртутные с электрическими контактами;
термометры для измерения температуры нефтепродуктов;
низкоградусные термометры, применяемые в спецкамерах.

В зависимости от способа фиксации показателей, приборы измерения температуры могут классифицироваться как:

максимальные;
минимальные;
нефиксируемые.

Примером максимального термометра служит градусник для измерения температуры тела. После того, как ртуть или жидкость поднимается по шкале, она остается на максимальном уровне, а не опускается вниз. Минимальные устройства фиксируются на минимуме температуры. Нефиксируемые изменяют свои показания в зависимости от интенсивности прогрева или остывания среды измерения.

Термо́метр (греч. θέρμη — тепло; μετρέω — измеряю) — прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров:

жидкостные
механические
электрические
оптические
газовые
инфракрасные

Содержание

История изобретения

Работы Реомюра в 1736 г. хотя и повели к установлению 80° шкалы, но были скорее шагом назад против того, что сделал уже Фаренгейт: термометр Реомюра был громадный, неудобный в употреблении, а его способ разделения на градусы был неточным и неудобным.

После Фаренгейта и Реомюра дело изготовления термометров попало в руки ремесленников, так как термометры стали предметом торговли.

Жидкостные термометры

Жидкостные термометры основаны на принципе изменения объёма жидкости, которая залита в термометр (обычно это спирт или ртуть), при изменении температуры окружающей среды.

В связи с запретом применения ртути во многих областях деятельности ведется поиск альтернативных наполнений для бытовых термометров. Например, такой заменой может стать сплав галинстан.

Об удалении разлившейся ртути из разбитого термометра см. статью Демеркуризация

Механические термометры

Термометры этого типа действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла.

Электрические термометры

Принцип работы электрических термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды.

Электрические термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры).

Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. Наибольшее распространение получили PT100 (сопротивление при 0 °C — 100Ω) PT1000 (сопротивление при 0 °C — 1000Ω) (IEC751). Зависимость от температуры почти линейна и подчиняется квадратичному закону при положительной температуре и уравнению 4 степени при отрицательных (соответствующие константы весьма малы, и в первом приближении эту зависимость можно считать линейной). Температурный диапазон −200 — +850 °C.

Отсюда, сопротивление при T °C, сопротивление при 0 °C, и константы (для платинового сопротивления) —

Оптические термометры

Оптические термометры позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и иных параметров (см. Волоконно-оптическое измерение температуры) при изменении температуры. Например, инфракрасные измерители температуры тела.

Инфракрасные термометры

Инфракрасный термометр позволяет измерять температуру без непосредственного контакта с человеком. В некоторых странах уже давно имеется тенденция отказа от ртутных градусников в пользу инфракрасных не только в медицинских учреждениях, но и на бытовом уровне.

Инфракрасный термометр обладает рядом неоспоримых преимуществ, а именно:

безопасность использования (даже при серьёзных механических повреждениях ничто не угрожает здоровью)
более высокая точность измерения
минимальное время проведения процедуры (измерение проводится в течение 0,5 секунды)
возможность группового сбора данных

Технические термометры

Термометры технические жидкостные используется на предприятиях в сельском хозяйстве, нефтехимической, химической, горно-металлургической промышленностях, в машиностроении, жилищно- коммунальном хозяйстве, транспорте, строительстве, медицине, словом во всех жизненных сферах.

Выделяют такие виды технических термометров:

термометры технические жидкостные ТТЖ-М;
термометры биметаллические ТБ, ТБТ, ТБИ;
термометры сельскохозяйственные ТС-7-М1;
термометры максимальные СП-83 М;
термометры для спецкамер низкоградусные СП-100;
термометры специальные вибростойкие СП-В;
термометры ртутные электроконтактные ТПК;
термометры лабораторные ТЛС;
термометры для нефтепродуктов ТН;
термометры для испытаний нефтепродуктов ТИН1, ТИН2, ТИН3, ТИН4.

См. также

Литература

При написании этой статьи использовался материал из Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона (1890—1907).

Читайте также: