Історія створення термометра: як вигадали перший градусник? Молекулярна фізика та теплота у XVIII столітті. Протягом двох років шведський астроном Андерс Цельсій перевіряв термометр створений раніше французьким зоологом і металургом Рене Антуаном Реом

Мене звуть Влада, я навчаюсь у 4 класі.

На уроках природознавства та навколишнього світу ми знайомимося з природою, спостерігаємо за явищами, що відбуваються.

Цього року була дуже довга осінь, і нас здивувало те, що довгий часна вулиці не замерзали калюжі. Також ми помітили, що іноді разом із водою в калюжах міг бути сирий сніг чи лід. А були дні, коли ці калюжі повністю промерзали, і води в них не було, але через деякий час вони знову встигали повністю розтанути.

І тоді ми вирішили дослідити явища плавлення та затвердіння речовин.

У ході дослідження ми вирішували такі завдання:

1. Знайомство з процесами плавлення та затвердіння різних речовин.

2. З'ясування умов, за яких речовини плавляться.

3. З'ясування умов, за яких речовини тверднуть.

Речовини у природі можуть бути у різних станах: рідкому, твердому і газоподібному. Деякі речовини ми можемо спостерігати у всіх станах, наприклад воду. А для того, щоб поспостерігати різні станиінших речовин необхідно створити певні умови: охолоджувати або нагрівати.

Якщо речовину в твердому стані нагрівати, то її можна перетворити на рідину. Цей процес називають плавленням.

Якщо речовина в рідкому станіохолоджувати, то його можна перетворити на тверде тіло. Цей процес називають затвердінням.

Речовини у твердому стані поділяються на кристали та аморфні тіла.

У кристалів плавлення йде за певної температури. Поки кристал плавиться, температура його не змінюється.

Затвердіння кристалів іде за тієї ж температурі, як і плавлення. Температура при їх затвердінні не змінюється.

При плавленні та затвердінні аморфних тіл температура змінюється.

1.Дослідження процесу затвердіння води.

Мета: Дослідити процес затвердіння води. З'ясувати умови затвердіння води.

Устаткування: склянка із водою, термометр, секундомір.

Хід дослідження.

Спостереження затвердіння води проводимо у дворі школи.

Термометр опускаємо в посудину з водою та спостерігаємо за змінами температури води. За секундоміром стежимо за часом остигання.

Результати спостережень заносимо до таблиці:

Будуємо графік залежності температури від часу.

Висновок щодо дослідження :

Затвердіння води відбувається за постійної температури 0 0 З. Температура у процесі затвердіння не змінюється.

2.Дослідження процесів плавлення снігу (льоду).

Мета: Дослідити процес плавлення снігу (льоду). З'ясувати умови плавлення снігу.

Обладнання: склянка із снігом, термометр, секундомір.

Хід дослідження.

Спостереження плавлення снігу проводимо у кабінеті фізики школи.

Термометр опускаємо в посудину зі снігом та спостерігаємо за змінами температури. За секундоміром стежимо за часом плавлення.

Висновок щодо дослідження :

Лід – кристалічна речовина.

p align="justify"> Плавлення снігу йде при незмінній температурі 0 0 С. Температура в процесі плавлення не змінюється.

3.Дослідження процесу плавлення парафіну.

Мета: Дослідити процес плавлення парафіну. З'ясувати умови плавлення парафіну.

Хід дослідження.

Спостереження плавлення парафіну проводимо у кабінеті фізики школи.

Термометр знаходиться у пробірці з парафіном. Поміщаємо пробірку у гарячу воду та спостерігаємо за змінами температури. За секундоміром стежимо за часом плавлення.

Результати спостережень заносимо до таблиці:

Висновок щодо дослідження :

Парафін – аморфне тіло. При плавленні парафіну температура поступово збільшується.

4.Дослідження процесу затвердіння парафіну.

Мета: Дослідити процес затвердіння парафіну. З'ясувати умови затвердіння парафіну.

Обладнання: пробірка з парафіном, термометр, секундомір, посуд з гарячою водою.

Хід дослідження.

Спостереження затвердіння парафіну проводимо у кабінеті фізики школи.

Термометр знаходиться у пробірці з парафіном. Пробираємо в гарячу воду і спостерігаємо за змінами температури. За секундоміром стежимо за часом плавлення.

Результати спостережень заносимо до таблиці:

Висновок щодо дослідження :

Парафін – аморфне тіло. При твердінні парафіну температура плавно зменшується.

У ході дослідження ми встановили, що процеси плавлення та затвердіння кристалів та аморфних тіл протікають по-різному.

Кристали мають певну температуру плавлення та затвердіння. Ми встановили, що для води температура плавлення та затвердіння дорівнює 0 0 С. Поки триває процес плавлення або затвердіння, температура води не змінювалася. Але для того, щоб вода тверділа необхідно, щоб температура повітря була менше 0 0 С. Для того, щоб лід плавився необхідно, щоб температура повітря була більше 0 0 С.

Аморфні тіла не мають певної температури плавлення та затвердіння. При нагріванні аморфних речовинвони поступово плавляться, при цьому їхня температура зростає. При охолодженні вони твердіють, при цьому їхня температура зменшується.

Зараз нам знадобиться тільки сніг, чашка, термометр і трохи терпіння. Принесемо з морозу чашку снігу, поставимо її в тепле, але не гаряче місце, зануримо в сніг термометр і спостерігатимемо за температурою. Спочатку стовпчик ртуті порівняно швидко поповзе вгору. Сніг залишається ще сухим. Досягши нуля, стовпчик ртуті зупиниться. З цього моменту сніг починає танути. На дні чашки з'являється вода, а термометр, як і раніше, показує нуль. Безперервно перемішуючи сніг, неважко переконатися, що, поки весь він не розтане, ртуть не зрушить з місця.

Чим же викликана зупинка температури і якраз на той час, коли сніг перетворюється на воду? Тепло, що надходить до чашки, цілком витрачається на руйнування кристаликів-сніжинок. І як тільки останній кристал зруйнується, температура води почне підвищуватися.

Те саме явище можна спостерігати і при плавленні будь-яких інших кристалічних речовин. Всі вони вимагають деякої кількості теплоти для переходу з твердого стануу рідке. Цю кількість, цілком визначену для кожної речовини, називають теплотою плавлення.

Величина теплоти плавлення для різних речовинрізна. І ось саме тут, коли ми починаємо порівнювати питомі теплоти плавлення для різних речовин вода знову виділяється серед них. Як і питома теплоємність, питома теплотаплавлення льоду набагато перевищує теплоту плавлення будь-якої іншої речовини.

Щоб розплавити один грам бензолу, потрібно 30 калорій, теплота плавлення олова дорівнює 13 калорій, свинцю – близько 6 калорій, цинку – 28, міді – 42 калорії. А щоб перетворити при нулі градусів лід у воду, потрібно 80 калорій! Такої кількості теплоти достатньо підвищення температури одного грама рідкої водивід 20 градусів до кипіння. Тільки в одного металу, алюмінію, питома теплота плавлення перевершує теплоту плавлення льоду.

Отже, вода при нулі градусів відрізняється від льоду при тій же температурі тим, що кожен грам води містить теплоти на 80 калорій більше, ніж грам льоду.

Тепер, знаючи, наскільки висока теплота плавлення льоду, ми бачимо, що нам немає жодних підстав скаржитися іноді, що лід тане "занадто швидко". Май лід таку ж теплоту плавлення, як більшість інших тіл, він танув би у кілька разів швидше.

У житті нашої планети танення снігу і льоду має виняткове значення. Потрібно пам'ятати, що тільки льодовиковий покрив займає понад три відсотки всієї земної поверхніабо 11 відсотків усієї суші. В районі південного полюсалежить величезний материк Антарктика, що перевищує за розмірами Європу та Австралію, разом узяті, покритий суцільним шаром льоду. На мільйонах квадратних кілометрів суші панує вічна мерзлота. Тільки льодовики та вічна мерзлота становлять п'яту частину суші. До цього треба додати ще поверхню, занесену взимку снігом. І тоді можна сказати, що від однієї чверті до однієї третини суші завжди вкрите льодом та снігом. Кілька місяців на рік ця площа перевищує половину всієї суші.

Зрозуміло, що величезні маси застиглої води що неспроможні не відбиватися на кліматі Землі. Яка колосальна кількість сонячного тепла витрачається на те, щоб розплавити навесні один сніговий покрив! Адже в середньому він досягає близько 60 сантиметрів завтовшки, а на кожен грам треба витратити 80 калорій. Але сонце – такий потужне джерелоенергії, що у наших широтах воно справляється з цією роботою іноді за кілька днів. І важко уявити, яка повінь чекала б на нас, якби лід мав, наприклад, таку теплоту плавлення, як свинець. Весь сніг міг би розтанути за один день або навіть за кілька годин, і тоді річки, що розлилися до надзвичайних розмірів, змили б з поверхні землі і найродючіший шар грунту, і рослини, приносячи всьому живому на Землі незліченні лиха.

Лід, плавлячись, поглинає велика кількістьтепла. Така сама кількість тепла віддає вода при замерзанні. Якби вода мала невелику теплоту плавлення, то наші річки, озера та моря, мабуть, застигали б після перших заморозків.

Отже, до великої теплоємності води додалася ще одна чудова особливість – велика теплота плавлення.

Довгий шлях термометрів

Поширені сьогодні засоби вимірювання температури грають важливу рольв науці, техніці, повсякденному життілюдей, які мають багатовікову історію і пов'язані з іменами багатьох блискучих вчених різних країн, включаючи російських та працюючих у Росії.

Докладний описісторії створення навіть звичайного рідинного термометра може зайняти цілу книгу, що включає розповіді про фахівців різних напрямків– фізики та хіміки, філософи та астрономи, математики та механіки, зоологи та ботаніки, кліматологи та склодуви.

Замітки, що містяться нижче, не претендують на повноту викладу цієї досить цікавої історії, але можуть бути корисні для знайомства з областю знання і областю техніки, ім'я яким Термометрія.

Температура

Температура – ​​один із найважливіших показників, який застосовується в різних галузяхприродознавства та техніки. У фізиці та хімії її використовують як одну з основних характеристик рівноважного стану ізольованої системи, у метеорології – як головну характеристику клімату та погоди, у біології та медицині – як найважливішу величину, що визначає життєві функції.

Ще давньогрецький філософ Аристотель (384–322 р. е.) відносив поняття тепла і холоду до основних. Поряд із такими якостями, як сухість і вологість, ці поняття характеризували чотири елементи «первинної матерії» – землю, воду, повітря та вогонь. Хоча в ті часи і кілька століть після них уже говорили про ступінь тепла чи холоду (тепліше, гаряче, холодніше), кількісних заходів не існувало.

Приблизно 2500 років тому давньогрецький медик Гіппократ (бл. 460 – бл. 370 до н.е.) зрозумів, що підвищена температура людського тілає ознакою хвороби. Виникла проблема визначення нормальної температури.

Одну з перших спроб ввести поняття стандартної температури зробив давньоримський лікар Гален (129 – бл. 200), який запропонував «нейтральною» вважати температуру суміші рівних обсягів окропу і льоду, а температури окремих компонентів (окропу та льоду, що тане) вважати відповідно за чотири градуси тепла та за чотири градуси холоду. Ймовірно, саме Галену ми завдячуємо введенням терміну "temper"(вирівнювати), від якого походить слово «температура». Однак вимірювати температуру стали набагато пізніше.

Термоскоп та перші повітряні термометри

Історія вимірювання температури налічує лише трохи більше чотирьох століть. Ґрунтуючись на здатності повітря розширюватися при нагріванні, яке було описано давніми візантійськими греками ще у II ст. е., кілька винахідників створили термоскоп – найпростіший прилад зі скляною трубочкою, заповненою водою. Слід сказати, що греки (першими з європейців) познайомилися зі склом ще у V ст., у XIII ст. з'явилися перші скляні венеціанські дзеркала, до XVII ст. Скляна справа в Європі стала досить розвиненою, і в 1612 р. з'явилося перше керівництво "De arte vitraria"(«Про мистецтво склоробства») флорентійця Антоніо Нері (помер 1614 р.).

Особливо розвинене було склоробство біля Італії. Тож не дивно, що перші скляні прилади з'явилися саме там. Перший опис термоскопа увійшов до книги неаполітанського дослідника природи, який займався керамікою, склом, штучними дорогоцінним каміннямі перегонкою, Джованні Баттіста де ла Порта (1535–1615) Magia Naturalis(«Природна магія»). Видання вийшло 1558 р.

У 1590-х роках. італійський фізик, механік, математик та астроном Галілео Галілей (1564–1642), за свідченням його учнів Неллі та Вівіані, побудував у Венеції свій скляний термобароскоп із використанням суміші води зі спиртом; за допомогою цього приладу можна проводити вимірювання. У деяких джерелах говориться, що як пофарбована рідина Галілей використовував вино. Робочим тілом служило повітря, а зміни температури визначалися за обсягом повітря у приладі. Прилад був неточним, його показання залежали як від температури, і від тиску, але дозволяв «скидати» стовпчик рідини шляхом зміни тиску повітря. Опис цього пристрою зробив у 1638 р. учень Галілея Бенадетто Кастеллі.

Тісне спілкування Санторіо і Галілея не дозволяє визначити вклад кожного в їх багато технічних нововведень. Санторіо відомий своєю монографією "De statica medicina"(«Про медицину рівноваги»), що містить результати його експериментальних досліджень та витримала п'ять видань. У 1612 р. Санторіо у своїй роботі "Commentaria in artem medicinalem Galeni"(«Нотатки з медичного мистецтва Галена») вперше описав повітряний термометр. Він застосував термометр для вимірювання температури людського тіла («пацієнти затискають колбу руками, дихають на неї під укриттям, беруть її в рот»), використовував маятник для вимірювань частоти пульсу. Його методика полягала у фіксації швидкості падіння показань термометра за час десяти хитань маятника, вона залежала від зовнішніх умов і була неточною.

Прилади, подібні до термоскопа Галілея, були виготовлені голландським фізиком, алхіміком, механіком, гравером і картографом Корнелісом Якобсоном Дреббелом (1572–1633) та англійським філософом-містиком і медиком Робертом Флуддом (1574–1637). Саме прилад Дреббела був уперше (1636 р.) названий «термометром». Він мав вигляд U-подібної трубки із двома резервуарами. Займаючись рідиною для свого термометра, Дреббел відкрив спосіб одержання яскравих кармінових фарб. Флудд, своєю чергою, описав повітряний термометр.

Перші рідинні термометри

Наступним невеликим, але важливим крокомна шляху до перетворення термоскопа на сучасний рідинний термометр стало використання в якості робочого тіла рідини та запаяної з одного кінця скляної трубки. Коефіцієнти термічного розширеннярідин менше, ніж газів, проте обсяг рідини не змінюється зі зміною зовнішнього тиску. Цей крок було зроблено приблизно 1654 р. у майстернях великого герцога тосканського Фердинанда II Медічі (1610–1670).

Тим часом у різних країнахЄвропи розпочалися систематичні метеорологічні виміри. Кожен учений у той період використав свою температурну шкалу, і результати вимірювань, що дійшли до нас, неможливо ні порівняти між собою, ні пов'язати з сучасними градусами. Поняття градуса температури і реперних точок температурної шкали виникло, певне, у кількох країнах ще XVII в. Майстри на вічко наносили 50 поділів так, щоб при температурі танення снігу спиртовий стовпчик не опускався нижче 10-го, а на сонці не піднімався вище 40-го поділу.

Одна з перших спроб калібрування та стандартизації термометрів була зроблена в жовтні 1663 р. у Лондоні. Члени Королівського товариства погодилися використовувати один із спиртових термометрів, виготовлених фізиком, механіком, архітектором та винахідником Робертом Гуком (1635–1703), як стандартний і порівнювати з ним показання інших термометрів. Гук уводив у спирт червоний пігмент, шкалу ділив на 500 частин. Він винайшов також термометр-мініму (що показує найнижчу температуру).

Голландський фізик-теоретик, математик, астроном та винахідник Християн Гюйгенс (1629–1695) у 1665 р. разом із Р.Гуком запропонував використовувати температури танення льоду та кипіння води для створення шкали температур. Перші виразні метеорологічні рекорди були записані з використанням шкали Гука-Гюйгенса.

Перший опис справжнього рідинного термометра з'явився 1667 р. у виданні Академії дель Чименто * «Нариси про природничо-наукову діяльність Академії дослідів». В Академії проведено та описано перші експерименти в галузі калориметрії. Було показано, що під розрідженням вода кипить при нижчій температурі, ніж при атмосферному тиску, що при замерзанні вона розширюється. «Флорентійські термометри» широко використовувалися в Англії (введені Р.Бойлем) та у Франції (поширилися завдяки астроному І.Бульйо). Автор відомої російської монографії «Поняття та основи термодинаміки» (1970) І.Р.Кричевський вважає, що саме роботи Академії започаткували використання рідинних термометрів.

Один із членів Академії математик та фізик Карло Ренальдіні (1615–1698) у творі «Philosophia naturalis»(«Природна філософія»), виданому 1694 р., запропонував за реперні точки прийняти температури танення льоду та кипіння води.

Інженер-механік, електротехнік, астроном, який народився в німецькому місті Магдебурзі, винахідник повітряного насоса Отто фон Геріке (1602–1686), який прославився досвідом з магдебурзькими півкулями, також займався термометрами. У 1672 р. він спорудив водно-спиртовий прилад заввишки кілька метрів зі шкалою, що мала вісім поділів: від «дуже холодно» до «дуже жарко». Розміри споруди, слід визнати, не просунули термометрію вперед.

Гігантоманія Геріке через три століття знайшла послідовників у США. Найбільший у світі термометр заввишки 40,8 м (134 фути) споруджений 1991 р. на згадку про рекордно високу температуру, досягнуту в Долині смерті в Каліфорнії 1913 р.: + 56,7 °С (134 °F). Тристоронній термометр знаходиться у невеликому містечку Бейкер неподалік Невади.

Перші точні термометри, що увійшли в широкий ужиток, зробив німецький фізик Даніель Габріель Фаренгейт (1686–1736). Винахідник народився на території нинішньої Польщі, в Гданську (тоді Данциг), рано осиротів, почав вивчати торгову справу в Амстердамі, але не закінчив навчання і, захопившись фізикою, почав відвідувати лабораторії та майстерні в Німеччині, Голландії та Англії. З 1717 р. жив у Голландії, де мав склодувну майстерню та займався виготовленням точних метеорологічних приладів – барометрів, альтиметрів, гігрометрів та термометрів. У 1709 р. він виготовив спиртовий, а 1714 р. – ртутний термометр.

Ртуть виявилася дуже зручним робочим тілом, оскільки мала більш лінійний хід залежності об'єму від температури, ніж спирт, нагрівалася значно швидше за спирт і могла використовуватися при набагато вищих температурах. Фаренгейт розробив новий методочищення ртуті та використовував резервуар для ртуті у формі циліндра, а не кульки. Крім того, для підвищення точності термометрів Фаренгейт, який володів склодувною майстерністю, став використовувати скло найменшим коефіцієнтомтермічного розширення Лише області низьких температур ртуть (температура замерзання –38,86 °З) поступалася спирту (температура замерзання –114,15 °З).

З 1718 р. Фаренгейт в Амстердамі читав лекції з хімії, в 1724 став членом Королівського товариства, хоча не отримав наукового ступеняі опублікував лише одну збірку дослідницьких статей.

Для своїх термометрів Фаренгейт спочатку використовував модифіковану шкалу, прийняту датським фізиком Олафом Ремером (1644–1710) та запропоновану англійським математиком, механіком, астрономом та фізиком Ісааком Ньютоном (1643–1727) у 1701 р.

Початкові спроби самого Ньютона розробити температурну шкалу виявилися наївними і майже відразу було відкинуто. За реперні точки пропонувалося брати температуру повітря взимку і температуру вугілля, що тліє. Потім Ньютон використав точку танення снігу та температуру тіла. здорової людини, Як робоче тіло – лляна олія, а шкалу (за зразком 12 місяців на рік і 12 годин на добу до полудня) розбив на 12 градусів (за іншими даними, на 32 градуси). При цьому градуювання проводилося шляхом змішування. певних кількостейкиплячої і щойно відтала води. Але цей спосіб виявився неприйнятним.

У використанні масла Ньютон був першим: ще 1688 р. французький фізик Далансе як реперної точки для калібрування спиртових термометрів застосовував точку плавлення коров'ячого масла. Якби цей прийом зберігся, Росія та Франція мали б різні температурні шкали: і поширена в Росії топлена олія, і відома вологодська олія відрізняються за складом від європейських сортів.

Наглядовий Ремер помітив, що його маятниковий годинниквлітку йдуть повільніше, ніж узимку, а поділки шкал його астрономічних інструментіввлітку більше, ніж узимку. Для підвищення точності вимірівчасу та астрономічних параметрів потрібно було проводити ці вимірювання за однакових температур і, отже, мати точний термометр. Ремер, як і Ньютон, використовував дві реперні точки: нормальну температуру тіла людини і температуру танення льоду (робочим тілом служило кріплене червоне вино або 40% розчин спирту, підфарбований шафраном, в 18-дюймової трубці). Фаренгейт додав до них третю точку, яка відповідала найнижчій температурі, що досягається тоді в суміші вода-лід-нашатир.

Домогшись за допомогою свого ртутного термометра значно вищої точності вимірювань, Фаренгейт розділив кожен градус Ремера на чотири і як реперні для своєї температурної шкали прийняв три точки: температуру сольової суміші води з льодом (0 °F), температуру тіла здорової людини (96 ° F) та температуру танення льоду (32 °F), причому останню вважав контрольною.

Ось як про це він написав у статті, опублікованій у журналі «Philosophical Transaction»(1724,
т. 33, с. 78): «…поклавши термометр у суміш амонійної солі або морської солі, води та льоду, знайдемо точку на шкалі, що позначає нуль. Друга точка виходить, якщо використовується та сама суміш без солі. Позначимо цю точку за 30. Третя точка, що позначається як 96, виходить, якщо термометр узятий у рот, отримуючи тепло здорової людини».

Існує легенда, що за нижчу точку шкали Фаренгейт прийняв температуру, до якої охолоджувалося повітря взимку 1708/09 р. у його рідному місті Данцигу. Можна також зустріти твердження, що він вірив, що людина гине від холоду при 0 °F і від теплового удару при
100 °F. Нарешті, казали, що він член франкмасонської ложі з її 32 ступенями посвяти, тому й прийняв точку танення льоду, що дорівнює цьому числу.

Після ряду спроб і помилок Фаренгейт дійшов до дуже зручної температурної шкали. Точка кипіння води виявилася за прийнятою шкалою, що дорівнює 212 °F, а весь температурний інтервал рідкофазного стану води – відповідним 180 °F. Обґрунтуванням цієї шкали була відсутність негативних значеньградуси.

Провівши згодом серії точних вимірів, Фаренгейт встановив, що температура кипіння змінюється в залежності від атмосферного тиску. Це дозволило йому створити гіпсотермометр – прилад вимірювання атмосферного тиску за температурою кипіння води. Йому належить першість у відкритті явища переохолодження рідин.

Роботи Фаренгейта започаткували термометрію, а потім термохімію і термодинаміку. Шкала Фаренгейта була прийнята як офіційна в багатьох країнах (в Англії - з 1777 р.), лише нормальна температура людського тіла була виправлена ​​на 98,6 о F. Зараз така шкала використовується тільки в США і на Ямайці, інші країни в 1960- х та 1970-х рр. перейшли використання шкали Цельсія.

У широку медичну практику термометр було введено голландською професором медицини, ботаніки та хімії, засновником наукової клініки Германом Бургаве (1668–1738), його учнем Герардом ван Світеном (1700–1772), австрійським лікарем Антоном де Хаєном (1704–1776) та незалежно від них англійцем Джорджем.

Засновник Віденської школи медицини Хаєн встановив, що температура здорової людини протягом дня двічі піднімається та опускається. Будучи прихильником теорії еволюції, він пояснив це тим, що предки людини – рептилії, що жили біля моря, – змінювали свою температуру відповідно до припливу та відливу. Однак його роботи були надовго забуті.

Мартін в одній зі своїх книг писав про те, що його сучасники сперечалися, чи змінюється температура плавлення льоду з висотою і для встановлення істини перевозили термометр з Англії до Італії.

Не менш дивно, що вимірами температури тіла людини пізніше цікавилися вчені, які прославилися в різних областяхзнання: А.Лавуазьє та П.Лаплас, Дж.Дальтон та Г.Деві, Д.Джоуль та П.Дюлонг, У.Томсон та А.Беккерель, Ж.Фуко та Г.Гельмгольц.

«Багато ртуті витекло» з того часу. Майже триста років широкого використанняртутних термометрів, схоже, скоро закінчиться через токсичність рідкого металу: у європейських країнах, де питанням безпеки людей приділяється все більше уваги, ухвалено закони про обмеження та заборону виробництва таких термометрів.

* Заснована у Флоренції в 1657 р. учнями Галілея під покровительством Фердинанда II Медічі та його брата Леопольдо, Академія дель Чименто проіснувала недовго, але стала прообразом Королівського товариства, Паризької академіїнаук та інших європейських академій. Вона замислювалася для пропаганди наукових знаньта розширення колективної діяльності з їх розвитку.

Друкується із продовженням

АБСОЛЮТНА ШКАЛА ТЕМПЕРАТУР.

1. Температура - це міра середньої кінетичної енергіїмолекул, що характеризує
ступінь нагрітості тел.

2.Прилад для вимірювання температури - термометр .

3. Принцип дії термометра:
При вимірі температури використовується залежність зміни будь-якого макроскопічного параметра (обсягу, тиску, електричного опоруі т.д.) речовини від температури.
У рідинних термометрах – це зміна обсягу рідини.
При контакті двох середовищ відбувається передача енергії від нагрітого середовища менш нагрітого.
У процесі вимірювання температура тіла та термометра приходять у стан теплової рівноваги.

Термометри.
На практиці часто використовуються рідинні термометри: ртутні (в діапазоні від -35 до +750 С) і спиртові (від -80 до +70 С).
У них використовується властивість рідини змінювати об'єм при зміні температури.
Однак у кожної рідини існують свої особливості зміни обсягу (розширення) при різних температурах.
В результаті порівняння, наприклад, показань ртутного і спиртового термометрів, точне збіг буде лише у двох точках (при температурах 0 С і 100 С).
Цих недоліків позбавленігазові термометри .
Перший газовий термометрбуло створено франц. фізиком Ж. Шарль.

При зіткненні двох тіл різної температуривідбувається передача внутрішньої енергіївід більш нагрітого тіла менш нагрітому і температури обох тіл вирівнюються.
Настає стан теплової рівноваги, за якого всі макропараметри (обсяг, тиск, температура) обох тіл залишаються надалі незмінними за незмінних зовнішніх умов.
4. Тепловою рівновагою називається такий стан, при якому всі макроскопічні параметри залишаються незмінними як завгодно довго.

5.Стан теплової рівноваги системи тіл характеризується температурою: всі тіла системи, що знаходяться один з одним у тепловій рівновазі, мають ту саму температуру.

де k - постійна Больцмана

Ця залежність дає можливість запровадити нову температурну шкалу – абсолютну шкалу температур, яка залежить від речовини, що використовується вимірювання температури.

6.Абсолютна шкала температур - Введено англ. фізиком У. Кельвіном
- немає негативних температур

Одиниця абсолютної температури в СІ: [T] = 1K (Кельвін)
Нульова температура абсолютної шкали– це абсолютний нуль(0К = -273 С), найбільша низька температурав природі. АБСОЛЮТНИЙ НУЛЬ - гранично низька температура, за якої припиняється тепловий рухмолекул.

Зв'язок абсолютної шкали зі шкалою Цельсія

У формулах абсолютна температурапозначається буквою "Т", а температура за шкалою Цельсія буквою "t".

Історія винаходу термометра

Винахідником термометра прийнято вважати : в його власних творахнемає опису цього приладу, але його учні, Неллі та , засвідчили, що вже в він зробив щось на зразок термобароскопа ( ). Галілей вивчав у цей час роботи , у якого вже описано подібний пристрій, але не для вимірювання ступенів тепла, а для підняття води за допомогою нагрівання. Термоскоп являв собою невелику скляну кульку з припаяною до неї скляною трубкою. Кульку трохи нагрівали і кінець трубки опускали в посудину з водою. Через деякий час повітря в кульці охолоджувалося, його тиск зменшувався і вода під дією атмосферного тиску піднімалася в трубці на деяку висоту. Надалі при потеплінні тиск повітря в кульці збільшувався і рівень води в трубці знижувався при охолодженні ж вода в ній піднімалася. За допомогою термоскопа можна було судити лише про зміну ступеня нагрітості тіла: числових значеньтемператури він не показував, бо не мав шкали. Крім того, рівень води у трубці залежав не тільки від температури, а й від атмосферного тиску. У 1657 р. термоскоп Галілея був удосконалений флорентійськими вченими. Вони забезпечили прилад шкалою з намистин і відкачали повітря з резервуару (кульки) та трубки. Це дозволило як якісно, ​​а й кількісно порівнювати температури тіл. Згодом термоскопа було змінено: його перевернуло кулькою вниз, а в трубку замість води налили спирт і видалили посудину. Дія цього приладу ґрунтувалася на розширенні тіл, як «постійні» точки брали температури найбільш спекотного літнього і найбільш холодного зимового дня. Винахід термометра також приписують лорду , , Санкторіусу, Скарпі, Корнелію Дреббелю ( ), Порте і Саломону де Каус, які писали пізніше і частиною мали особисті стосунки з Галілеєм. Всі ці термометри були повітряні і складалися з посудини з трубкою, що містить повітря, відокремлене від атмосфери стовпчиком води, вони змінювали свої показання і зміни температури, і зміни атмосферного тиску.

Термометри з рідиною описані вперше м. «Saggi di naturale esperienze fatte nell'Accademia del Cimento», де про них говориться як про предмети, які давно виготовляють майстерні ремісники, яких називають «Confia», що розігрівають скло на вогні лампи, що роздмухується, і виробляють з нього дивовижні і дуже ніжні вироби. Спочатку ці термометри наповнювали водою, і вони лопалися, коли вона замерзала; вживати при цьому винний спирт почали 1654 року на думку великого герцога тосканського . Флорентійські термометри не лише зображені у «Saggi», але збереглися в кількох примірниках до нашого часу у Галілеївському музеї, у Флоренції; їхнє приготування описується докладно.

Спочатку майстер повинен був зробити поділки на трубці, міркуючи з її відносними розмірами та розмірами кульки: поділки наносилися розплавленою емаллю на розігріту на лампі трубку, кожне десяте позначалося білою точкою, інші чорними. Зазвичай робили 50 поділів таким чином, щоб при таненні снігу спирт не опускався нижче 10, а на сонці не піднімався вище 40. Хороші майстри робили такі термометри настільки вдало, що всі вони показували те саме значення температури за однакових умов, проте такого не вдавалося досягти, якщо трубку розділяли на 100 або 300 частин, щоб отримати більшу точність. Наповнювали термометри за допомогою підігріву кульки і опускання кінця трубки 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 більшими і могли служити для визначення температури повітря, але були ще незручні для інших, різноманітніших дослідів, і градуси різних термометрів були не порівняти між собою.

У м. ( ) в удосконалив повітряний термометр, вимірюючи не розширення, а збільшення пружності повітря, приведеного до одного і того ж обсягу при різних температурахпідливанням ртуті у відкрите коліно; барометричний тиск та його зміни при цьому бралися до уваги. Нулем такої шкали повинна була служити «та значний ступінь холоду», за якої повітря втрачає всю свою пружність (тобто сучасне ), а другою постійною точкою – температура кипіння води. Вплив атмосферного тиску на температуру кипіння ще був відомий Амонтону, а повітря у його термометрі був звільнений від водяних газів; тому з даних абсолютний нуль виходить при −239,5° за шкалою Цельсія. Інший повітряний термометр Амонтона, виконаний дуже недосконало, був незалежний від змін атмосферного тиску: він уявляв сифонний барометр, відкрите коліно якого було продовжено догори, знизу наповнене міцним розчином поташу, зверху нафтою і закінчувалося запаяним резервуаром з повітрям.

Сучасну формутермометру додав і описав свій спосіб приготування в 1723 р. Спочатку він також 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 «початку 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 і та ж при тому ж стані . Примірники термометрів Фаренгейта, що збереглися, відрізняються ретельністю виконання.

Остаточно встановив обидві постійні точки, що тане льоду та киплячої води, шведський астроном, геолог і метеоролог. в 1742 р. спочатку він ставив 0° при точці кипіння, а 100° при точці замерзання. У своїй роботі Цельсій » Розповів про свої експерименти, що показують, що температура плавлення льоду (100 °) не залежить від тиску. Він також визначив із дивовижною точністю, як температура кипіння води варіювалася в залежності від . Він припустив, що позначку 0 ( води) можна відкалібрувати, знаючи на якому рівні щодо моря знаходиться термометр.

Пізніше, після смерті Цельсія, його сучасники і співвітчизники ботанік і астроном Мортен Штремер використовували цю шкалу в перевернутому вигляді (за 0 ° стали приймати температуру плавлення льоду, а за 100 ° - кипіння води). У такому вигляді виявилася дуже зручною, отримала широке розповсюдженнята використовується до нашого часу.

За одними відомостями, Цельсій сам перевернув свою шкалу за порадою Штремера. За іншими відомостями, шкалу перевернув Карл Лінней у 1745 році. А за третім - шкалою перевернув наступник Цельсія М.Штремер і у XVIII столітті такий термометр був широко поширений під ім'ям «шведський термометр», а в самій Швеції - під ім'ям Штремера, але найвідоміший шведський хімікЙоганн Якоб у своїй праці «Посібники з хімії» помилково назвав шкалу М. Штремера цельсієвою шкалою і відтоді стоградусна шкала стала носити ім'я Андерса Цельсія.

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

Після Фаренгейта та Реомюра справа виготовлення термометрів потрапила до рук ремісників, оскільки термометри стали предметом торгівлі.

У 1848 р. англійський фізик (лорд Кельвін) довів можливість створення абсолютної шкали температур, нуль якої залежить від властивостей води чи речовини, що заповнює термометр. Точкою відліку в « » послужило значення : −273,15° С. За цієї температури припиняється тепловий рух молекул. Отже, стає неможливим подальше охолодження тіл.

Рідинні термометри

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

У зв'язку із забороною застосування ртуті у багатьох сферах діяльності ведеться пошук альтернативних наповнень для побутових термометрів. Наприклад, такою заміною може стати сплав .

Про видалення ртуті, що розлилася, з розбитого термометра див.

Механічні термометри

Термометри цього типу діють за тим же принципом, що і електронні, але як датчик зазвичай використовується спіраль або .

Електричні термометри

Принцип роботи електричних термометрів ґрунтується на зміні контактну різниця потенціалів, яка залежить від температури). Найбільш точними та стабільними в часі є на основі платинового дроту чи платинового напилення на кераміку.

Оптичні термометри

Оптичні термометри дозволяють реєструвати температуру завдяки зміні

Інфрачервоні термометри

Інфрачервоний термометр дозволяє вимірювати температуру без безпосереднього контакту з людиною. У деяких країнах вже давно є тенденція відмови від ртутних термометрів на користь інфрачервоних не тільки в медичних установале на побутовому рівні.

Технічні термометри

Технічні термометри використовуються на підприємствах сільському господарстві, нафтохімічній, хімічній, гірничо-металургійній промисловості, в машинобудуванні, житлово- комунальне господарство, транспорт, будівництво, медицина, слово у всіх життєвих сферах.

Вирізняють такі види технічних термометрів:

термометри технічні рідинні ТТЖ-М;

термометри біметалічні ТБ, ТБТ, ТБІ;

термометри сільськогосподарські ТС-7-М1;

максимальні термометри СП-83 М;

термометри для спецкамер низькоградусні СП-100;

термометри спеціальні вібростійкі СПВ;

термометри ртутні електроконтактні ТПК;

термометри лабораторні ТЛЗ;

термометри для нафтопродуктів ТН;

термометри для випробувань нафтопродуктів ТІН1, ТІН2, ТІН3, ТІН4.

3. Знайти вагу тіла P = ρgV

4. Визначити тиск, що чиниться тілом на горизонтальну поверхню P = де F = P

Експериментальна робота №12

Тема: «Дослідження залежності показань термометра від зовнішніх умов».

Ціль:досліджуйте залежність показань термометра залежно від зовнішніх умов: чи падають на термометр сонячні променіабо він знаходиться в тіні, на якій підкладці лежить термометр, якого кольору екран закриває термометр від сонячних променів.

Завдання:

Виховні: виховання акуратності, вміння працювати у колективі;

Обладнання:настільна лампа, термометр, аркуші білого та чорного паперу.

Яка температура повітря в кімнаті та на вулиці цікавить людей щодня. Термометр для вимірювання температури повітря є практично в кожному будинку, але далеко не кожна людина вміє правильно ним користуватися. По-перше, багато хто не розуміє самого завдання вимірювання температури повітря. Це нерозуміння особливо виявляється у жаркі літні дні. Коли метеорологи повідомляють, що температура повітря в тіні досягала 32°С, багато людей "уточнюють" приблизно так: "А на сонці стовпчик термометра йшов за позначку 50°С!" Чи мають сенс такі уточнення? Для відповіді на це запитання виконайте наступне експериментальне дослідження та зробіть свої висновки.

Хід роботи:

Досвід 1. Виміряйте температуру повітря "на сонці" та "в тіні". В якості "Сонця" використовуйте настільну лампу.

Перший раз розташуйте термометр на відстані 15-20 см від лампи на столі, вдруге, не змінюючи розташування лампи щодо термометра, створіть "тінь" листом паперу, розташувавши його поблизу лампи. Запишіть показання термометрів.

Досвід 2. Виконайте вимірювання температури на сонці за умов використання спочатку темної, потім світлої підкладки під термометром. Для цього вперше покладіть термометр на аркуш білого паперу, вдруге на аркуш чорного паперу. Запишіть показання термометрів.

Досвід 3. Виконайте вимірювання «в тіні», закривши світло від лампи листом білого паперу, покладеним прямо на термометр. Запишіть показання термометра. Повторіть досвід, замінивши білий папір чорним папером.

Обміркуйте результати виконаних дослідів та зробіть висновки, де і як потрібно закріпити за вікном термометр для вимірювання температури повітря на вулиці?

Серія дослідів за правильного виконання дає такі результати.

Досвід 1 показує, що показання термометра "на сонці" помітно вище за його показання "в тіні". Цей факт має отримати таке пояснення. При відсутності сонячного освітленнятемператури повітря та столу однакові. В результаті теплообміну зі столом та повітрям термометр приходить у теплову рівновагу з ними та показує температуру повітря.

Коли "сонце" не закрите аркушем паперу, під дією випромінювання “сонця”, що поглинається, температура столу підвищується, а прозоре повітря цим випромінюванням майже не нагрівається. Термометр з одного боку здійснює теплообмін із поверхнею столу, а з іншого боку – з повітрям. В результаті його температура виявляється вищою за температуру повітря, але нижче температури поверхні столу. Який тоді сенс показань термометра “на сонці”?

Завзятий любитель вимірювань температури повітря “на сонці” може заперечити, що його цікавить температура повітря “в тіні”, коли він перебуває “на сонці”. Нехай це буде не температура повітря, просто показання термометра "на сонці", але саме вони його цікавлять. І тут йому знадобляться результати досвіду 2.

Досвід 2 показує, що на білому папері, що добре відображає світло, показання термометра значно менше, ніж на чорній, добре поглинаючої світлове випромінюванняі сильніше нагрівається. Отже, питанням про показаннях термометра “на сонці” немає однозначної відповіді. Результат сильно залежатиме від кольору підкладки під термометром, кольору та структури поверхні балона термометра, наявності або відсутності вітру.

Температура повітря на вулиці при вимірах далеко від нагрітих сонячним випромінюванням предметів і при виключенні прямої дії випромінювання на термометр однакова "на сонці" і "в тіні", це просто температура повітря. Але вимірювати її слід лише “в тіні”.

Але створення "тіні" для термометра в сонячний день теж не просте завдання. У цьому переконують результати досвіду 3. Вони показують, що при близькому розташуванні екрана від термометра нагрівання екрана сонячним випромінюванням буде спричиняти істотні помилки при вимірюванні температури повітря в сонячний день. Завищення температури буде особливо великим при темному забарвленні екрану, так як такий екран поглинає майже всю енергію сонячного випромінювання, що падає на нього, і значно меншою при білому забарвленні екрану, так як такий екран відображає майже всю енергію падаючого на нього сонячного випромінювання.

Після виконання такого експериментального дослідження слід обговорити практично важливе питання: як же на практиці потрібно вимірювати температуру повітря на вулиці? Відповідь на це питання може бути приблизно такою. Якщо у квартирі є вікно, що виходить на північ, то саме за цим вікном потрібно зміцнити вуличний термометр. Якщо ж такого вікна в квартирі немає, термометр повинен бути поміщений можливо далі від стін, що нагріваються сонцем, навпроти слабко нагріваються шибок. Балон термометра має бути захищений від нагрівання сонячним випромінюванням. Результати досвіду 3 показують, що при спробі захисту термометра від сонячного випромінювання екран нагрівається і нагріває термометр. Так як білий екран нагрівається менше, захисний екран повинен бути світлим, розташовувати його слід достатньо віддалення від термометра.

Аналогічне можна вивчити залежність показань кімнатного термометра від місця його розташування. Результатом виконання домашнього завданняповинно бути встановлення того факту, що показання кімнатного термометра залежать від місця розташування в кімнаті. Якщо нас цікавить температура повітря в кімнаті, потрібно виключити вплив на нього нагрітих тіл і сонячного випромінювання. На термометр не повинно падати пряме сонячне світло, не можна розташовувати термометр поблизу нагрівальних та освітлювальних приладів. Не слід вішати термометр на зовнішню стіну кімнати, яка влітку має підвищену, а взимку знижену температурущодо температури повітря у кімнаті.

Експериментальна робота №13

Тема: "Визначення процентного вмісту снігу у воді".

Ціль:Визначити процентний змістсніг у воді.

Завдання:

Освітні: формування вміння поєднувати знання та практичні навички;

Розвиваючі: розвиток логічне мислення, пізнавального інтересу.

Обладнання:калориметр, термометр, мензурка, посудина з кімнатною водою, суміш снігу з водою, калориметричне тіло.

Перший варіант

Хід роботи:

1.В калориметр із сумішшю наливають стільки води, щоб весь сніг розтанув. Температура води, що вийшла дорівнювала t = 0.

2.Запишемо рівняння теплового балансу для цього випадку:

m1 =сm3(t2-t1), де з - питома теплоємність води, - питома теплота плавлення льоду, m1 - маса снігу, m2-маса води у снігу, m3-маса влитої води, t-температура влитої води.

Звідси =

Шукане відсоткове відношення =;

3.Величину m1 + m2 можна визначити, переливши всю воду з калориметра у вимірювальний циліндр та виміряючи повну масу води m. Так як m = m1 + m2 + m3, то

m1 + m2 = m – m3. Отже,

=

Другий варіант

Обладнання: калориметр, термометр, ваги та різновага, склянка з теплою водою, грудки мокрого снігу, калориметричне тіло.

Хід роботи:

1.Зважимо порожній калориметр, а потім калориметр з грудкою мокрого снігу. По різниці визначимо масу грудки мокрого снігу (m).

У грудці міститься *х грамів води та *(100 - х) грамів снігу, де х-відсотковий змістводи в грудці.

Температура мокрого снігу 0.

2.Тепер додаємо в калориметр з грудкою мокрого снігу стільки теплої води(mв), щоб весь сніг розтанув, попередньо заміряючи температуру теплої води (to).

3. Зважуємо калориметр з водою і снігом, що розтанув, і по різниці ваг визначимо масу долитої теплої води (mв).

4. Заміряємо термометром кінцеву температуру (див.).

5.Запишемо рівняння теплового балансу:

cmв t = * (100 - х) + с (m + mв) toсм.,

Де з - питома теплоємність води-4200Дж/кг , - Питома теплота плавлення снігу

3,3*105 Дж/кг.

6.З отриманого рівняння виражаємо

X = 100 -

Експериментальна робота №14

Тема: "Визначення теплоти плавлення льоду".

Ціль:визначити теплоту плавлення льоду .

Завдання:

Освітні: формування вміння поєднувати знання та практичні навички;

Виховні: виховання акуратності, вміння працювати у колективі;

Розвиваючі: розвиток логічного мислення, пізнавального інтересу.

Обладнання:термометр, вода, лід, мірний циліндр.

Хід роботи:

1.В порожню посудину покладіть шматок льоду і налийте в нього з вимірювального циліндра стільки води, щоб весь лід розтанув.

2.В цьому випадку рівняння теплового балансу запишеться просто:

Ст1 (t1 - t2) = т2

де т2 – маса льоду, тх – маса налитої води, tx – початкова температура води, t2 – кінцева температура води, рівна Про °С, К – питома теплота плавлення льоду. З наведеного рівняння знаходимо:

3.Масу льоду можна визначити, злив отриману воду у вимірювальний циліндр і вимірявши загальну масуводи та льоду:

М = + т2 = ρаодь, Vзаг.

Оскільки т2 = М - m1, то

Експериментальна робота №15

Ціль: використовуючи запропоноване обладнання та таблицю залежності тиску насиченої пари від температури, визначити абсолютну та відносну вологість повітря у кімнаті.

Завдання:

Освітні: формування вміння поєднувати знання та практичні навички;

Виховні: виховання акуратності, вміння працювати у колективі;

Розвиваючі: розвиток логічного мислення, пізнавального інтересу.

Устаткування: склянка, термометр, лід, вода.

Хід роботи:

1.Абсолютну вологість повітря найпростіше визначити по точці роси. Для вимірювання точки роси потрібно спочатку виміряти температуру t1 повітря. Потім взяти звичайну скляну склянку, налити в неї трохи води за кімнатної температури і помістити у воду термометр.

2.В іншій посудині потрібно приготувати суміш води з льодом і з цієї посудини додавати потроху холодну водуу склянку з водою та термометром доти, доки на стінках склянки не з'явиться роса. Дивитися потрібно на стінку склянки навпроти рівня води у склянці. При досягненні точки роси стінка склянки нижче рівня води стає матовою через безліч дрібних крапель роси, що сконденсувалися на склі. У цей момент слід зняти показання t2 термометра.

3. За значенням температури t2 - точці роси - можна визначити по таблиці щільність ρ насиченої пари при температурі t2. Це буде абсолютна вологість атмосферного повітря. Потім можна знайти таблиці значення щільності r0 насиченої пари при температурі t1. За знайденими значеннями щільності r насиченої пари за температури t2 і щільності ρ0 насиченої пари при кімнатній температурі t1 визначається відносна вологість повітря j.

Похибки засобів вимірювань

Щільність рідин, металів та сплавів, твердих речовинта матеріалів.