В переводе с греческого языка означает «измерять тепло». История изобретения термометра берет начало с 1597 года, когда Галилей создал термоскоп – шарик с припаянной трубкой – для определения степени нагретости воды. Этот прибор не имел шкалы, а его показания зависели от атмосферного давления. С развитием науки термометр видоизменялся. Жидкостный термометр впервые был упомянут в 1667 году, а в 1742 году шведский физик Цельсий создал термометр со шкалой, в которой точка 0 соответствовала температуре замерзания воды, а 100 – температуре ее кипения.

Мы часто пользуемся термометром для определения температуры воздуха на улице или температуры тела, однако этим применение термометра вовсе не ограничивается. На сегодняшний день существует множество способов измерить температуру вещества, а современные термометры совершенствуются до сих пор. Опишем наиболее распространенные типы измерителей температуры.

Принцип действия данного типа термометров основан на эффекте расширения жидкости при нагревании. Термометры, у которых в качестве жидкости используется ртуть, часто применяются в медицине для измерения температуры тела. Несмотря на токсичность ртути, ее использование позволяет определять температуру с большей точностью по сравнению с другими жидкостями, так как расширение ртути происходит по линейному закону. В метеорологии используют термометры на спирту. Это связано в первую очередь с тем, что ртуть загустевает при значении 38 °С и не годится для измерения более низких температур. Диапазон жидкостных термометров в среднем составляет от 30 °С до +600 °С, а точность не превышает одну десятую долю градуса.

Газовый термометр

Газовые термометры работают по тому же принципу, что и жидкостные, только в качестве рабочего вещества в них используется инертный газ. Этот тип термометра является аналогом манометра (прибора для измерения давления), шкала которого градуируется в единицах температуры. Основным преимуществом газового термометра является возможность измерения температур около абсолютного нуля (его диапазон составляет от 271 °С до +1000 °С). Предельно достижимая точность измерения составляет 2*10 -3 °С. Получение высокой точности газового термометра является сложной задачей, поэтому такие термометры не используются в лабораторных измерениях, а применяются для первичного определения температуры вещества.

Этот вид термометров работает по аналогии с газовыми и жидкостными. Температура вещества определяется в зависимости от расширения металлической спирали или ленты из биметалла. Механический термометр отличается высокой надежностью и простотой в использовании. Как самостоятельные приборы такие термометры широкого распространения не получили и в настоящее время используются в основном в качестве устройств для сигнализации и регулирования температуры в системах автоматизации.

Электрический термометр (термометр сопротивления)

В основу работы электрического термометра заложена зависимость сопротивления проводника от температуры. Сопротивление металлов линейно увеличивается с ростом температуры, поэтому именно металлы и используются для создания этого типа термометров. Полупроводники по сравнению с металлами дают большую точность измерений, однако термометры на их основе практически не выпускаются из-за сложностей, связанных с градуировкой шкалы. Диапазон термометров сопротивления напрямую зависит от рабочего металла: например, для меди он составляет от -50 °С до +180 °С, а для платины – от -200 °С до +750 °С. Электрические термометры устанавливают в качестве датчиков температуры на производстве, в лабораториях, на экспериментальных стендах. Они часто комплектуются совместно с другими измерительными устройствами

Также называют термопарным. Термопара представляет из себя контакт двух разных проводников, измеряющих температуру на основе эффекта Зеебека, открытого в 1822 году. Этот эффект состоит в появлении разницы потенциалов на контакте между двумя проводниками при наличии между ними градиента температур. Таким образом, через контакт при изменении температуры начинает проходить электрический ток. Преимуществом термопарных термометров является простота исполнения, широкий диапазон измерений, возможность заземления спая. Однако есть и недостатки: термопара подвержена коррозии и другим химическим процессам со временем. Максимальной точностью обладают термопары с электродами из благородных металлов и их сплавов – платиновые, платинородиевые, палладиевые, золотые. Верхняя граница измерения температуры с помощью термопары составляет 2500 °С, нижняя – около -100 °С. Точность измерения термопарного датчика может достигать 0,01 °С. Термометр на основе термопар незаменим в системах управления и контроля на производстве, а также при измерении температуры жидких, твердых, сыпучих и пористых веществ.

Волоконно-оптический термометр

С развитием технологий изготовления оптоволокна, возникли новые возможности его использования. Датчики на основе оптоволокна проявляют высокую чувствительность к различным изменениям во внешней среде. Малейшее колебание температуры, давления или натяжения волокна приводят к изменениям распространения в нем света. Оптоволоконные датчики температуры часто применяются для обеспечения безопасности на производстве, для пожарного оповещения, контроля герметичности емкостей с огнеопасными и токсичными веществами, обнаружения утечек и т. п. Диапазон таких датчиков не превышает +400 °С, а максимальная точность составляет 0,1 °С.

Инфракрасный термометр (пирометр)

В отличие от всех предыдущих типов термометров, является бесконтактным прибором. Более подробно прочитать про пирометры и его характеристики можно в отдельной на нашем сайте. Технический пирометр способен измерять температуру в диапазоне от 100 °С до 3000 °С, с точностью до нескольких градусов. Инфракрасные термометры удобны не только в условиях производства. Все чаще они применяются для измерения температуры тела. Это связано со многими преимуществами пирометров по сравнению с ртутными аналогами: безопасность использования, высокая точность, минимальное время на измерение температуры.

В завершение отметим, что сейчас сложно представить себе жизнь без этого универсального и незаменимого прибора. Простые термометры можно встретить в быту: они используются для поддержания температуры в утюге, стиральной машине, холодильнике, измерения температуры окружающего воздуха. Более сложные датчики устанавливают в инкубаторах, теплицах, сушильных камерах, на производстве.

Выбор термометра или датчика температуры зависит от сферы его использования, диапазона измерения, точности показаний, габаритных размеров. А в остальном – все зависит от вашей фантазии.

Зависит от некоторых обстоятельств: как далеко от ближайшей звезды выкинуть? И что значит "покажет"? будем дожидаться, когда его показание не станет постоянным во времени? Если нет, то через какое время снимается показание, которое постоянно меняется во времени? Если совсем в межзвездном пространстве, он будет остывать с уменьшающейся скоростью остывания.

Помню, как еще на первом курсе на парах по физике решали простенькие задачи где выводили функцию (график) температуры от времени именно в таких условиях - в полном вакууме, нет других источников излучения. формулы тут писать не удобно, если описать - остывать будет не быстро (площадь поверхности мала), и эта скорость будет по мере остывания уменьшатся (энергия теплового излучения уменьшается при понижении температуры), но "абсолютный нуль" для нашего "сферического" градусника в вакууме будет асимптотой - тоесть его температура будет стремится к абсолютному нулю, но его никогда не достигнет.

В реальном космосе наверное будет медленно остывать (с уменьшающейся во времени скоростью) до тех пор, пока поглощенное космическое излучение (от далеких звезд и т.д) не уравновесит излучаемое тепловое. Предполагаю, это будет не очень далеко от абсолютного нуля.

UPD. Да,и еще 1 момент, о котором я сразу и забыл: на ртутном термометре то и шкала всего то до 33-35 градусов по Цельсию, и при остывании его нужно "струсить" потому что ртуть в нем спокойно может находится в растянутом состоянии, так что возможно, показания останутся теми же что и были до запуска а возможно и при затвердении ртути она вообще покинет трубку со шкалой и будет вся в колбе-наконечнике - ничего не покажет. В любом случае, такие "показания" не будут иметь ничего общего с температурой.

Постараюсь ответить, возможно чего-то я не учту. Итак, принцип работы ртутных термометров основан на расширении веществ при их нагреве. Внизу термометра всегда расположен резервуар с жидкостью, над ней узенькая трубочка, по которой жидкость при изменении объема будет подниматься (или опускаться). На сколько я понял, вопрос в том, что покажет термометр в условиях невесомости. Так вот, если его встряхнуть так, чтобы вся ртуть по инерции оказалась в резервуаре, то показывать он будет ровно столько градусов, сколько действительно есть. Но нужно помнить, что на большинстве ртутных градусников верхнее деление находится на отметке до 50 градусов Цельсия, а нижний предел у нас ограничен температурой плавления ртути (что-то вроде -38). Так же вопрос мог быть направлен на то, что градусник покажет в вакууме. Так вот он не взорвётся. В ртутных термометрах уже вакуум. Это сделано, чтобы прибор реагировал на изменение температуры именно в той точке, что соприкасается с колбочкой-резервуаром. По такому же принципу работают термосы и термокружки, в них двойные стенки, а между стенками вакуум, который тепло не проводит. И третий вариант вопроса: что покажет градусник в вакууме, который не проводит тепло. Тут нужно учесть, что колбочка градусника будет нагреваться от падающих лучей звёзд. Ну или не звезд. Все три вопроса можно комбинировать, но как ни крути в краткосрочной перспективе ртуть в градуснике просто перейдёт в твёрдое состояние, так как большая часть космического пространства имеет температуру куда ниже -38.

Он будет продолжать показывать температуру того места, откуда его "выкинули". В открытом космосе вакуум - очень хороший теплоизолятор. А если этот термометр будет плавать неподалеку от какой-нибудь звезды (например, на околоземной орбите), то даже начнет нагреваться. И, вероятно, в какой-то момент лопнет.

Скорее всего его разорвет на кусочки из-за кислорода, содержащегося в корпусе.

Но если представить, что у нас "неубиваемый" термометр, то все зависит от того, куда мы его выкинем - если бросим на солнечной стороне(скажем так, в пределах первых нескольких планет солнечной системы), то покажет весьма высокую температуру около 107 градусов по Цельсию(это температура "дневной" поверхности Луны) и чем ближе к Солнцу, тем выше. В противом случае, наш неубиваемый прибор покажет около минус 39 градусов(при наличии такой шкалы) - это температура кристализации ртути.

Сущетвует множество исследований различных космических явлений, влияющих на температуру в космосе. Если не вдаваться в подробности - температура меняется, но близка к абсолютному нулю(минус 273 градуса по Цельсию). Но вблизи Солнца температура конечно выше. Например на вышеуказанной Луне, "ночью" около минус 125 градусов.

но способ изготовления таких термометров принципиально исключает возможность наличия внутри ртутной трубки кислорода. А на внешнюю оболочку можно и забить. Кроме того, стоит вспомнить почему нам нужно ртутный термометр перед применением "стряхивать" - жидкая ртуть может быть в "растянутом" состоянии. Так что от простого охлаждения, если никто не "сбросит", "показания" не изменятся, но и температуру показывать не будут.

Ответить

Прокомментировать

Ноль в шкале исчислений Фарадея был равен современным 32 градусам, а температура человеческого тела равнялась 96 градусам. В 1742 году физик Цельсий сделал точками отсчета температуру таяния льда и кипения воды, правда изначально ноль на шкале соответствовал температуре кипения воды, но потом она вид.

Жидкостные термометры работают на основе принципа изменения начального объема жидкости, залитой в термометр, при изменении окружающей температуры. Чаще всего в колбу термометра заливают спирт или ртуть. Плюсами ртутного термометра являются высокая точность измерения температуры, длительный срок использования, однако уровень температуры устанавливается достаточно долго, ртуть в градуснике является опасным материалом, поэтому использование ртутного термометра необходимо производить максимально аккуратно.
Оптические термометры регистрируют температуру по уровню свечения, спектра и иных показателей и чаще всего применяются в научных исследованиях.

Механические термометры действуют по принципу жидкостных, только датчиком служит спираль, или лента из металла.
Электрические - работают по принципу изменения уровня сопротивления проводника при изменении внешней температуры. Те электротермометры, которые имеют большой диапазон, основаны на термопарах - при взаимодействии разных металлов возникает контактная разность потенциалов, которая зависит от температуры. В электротермометры встроены дополнительные функции памяти, подсветки, они безопасны и быстро показывают результат, однако могут давать небольшую погрешность, вследствие чего температуру нужно мерить несколько раз.

Инфракрасный термометр измеряет температуру без непосредственного взаимодействия с человеком или предметом, отличается точностью измерения и безопасностью, а также высокой скоростью действия - полсекунды. Они гигиеничны, быстро (в течение 2-5 секунд) работают и помогают измерять температуру детям.

Видео по теме

Известно, что более нагретые тела хуже проводят электрический ток, чем охлажденные. Причина этому – так называемое термическое сопротивление металлов.

Что такое термическое сопротивление

Термическое сопротивление – это сопротивление проводника (участка цепи), обусловленное тепловым движением носителей заряда. Под зарядами здесь надо понимать электроны и ионы, содержащиеся в веществе. Из названия понятно, что речь идет об электрическом явлении сопротивления.

Суть термосопротивления

Физическая сущность термосопротивления заключается в зависимости подвижности электронов от температуры вещества (проводника). Разберемся, откуда такая закономерность.

Проводимость в металлах обеспечивается свободными электронами, которые под действием электрического поля приобретают направленное движение вдоль линий электрического поля. Таким образом, резонно задаться вопросом: что может препятствовать движению электронов? Металл содержит в себе ионную кристаллическую решетку, которая, безусловно, замедляет перенос зарядов с одного конца проводника на другой. Здесь нужно заметить, что ионы кристаллической решетки находятся в колебательном движении, следовательно, они занимают пространство, ограниченное не их размером, а размахом амплитуды их колебаний. Теперь нужно задуматься о том, увеличение температуры металла. Дело в том, что сущность температуры как раз и составляют колебания ионов кристаллической решетки, а также тепловое движение свободных электронов. Таким образом, увеличивая температуру, мы увеличиваем амплитуду колебаний ионов кристаллической решетки, а значит, создаем большее препятствие направленному движению электронов. Вследствие этого сопротивление проводника увеличивается.

С другой стороны, при увеличении температуры проводника увеличивается и тепловое движение электронов. Это означает, что их движение становится все более хаотичным, чем направленным. Чем больше температура металла, тем больше проявляют себя степени свободы, направление которых не совпадает с направлением электрического поля. Это обуславливает также большее количество столкновений свободных электронов с ионами кристаллической решетки. Таким образом, термосопротивление проводника обусловлено не только тепловым движением свободных электронов, но и тепловым колебательным движением ионов кристаллической решетки, которое становится все более заметным при повышении температуры металла.

Из всего сказанного можно сделать вывод о том, что лучшие проводники являются «холодными». Именно по этой причине сверхпроводники, сопротивление которых равняется нулю, содержат при крайне низких температурах, исчисляемых единицами Кельвина.

Видео по теме

Совет 3: Температурный датчик: принцип действия и сфера применения

Нынешнее оборудование, автоматика и автомобилестроение вряд ли обойдутся без всякого рода контроллеров. К такому виду устройств можно отнести и термодатчики, сфера применения которых неограниченна.

Устройство

Термодатчик – это механизм, фиксирующий температуру среды, в которой он находится и передающий ее на приборную панель либо в блок управления. Наиболее часто подобные устройства идут в паре с блоком управления, ведь помимо того, что датчик сообщает показатели, их еще нужно обработать и произвести необходимые манипуляции. Большинство современных термодатчиков имеют электронное наполнение, их принцип действия основывается на передаче электрических импульсов от датчика к фиксирующему прибору. Конструктивно датчики можно разделить на несколько типов.

1. Терморезистивный датчик. Подобные устройства работают по принципу изменения электросопротивления проводника при возникновении колебаний температуры. Эти датчики просты в применении, они очень надежны, чувствительны, более точны.

2. Полупроводниковые термодатчики устроены по принципу реагирования на трансформацию характеристик (р-n) перехода под воздействием температуры. Серия таких датчиков очень проста в своей конструкции и имеет отличное соотношение цены и долговечности.

3. Термоэлектрические датчики, или как их еще называют термопары. Этот тип датчиков работает на эффекте разности температуры пары проводников, которые находятся в разных средах. Благодаря этому, в замкнутой цепи этой пары проводников возникает импульс, датчики сигнализируют о смене температуры относительно друг друга. Эти устройства не дают такой точности, как их вышеописанные коллеги, и конструктивно имеют более громоздкий механизм.

4. Пирометры. Это датчики бесконтактного типа, они фиксируют температуру близ находящегося предмета. У этого вида приборов большой плюс в том, что они могут работать на расстоянии от механизма, в котором необходимо зафиксировать показатели температур.

5. Датчики акустические. Принцип работы основывается на изменении скорости звука в атмосфере при изменении температуры среды, в которой находиться датчик. Такие устройства применяют в средах, где невозможно использование контактных датчиков температуры.

6. Пьезоэлектрические датчики. Смысл устройства следующий: на кварцевую основу, из которой состоит сам датчик, подают определенную серию импульсов, таким образом, с изменением температуры этот материал имеет разную частоту расширения.

Применение

Все виды термодатчиков можно встретить в повседневной жизни. Датчиками оборудуют лифты многоэтажных домов, чтобы не перегреть двигатель лифта в случае возникновения нагрузки. Используют в автомобилях для контроля рабочей температуры мотора и недопущения его закипания. В домашних холодильниках датчик работает в паре с блоком управления, который дает команду включать и выключать агрегат холодильника в зависимости от температуры, фиксируемой датчиком. И еще много каких примеров существует, где в работе оборудования или прибора участвует подобный механизм. Данные устройства в значительной мере облегчают жизнь человеку, только мало кто об этом думает. Приятно, когда машина делает какую-то операцию без участия человека.

Кажется, что это всем ясно - температуру! А что такое температура?

Очень хорошо сказал по этому поводу один физик: «Гораздо легче производить измере­ния, чем точно знать, что измеряется». И почти три сотни лет измеряли повсюду тем­пературу, но только совсем недавно, в конце прошлого столетия, стало окончательно ясно, что такое температура.

А в самом деле, что же показывает термо­метр? Стоит еще раз проследить, как возникло понятие «температура». Когда-то думали: если становится жарко, то это потому, что в теле повышается содержание теплорода. Латинское слово «температура» означало «смесь». Под тем­пературой тела понимали смесь из материй тела и теплорода тела. Затем понятие самого теплорода было отброшено как ошибочное, а слово «темпе­ратура» осталось.

Добрые две сотни лет в науке сохранялось странное положение: случайно выбранным свойством (расширение) случайно выбранного вещества (ртуть) и шкалы, установленной по случайно выбранным постоянным точкам (плав­ление льда и кипение воды), измерялась вели­чина (температура), смысл слова «температу­ра», строго говоря, никому не был понятен.

Но ведь термометр все-таки что-то пока­зывает? Если от ответа потребовать необхо­димую строгость и точность, то на такой вопрос придется ответить так: ничего, кроме удлинения в столбике нагретой ртути.

Ну а если ртуть заменить другим вещест­вом: газом или каким-либо твердым телом, которое также расширяется при нагревании, что будет тогда? Что будут показывать по­строенные на иной основе термометры?

Представим себе, что такие термометры мы сделали. Одни из них мы заполнили ртутью, воздухом, другие изготовили целиком из желе­за, меди, стекла. Точно установим на каждом из них постоянные точки: в тающем льду 0°, в кипящей воде 100°.

Попробуем теперь измерять температуру. Окажется, что, когда воздушный термометр покажет, например, 300°, другие термометры будут показывать:

ртутный 314,1°,

железный 372,6°,

медный 328,8°,

стеклянный 352,9°.

Какая же из этих «температур» правильна: «воздушная», «ртутная», «железная», «медная» или «стеклянная»? Ведь каждое из испытанных нами веществ показывает свою собственную температуру. Еще интересней повел бы себя «водяной» термометр. В пределах от 0° до 4° Ц он показывал бы при нагревании понижение температуры.

Можно, конечно, попытаться выбрать вме­сто теплового расширения какое-нибудь дру­гое свойство вещества, изменяющееся при на­гревании. Можно, например, построить термо­метры на основе изменения (при нагревании) упругости пара жидкости (например, спир­та), электрического сопротивления (например, платины), термоэлектродвижущей силы (термо­пара). В наше время такие термометры широко применяются в технике.

При условии предварительной калибровки по двум постоянным точкам такие термометры, например, при 200°Ц будут показывать: спир­товой (по упругости пара) 1320°, платиновый (по сопротивлению) 196°, спай платины и спла­ва ее с родием (термопара) 222°.

Так какая же из всех этих разных «тем­ператур» настоящая? Как и чем нужно изме­рять температуру?

Прежде чем ответить на эти вопросы, сле­дует уяснить себе самое важное в них - их точное содержание и смысл: «чем нужно изме­рять температуру». Почему такой «простой» вопрос вообще может возникать?

Чем мы измеряем длину? Метрами. Метр - это длина линейки эталона, который ученые

очень бережно хранят, чтобы он не пропал и не испортился. Чем мы измеряем объемы? Можно измерять литрами. Литр - это объем, равный одному кубическому дециметру. А чем мы измеряем температуру?

Эти вопросы совершенно сходны, но ответы на них принципиально различны. Если мы сольем в бочку несколько ведер холодной воды, то бочка будет заполнена водой. Сумма объемов воды в ведрах будет равна объему бочки. Но сколько бы холодной воды вы ни влили в бочку, горячей воды при этом не полу­чится. Рассуждение это совсем не смешно и не наивно, и факт этот вовсе не очевиден сам собой. Это очень важный закон природы, к которому мы просто привыкли, потому что знаем его из опыта. Из нескольких коротких палок можно составить одну длинную, соеди­нив их между собою встык. Но нельзя сложить температуру раскаленного угля из печи и тем­пературу куска льда. Раскаленный уголь от этого не станет более горячим.

Измерять температуру, подобно тому как измеряют длину, объем, массу, нельзя потому, что температуры не складываются. Невозможна такая единица температуры, которой можно непосредственно измерять любую температуру, подобно тому как метром можно измерить любую длину. Объем, длина, масса - примеры экстенсивных свойств системы. Если железный стержень разделить на несколько частей, тем­пература каждой из них от этого не изменится. Температура - пример интенсивных свойств системы. Непосредственно установить число­вое соотношение между различными темпера­турами невозможно и бессмысленно.

Но ведь измерять температуру необходимо. Так как же ее измерять, если ее нельзя изме­рить методом, пригодным для измерения экстен­сивных величин?

Для этого возможен только один путь - использовать объективную связь между темпера­турой и любой экстенсивной величиной: изме­нением объема, длины, отклонением стрелки гальванометра и т. п.

Поэтому ответ на вопрос - какая из пере­численных выше различных «температур» на­стоящая - может показаться с первого раза странным: все они равноправны. Любое свой­ство системы, зависящее от температуры, мо­жет быть выбрано для ее характеристики и измерения.

Термодинамика сумела указать способ и вещество, которое позволяет осуществить тем­пературные измерения наиболее целесообразно.

Это - идеальный газ. По его расширению при постоянном давлении или по росту давления при постоянном объеме могут быть проведены наиболее целесообразно измерения температуры. При таком способе измерения бесчисленные выражения для любых закономерностей в при­роде становятся наиболее простыми.

Но у идеального газа есть один существен­ный недостаток: такого газа нет в природе.

Давление

Насколько сложно и трудно понятие о тем­пературе, настолько просто и ясно понятие «давление». Его хорошо знает любой школьник из самого начального учебника физики. Да­вление - это сила, действующая на единицу площади поверхности. Направлено давление в случае газов и жидкостей всегда перпендику­лярно к поверхности. Понятие «давление» мож­но приложить к твердым телам, но следует ном-нить, что свойства твердых тел могут зависеть от направления, в котором действует давление (например, пьезоэффект).

В термодинамике давление и температура - два основных, главнейших параметра, опре­деляющих состояние термодинамической систе­мы. Это определение означает, что одно и то же количество вещества при одних и тех же зна­чениях температуры и давления занимает всегда один и тот же объем. Правда, необходимо до­бавить: это определение справедливо, когда в системе достигнуто равновесное состоя­ние.

Химику очень полезно знать, что один грамм-моль любого газа при 0° Ц и при дав­лении в 1 атм занимает объем, равный при­близительно 22,4 литра. Это стоит запомнить.

Теплота

Наверное, не одна сотня тысяч лет про­текла с тех пор, как наши далекие предки впервые познакомились с огнем и научились сами получать теплоту. Каждый из нас грелся у горячей печки и мерз в стужу. Казалось бы, что может быть теперь привычнее и понят­ней, чем так хорошо знакомая всем теплота.

Но вопрос - что такое теплота - далеко не так прост. Правильный ответ на него был найден наукой совсем недавно. Долгое время ученые даже не замечали всю сложность этой проблемы.

Первое истолкование природы теплоты было основано на бесспорном и очевидном как буд­то бы факте: при нагревании тела его темпера­тура повышается - следовательно, тело полу­чает теплоту. При остывании, охлаждаясь, тело ее теряет. Поэтому всякое нагретое тело представляет собой смесь того вещества, из которого оно состоит, и тепла. Чем выше температура тела, тем больше в нем приме­шано теплоты. Теперь уже мало кто помнит, что слово «температура» в переводе с латинского и означает «смесь». Когда-то, например, о бронзе говорили, что она - «температура олова и меди».

Два совершенно различных объяснения, две гипотезы о природе теплоты спорили между собой в науке почти два столетия.

Первую из этих гипотез высказал в 1613 г. великий Галилей. Теплота - это вещество. Оно необычно. Оно способно проникать в любые тела и выходить из них. Тепловое вещество, иначе теплород, или флогистон, не порождается и не уничтожается, а только перераспределяется между телами. Чем его больше в теле, тем тем­пература тела выше. Еще не так давно говори­ли - «градус теплоты» (а не температуры), считая, что термометр измеряет крепость смеси из ма­терии и теплорода. (До сих пор еще сохранился обычай мерить в градусах крепость вина - смесь воды и спирта.)

Вторую гипотезу, совершенно, казалось бы, отличную от представления Галилея, выска­зал в 1620 г. знаменитый философ Бэкон. Он обратил внимание на то, что было издавна известно любому кузнецу: под сильными уда­рами молота становится горячим холодный кусок железа. Известен способ получения огня трением. Значит, ударами и трением можно произвести теплоту, не получая ее от уже нагретого тела. Бэкон из этого заключил, что теплота есть внутреннее движение мельчайших частиц тела и температура тела определяется скоростью движения частиц в нем. Эта теория получила в науке название механической тео­рии теплоты. Для ее обоснования и развития очень много сделал гениальный Ломоносов.

При коренном расхождении обе гипотезы имеют немало сходства: из теории теплорода следовало, что термометр измеряет количество теплорода, содержащегося в теле, согласно же механической теории тепла, термометр пока­зывает количество движения, содержащегося в теле. Согласно обеим теориям, должен суще­ствовать абсолютный нуль температуры. Он будет достигнут тогда, когда, по теории теплорода, от тела будет отнят весь теплород, а по механической теории - когда тело потеряет все содержащееся в нем движение.

Теория теплорода почти два века господст­вовала в науке. Она проста и наглядна. Но она ошибочна. Точное взвешивание тел при разных температурах показало, что теплота невесома. Невесомость теплоты хорошо согласовывалась с механической теорией тепла. Тогда думали, что движение никоим образом не может по­влиять на вес тела. Правда, теперь мы знаем, что это не точно. Энергия, согласно закону Эйнштейна, должна обладать массой и, сле­довательно, тоже «весит»; только соответствую­щая прибавка в весе лежит далеко за пределами даже современной точности взвешивания.

Не следует смешивать теплоту с тепловой энергией тела. Тепловая энергия тела опреде­ляется кинетической энергией движения его молекул. Но теплота (это очень важно) дале­ко не равна тепловой энергии. И еще более важно, что теплота вообще не содержится в теле. Теплоты от дров, горящих в печи, в дровах вообще не было. Теплота только поступает в тело или уходит из него.

Совсем не трудно подсчитать количество энер­гии хаотического теплового движения в систе­ме, состоящей из молекул перегретого водя­ного пара,- это и будет его тепловая энергия. Но количество теплоты, которое может выде­литься из этой системы при ее охлаждении, совсем не равно тепловой энергии: сначала охладится пар, потом он начнет конденсиро­ваться в жидкую воду, затем охладится вода и, наконец, вода замерзнет. Теплота же испа­рения воды и теплота плавления льда очень велики. От перегретого пара, таким образом, можно получить гораздо больше теплоты, чем в нем содержится тепловой энергии.

Поэтому, строго говоря, обе гипотезы не верны - ни представление о теплоте как о теп­ловом веществе, ни механическая теория тепла. Вторая из них подтверждена опытом, но она не имеет никакого отношения к теплоте и касается только тепловой энергии, а это не одно и то же.

Работа

Совершать механическую работу - это зна­чит преодолевать или уничтожать сопротив­ления: молекулярные силы, силу пружины, силу тяжести, инерцию материи и т. д. Исти­рать, шлифовать тело, разделять его на части, поднимать грузы, тянуть по дороге повозку,

по рельсам - поезд, сжимать пружину - все это значит совершать работу; это значит преодолевать в течение некоторого времени сопротивление. Совершать работу - это значит преодолевать сопротивление газа, жидкости, твердого тела, кристалла. Сжимать газ, жид­кость, кристалл - это значит совершать работу.

Одним и тем же именем «работа» названы несходные явления, но за внешними различия­ми надо видеть общие основные черты. Работа связана с движением: груз поднимается, по­возка перемещается, поршень скользит в ци­линдре двигателя. Без движения нет работы.

Работа связана с упорядоченным движени­ем. Весь груз перемещается вверх. Вся повозка движется по дороге в одном направлении. Весь поршень в одном направлении движется в ци­линдре. Работа невозможна без двух участ­ников. Для поднятия одного груза должен опуститься другой груз, должна распрямиться пружина, должен расшириться газ. Оба участ­ника движутся упорядочение. Работа - это передача упорядоченного движения от одной системы к другой.

Не следует думать, что работа может быть связана только с механическим движением. Работа может совершаться и при изменении электрического или магнитного поля.

Способность системы совершать работу, конечно, очень важна для термодинамики. Но какую именно работу может совершить систе­ма - это для термодинамики несущественно. Как именно данную работу можно рассчитать и как ее измерить, должна сказать другая наука.

Определение механической работы дает механика. Это определение знает каждый школьник: работа (А) равна произведению силы (F) на путь (l).

Если же сила непостоянна, то приходится подсчитывать величину работы на каждом до­статочно малом участке пути (математики гово­рят - на бесконечно малом), на котором силу можно считать постоянной

dA=Fdl,

и затем просуммировать бесконечно малые значения работы по всему пройденному пути:

Тем, кто еще не отучился пугаться математи­ческих формул, полезно запомнить, что знак интеграла ∫- это просто вытянутая буква S - начальная в слове «сумма».

В физической химии часто рассматриваются процессы, связанные с дроблением вещества в тонкий порошок (в пыль) или с возникно­вением из пара новой фазы тумана или дыма. При таких процессах возникает огромная но­вая поверхность множества мельчайших ча­стиц, и на ее образование должна быть затра­чена немалая работа. Эту работу нельзя не учитывать. Она равна произведению поверх­ностного натяжения (а) на площадь новой поверхности (S):

Такая работа затрачивается и при выдувании мыльного пузыря.

Теплотехника при подсчете работы любых тепловых машин пользуется величиной работы расширяющегося газа, например водяного пара в цилиндре паровоза или в турбине. Этот очень важный вид работы измеряется произве­дением давления газа на изменение его объема:

Электрохимия, например, знает другой вид работы. Электрическая работа аккумулятора или гальванического элемента равна произве­дению электродвижущей силы (Е) на изменение заряда (q):

Полезно заметить и запомнить, что все выражения для различного вида работы очень сходны между собой. Любая работа обязатель­но измеряется произведением двух сомножи­телей: некоторой обобщенной силы / (это мо­жет быть сила всемирного тяготения, сила магнитного или электрического поля, давле­ние, поверхностное натяжение, любые меха­нические силы и т. д.) и величины а - изме­нения соответствующего параметра системы (пройденный путь, электрические заряды, вели­чина поверхности, объем и т. д.):

А=∫fda.

В задачи термодинамики не входит изу­чать различие между разными видами работы. Об этом должны позаботиться другие науки. Различных работ может быть очень много. Теплота только одна.

Что такое термометр? Если вы интересуетесь этим вопросом и хотите найти на него простой и понятный ответ, то добро пожаловать! Специально для вас мы написали данную публикацию, в которой в полной мере освещается эта тема.

История создания

Дабы понять, что такое термометр, для начала необходимо окунуться в дебри истории. Думаем, предоставленная ниже информация будет очень полезна для общего развития.

С греческого языка слово "термометр" переводится как "измерять тепло". Первым прототипом данного приспособления был термоскоп, и создал его небезызвестный Галилео Галилей в 1957 году. Это изобретение представляло собой небольшой шарик с приделанной ручкой. Его использовали для определения температуры жидкости. Термоскоп хоть и можно назвать первым термометром, но по конструкции он сильно отличался от своих современных аналогов. Его показания напрямую зависели от атмосферного давления, а не от ртутной шкалы.

С развитием научного прогресса менялся и сам термометр. В 1667 году, через 110 лет после изобретения термоскопа, впервые был упомянут жидкостный термометр, а в 1742 году физик из Швеции Цельсий изобрел термометр со шкалой, в которой точка "0" обозначала температуру замерзания жидкости, а точка "100" - температуру ее кипения.

Виды термометров

Перевод и определение слова "термометр" вам уже известны, теперь пришло время поговорить о существующих разновидностях этого прибора. Всего есть семь видов термометра, и каждому из них мы посвятим свой абзац.

Жидкостный термометр

Данный прибор действует за счет эффекта расширения жидкости во время ее нагревания. Самым известным жидкостным термометром является ртутный. Его часто использует в медицине для измерения температуры тела. Несмотря на то что ртуть является очень токсичным и опасным веществом, она способна наиболее точно определять температуру тела (чего нельзя сказать про другие жидкости).

Термометры на спирту активно используются в метеорологии. "Почему не ртутные?" - наверняка спросите вы. А дело в том, что, когда температура воздуха достигает 38 градусов по Цельсию, ртуть внутри прибора начинает приобретать густую форму, из-за чего тот перестает работать.

Газовый термометр

Что такое термометр жидкостный? Думаем, на этот вопрос нам удалось дать емкий и информативный ответ. Теперь поговорим о газовых термометрах, которые работают практически по тому же принципу, что и жидкостные. Единственным отличием между ними является то, что газовые термометры используют инертный газ вместо жидкости. Диапазон таких приборов составляет от 271 градуса по Цельсию до 1000 градусов по Цельсию. Как правило, газовые термометры используются для первичного измерения температуры того или иного вещества.

Механический термометр

Он работает примерно по тому же принципу, что и его ранее упомянутые аналоги. Температура в нем определяется за счет расширения ленточки из биометалла и металлической спирали. Такого рода приборы отличаются простотой в использовании и хорошей надежностью. Зачастую их используют в системах автоматизации и сигнализациях.

Термометр сопротивления

Основой работы данного термометра является зависимость проводника от температуры. Для создания этих приборов используют металлы. Такого рода термометры зачастую используются на экспериментальных стендах, в лабораториях и на производстве.

Термоэлектрический (термопарный) термометр

Термопара - это контакт, через который при изменении температуры начинает проходить ток. К плюсам термоэлектрических термометров стоит отнести широкий диапазон измерений, простоту в использовании и возможность заземления спая. Но, к сожалению, не обошлось и без минусов. Со временем термопара может заржаветь или подвергнуться другим химическим процессам, способным навредить термометру. Термопары с электродами из золота, палладия или какого-либо другого благородного металла обладают максимальной точностью.

Волоконно-оптический термометр

Что такое волоконно-оптический термометр? Это датчик, в основе которого находится оптоволокно. Данные приборы очень хорошо реагируют на любые, даже малейшие изменения в погоде. Их активно используют на производствах для обеспечения безопасности.

Пирометр (или инфракрасный термометр)

Главным отличием инфракрасного термометра от всех предыдущих является то, что он работает бесконтактно. Зачастую их используют на производствах, но в последнее время их все чаще стали применять в медицинских целях. В этом нет ничего удивительного: пирометры более безопасны, чем стандартные ртутные градусники, а также они тратят меньше времени на измерение температуры.

В чем разница между градусником и термометром?

Значение слова "градусник", как ни странно, часто становится предметом обсуждений среди многих людей. Кто-то считает, что градусник и термометр - это один и тот же прибор, а кто-то уверен в обратном. Давайте разъясним все раз и навсегда: градусник - это то же самое, что и термометр! Градусник - это просто разговорное наименование термометра, прижившееся в народе. Поняли? Идем дальше.

Что делать, если разбил термометр?

Мы уже обсудили с вами, что означает слово термометр, и какими бывают его виды, но до сих пор не поговорили об одной не менее важной теме - безопасности. Иногда бывает так: человек начал плохо себя чувствовать и решил проверить температуру своего тела. Он достает свою домашнюю аптечку, берет градусник и случайно роняет его на пол. В итоге этот прибор разбивается, а токсичное вещество ртуть оказывается на его полу.

Если вы случайно разбили термометр и не хотите отравиться ядовитыми парами ртути, обязательно следуйте таким указаниям:

1. Откройте окно, чтобы обеспечить приток свежего воздуха и лучшую вентиляцию.
2. Выведите из комнаты всех людей (особенно это касается маленьких детей).
3. Чтобы уменьшить разнос токсичных паров в другие комнаты, закройте дверь.
4. Для уменьшения разноса ядовитых веществ на обуви необходимо на входе постелить специальный коврик или тряпочку, смоченную раствором марганцовки.
5. После перечисленных действий настоятельно рекомендуется обратиться за помощью специалистов и не убирать всю ртуть вручную.

Синонимы слова "термометр"

На самом деле синонимов к слову термометр существует немного, а те, что есть, уже неоднократно звучали в данной статье. Но для закрепления материала мы повторим их еще раз:

• Прибор.
• Градусник.
• Устройство.
• Приспособление.

Итог

В нашем столетии очень тяжело представить жизнь без термометра. Это универсальное устройство по праву считается незаменимым и единственным в своем роде. Оно неоднократно встречается в быту, и без него уже практически нельзя обойтись. Выбор термометра в первую очередь зависит от сферы его использования, размеров и точности.

Надеемся, что информация, предоставленная в данной статье, вам помогла и вы узнали много нового.