Учебник для 6 класса

§ 15. Температура. Измерение температуры. Термометры

Каждое утро мы, собираясь на работу, в школу, спрашиваем: «Какая на улице температура?», понимая под этим, насколько теплый или холодный наружный воздух.

Что такое температура? Температура определяет степень нагретости тела. Как ее измерить? Достаточно ли для этого наших ощущений тепла и холода?

Проведем опыт. Нальем в три стакана воду разной температуры (рис. 93). Опустим правую руку в стакан 1 с холодной водой, а левую — в стакан 3 с горячей водой. Через 2—3 мин обе руки опустим в стакан 2. По ощущениям правой руки вода в стакане 2 теплая, а по ощущениям левой — холодная. Это говорит о том, что наши ощущения субъективны. Для объективной оценки степени нагретости тела, т. е. его температуры (обозначается буквой t), служит измерительный прибор термометр.

Рис. 93

Устройство и действие самого простого термометра было основано на тепловом расширении вещества. Термометр представлял собой стеклянный баллончик, соединенный с тонкой трубкой (капилляром). Баллончик заполнялся ртутью или подкрашенным спиртом. Для изготовления шкалы определялись положения уровней жидкости в трубке при опускании баллончика в тающий снег или лед (рис. 94, а) и кипящую воду (рис. 94, б). Положение уровня жидкости в трубке, когда баллончик был в тающем льде, принималось за нулевое (см. рис. 94, а), а температура тающего льда — за ноль градусов.

Рис. 94

Второму положению уровня соответствовала температура кипящей воды, принятая за 100 градусов. Длина столбика между 0 и 100 градусами делилась на 100 равных частей (см. рис. 94, б). Одно деление означало один градус. Такая шкала впервые была предложена шведским ученым А. Цельсием в 1742 г. Поэтому она называется стоградусная шкала Цельсия, а единица шкалы — градусом Цельсия (°С). Именно такую шкалу имеют бытовые термометры (рис. 95, а, б).

Рис. 95

Особенности в строении имеет медицинский термометр (рис. 95, в). Так как им измеряют температуру тела человека, то цена деления его шкалы С = 0,1 °С/дел. , что в 10 раз повышает точность измерения по сравнению с бытовым термометром, у которого цена деления С = 1 °С/дел.. Шкала имеет пределы от 35°С до 42°С. Вы, очевидно, сами догадались, почему на шкале нет обозначений температуры ниже 35°С и выше 42°С. При таких температурах тела человек гибнет. Нормальной для здорового человека считается температура 36,6°С.

Баллончик медицинского термометра заполняется ртутью. Вблизи баллончика трубка имеет сужение, что не позволяет ртути после того, как измерение закончено и термометр остыл, вернуться назад в баллончик. Этого можно достичь только резким встряхиванием термометра.

В последнее время все чаще используются цифровые термометры (рис. 96).

Рис. 96

Подумайте и ответьте

  1. Какое явление используется в устройстве и действии термометра?
  2. Что принято за 0 градусов и 100 градусов по шкале Цельсия?
  3. Определите: а) цену деления шкалы; б) верхний и нижний пределы измерений; в) показания термометров, изображенных на рисунке 97, а, б, в, г.
  4. Чем объяснить такие значения нижнего и верхнего пределов измерения медицинского термометра (см. рис. 97, в)?
  5. Можно ли измерить бытовым термометром температуру одной капли воды? Почему?

Рис. 97

Сделайте дома сами

В 1592 г. известный ученый Галилео Галилей создал прибор, который можно считать родоначальником термометра. Он назывался термоскопом. Схема термоскопа представлена на рисунке 98. Уровень воды в трубке зависел от температуры воздуха в шарике. Используя пластиковую бутылку (вместо шарика) и трубочку для сока, изготовьте термоскоп и наблюдайте, как зависит уровень воды в трубочке от температуры воздуха в комнате, на улице. Чем неудобен данный прибор? Что в нем общее с бытовым термометром?

Рис. 98

Интересно знать!

Температура кожи отдельных участков тела здорового человека, как правило, имеет следующие значения:

  • ладони руки — 32,9 °С;
  • лба — 33,4 °С;
  • верхней части груди — 32,8 °С;
  • живота — 31,1 °С;
  • подмышечной впадины — 36,6 °С;
  • подошвы — 30,2 °С.

Термометрия — наука об измерении температуры — составляет целый раздел физики и уходит корнями в глубь тысячелетий. Однако первые термометры, позволяющие сравнивать температуры тел не только качественно, но и количественно, появились в XVII в. Показания термометров того времени не согласовывались друг с другом, так как их шкалы градуировались поразному. Например, за «постоянные» точки принимались температуры наиболее жаркого летнего и наиболее холодного зимнего дней.

Рис. 99

В 1714 г. голландский ученый Д. Фаренгейт (рис. 99) температуру смеси льда и поваренной соли принял за 0°F, а температуру таяния льда — за 32°F. Температура кипения воды оказалась равной 212°F. Следующей точкой шкалы Фаренгейта была температура человеческого тела — 96°F. В Англии и США до сих пор используют эту шкалу. В 1730 г. французский физик Р. Реомюр (рис. 100) предложил в качестве нуля градусов принять температуру замерзания воды. Температуру кипения воды он принял за 80°R. Шкалой Реомюра пользовались в царской России до самой революции 1917 г.

Рис. 100

Проверку шкалы Реомюра выполнял шведский ученый А. Цельсий (рис. 101), который использовал ртутный термометр Фаренгейта с собственной шкалой. Усилиями А. Цельсия и другого шведского ученого К. Линнея была создана шкала, которой мы пользуемся и сегодня.

Рис. 101

Рис. 102

Единый подход к измерению температуры стал возможным лишь в XIX в. благодаря английскому физику У. Томсону (лорду Кельвину) (рис. 102). Кельвин ввел абсолютную шкалу температур (рис. 103), нуль которой равен -273,15°С.

Рис. 103

 

Рейтинг@Mail.ru