Как работает термометр Galileo?

К каждому пузырьку прикреплена небольшая металлическая бирка, которая указывает на температуру. Число и символ степени выгравированы в теге. Эти металлические метки на самом деле являются калиброванными противовесами. Вес каждого тега немного отличается от других. Поскольку все пузырьки — это выдувное стекло, они не совсем одинакового размера и формы. Пузырьки калибруют, добавляя к ним определенное количество жидкости, чтобы они имели одинаковую плотность. Итак, после того, как взвешенные метки прикреплены к пузырькам, каждая из них очень незначительно отличается по плотности (отношению массы к объему) от других пузырьков, и плотность всех их очень близка к плотности окружающей воды.

Основная идея заключается в том, что с изменением температуры воздуха за пределами термометра меняется температура воды, окружающей пузырьки. Когда температура воды изменяется, она либо расширяется, либо сжимается, тем самым изменяя свою плотность. Таким образом, при любой плотности некоторые пузырьки будут плавать, а другие тонут. Пузырь, который тонет больше всего, указывает приблизительную текущую температуру.

Рассмотрим этот пример:

Допустим, в термометре есть пять пузырьков:

Синий пузырь (60 градусов) является самым тяжелым (самым плотным), и каждый последующий пузырь немного светлее, а красный — самым легким. Теперь допустим, что температура в комнате составляет 70 градусов. Поскольку окружающий воздух составляет 70 градусов, мы знаем, что вода внутри термометра также составляет около 70 градусов. Синие и желтые пузырьки (60 и 65 градусов соответственно) откалиброваны так, чтобы при этой температуре они имели более высокую плотность, чем вода, поэтому они тонут. Пурпурный и красный пузырьки имеют плотность ниже окружающей воды, поэтому они плавают в самой верхней части термометра. Поскольку калибровка зеленого пузырька соответствует 70 градусам, что соответствует температуре воды, он слегка опускается, поэтому он плавает чуть ниже пурпурного и красного пузырьков, что указывает на температуру в комнате!

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник

Термометр Галилея

Термометр Галилея представляет собой запаянный стеклянный цилиндр, наполненный жидкостью, в которой плавают стеклянные сферические сосудики-буйки. К каждому такому сферическому поплавку прикреплена снизу золотистая или серебристая бирка с выбитым на ней значением температуры. В зависимости от размера термометра количество поплавков внутри бывает от 3-х до 11-ти. В настоящее время термометр представляет эстетическую ценность в качестве эффектного предмета интерьера.

Содержание

История изобретения

Принцип действия

См. также

Примечания

Полезное

Смотреть что такое «Термометр Галилея» в других словарях:

Термометр — (греч. θέρμη тепло; μετρέω измеряю) прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров: жидкостные механические электрические оптические газовые инфракрасные Содержание … Википедия

Термометр — Термометр: 1 резервуар с ртутью; 2 капилляр, по положению ртути в котором отсчитывают показания; 3 шкала. ТЕРМОМЕТР (от термо. и греческого metreo измеряю), прибор для измерения температуры посредством его контакта с исследуемой средой. Первые… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

Термометр* — 1) История T. Изобретателем Т. надо считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но ученики Галилея, Нелли и Вивиани, свидетельствуют, что уже в 1597 г. он устроил нечто вроде термобароскопа. Галилей изучал в это… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Термометр — 1) История T. Изобретателем Т. надо считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но ученики Галилея, Нелли и Вивиани, свидетельствуют, что уже в 1597 г. он устроил нечто вроде термобароскопа. Галилей изучал в это… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Галилей, Галилео — Галилео Галилей Galileo Galilei Портрет Галилео Галилея (1635) кисти … Википедия

Важнейшие открытия в физике — История технологий По периодам и регионам: Неолитическая революция Древние технологии Египта Наука и технологии древней Индии Наука и технологии древнего Китая Технологии Древней Греции Технологии Древнего Рима Технологии исламского мира… … Википедия

научная революция — Общая характеристика Отрезок времени примерно от даты публикации работы Николая Коперника Об обращениях небесных сфер (De Revolutionibus), т.е. с 1543 г., до деятельности Исаака Ньютона, сочинение которого Математические начала натуральной… … Западная философия от истоков до наших дней

История физики — История науки … Википедия

Хронология изобретений человечества — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия

Источник

Термометр Галилея: история про красивую науку

Фото: Flickr, Mugley

Галилео Галилей был знаменитым итальянским физиком, математиком, астрономом и философом, сыгравшим ключевую роль в развитии науки 16 века. Именно он впервые открыл, что плотность жидкости меняется в зависимости от снижения или повышения температуры.

Фото: Flickr, Gingko

Термометр, прозванный в честь великого ученого, сделан из запаянного стеклянного цилиндра. Емкость наполнена жидкостью, в которой плавает несколько буйков. К каждому из буйков привязана бирка. В зависимости от температуры воды эти поплавки либо опускаются на дно, либо поднимаются под потолок сосуда. Однако с эстетической точки зрения термометр Галилео намного привлекательнее своей функциональности – он прекрасен сам по себе!

Фото: Flickr, Tuchodi

Фото: Flickr, Kansas City Royalty

И хотя это устройство не было изобретено самим Галилео, его назвали в честь выдающегося итальянского ученого за то, что конструкция не существовала бы без открытий Галилео. Эти градусники начали делать в 17 веке как раз на основании научных трудов Галилео.

Фото: Flickr, Steve 2.0

Напомним, что на всех буйках есть этикетки. На каждой из этих бирок выгравированы цифра и символ градуса. Вес каждого поплавка четко отрегулирован и откалиброван. Подкрашенная жидкость в буйках играет свою отдельную роль в уравнивании веса поплавков, но для простого обывателя это в первую очередь очень красивое зрелище.

Фото: Flickr, Steve 2.0

Математический принцип, применяемый в термометре Галилео, действует в соответствии с правилом прямо пропорциональной зависимости. Узнать температуру по этому градуснику можно благодаря тому, что каждый буек наполнен жидкостью в разной мере, что влияет на среднюю плотность каждого поплавка. У предмета, плавающего выше всех, плотность ниже, чем у зависающего над самым дном. Но удельный вес этих буйков не сильно отличается от аналогичного параметра жидкости, в которой они пребывают.

Фото: Flickr, jhritz

Фото: Flickr, anujraj

Когда температура в комнате падает, охлаждается и вода в термометре. Жидкость в емкости сжимается, а ее плотность повышается. И, как известно, тела, чья плотность меньше плотности окружающей их среды, стремятся вверх. Поэтому когда вода нагревается, буйки тонут, а когда в комнате становится прохладнее, поплавки всплывают под потолок колбы. В итоге температура воздуха определяется по самому нижнему буйку с соответствующей биркой.

Фото: Flickr, daisee

Фото: Flickr, Rachel D

Фото: Flickr, Anna Ghislaine

На этом видео можно понаблюдать за происходящим в этом устройстве в режиме замедленной съемки:

Термометр Галилео – настоящий образец воплощения красоты в научном мире. И хотя актуальность такого устройства в современном мире уже давно утрачена, этот градусник все еще можно встретить в некоторых квартирах ценителей оригинального интерьера.

Фото: Flickr, Matthew Boyle

Источник

uCrazy.ru

Навигация

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

КАЛЕНДАРЬ

Сегодня день рождения

Рекомендуем

Научная красота: термометр Галилея

Галилео Галилей был итальянским физиком, математиком, астрономом и философом,
сыгравшим немалую роль в научной революции 16-го века. Он был первым, кто открыл,
что плотность жидкости меняется в результате повышения или понижения температуры.

1. Названный в его честь термометр сделан из герметичного стеклянного цилиндра. Внутри чистая жидкость и несколько пузырей, каждый из которых имеет гирьку.

2. По мере изменения температуры они поднимаются и опускаются в зависимости от математических принципов. И все же в термометре Галилея помимо практической ценности есть еще и эстетическая – это сам по себе прекрасный объект.

3. И хотя Галилео не создавал этот термометр, его назвали в его честь, потому что без его открытий термометра бы не было. Эти устройства производят с конца 17-ого века.

4. К каждому пузырьку прикреплена гирька. На каждой из них выгравирован символ и номер. Это противовесы. Каждый из них отличается от других.

5. В пузырьки была добавлена крашеная вода, чтобы каждый пузырь имел одну и ту же плотность. Но это придало термометру свою красоту.

6. Математические принципы термометра очень просты. Каждый пузырек в термометре имеет одинаковый объем, а значит и одинаковую плотность.

7. Это значит, что каждый пузырек имеет ту же гравитационную величину и выталкивающую силу. Гравитация (сила притяжения) толкает вниз, выталкивающая сила – вверх.

8. Каждый пузырик помечается гирькой, прикрепленной к его основанию. Эта гирька увеличивает относительный вес пузыря, а также эффект его силы притяжения. Гирька означает, что плотность каждого пузыря немного отличается от других.

9. Тот шарик, который находится на самом дне, и показывает нынешнюю температуру.

10. По мере того, как плотность жидкости вокруг пузыря меняется, сил притяжения превосходит выталкивающую силу, поэтому пузырь идет на дно. Когда температура повышается, плотность жидкости тоже повышается.

11. Когда плотность понижается, выталкивающая сила также понижается. Все пузыри постоянны, так что когда температура и жидкость увеличиваются, выталкивающая сила понижается из-за пропорциональности с плотностью жидкости, и пузырь идет ко дну.

12. То же самое и наоборот, когда плотность воды увеличивается. Каждый пузырь имеет вес, так что он будет подниматься и опускаться в жидкости определенной плотности при определенной температуре.

13. В плане дизайна термометр отличается элегантностью и красивой формой. Это настоящий пример научной красоты, или красивой науки.

Источник

Понятие температуры, история изобретения и виды термометров, термоскоп Галилея

Понятие температуры вводится для характеристики различной степени нагретости тел. Представление о температуре, как и представление о силе, вошло в науку через посредство наших чувственных восприятий. Наши ощущения позволяют различать качественные градации нагретости: теплый, холодный, горячий и пр.

Все испытывали неприятное ощущение холода при медленном вхождении в холодную воду во время купания, быстро исчезающее и сменяющееся чувством бодрости и удовольствия после того, как в результате полного погружения в воду тело купающегося немного охладится. Чувственная оценка температуры сильно зависит от теплопроводности тела.

Чувственная оценка температуры применима только в весьма узком температурном интервале. Она не годится в случае очень горячих и очень холодных тел. Ничего хорошего не получится при попытке определить на ощупь степень нагретости расплавленного железа или жидкого воздуха.

Температура – это мера относительного нагрева тела по сравнению с другими телами. Мы неосознанно делаем сравнения с температурой нашего тела, или с температурой воздуха, или с точками кипения или замерзания воды.

Первый термометр

Нет более красивого способа измерить температуру, чем термометр Галилея. Хотя это не самый точный прибор, он, безусловно, один из самых привлекательных. Этот прибор основан на термоскопе, изобретенном Галилео Галилеем.

В отличие от обычного стеклянного ртутного термометра, который представляет собой узкую колбу, сделанную из ртути, которая расширяется и сжимается, термометр Галилея намного сложнее.

Он состоит из нескольких стеклянных сфер, каждая из которых заполнена цветной жидкой смесью, которая часто содержит спирт, но может быть даже просто водой с добавлением пищевого красителя. Эти плавающие шары тонут или плавают в окружающей воде.

Ассортимент термометров (термоскопов) Галилея различных размеров, чем больше размер, тем точнее инструмент

Современная наука считает Галилео Галилея основоположником термодинамики, а также первым человеком, изобретшим термометр. Непосредственно, в его сочинениях нет ни одного упоминания о технологии создания термометра, но ученики Галилея, Нелли и Вивиани, подтвердили то, что в 1597 году Галилей создал прибор, подобный термобароскопу (термоскопу).

Целью Галилея было придумать такое устройство, которое позволяло бы измерять степени тепла. Во время создания он вдохновился идеями Герона Александрийского, который в своих работах описал похожую технологию для поднятия уровня воды путем нагрева. В те времена термоскопом называлась следующая конструкция: маленький шарик из стекла, припаянный к стеклянной трубке.

Принцип его действия достаточно прост. Сначала шарик нагревали на несколько градусов, а конец трубки погружали в емкость, наполненную водой. По истечении некоторого времени, давление в шарике уменьшалось, а вода в трубке меняла свою высоту из-за атмосферного давления. Затем, когда температура повышалась, давление в шарике вырастало, а уровень воды в трубке уменьшался.

У созданного термоскопа было несколько отрицательных сторон:

1. Во-первых, он не позволял измерить точную температуру, так как на приборе не имелось никаких шкал.

2. Во-вторых, нужно было учитывать атмосферное давление, которое действовало на уровень воды в трубке, и только 60 лет спустя, в небольшом итальянском городке Флоренции, который славится выдающимися личностями, ученые смогли модернизировать термоскоп.

Из бусинок изготовили шкалу, способную показывать температуру, и создали в шарике и трубке безвоздушное пространство, путем простой откачки воздуха. Такие новшества позволили измерить разность температур различных тел.

На этом усовершенствование модели термоскопа не закончилось. Спустя несколько лет шарик опустили вниз прибора, воду заменили этиловым спиртом (так как, при температуре ниже нуля, емкость лопалась), а сам сосуд отсоединили. Такой прибор уже работал по принципу «расширения мер», наиболее высокие и низкие показатели температур (в летний и зимний период, соответственно) брали за точки постоянства.

Интересен тот факт, что создателями первого термометра могли оказаться такие гении мысли, как: Фрэнсис Бэкон, Роберт Фладд или Саломон де Каус. Последний, известен тем, что лично знал Галилея и находился с ним в приятельских отношениях. Придуманные ими термометры были воздушными, а значит, показания термометра зависели от температуры и атмосферного давления.

Коллекция стеклянных ртутных термометров

Температура, как физическая величина

Температура принадлежит к таким физическим величинам, которые не поддаются непосредственному измерению. Поэтому для измерения ее всегда преобразуют в какую-либо другую измеряемую физическую величину.

С этой целью (в зависимости от диапазона измеряемых температур и условий измерения) используют то или иное термометрическое свойство тел, т. е. зависимость от температуры соответствующим образом выбранной физической характеристики тела.

Чаще всего температуру преобразуют в какую-либо электрическую величину. Термоприемник, осуществляющий преобразование температуры в другую физическую величину, иногда называют преобразователем.

Используемые для измерения высоких температур термометрические свойства тел весьма разнообразны. Этому обстоятельству способствует то, что при изменении температуры меняются многие физические свойства тел, что дает широкую возможность выбора термометрических свойств, удобных для использования в определенных условиях. В зависимости от выбранного термометрического свойства используют тот или иной метод измерения высоких температур.

Самые известные температурные шкалы: Фаренгейта, Реомюра, Цельсия, Кельвина.

Абсолютная термодинамическая шкала (шкала Кельвина) является основной температурной шкалой в физике.

До революции 1917 г. в России была принята шкала Реомюра, поэтому термометры Реомюра использовались повсеместно. И лишь в начале 30-х годов прошлого века они были вытеснены термометрами Цельсия.

До середины прошлого века шкала Фаренгейта широко использовалась в англоязычных странах в промышленности, медицине, метеорологии и др. Приоритетной шкала Фаренгейта по-прежнему остается в США.

Термометры Фаренгейта и Цельсия

Ковертер температур в Excel

Простой конвертер температур (Шкалы Цельсия, Реомюра, Кельвина, Фаренгейта, Ренкина) перевод из одной шкалы в другую.

Виды термометров

Сегодня различают следующие виды термометров:

1. Жидкостные

2. Механические

3. Электрические

4. Оптические (пирометры)

Их работа основывается на изменении параметров тела при повышении или понижении температуры. Используют такие термометры в жарких местах.

5. Инфракрасные

Такие термометры измеряют излучение тепла объекта. Такие термометры безопасны в использовании, имеют очень низкую погрешность измерения, температура ими измеряется за доли секунды, и что самое главное – они позволяют собирать данные сразу с нескольких объектов одновременно.

В электрической группе в качестве термометров чаще всего используются:

термометры сопротивления (измерение электрического сопротивления) ;

термопары (термоэлектрический эффект ).

В литературе можно найти подробную классификацию методов и приборов для измерения температур по принципу действия, а также по структурному и функциональному признакам, и классификацию контактных методов и приборов для измерения высоких температур.

Задачи пирометрии

Свое наименование пирометрия получила от греческого слова «Пиро» — огонь. По установившимся современным представлениям под пирометрией понимают область измерительной техники, задачей которой является разработка и внедрение в различные области науки и промышленности методов и приборов для измерения высоких температур.

Область температур, охватываемая понятием «высокие», не имеет четко фиксированных границ. По-видимому, установление таких границ является в значительной степени условным, и в то время как одни авторы считают высокими температуры, превышающие 100° С, другие рассматривают область высоких температур выше 1000° С.

Ввиду невозможности указать какие-либо принципы установления нижней границы этой области, будем оперировать понятием «высокие температуры» в наиболее привычном для заводской практики смысле и считать высокими все значения температур, превышающие 300° С.

Часто к области высоких температур относят примыкающую к ним область «повышенных температур», которую будем условно считать распространяющейся от комнатных температур (примерно 20°С) до 300° С.

Наука начинается там, где начинаются измерения.

Одна из задач пирометрии — создание такого арсенала методов и приборов для измерения высоких температур, которые в своей совокупности смогли бы охватить все разнообразие объектов, условий и режимов измерения.

Вторая задача пирометрии — обеспечение единства измерений высоких температур различными приборами и методами. Только при единстве измерений можно добиться, чтобы разные методы измерения, применяемые на одних и тех же объектах и в тех же условиях, давали одинаковые (в пределах точности методов измерения) числовые значения измеряемых величин температур.

Наконец, третья задача пирометрии — изучение источников погрешностей измерения различными методами на разных объектах и в разных условиях их применения. Сложность и разнообразие условий, в которых осуществляют измерение, часто делает решение этой задачи настолько трудным, что оно становится предметом специальных, широко поставленных исследований.

Таким образом, в широком смысле слова, задача пирометрии состоит не только в изучении методов и приборов для измерения высоких температур, но и в изучении условий их применения с целью оценки и снижения погрешностей измерения, определения достоверности результатов измерений и повышения этой достоверности.

Измерения температуры в промышленности

В настоящее время во многих отраслях промышленности применение высоких температур является неотъемлемой частью технологического процесса и качество продукции в большой степени определяется надежностью результатов измерений или регулирования температур.

Аналогичное положение наблюдается во многих областях научных исследований, где надежность результатов измерений высоких температур — один из факторов, определяющих успех исследований.

Чрезвычайное разнообразие объектов исследования, условий измерения температур в этих объектах, различие требований к диапазону и точности измерения высоких температур — все это исключает возможность создания универсальных методов и приборов.

Важнейшими задачами современного приборостроения и современной измерительной техники являются разработка надежных методов измерения температуры применительно к различным производствам.

Термопары на производстве

Термоэлектрические термометры раньше других термоэлектрических устройств получили промышленное внедрение. Известный французский физик А. Ле-Шателье создал термопару, одна ветвь которой изготавливалась из платины, вторая из платинородиевого сплава. Эти тугоплавкие материалы позволяли использовать термопару для измерения высоких (до 150 о C) температур.

Термопара Ле-Шателье считалась лучшим термоэлектрическим термометром, на ее основе была разработана промышленная технология изготовления термопар, и в конце XIX века несколько германских фирм специализировались на выпуске термоэлектрических приборов для измерения температур.

В стандартной термопаре Ле-Шателье одна из проволочных ветвей помещалась в капиллярную фарфоровую трубку, которая вместе с другой ветвью монтировалась в фарфоровый цилиндрический корпус. В комплект устройства входил один из наиболее точных приборов того времени — гальванометр д’Арсонваля.

Термография

Инфракрасная термография – это наука использования электронно-оптических устройств для регистрации и измерения излучения и сопоставления его с температурой поверхностей

Тепловое излучение – это передача тепла посредством электромагнитных волн. Основное отличие между различными волнами их длина.

Все объекты, обследуемые с помощью тепловизора, испускают энергию в инфракрасной области спектра. По мере того, как объект нагревается, он испускает больше энергии. Очень горячие объекты испускают достаточно энергии, чтобы ее можно было увидеть человеческим глазом.

Тепловизоры чаще всего используются для проверки состояния электрических систем, поскольку они позволяют проводить обследование быстро и без непосредственного контакта.

Тепловизионное обследование высоковольтного электрооборудования должно производиться с безопасного расстояния.

Подробнее про бесконтактные термометры:

Обследование оборудования с помощью тепловизора

Источник

• ← Термометр в физике что измеряет
• Термометр гигрометр что это такое →