Принцип работы термометр: Как работают термометры?

Как работают термометры?

26.08.2019

В наше время сложно найти человека, который ни разу не слышал, о термометрах и в каких целях их используют. Однако не все люди могут объяснить то, как они работают. Раньше всем известное слово градусник ассоциировалось только с ртутным прибором, то сейчас существует несколько вариантов оборудования и не только для измерения температуры тела. Продаются термометры практически в каждой аптеке, но чтобы разобраться с принципом работы каждого, следует ознакомиться с характеристиками прибора. Самыми популярными являются ртутный и электронный приборы.

Принцип действия и преимущества

Ртутные термометры. Представляет собой обычную стеклянную колбу заполненную ртутью. Чаще всего используют его в быту или технических сферах. Принцип работы очень простой: при повышении температуры жидкость в сосуде расширяется и поднимается до высоких показателей, соответственно при снижении – ртуть сжимается и опускается вниз. Прибор могут заполнять не только ртутью, но спиртосодержащими веществами. Учитывая тот фактор, что ртуть не прилипает к стенкам колбы, уровень очень просто считать, тем самым просто узнать т очную температуру. Ртутный термометр показывает точные данные, но, не смотря на такой плюс, такой прибор считается опасным. Молекулы ртути отравляют воздух и окружающую среду. Поэтому перед тем как измерять им температуру, важно следовать всем правилам использования, а в случае повреждения пролившуюся ртуть нужно утилизировать.

Электронные термометры. Такое устройство достаточно простое. Внутрь каждого термометра устанавливают датчики температуры, которые реагируют на температуру окружающей среды или тела. В медицине обычно используются полупроводниковые датчики, которые указывают на разность температур между горячими и холодными спаями. Каждый термометр оснащен звуковым датчиком, благодаря которому прибор издает звук, когда процесс измерения температуры окончен. Некоторые модели оснащены памятью, что позволяет узнать о последних показателях температуры. У таких вариантов есть масса плюсов, но, к сожалению, основной недостаток – погрешности в показаниях. Поэтому лучше покупать дорогие экземпляры.

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

Задать вопрос

Возврат к списку

Поделиться:

Рекомендуемые товары

Измеритель-регистратор (логгер) влажности и температуры EClerk-M-RHT

В наличии

Подробнее

Гигрометр психрометрический ВИТ-1

В наличии

Подробнее

Bluetooth — Термометр RELSIB WT52

В наличии

Подробнее

Bluetooth — Термогигрометр RELSIB WH52

В наличии

Подробнее

Измеритель-сигнализатор качества воздуха EClerk-Eco-A

В наличии

Подробнее

Измеритель-регистратор температуры (логгер) EClerk-M-2Pt

В наличии

Подробнее

Измеритель-регистратор температуры (терморегистратор) EClerk-M-T

В наличии

Подробнее

Терморегулятор Ратар-02К со встроенным таймером для саун и фитобочек

Под заказ

Подробнее

Термометр – прибор для измерения температуры

Термометр – прибор для измерения температуры

В настоящее время трудно найти человека, который не слышал о таких приспособлениях как термометр, лабораторные весы или песочные часы и не смог бы объяснять, для чего они предназначены.

Если раньше широко употребляемым было слово градусник, которое ассоциировалось только с ртутным термометром, то в настоящее время рынок лабораторного оборудования и измерительных приборов настолько расширился, что к слову термометр присоединяют еще одно слово, определяющее его тип или принцип действия: молочный, технический, керосиновый, для воды, оконный, газовый, оптический, инфракрасный, термополоски. Разнообразие данного изделия можно найти практически в любой аптеке, но разобраться в них и выбрать наиболее подходящий достаточно непросто, так как каждая модель наряду со своими преимуществами обладает и рядом недостатков.

Определение и применение

Термометр – это прибор для измерения температуры тела, воды, почвы, воздуха и др.. Принцип действия основан на свойстве жидкости расширятся под действием тепла. В связи с тем, что прибор измерения температуры неприхотлив в использовании, он часто применяется как в технической области и лабораторной практике, так и в быту. На сегодняшний день существует большое количество разновидностей такого измерительного оборудования, отличающиеся по способу действия, но главной их задачей является измерение температуры.

Возникновение термометра

Многие ученые трудились над изобретением термометра. Однако основы современного измерения температуры заложил в 1592 г. Галилео Галилей. Конструкция его прибора была очень проста. Термоскоп-термометр показывал только изменение степени нагретости тела. А отсутствие шкалы делало его несовершенным из-за невозможности определить точное температурное значение. В начале XVIII века немецкий ученый Фаренгейт впервые изобрел современный измерительный прибор – ртутный термометр со стандартной шкалой. Позже Цельсий установил константы точки тающего льда и кипящей воды.

Виды термометров

Современный рынок лабораторного оборудования и приборов настолько велик, что перечислить и разобраться в них не так уж просто. Однако такое разнообразие помогает найти наиболее подходящий вариант термометра:

— жидкостный – самый распространенный вид, основанный на тепловом расширении химических реактивов (ртути, керосина, этилового спирта, пентана, толуола и т. д.). По сравнению с другими термометрами, ртутный имеет больше преимуществ, благодаря достоинствам используемого химического вещества. Он точно определяет температуру тела, долговечен, легко стерилизуется и имеет невысокую стоимость. Ртутный градусник (наиболее частое название) обладает наибольшей точностью определения температуры, погрешность которого составляет около 0,1 °C. Однако хрупкое лабораторное стекло и ядовитая начинка представляют опасность для человека при его неосторожном использовании;

— механический – аналогичен жидкостному по принципу действия и применяется для автоматического регулирования температуры и электрической сигнализации;

— электронный или цифровой – сконструирован на основе встроенного датчика, где данные выводятся на дисплей. Кром того, в таких моделях могут быть предусмотрены такие функции, как хранение в памяти последних результатов, подсветка, звуковые сигналы, сменная шкала «Цельсий-Фарентейт». Однако такой прибор имеет ряд серьезных недостатков: невозможность стерилизовать, высокая степень погрешности и немалая стоимость;

— инфракрасный (пирометр) представляет собой достаточно новую разновидность данного прибора. Измерения осуществляются благодаря наличию чувствительного элемента, способного считать данные инфракрасного излучения тела, результаты которого выводятся на дисплей. Определение температуры такими градусниками происходит в течение 2-15 секунд. Отсутствие непосредственного контакта с человеком – наибольшее преимущество данного вида, так как это позволяет измерять температуру в нестабильных ситуациях (спящим больным, капризным детям и т.д.).

Где купить качественные измерительные приборы для различных предназначений?

Термометр, как один из наиболее часто используемых приборов, следует покупать в аптеке или специализированном магазине, в таком, как например: online магазин химических реактивов Москва розница и опт «Прайм Кемикалс Групп». Он специализируется на продаже химических реактивов, лабораторного оборудования и приборов, лабораторной посуды из стекла и других материалов. Весь товар сертифицирован и соответствует ГОСТ стандартам. На нашем сайте можно купить весы лабораторные, аналитические весы, весы электронные лабораторные, термометр и ареометр цена которых самая приемлемая на современном фармацевтическом рынке.

“Prime Chemicals Group” – надежное оснащение европейского качества!

Учебное пособие по физике

У всех нас есть чувство того, что такое температура. У нас даже есть общий язык, который мы используем для качественного описания температуры. Вода в душе или ванне кажется горячей, холодной или теплой. Погода снаружи холодная или парная . Мы, конечно, хорошо чувствуем, насколько одна температура качественно отличается от другой температуры. Мы не всегда можем прийти к единому мнению о том, является ли температура в помещении слишком высокой, слишком низкой или идеальной. Но мы, вероятно, все согласимся, что у нас есть встроенные термометры для качественных суждений об относительных температурах.

Что такое температура?

Несмотря на наше встроенное чувство температуры, она остается одним из тех понятий в науке, которым трудно дать определение. Кажется, что обучающая страница, посвященная теме температуры и термометров, должна начинаться с простого определения температуры.

Но именно в этот момент я поставил в тупик . Поэтому я обращаюсь к знакомому ресурсу Dictionary.com… где я нахожу определения, которые варьируются от простых, но не слишком поучительных, до слишком сложных, чтобы быть поучительными. Рискуя плюхнуться животом в бассейн просветления, я приведу здесь некоторые из этих определений:

  • Степень тепла или холода тела или окружающей среды.
  • Мера теплоты или холодности объекта или вещества по отношению к некоторому стандартному значению.
  • Мера средней кинетической энергии частиц в образце вещества, выраженная в единицах или градусах по стандартной шкале.
  • Мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе.
  • Любая из различных стандартных числовых мер этой способности, таких как шкала Кельвина, Фаренгейта и Цельсия.

Наверняка нас устраивают первые два определения — степень или мера того, насколько объект горячий или холодный.

Но такие определения не способствуют нашему пониманию температуры. Третье и четвертое определения, которые ссылаются на кинетическую энергию частиц и способность вещества передавать тепло, являются точными с научной точки зрения. Однако эти определения слишком сложны, чтобы служить хорошей отправной точкой для обсуждения температуры. Так что мы смиримся с определением, аналогичным пятому из перечисленных — температуру можно определить как показание термометра. Следует признать, что этому определению не хватает силы, необходимой для выявления столь желанного Ага! Теперь я понимаю! момент. Тем не менее, он служит отличной отправной точкой для этого урока о тепле и температуре. Температура – это то, что показывает термометр. Чем бы ни измерялась температура, она отражается показаниями термометра. Так как именно работает термометр? Как это надежно
метра независимо от того, что температура является мерой?

Как работает термометр

Сегодня существует множество типов термометров. Тип, с которым большинство из нас знакомо из уроков естествознания, состоит из жидкости, заключенной в узкую стеклянную колонку. В старых термометрах этого типа использовалась жидкая ртуть. В ответ на наше понимание проблем со здоровьем, связанных с воздействием ртути, в этих типах термометров обычно используется какой-либо жидкий спирт. Эти жидкостные термометры основаны на принципе теплового расширения. Когда вещество нагревается, оно увеличивается в объеме. Почти все вещества демонстрируют такое поведение при тепловом расширении. Это основа конструкции и работы термометров.

При повышении температуры жидкости в термометре увеличивается его объем. Жидкость заключена в высокую узкую стеклянную (или пластиковую) колонку с постоянной площадью поперечного сечения. Таким образом, увеличение объема происходит из-за изменения высоты жидкости внутри колонны. Увеличение объема и, следовательно, высоты столба жидкости пропорционально повышению температуры. Предположим, что повышение температуры на 10 градусов вызывает увеличение высоты столба на 1 см. Тогда повышение температуры на 20 градусов приведет к увеличению высоты столба на 2 см. А повышение температуры на 30 градусов приведет к увеличению высоты столба на 3 см. Зависимость между температурой и высотой столбика является линейной в небольшом диапазоне температур, для которого используется термометр. Эта линейная зависимость делает калибровку термометра относительно простой задачей.

Калибровка любого измерительного инструмента включает в себя размещение делений или меток на инструменте для точного измерения количества по сравнению с известными стандартами. Любой измерительный инструмент, даже измерительный стержень, должен быть откалиброван. Инструмент нуждается в делениях или маркировке; например, метровая линейка обычно имеет маркировку через каждые 1 см или через 1 мм. Эти маркировки должны быть точно нанесены, и о точности их размещения можно судить только при сравнении с другим объектом, о котором точно известно, что он имеет определенную длину.

Термометр калибруется с использованием двух объектов с известными температурами. Типичный процесс включает использование точки замерзания и точки кипения чистой воды. Известно, что вода замерзает при 0°С и кипит при 100°С при атмосферном давлении 1 атм. Поместив термометр в смесь ледяной воды и позволив жидкости термометра достичь стабильной высоты, на термометре можно поставить отметку 0 градусов. Точно так же, поместив термометр в кипящую воду (при давлении 1 атм) и позволив уровню жидкости достичь стабильной высоты, на термометре можно поставить отметку в 100 градусов. С этими двумя отметками, размещенными на термометре, между ними можно разместить 100 равноотстоящих делений, чтобы представить отметки в 1 градус. Поскольку существует линейная зависимость между температурой и высотой жидкости, деления между 0 градусами и 100 градусами могут быть расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. С помощью откалиброванного термометра можно точно измерить температуру любого объекта в пределах температурного диапазона, для которого он был откалиброван.

 

 

Температурные весы

В результате описанного выше процесса калибровки термометра получается так называемый стоградусный термометр. Стоградусный термометр имеет 100 делений или интервалов между нормальной точкой замерзания и нормальной точкой кипения воды. Сегодня стоградусная шкала известна как шкала Цельсия, названная в честь шведского астронома Андерса Цельсия, которому приписывают ее разработку. Шкала Цельсия является наиболее распространенной температурной шкалой, используемой во всем мире. Это стандартная единица измерения температуры почти во всех странах, за исключением США. Используя эту шкалу, температура 28 градусов Цельсия обозначается аббревиатурой 28°C.

В Соединенных Штатах традиционно медленно переходят к метрической системе и другим общепринятым единицам измерения, однако чаще используется температурная шкала Фаренгейта. Термометр можно откалибровать по шкале Фаренгейта аналогично тому, как это было описано выше. Разница в том, что нормальная точка замерзания воды обозначена как 32 градуса, а нормальная точка кипения воды обозначена как 212 градусов по шкале Фаренгейта. Таким образом, при использовании шкалы Фаренгейта между этими двумя температурами имеется 180 делений или интервалов. Шкала Фаренгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта. Температура 76 градусов по Фаренгейту обозначается аббревиатурой 76°F. В большинстве стран мира вместо шкалы Фаренгейта используется шкала Цельсия.

Температура, выраженная по шкале Фаренгейта, может быть преобразована в эквивалент шкалы Цельсия с помощью следующего уравнения:

°C = (°F — 32°)/1,8 Эквивалент шкалы Фаренгейта с использованием приведенного ниже уравнения:

°F = 1,8•°C + 32°

 

Температурная шкала Кельвина

Хотя шкалы Цельсия и Фаренгейта являются наиболее широко используемыми температурными шкалами, существует несколько других шкал, которые использовались на протяжении всей истории. Например, есть шкала Ренкина, шкала Ньютона и шкала Ромера, которые редко используются. Наконец, есть температурная шкала Кельвина, которая является стандартной метрической системой измерения температуры и, возможно, наиболее широко используемой среди ученых температурной шкалой. Температурная шкала Кельвина похожа на температурную шкалу Цельсия в том смысле, что между нормальной точкой замерзания и нормальной точкой кипения воды есть 100 равных приращений градусов. Однако нулевая отметка по шкале Кельвина на 273,15 единицы холоднее, чем по шкале Цельсия. Таким образом, температура 0 Кельвинов эквивалентна температуре -273,15 °C. Обратите внимание, что в этой системе не используется символ градуса. Таким образом, температура на 300 единиц выше 0 градусов Кельвина называется 300 градусов Кельвина, а не 300 градусов Кельвина; такая температура обозначается аббревиатурой 300 K. Преобразование между температурами Цельсия и температурами Кельвина (и наоборот) может быть выполнено с использованием одного из двух приведенных ниже уравнений.

°C = K — 273,15°

K = °C + 273,15

 

Нулевая точка на шкале Кельвина называется абсолютным нулем. Это самая низкая температура, которую можно достичь. Концепция абсолютного температурного минимума была выдвинута шотландским физиком Уильямом Томсоном (он же лорд Кельвин) в 1848 году. Томсон на основе термодинамических принципов предположил, что самая низкая температура, которая может быть достигнута, составляет -273°C. До Томсона экспериментаторы, такие как Роберт Бойль (конец 17 века), хорошо знали о наблюдении, что объем (и даже давление) образца газа зависит от его температуры. Измерения изменений давления и объема при изменении температуры могут быть выполнены и нанесены на график. Графики объем-температура (при постоянном давлении) и давление-температура (при постоянном объеме) отражали один и тот же вывод — объем и давление газа уменьшаются до нуля при температуре -273°С. Поскольку это самые низкие значения объема и давления, которые возможны, разумно заключить, что -273°C была самой низкой возможной температурой.

Томсон назвал эту минимальную самую низкую температуру абсолютным нулем и утверждал, что следует принять температурную шкалу, в которой абсолютный ноль является самым низким значением на шкале. Сегодня эта температурная шкала носит его имя. Ученым и инженерам удалось охладить материю до температуры, близкой к -273,15°C, но не ниже ее. В процессе охлаждения вещества до температуры, близкой к абсолютному нулю, наблюдался ряд необычных свойств. Эти свойства включают сверхпроводимость, сверхтекучесть и состояние вещества, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна.

 

Температура – ​​это то, что показывает термометр. Но что именно является отражением температуры? Концепция температуры абсолютного нуля весьма интересна, а наблюдение замечательных физических свойств образцов вещества, приближающихся к абсолютному нулю, заставляет задуматься над этой темой более глубоко. Происходит ли что-то на уровне частиц, связанное с наблюдениями, сделанными на макроскопическом уровне? Есть ли что-то более глубокое в температуре, чем просто показания термометра? Что происходит на уровне атомов и молекул при повышении или понижении температуры образца вещества? Эти вопросы будут рассмотрены на следующей странице урока 1.  9.0010

 

Проверьте свое понимание

1. При обсуждении калибровки термометра упоминалось, что существует линейная зависимость между температурой и высотой жидкости в столбике. Что, если связь не была линейной? Можно ли было бы калибровать термометр, если бы температура и высота столба жидкости не были связаны линейной зависимостью?

2. Какое приращение температуры меньше — градус Цельсия или градус Фаренгейта? Объяснять.

3. Выполните соответствующие преобразования температуры, чтобы заполнить поля в таблице ниже.

 

Цельсия (°)

Фаренгейты (°F)

Кельвин (К)

а.

    

б.

  

212

  

в.

    

д.

  

78

  

эл.

  

12

  

Следующий раздел:

Перейти к следующему уроку:

Как работают термометры | Сравнение типов термометров

Как работают термометры | Типы термометров в сравнении

Вы здесь: Домашняя страница > Инструменты, инструменты и измерения > Термометры

  • Дом
  • Индекс А-Я
  • Случайная статья
  • Хронология
  • Учебное пособие
  • О нас
  • Конфиденциальность и файлы cookie

Реклама

Вам сегодня жарко или мне только кажется? И как мы могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, а вы не согласитесь, как мы можем решить спор? Одним из простых способов является измерение температуру термометром в оба дня и сравнить показания. Термометры — это простые научные приборы, основанные на идее о том, что металлы изменяются. их поведение очень точным образом, поскольку они нагреваются (получают больше тепловой энергии). Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.

Фото: Вот это я называю холодом! Этот циферблатный (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моего морозильника: около −30°C (внутренняя шкала) или −25°F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеренная двумя немного разными способами.

Содержимое

  1. Жидкостные термометры
  2. Термометры часовые
  3. Электронные термометры
  4. Измерение экстремальных температур
  5. Что такое температурная шкала?
  6. Узнать больше

Жидкостные термометры

Простейшие термометры действительно просты! Они просто очень тонкие стеклянные трубки, наполненные небольшим количеством серебристой жидкости (как правило, ртути — довольно особый металл, который при обычных, бытовых температурах находится в жидком состоянии). Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину это напрямую связано с температурой. Итак, если температура увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и движется вверх по шкале вдвое больше, чем если бы температура повысилась всего на 10 градусов. Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем легко определить температуру.

Фото: Типичный термометр состоит из жидкости в трубке, которая поднимается и опускается по линейной шкале. (один с равноудаленными делениями) отмечен температурой.

Как определить масштаб? Изготовление по Цельсию (по Цельсию) термометр легко, потому что он основан на температуре льда и кипяток. Они называются двумя фиксированными точками. Мы Известно, что температура льда близка к 0°C, а вода кипит при 100°C. Если мы окунем наш термометр в лед, мы сможем увидеть, где уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая будет примерно 0°С. Точно так же, если мы окунем термометр в кипящей воды, мы можем подождать, пока ртуть поднимется, а затем сделать знак, эквивалентный 100°C. Все, что нам нужно сделать, это разделить масштабирование между этими двумя фиксированными точками на 100 равных шагов («градус Цельсия» означает 100 делений) и, вуаля, у нас есть рабочий термометр!

Фото: Спиртовые термометры. Как вы можете видеть по красным линиям рядом с их шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper на Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостер в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Техасская коллекция фотографий Лиды Хилл в рамках американского проекта Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Ртуть или спирт?

Не во всех жидкостных термометрах используется ртуть. Если линия, которую вы видите на своем термометре красный вместо серебра, как на картинке здесь, ваш термометр заполнен жидкостью на спиртовой основе (например, этанолом). Какая разница? Ртуть токсична, но совершенно безопасно, если он запечатан внутри термометра. Однако если стеклянная трубка ртутного термометра случается сломаться, что потенциально подвергает вас воздействию ядовитой жидкости внутри него.

По этой причине спиртовые термометры, как правило, более безопасны, и они могут также можно использовать для измерения более низких температур (поскольку спирт имеет более низкую температуру замерзания). чем ртуть; это около -114 ° C или -170 ° F для чистого этанола. по сравнению с примерно -40°C или -40°F для ртути).

Фото: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева, внизу рисунка) и Фаренгейта (справа, вверху). Текущая температура составляет около 21°C или около 70°F. Шкала Фаренгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который изготовил первый ртутный термометр в начале 18 века. Шкала Цельсия названа в честь придумавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).

Рекламные ссылки

Термометры со шкалой

Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем На верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по кругу. шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель монтируется на спиральном куске металла, называемом биметаллической полосой, которая предназначена для расширения и изгиба по мере того, как она нагревается (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как они работают). Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем больше она давит на указатель вверх по шкале.

Изображение: Как работает циферблатный термометр: Это механизм, приводящий в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза У. Патнэма от 1905 года. Вверху у нас есть обычное расположение указателя и циферблата. Нижняя иллюстрация показывает, что происходит сзади. Биметаллическая полоска (желтая) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух разных металлов, связанных вместе, которые при нагревании расширяются в разной степени. При изменении температуры биметаллическая полоска более или менее туго изгибается (сжимается или расширяется), а прикрепленная к ней стрелка перемещается вверх или вниз по шкале.

Работа из патента США 798,211: Термометр предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Фото: вот свернутая биметаллическая полоса от настоящего циферблатного термометра (термометр морозильной камеры на нашей верхней фотографии). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в ​​сторону более низких температур, скрученная полоска сжимается; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.

Электронные термометры

Одна из проблем ртутных и циферблатных термометров заключается в том, что они при этом реагировать на изменения температуры. Электронный термометры не имеют этой проблемы: вы просто прикасаетесь зондом термометра к объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей дает вам (почти) мгновенные показания температуры.

Фото: Электронный медицинский термометр 2010 года. Вы ставите металлический щуп во рту или где-то еще на теле и считывайте температуру с ЖК-дисплея.

Электронные термометры работают совершенно иначе, чем механические, которые используют линии ртути или вращающиеся указатели. Они основаны на идее, что сопротивление из куска металла (легкость, с которой электричество течет через него) изменяется при изменении температуры. Чем горячее металлы, тем сильнее вибрируют атомы внутри по ним электричеству труднее течь, и сопротивление увеличивается. Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно, а сопротивление идет вниз. (При температурах, близких к абсолютному нулю, самая низкая теоретически возможная температура -273,15°C или -4590,67°F, сопротивление полностью исчезает в явлении, называемом сверхпроводимость.)

Электронный термометр работает, подавая напряжение на его металлический щуп и измерение силы тока, протекающего через него. Если вы помещаете зонд в кипящую воду, тепло воды делает электричество проходит через пробник с меньшей легкостью, поэтому сопротивление на точно измеримую величину. Микрочип внутри термометра измеряет сопротивление и преобразует его в измерение температуры.

Фото: Электрический термометр сопротивления 1912 года: Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Leeds and Northrup. и используется для измерения температуры в Национальном бюро стандартов США. (ныне NIST) в начале 20 века. Несмотря на его коренастый и неуклюжий вид, его точность составляет 0,0001 градуса. Фото предоставлено цифровыми коллекциями Национального института стандартов и технологий, Гейтерсбург, Мэриленд. 20899.

Основным преимуществом таких термометров является то, что они могут мгновенное считывание в любой температурной шкале Например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там еще. Кроме одного их недостатки в том, что они измеряют температуру от от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут сильно колебаться резко, что иногда затрудняет получение точных показаний.

Точные электрические термометры, известные как термометры сопротивления, используют четыре резистора, расположенных в ромбовидной цепи, называемой мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные номиналы, сопротивление четвертого легко вычислить. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры, подобную схему можно использовать как очень точный термометр: рассчитать его сопротивление (из его напряжения и тока) позволяет нам рассчитать его температуру.

Измерение экстремальных температур

Если вы хотите измерить что-то слишком горячее или холодное для обычного термометра ручки, вам понадобится термопара: хитрое устройство который измеряет температуру, измеряя электричество. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать хоть термопару, можно попробовать пирометром, своего рода термометр, который измеряет температуру объекта по электромагнитное излучение, которое он испускает.

Что такое температурная шкала?

Фото: Температурные шкалы линейны: определенное повышение температуры всегда перемещает вас на одно и то же расстояние вверх по шкале. Это не означает, что термометры должны быть сделаны прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртутный, стрелочный или другой индикатор температуры должен двигаться так же далеко, чтобы указать каждое новое деление по мере повышения или понижения температуры). Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия, используя круглую (но все же линейную) шкалу.

Термометру не обязательно нужна шкала или цифры, нанесенные на него. Только представьте, если вы были на необитаемом острове и нашли в песке старый термометр с шкала и цифры стерлись, но в остальном работает отлично. Вы все еще можете использовать это он получить представление о температурах. Вы можете использовать его очень грубо, чтобы сказать что-то вроде: «Уровень ртути поднялся примерно наполовину, что выше, чем было вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».

Лучшим способом было бы прикрепить собственную шкалу к термометру. Во-первых, вам нужно найти что-то очень холодное (например, кусок льда), поместите термометр на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути. Тогда вы могли бы сделать то же самое чем-нибудь горячим (кипятком) и снова отметьте уровень ртути. Мы называем это два опорных уровня температуры фиксированные точки. Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя неподвижных точек на множество секций равной длины. Вот как стоградусный термометр получил свое название: он имеет 100 («центовых») делений («градусов») между фиксированные точки льда и пара. Чем отличаются температурные шкалы и как они проработаны?

Шкала Фиксированная(ые) точка(и)

по Фаренгейту

Первоначально 32°F (таяние льда в соли) и 96°F (определение температуры тела Даниэля Фаренгейта).

Цельсия

0°C (точка замерзания воды) и 100°C (точка кипения воды).

Кельвин

Определяется в соответствии с тройной точкой воды (где ее твердое тело, жидкость и пар находятся в равновесии), которая составляет 273,16 К.

ITS-90 (Международная шкала температур)

Использует множество разных точек в разных частях своего диапазона. Видеть ИТС-90 подробнее подробности.

Как соотносятся градусы Цельсия и Фаренгейта?

Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру по Цельсию в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8) и затем прибавьте 32. Чтобы преобразовать Фаренгейты в Цельсия, вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9(или разделить на 1,8, что то же самое). Когда вы слышите, что в прогнозах погоды указываются температуры в градусах Цельсия и их эквиваленты в градусах Фаренгейта, вы можете почувствовать, что взаимосвязь между ними немного странная и запутанная, потому что они кажутся такими разными. Но если вы нанесете их на график (как у меня ниже), вы увидите, что обе шкалы совершенно линейны, и каждое повышение температуры, добавляющее еще 10°C, добавляет 18°F.

Диаграмма: Температурная шкала Цельсия показана синим цветом, а шкала Фаренгейта – красным рядом. Каждая точка на диаграмме показывает два эквивалентных измерения для определенной температуры, например, 20°C. равна 68°F. Обе шкалы явно линейны: увеличение на 10°C такое же, как увеличение на 18°F.

Узнайте больше

На этом сайте

  • Отопление
  • Металлы
  • Пирометры
  • Термопары

На других веб-сайтах

  • Введение в температуру: все о температуре и способах ее измерения от Национальной физической лаборатории Великобритании.
  • NIST: Единицы температуры: Описывает различные температурные шкалы и способы их преобразования.

Книги для юных читателей

  • Как мы измеряем температуру? Крис Вудфорд. Gareth Stevens, 2013/Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет).). Акцент здесь делается на температуре как на практической, повседневной форме математики.
  • градусов Фаренгейта, Цельсия и их температурных шкал Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press/Rosen, 2012. Историческое введение, в котором рассказываются истории Дэниела Фаренгейта и Андерса Цельсия, а также практические измерения температуры.
  • Измерь это! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте 7–9 лет, включающее некоторое освещение смежных тем, таких как погода и изменение климата.
  • Температура: нагрев и охлаждение Дарлин Р. Стилл. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для немного более молодых читателей.
  • Термометры от Адель Ричардсон. Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее почти ту же тему, что и эта статья, но предназначенное для младших читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).

Книги для читателей постарше

  • Изобретение температуры: измерение и научный прогресс, Хасок Чанг. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами. Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читабельная.
  • Измерение температуры Л. Михальски. Wiley, 2001. Подробное руководство по точным измерениям температуры для ученых и инженеров.
  • Принципы и методы измерения температуры, Томас Дональд МакГи. Wiley-IEEE, 1988. Подробный (почти 600 страниц) учебник, описывающий температурные шкалы и всевозможные датчики температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2022. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условия использования.

Подпишитесь на нас

Оценить эту страницу

Пожалуйста, оцените или оставьте отзыв на этой странице, и я сделаю пожертвование WaterAid.

РубрикаРазное