Скачать + смотреть онлайн

видео 2022

бесплатно в хорошем качестве HD

Строго запрещено смотреть анал видео. Крутые - все самые шикарные мамки видео. Мега лучший пердос video.

PhysBook
PhysBook
Представиться системе

Kvant. Термометрия

Материал из PhysBook


А так ли хорошо знакома вам термометрия? // Квант. — 2013. — № 3. — C. 32-33, 60-61.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Термометр, без сомнения, есть одно из чудесных изобретений
современной физики, которое в свою очередь
много содействовало ее успехам.
Рене Антуан Реомюр

Конкретным видом термометра, в наименьшей степени подверженного
неопределенным отклонениям любого типа, является термометр,
который основан на расширении воздуха...
Уильям Томсон (лорд Кельвин)

При повышении температуры в оксидах и сульфидах число проводящих
или свободных квантов электричества — электронов — увеличивается,
пока не станет предельным, после чего их поведение уподобляется металлам...
Иоганн Кенигсбергер

Однажды мы предположили, что кинетическая энергия молекул
пропорциональна температуре. Это предположение привело к температурной
шкале, которую мы назвали шкалой идеального газа.
Ричард Фейнман

Само слово «термометрия» предполагает, что речь сегодня пойдет об измерениях. Только измерениях чего? Создать прибор под названием «температурометр», непосредственно указывающий на измеряемую величину, нельзя. А вот следить за различными свойствами окружающих нас тел, зависящими от температуры, вполне возможно. Собственно, эту задачу на протяжении многих десятилетий и старались решить такие корифеи науки, как Галилей, Герике, Ньютон, Ломоносов, Томсон. Но немало и менее известных ученых оставили свои имена на температурных шкалах.

Этими зависимыми от температуры величинами являются объем и давление газа, длина твердых стержней и объем жидкостей, электрическое сопротивление полупроводников и проводников, цвет особого рода кристаллов, яркость раскаленных металлов и светимость звезд... Скольжение лыж по снегу, вязкость сиропа, плавление воска. — мы собьемся со счета, приводя примеры явлений и процессов, так или иначе позволяющих судить о влиянии на них переменны температуры. Наши изобретательные предшественники так усовершенствовали процедуру измерения температуры, что теперь мы можем обнаружить даже «эхо» Большого взрыва миллиарднолетней давности, запечатленное в реликтовом излучении, соответствующем температуре около 3 К.

Попробуем-ка и мы с большим уважением отнестись ко вроде бы простенькому прибору, именуемому в обиходе «градусником», и с его помощью взять несколько уроков по истории науки, по теоретической и прикладной физике.

Вопросы и задачи

1. Когда гитару выносят из теплого помещения на мороз, ее стальные струны становятся более натянутыми. Почему?

2. Каким требованиям должен удовлетворять материал электродов, впаиваемых в стеклянный баллон лампы накаливания?

3. Нарушится ли равновесие чувствительных весов, если одно плечо коромысла нагреть?

4. При повышении температуры биметаллическая пластинка должна разомкнуть электрическую цепь, изображенную на рисунке. Укажите, какая часть пластинки медная, а какая часть — стальная.


Img Kvant K-2013-03-001.jpg

5. Допустим, что найдена жидкость, коэффициент объемного расширения которой при любой температуре равен нулю. Как вела бы себя эта жидкость, если бы ее налили в металлическую кастрюлю и поставили на раскаленную плиту?

6. На рисунке изображены сообщающиеся сосуды. Куда потечет вода по соединительной трубке, если нагреть воду в правом сосуде? А если в левом?


Img Kvant K-2013-03-002.jpg

7. Как отразилось бы на показаниях термометра равенство коэффициентов объемного расширения рабочей жидкости и стекла?

8. Можно ли применять ртутные термометры для измерения температур до +600 °С, если ртуть кипит при +357 °С ?

9. Два одинаковых сосуда соединены с манометром, сделанным из узкой стеклянной трубки. Уровни ртути в коленах манометра одинаковы. Сосуды опускают в теплую воду, как показано на рисунке. Что произойдет с положением ртути в манометре? Как изменится ответ, если сосуды будут разных размеров? А если один из сосудов будет наполнен азотом, а другой — водородом?


Img Kvant K-2013-03-003.jpg

10. Чем отличается тепловое расширение газов от теплового расширения жидкостей?

11. Почему газовый термометр дает правильные показания только при совершенно сухом газе?

12. Вольфрам имеет положительный, а уголь — отрицательный термический коэффициент сопротивления. Для каждой из ламп, имеющих вольфрамовый и угольный волоски, сравните силы тока при включении и в установившемся режиме.

13. Цепь, представленная на рисунке, состоит из лампы 1 мощностью 40 Вт, ключа и лампочки 2 от карманного фонарика. Цепь включили в городскую сеть при замкнутом ключе, а затем ключ разомкнули. В этом случае лампы горели нормально. Когда же в другой раз эту цепь включили в сеть при разомкнутом ключе, лампочка 2 сразу перегорела. Почему?


Img Kvant K-2013-03-004.jpg

14. В цепь включены электроплитка и амперметр. Изменятся ли показания амперметра, если подуть на раскаленную плитку холодным воздухом?

15. Почему с повышением температуры полупроводников их сопротивление уменьшается?

16. При нагревании сопротивление полупроводника уменьшилось на 20%. На сколько процентов при этом увеличился ток в нем?

17. Каковы преимущества полупроводниковых термоэлементов перед металлическими?

18. Почему холодные звезды имеют красноватый цвет, а горячие звезды кажутся белыми?

Любопытно, что...

...слово «температура», появившееся в литературе в 1624 году, означало «смесь» — смесь вещества тела и особого вещества, теплорода, отвечающего за нагревание и охлаждение тел. В течение почти полутора веков считалось, что, измеряя температуру, мы измеряем концентрацию теплорода в теле.

…заслуга изобретения спиртового термометра, работающего при значительно более низких температурах, чем приборы, заполненные ртутью, принадлежит ученику Галилео Галилея герцогу Фердинанду II, правившему во Флоренции в середине XVII века.

…еще в 1702 году французский физик Гийон (Гильом) Амонтон, конструировавший гигрометры, барометры и термометры, пришел к идее о существовании самой низкой возможной температуры — такой, при которой давление газа становится равным нулю. Эти выводы получили развитие много позже — в 1848 году Уильям Томсон ввел понятия термодинамической температуры и абсолютного нуля и построил соответствующую им температурную шкалу.

…во времена Даниэля Фаренгейта, предложившего в 1709 году собственную, используемую до сих пор температурную шкалу, было распространено убеждение, будто температура воздуха никогда не поднимается выше температуры крови человека, и такое нагревание воздуха считалось уже смертельным.

…предшественницей стоградусной шкалы Цельсия была изобретенная в 1730 году удобная для широкого применения восьмидесятиградусная шкала спиртового термометра. Создателем ее был француз Рене Реомюр, считавший, однако, главным делом своей жизни. зоологию и более всего интересовавшийся общественными насекомыми.

…опыты, поставленные в 1760 году шотландским ученым, основоположником физических исследований в области калориметрии Джозефом Блэком для проверки линейности шкал термометров, привели его к мысли о различии двух характеристик тепловых явлений — теплоты и температуры, которые долгое время путали друг с другом.

…для измерения очень низких температур газовые термометры делают из стекла или кварца и наполняют водородом или гелием. Для очень же высоких температур — до 1500 °С — приборы изготовляют из тугоплавкого сплава платины с родием и наполняют их азотом.

…«старейший» полупроводник, увеличение проводимости которого с ростом температуры впервые было обнаружено Майклом Фарадеем в 1833 году, это сернистое серебро. Первые термисторы — проборы на основе полупроводников, сопротивление которых меняется в зависимости от температуры, — были изготовлены в 1890 году немецким физиком, Нобелевским лауреатом Вальтером Нернстом. Сегодня они применяются для измерения и регулирования температуры в диапазоне от 1 К до 1800 К.

…уменьшение сопротивления металлов при низких температурах, оказывается, может смениться его ростом. Происходит это, как недавно было найдено, в очень тонких проволочках некоторых сплавов диаметром порядка нескольких сот ангстрем.

…полупроводниковые болометры, или термосопротивления, изобретенные еще в 1880 году американским астрофизиком Сэмюэлем Ленгли, ныне способны регистрировать тепловые потоки мощностью в десятимиллионные доли ватта.

…необычная способность жидких кристаллов приобретать иной цвет при изменении температуры всего лишь на тысячные доли градуса послужила их применению в качестве чувствительнейших термоиндикаторов.

…современные термодатчики достигли таких крохотных размеров, что позволяют безболезненно для животных располагать себя на их теле, чтобы затем вести дистанционное наблюдение за их состоянием, особенно за способами терморегуляции.

Что читать в «Кванте» о термометрии

(публикации последних лет)

1. Калейдоскоп «Кванта» — 2007, №1, с.32; 2008, №1, с.32; 2011, №5/6, с.32;

2. «Температура» — 2007, Приложение №5;

3. «Метеорологические наблюдения.» — 2010, №3, с.2;

4. «Физический калейдоскоп» — 2012, Приложение №3, с.31, 50, 107.

Ответы

Вопросы и задачи

1. Сталь расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении в большей степени, чем дерево.

2. Этот материал должен иметь такой же коэффициент линейного расширения, как и стекло.

3. Да, нарушится. Нагретое плечо коромысла перетянет.

4. Медная часть — внизу.

5. Конвекционные течения в жидкости отсутствовали бы, и нижние слои жидкости имели бы значительно более высокую температуру, чем верхние.

6. При нагреве воды в правом сосуде она расширяется и занимает больший объем (в предположении, что начальная температура выше точки максимальной плотности). Однако из-за формы сосуда уменьшение плотности не компенсируется увеличением высоты ее столба. Поэтому давление на дно правого сосуда уменьшится, и вода по трубке будет перетекать из левого сосуда в правый. При нагреве воды в левом сосуде результат будет тем же — вода потечет по трубке вправо.

7. Высота столбика жидкости не зависела бы от температуры.

8. Можно. Для этого необходимо, чтобы ртуть в капилляре термометра находилась под высоким давлением (до 70 атм), что приведет к повышению точки ее кипения до нужного значения. Для достижения высокого давления капилляр заполняют газом, а его толстые стенки изготавливают из тугоплавкого кварца.

9. Во всех случаях уровни ртути останутся прежними.

10. Коэффициент объемного расширения жидкостей заметно зависит от рода вещества, тогда как все газы имеют один и тот же коэффициент объемного расширения.

11. Давление насыщенного пара воды при нагревании меняется иначе, чем давление газа.

12. В вольфрамовом волоске ток при включении значительно больше, чем в установившемся режиме, а в угольном — наоборот.

13. В первом случае ток через лампочку 2 начинает идти после того, как нить лампы 1 накалилась и ее сопротивление стало значительным. Во втором же случае ток через лампочку 2 начинает идти сразу после включения в сеть, т.е. когда нить лампы 1 еще не нагрелась и ее сопротивление мало, поэтому лампочка 2 перегорает.

14. Амперметр покажет увеличение тока.

15. Увеличивается концентрация свободных носителей заряда в полупроводнике.

16. На 25%.

17. Полупроводниковые термоэлементы имеют большую чувствительность, больший КПД и меньшие размеры.

18. Холодные звезды в основном излучают в красной и инфракрасной частях спектра, что и определяет их цвет. Горячие звезды дают заметное излучение во всем оптическом диапазоне, которое создает ощущение белого цвета.

Микроопыт

При кратковременном опускании термометра в горячую воду его стеклянный кончик расширится быстрее, чем заключенная в нем ртуть.

Материал подготовил А.Леонович

Смотреть HD

видео онлайн

бесплатно 2022 года