Термометр Галилео

редактировать
Термометр, содержащий несколько стеклянных сосудов различной плотности Термометр Галилея

A Термометр Галилео (или Галилеев термометр ) представляет собой термометр, сделанный из герметичного стеклянного цилиндра, содержащего прозрачную жидкость и нескольких стеклянных сосудов различной плотности. Отдельные поплавки поднимаются или опускаются пропорционально их плотности и плотности окружающей жидкости при изменении температуры. Он назван в честь Галилео Галилея, потому что он открыл принцип, на котором основан этот термометр, - что плотность жидкости изменяется пропорционально ее температуре.

Содержание

  • 1 История
  • 2 Работа
  • 3 Теория работы
  • 4 См. Также
  • 5 Примечания

История

Хотя названы в честь 16-17-го физик Галилей, градусник был изобретен не им. (Галилей изобрел термометр, названный воздушным термометром Галилея (точнее, термоскоп ), в 1603 г. или ранее)

Инструмент, ныне известный как термометр Галилея, был изобретен группой академиков и технических специалистов, известных как Accademia del Cimento Флоренции, среди которых были ученик Галилея Торричелли и ученица Торричелли Вивиани. Детали термометра были опубликованы в Saggi di naturali esperienze fatte nell'Academia del Cimento sotto la protezione del Serenissimo Principe Leopoldo di Toscana e descritte dal segretario di essa Accademia (1666), главном издании Академии. В английском переводе этой работы (1684 г.) устройство («Пятый термометр») описывается как «медленное и ленивое», описание которого отражено в альтернативном итальянском названии изобретения, termometro lento (медленный термометр). Внешний сосуд был наполнен «винными ректификованными спиртами» (концентрированный раствор этанола в воде); вес стеклянных пузырьков регулировали путем измельчения небольшого количества стекла с запечатанного конца; и небольшое воздушное пространство было оставлено в верхней части основного сосуда, чтобы «ликер растворился» [т.е. развернуть].

Устройство, которое сейчас называется термометром Галилео, было возрождено в современную эпоху Музеем естественной истории в Лондоне, который начал продавать его версию в 1990-х.

Операция

В термометре Галилео маленькие стеклянные колбы частично заполнены жидкостями разного цвета. Состав этих жидкостей не важен для работы термометра; они просто функционируют как фиксированные веса, а их цвета служат только для украшения. Как только выдуваемые вручную лампы были опломбированы, их эффективная плотность регулируется с помощью металлических ярлыков, свисающих из-под них. Любое расширение из-за изменения температуры цветной жидкости и воздушного зазора внутри колбы не влияет на работу термометра, так как эти материалы герметизированы внутри стеклянной колбы фиксированного размера. Прозрачная жидкость, в которую погружены луковицы, - это не вода, а какое-то органическое соединение (например, этанол), плотность которого зависит от температуры больше, чем у жидкости. Изменения температуры влияют на плотность внешней прозрачной жидкости, и это вызывает подъем или опускание ламп.

Принцип действия

Крупный план ламп

Галилеевский термометр работает по принципу плавучести. Плавучесть определяет, плавают ли объекты в жидкости или тонут в ней, и отвечает за тот факт, что даже лодки, сделанные из стали, плавают в воде, в то время как цельный стальной стержень тонет.

Единственный фактор, определяющий, поднимется или упадет крупный объект в конкретной жидкости, - это плотность объекта по отношению к плотности жидкости. Если объект плотнее жидкости, он опускается на дно, так как он тяжелее вытесняемой им жидкости. Если он менее плотный, он плавает по воде и будет частично погружен, пока вес вытесненной жидкости не станет равным весу объекта.

Рис. 1

Предположим, есть два объекта, каждый объемом 1 л (0,22 имп гал; 0,26 галлона США). Масса воды, вытесняемая объектом такого размера, составляет 1 кг (2,2 фунта). Коричневый объект слева плавает, потому что масса воды, которую он вытеснил бы при полном погружении (1 кг (2,2 фунта)), больше, чем масса объекта. Он плавает наполовину погруженным в воду, потому что это точка, в которой масса вытесненной воды (0,5 кг (1,1 фунта)) равна массе объекта. Зеленый объект справа утонул, потому что масса вытесняемой им воды (1 кг (2,2 фунта)) меньше массы объекта (2 кг (4,4 фунта)).

Рисунок 2

Все объекты, сделанные из зеленого материала выше, утонут. На рисунке 2 внутренняя часть зеленого объекта выдолблена. Общая масса объекта теперь составляет 0,5 кг (1,1 фунта), но его объем остается прежним, поэтому он всплывает на полпути из воды, как коричневый объект на рисунке 1.

В приведенных выше примерах жидкость, в которой плавали объекты, считается водой. Вода имеет плотность 1 килограмм на литр (8,3 фунта / галлон США), что означает, что масса воды, вытесняемая любым из вышеперечисленных объектов при полном погружении, составляет 1 кг (2,2 фунта).

Галилей обнаружил, что плотность жидкости зависит от ее температуры. Это ключ к тому, как работает термометр Галилео: по мере увеличения температуры большинства жидкостей их плотность уменьшается.

Рисунок 3

На рисунке 3 показан полый объект весом 1 кг (2,2 фунта), сделанный из сырого материала. В левом контейнере плотность жидкости составляет 1,001 кг / л (8,35 фунта / галлон США). Поскольку объект весит меньше воды, которую он вытесняет, он плавает. В правом контейнере плотность воды составляет 0,999 кг / л (8,34 фунта / галлон США). Поскольку объект весит больше массы воды, которую он вытесняет, он тонет. Это показывает, что очень небольшие изменения плотности жидкости могут легко вызвать погружение почти парящего объекта.

.

Рисунок 4

Рисунок 4 показывает схематическое изображение термометра Galileo при двух разных температурах.

В некоторых моделях, если есть несколько лампочек вверху (рис. 4, слева), а некоторые внизу, но одна плавает в зазоре, а другая - в зазоре (зелёная 76 ° F ( 24 ° C)) говорит о температуре. Если в зазоре нет лампы (рис. 4, справа), то среднее значение температуры лампы выше и ниже зазора дает приблизительную температуру. В других моделях нижняя плавающая колба дает приблизительную температуру.

Вес и размер каждой колбы регулируются таким образом, чтобы они не защемлялись вместе, либо за счет того, что они должны быть не менее половины диаметра трубки, чтобы сохранить их порядок штабелирования или, в качестве альтернативы, меньше половины диаметра трубки, чтобы свободно проходить друг через друга в трубках.

См. Также

Примечания

Викискладе есть материалы, связанные с термометром Галилео.
Последняя правка сделана 2021-05-21 10:44:15
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте