Разнообразие термометров и их применение. Уличный градусник на пластиковое окно — новые технологии или дедовский метод Общие сведения о термометрах

Помнишь ли ты, маленький друг, свое состояние, когда приходилось болеть? Неприятная штука! Мама волнуется, укладывает тебя в постель и сразу начинает искать термометр, чтобы измерить температуру.

Что же это за прибор такой – ТЕРМОМЕТР?

Слово термометр пришло к нам из Греции. Состоит оно из двух греческих слов – «теплота» и «меряю». То есть, термометр – это прибор для того, чтобы мерять тепло. Иногда его еще называют градусником, от слова «градус». Ведь температура всегда измеряется в градусах.

Первый термометр изобрели очень давно, четыреста лет назад! Тебя тогда еще не было на свете, не было даже твоих родителей. Придумал его итальянский ученый Галилео Галилей для своих опытов по физике. И это была простая стеклянная трубочка без шкалы с цифрами. Было не очень удобно пользоваться таким прибором, потому что он не показывал точную температуру.

Какие бывают термометры

Термометры бывают разные. Но все они устроены одинаково: небольшая шкала с цифровыми делениями и тонюсенькая трубочка с ртутью или подкрашенным спиртом.

Внутри ртутного градусника, в тонкой трубочке находится специальный жидкий металл – ртуть. Когда прибор попадает тебе подмышку, ртуть быстро нагревается, начинает скользить вверх по трубочке и останавливается ровно на отметке, которая соответствует твоей температуре.

Температура тела здорового мальчика – тридцать шесть и шесть десятых градуса (36,6). Посмотри на шкалу термометра, если твоя температура выше или ниже этого показателя – ты действительно не здоров.

Внимание! Ртуть – очень ядовитый металл!

Поэтому обращайся с таким термометром очень аккуратно, чтобы не разбить:

1. Держи ртутный термометр в специальном жестком чехле из пластмассы.
2. Ни в коем случае не давай такой градусник младшим братьям и сестрам.
3. Если термометр все же разбился, быстрее выйди из комнаты и сообщи родителям о беде. Они точно знают, что нужно сделать.

• Электронный термометр – прибор самый современный, умный и самый точный.

Электронный термометр работает от маленькой батарейки и не содержит ртути. А поэтому – он самый безопасный. При необходимости папа может батарейку быстро заменить или сделать это в любой мастерской по ремонту часов.

Ты спросишь, зачем нужен электронный градусник, если уже есть ртутный? На самом деле, электронный термометр показывает более точную температуру. И к тому же делает это очень быстро, всего за 10 секунд! Ты даже не успеешь оглянуться, а твоя температура уже отразится на небольшом дисплее приборчика.

Кроме того, электронный термометр умеет запоминать результат последнего измерения температуры. Это очень удобно, если ты действительно заболел и приходится мерять температуру несколько раз в день.

И даже если мама отошла от тебя на минутку, электронный градусник подаст громкий сигнал, когда температура будет измерена.

Наверняка в твоем доме есть не один спиртовой градусник. Посмотри внимательно – один из них измеряет температуру воздуха в квартире, другой показывает, хорошо ли морозит холодильник, третий плавает вместе с тобой в воде, когда ты принимаешь ванну.

Кажется, что это всем ясно - температуру! А что такое температура?

Очень хорошо сказал по этому поводу один физик: «Гораздо легче производить измере­ния, чем точно знать, что измеряется». И почти три сотни лет измеряли повсюду тем­пературу, но только совсем недавно, в конце прошлого столетия, стало окончательно ясно, что такое температура.

А в самом деле, что же показывает термо­метр? Стоит еще раз проследить, как возникло понятие «температура». Когда-то думали: если становится жарко, то это потому, что в теле повышается содержание теплорода. Латинское слово «температура» означало «смесь». Под тем­пературой тела понимали смесь из материй тела и теплорода тела. Затем понятие самого теплорода было отброшено как ошибочное, а слово «темпе­ратура» осталось.

Добрые две сотни лет в науке сохранялось странное положение: случайно выбранным свойством (расширение) случайно выбранного вещества (ртуть) и шкалы, установленной по случайно выбранным постоянным точкам (плав­ление льда и кипение воды), измерялась вели­чина (температура), смысл слова «температу­ра», строго говоря, никому не был понятен.

Но ведь термометр все-таки что-то пока­зывает? Если от ответа потребовать необхо­димую строгость и точность, то на такой вопрос придется ответить так: ничего, кроме удлинения в столбике нагретой ртути.

Ну а если ртуть заменить другим вещест­вом: газом или каким-либо твердым телом, которое также расширяется при нагревании, что будет тогда? Что будут показывать по­строенные на иной основе термометры?

Представим себе, что такие термометры мы сделали. Одни из них мы заполнили ртутью, воздухом, другие изготовили целиком из желе­за, меди, стекла. Точно установим на каждом из них постоянные точки: в тающем льду 0°, в кипящей воде 100°.

Попробуем теперь измерять температуру. Окажется, что, когда воздушный термометр покажет, например, 300°, другие термометры будут показывать:

ртутный 314,1°,

железный 372,6°,

медный 328,8°,

стеклянный 352,9°.

Какая же из этих «температур» правильна: «воздушная», «ртутная», «железная», «медная» или «стеклянная»? Ведь каждое из испытанных нами веществ показывает свою собственную температуру. Еще интересней повел бы себя «водяной» термометр. В пределах от 0° до 4° Ц он показывал бы при нагревании понижение температуры.

Можно, конечно, попытаться выбрать вме­сто теплового расширения какое-нибудь дру­гое свойство вещества, изменяющееся при на­гревании. Можно, например, построить термо­метры на основе изменения (при нагревании) упругости пара жидкости (например, спир­та), электрического сопротивления (например, платины), термоэлектродвижущей силы (термо­пара). В наше время такие термометры широко применяются в технике.

При условии предварительной калибровки по двум постоянным точкам такие термометры, например, при 200°Ц будут показывать: спир­товой (по упругости пара) 1320°, платиновый (по сопротивлению) 196°, спай платины и спла­ва ее с родием (термопара) 222°.

Так какая же из всех этих разных «тем­ператур» настоящая? Как и чем нужно изме­рять температуру?

Прежде чем ответить на эти вопросы, сле­дует уяснить себе самое важное в них - их точное содержание и смысл: «чем нужно изме­рять температуру». Почему такой «простой» вопрос вообще может возникать?

Чем мы измеряем длину? Метрами. Метр - это длина линейки эталона, который ученые

очень бережно хранят, чтобы он не пропал и не испортился. Чем мы измеряем объемы? Можно измерять литрами. Литр - это объем, равный одному кубическому дециметру. А чем мы измеряем температуру?

Эти вопросы совершенно сходны, но ответы на них принципиально различны. Если мы сольем в бочку несколько ведер холодной воды, то бочка будет заполнена водой. Сумма объемов воды в ведрах будет равна объему бочки. Но сколько бы холодной воды вы ни влили в бочку, горячей воды при этом не полу­чится. Рассуждение это совсем не смешно и не наивно, и факт этот вовсе не очевиден сам собой. Это очень важный закон природы, к которому мы просто привыкли, потому что знаем его из опыта. Из нескольких коротких палок можно составить одну длинную, соеди­нив их между собою встык. Но нельзя сложить температуру раскаленного угля из печи и тем­пературу куска льда. Раскаленный уголь от этого не станет более горячим.

Измерять температуру, подобно тому как измеряют длину, объем, массу, нельзя потому, что температуры не складываются. Невозможна такая единица температуры, которой можно непосредственно измерять любую температуру, подобно тому как метром можно измерить любую длину. Объем, длина, масса - примеры экстенсивных свойств системы. Если железный стержень разделить на несколько частей, тем­пература каждой из них от этого не изменится. Температура - пример интенсивных свойств системы. Непосредственно установить число­вое соотношение между различными темпера­турами невозможно и бессмысленно.

Но ведь измерять температуру необходимо. Так как же ее измерять, если ее нельзя изме­рить методом, пригодным для измерения экстен­сивных величин?

Для этого возможен только один путь - использовать объективную связь между темпера­турой и любой экстенсивной величиной: изме­нением объема, длины, отклонением стрелки гальванометра и т. п.

Поэтому ответ на вопрос - какая из пере­численных выше различных «температур» на­стоящая - может показаться с первого раза странным: все они равноправны. Любое свой­ство системы, зависящее от температуры, мо­жет быть выбрано для ее характеристики и измерения.

Термодинамика сумела указать способ и вещество, которое позволяет осуществить тем­пературные измерения наиболее целесообразно.

Это - идеальный газ. По его расширению при постоянном давлении или по росту давления при постоянном объеме могут быть проведены наиболее целесообразно измерения температуры. При таком способе измерения бесчисленные выражения для любых закономерностей в при­роде становятся наиболее простыми.

Но у идеального газа есть один существен­ный недостаток: такого газа нет в природе.

Давление

Насколько сложно и трудно понятие о тем­пературе, настолько просто и ясно понятие «давление». Его хорошо знает любой школьник из самого начального учебника физики. Да­вление - это сила, действующая на единицу площади поверхности. Направлено давление в случае газов и жидкостей всегда перпендику­лярно к поверхности. Понятие «давление» мож­но приложить к твердым телам, но следует ном-нить, что свойства твердых тел могут зависеть от направления, в котором действует давление (например, пьезоэффект).

В термодинамике давление и температура - два основных, главнейших параметра, опре­деляющих состояние термодинамической систе­мы. Это определение означает, что одно и то же количество вещества при одних и тех же зна­чениях температуры и давления занимает всегда один и тот же объем. Правда, необходимо до­бавить: это определение справедливо, когда в системе достигнуто равновесное состоя­ние.

Химику очень полезно знать, что один грамм-моль любого газа при 0° Ц и при дав­лении в 1 атм занимает объем, равный при­близительно 22,4 литра. Это стоит запомнить.

Теплота

Наверное, не одна сотня тысяч лет про­текла с тех пор, как наши далекие предки впервые познакомились с огнем и научились сами получать теплоту. Каждый из нас грелся у горячей печки и мерз в стужу. Казалось бы, что может быть теперь привычнее и понят­ней, чем так хорошо знакомая всем теплота.

Но вопрос - что такое теплота - далеко не так прост. Правильный ответ на него был найден наукой совсем недавно. Долгое время ученые даже не замечали всю сложность этой проблемы.

Первое истолкование природы теплоты было основано на бесспорном и очевидном как буд­то бы факте: при нагревании тела его темпера­тура повышается - следовательно, тело полу­чает теплоту. При остывании, охлаждаясь, тело ее теряет. Поэтому всякое нагретое тело представляет собой смесь того вещества, из которого оно состоит, и тепла. Чем выше температура тела, тем больше в нем приме­шано теплоты. Теперь уже мало кто помнит, что слово «температура» в переводе с латинского и означает «смесь». Когда-то, например, о бронзе говорили, что она - «температура олова и меди».

Два совершенно различных объяснения, две гипотезы о природе теплоты спорили между собой в науке почти два столетия.

Первую из этих гипотез высказал в 1613 г. великий Галилей. Теплота - это вещество. Оно необычно. Оно способно проникать в любые тела и выходить из них. Тепловое вещество, иначе теплород, или флогистон, не порождается и не уничтожается, а только перераспределяется между телами. Чем его больше в теле, тем тем­пература тела выше. Еще не так давно говори­ли - «градус теплоты» (а не температуры), считая, что термометр измеряет крепость смеси из ма­терии и теплорода. (До сих пор еще сохранился обычай мерить в градусах крепость вина - смесь воды и спирта.)

Вторую гипотезу, совершенно, казалось бы, отличную от представления Галилея, выска­зал в 1620 г. знаменитый философ Бэкон. Он обратил внимание на то, что было издавна известно любому кузнецу: под сильными уда­рами молота становится горячим холодный кусок железа. Известен способ получения огня трением. Значит, ударами и трением можно произвести теплоту, не получая ее от уже нагретого тела. Бэкон из этого заключил, что теплота есть внутреннее движение мельчайших частиц тела и температура тела определяется скоростью движения частиц в нем. Эта теория получила в науке название механической тео­рии теплоты. Для ее обоснования и развития очень много сделал гениальный Ломоносов.

При коренном расхождении обе гипотезы имеют немало сходства: из теории теплорода следовало, что термометр измеряет количество теплорода, содержащегося в теле, согласно же механической теории тепла, термометр пока­зывает количество движения, содержащегося в теле. Согласно обеим теориям, должен суще­ствовать абсолютный нуль температуры. Он будет достигнут тогда, когда, по теории теплорода, от тела будет отнят весь теплород, а по механической теории - когда тело потеряет все содержащееся в нем движение.

Теория теплорода почти два века господст­вовала в науке. Она проста и наглядна. Но она ошибочна. Точное взвешивание тел при разных температурах показало, что теплота невесома. Невесомость теплоты хорошо согласовывалась с механической теорией тепла. Тогда думали, что движение никоим образом не может по­влиять на вес тела. Правда, теперь мы знаем, что это не точно. Энергия, согласно закону Эйнштейна, должна обладать массой и, сле­довательно, тоже «весит»; только соответствую­щая прибавка в весе лежит далеко за пределами даже современной точности взвешивания.

Не следует смешивать теплоту с тепловой энергией тела. Тепловая энергия тела опреде­ляется кинетической энергией движения его молекул. Но теплота (это очень важно) дале­ко не равна тепловой энергии. И еще более важно, что теплота вообще не содержится в теле. Теплоты от дров, горящих в печи, в дровах вообще не было. Теплота только поступает в тело или уходит из него.

Совсем не трудно подсчитать количество энер­гии хаотического теплового движения в систе­ме, состоящей из молекул перегретого водя­ного пара,- это и будет его тепловая энергия. Но количество теплоты, которое может выде­литься из этой системы при ее охлаждении, совсем не равно тепловой энергии: сначала охладится пар, потом он начнет конденсиро­ваться в жидкую воду, затем охладится вода и, наконец, вода замерзнет. Теплота же испа­рения воды и теплота плавления льда очень велики. От перегретого пара, таким образом, можно получить гораздо больше теплоты, чем в нем содержится тепловой энергии.

Поэтому, строго говоря, обе гипотезы не верны - ни представление о теплоте как о теп­ловом веществе, ни механическая теория тепла. Вторая из них подтверждена опытом, но она не имеет никакого отношения к теплоте и касается только тепловой энергии, а это не одно и то же.

Работа

Совершать механическую работу - это зна­чит преодолевать или уничтожать сопротив­ления: молекулярные силы, силу пружины, силу тяжести, инерцию материи и т. д. Исти­рать, шлифовать тело, разделять его на части, поднимать грузы, тянуть по дороге повозку,

по рельсам - поезд, сжимать пружину - все это значит совершать работу; это значит преодолевать в течение некоторого времени сопротивление. Совершать работу - это значит преодолевать сопротивление газа, жидкости, твердого тела, кристалла. Сжимать газ, жид­кость, кристалл - это значит совершать работу.

Одним и тем же именем «работа» названы несходные явления, но за внешними различия­ми надо видеть общие основные черты. Работа связана с движением: груз поднимается, по­возка перемещается, поршень скользит в ци­линдре двигателя. Без движения нет работы.

Работа связана с упорядоченным движени­ем. Весь груз перемещается вверх. Вся повозка движется по дороге в одном направлении. Весь поршень в одном направлении движется в ци­линдре. Работа невозможна без двух участ­ников. Для поднятия одного груза должен опуститься другой груз, должна распрямиться пружина, должен расшириться газ. Оба участ­ника движутся упорядочение. Работа - это передача упорядоченного движения от одной системы к другой.

Не следует думать, что работа может быть связана только с механическим движением. Работа может совершаться и при изменении электрического или магнитного поля.

Способность системы совершать работу, конечно, очень важна для термодинамики. Но какую именно работу может совершить систе­ма - это для термодинамики несущественно. Как именно данную работу можно рассчитать и как ее измерить, должна сказать другая наука.

Определение механической работы дает механика. Это определение знает каждый школьник: работа (А) равна произведению силы (F) на путь (l).

Если же сила непостоянна, то приходится подсчитывать величину работы на каждом до­статочно малом участке пути (математики гово­рят - на бесконечно малом), на котором силу можно считать постоянной

dA=Fdl,

и затем просуммировать бесконечно малые значения работы по всему пройденному пути:

Тем, кто еще не отучился пугаться математи­ческих формул, полезно запомнить, что знак интеграла ∫- это просто вытянутая буква S - начальная в слове «сумма».

В физической химии часто рассматриваются процессы, связанные с дроблением вещества в тонкий порошок (в пыль) или с возникно­вением из пара новой фазы тумана или дыма. При таких процессах возникает огромная но­вая поверхность множества мельчайших ча­стиц, и на ее образование должна быть затра­чена немалая работа. Эту работу нельзя не учитывать. Она равна произведению поверх­ностного натяжения (а) на площадь новой поверхности (S):

Такая работа затрачивается и при выдувании мыльного пузыря.

Теплотехника при подсчете работы любых тепловых машин пользуется величиной работы расширяющегося газа, например водяного пара в цилиндре паровоза или в турбине. Этот очень важный вид работы измеряется произве­дением давления газа на изменение его объема:

Электрохимия, например, знает другой вид работы. Электрическая работа аккумулятора или гальванического элемента равна произве­дению электродвижущей силы (Е) на изменение заряда (q):

Полезно заметить и запомнить, что все выражения для различного вида работы очень сходны между собой. Любая работа обязатель­но измеряется произведением двух сомножи­телей: некоторой обобщенной силы / (это мо­жет быть сила всемирного тяготения, сила магнитного или электрического поля, давле­ние, поверхностное натяжение, любые меха­нические силы и т. д.) и величины а - изме­нения соответствующего параметра системы (пройденный путь, электрические заряды, вели­чина поверхности, объем и т. д.):

А=∫fda.

В задачи термодинамики не входит изу­чать различие между разными видами работы. Об этом должны позаботиться другие науки. Различных работ может быть очень много. Теплота только одна.

История создания термометра начинается много лет назад. Люди всегда хотели иметь приспособление, позволяющее измерять величину нагрева или охлаждения определенного объекта. Такая возможность появилась в 1592 году, когда Галилей сконструировал первый прибор, позволивший определять изменение температуры. Данное приспособление, состоявшее из стеклянного шарика и припаянной к нему трубки было названо термоскопом. Конец трубки помещали в сосуд с водой, а шарик подвергали нагреву. При прекращении нагрева, давление внутри шарика падало, и вода поднималась по трубке под действием атмосферного давления. При повышении температуры происходил обратный процесс, и уровень воды в трубке понижался. Шкалы у прибора не было, и точные значения температуры по нему установить было невозможно. Впоследствии флорентийские ученые устранили этот недостаток, вследствие чего измерения стали точнее. Так и был создан прототип первого термометра.

Вначале следующего столетия известный флорентийский ученый, ученик Галилея, Эванджелиста Торричелли изобрел спиртовой термометр. Как всем нам хорошо известно, шарик в нем расположен под стеклянной трубкой, а вместо воды используется спирт. Показания этого прибора не зависят от атмосферного давления.

Изобретение первого ртутного термометра Д.Г. Фаренгейтом датируется 1714 годом. За нижнюю точку своей шалы он принял 32 градуса - что отвечало температуре замерзания солевого раствора, а за верхнюю- 2120- температуру кипения воды. Шкала Фаренгейта и в наше время используется в Соединенных Штатах.

В 1730 году ученым из Франции Р.А. Реомюром была предложена шкала, крайними точками в которой являлись температуры кипения и замерзания воды, причем температура замерзания воды принималась за 0 градусов шкалы Реомюра, а температура кипения - за 80 градусов. В настоящее время шкала Реомюра практически не используется.

Спустя 28 лет шведский исследователь А.Цельсий разработал свою шкалу, где за крайние точки, как и в шкале Реомюра, были приняты температура кипения и замерзания воды, однако промежуток между ними делился не на 80, а на 100 градусов, причем изначально градуировка шла сверху вниз, то есть температура кипения воды принималась за ноль, а замерзания воды за сто градусов. Неудобство подобного деления вскоре стало очевидно, и впоследствии Штреммер и Линней поменяли крайние точки шкалы местами, придав ей привычный нам вид.

В середине XIX века британский ученый Вильям Томсон, известный как лорд Кельвин, предложил шкалу температур, нижней точкой которой было -273,15 0С - абсолютный нуль, при этой величине не происходит движения молекул.

Так можно вкратце описать историю создания термометра и температурных шкал. В настоящее время наиболее широко распространены термометры со шкалой Цельсия, в США до сих пор используется шкала Фаренгейта, а в науке наиболее популярна шкала Кельвина.

На сегодняшний день существует множество конструкций термометров, приборов измеряющих температуру, основываясь на различных физических свойствах и широко применяемых в быту, науке и производстве.

Это прибор, призванный точно измерять температуру воды, почвы, воздуха, человеческого тела, продуктов и так далее. Прибор, отдаленно напоминающий современный термометр, изобрел Галилео Галилей в 1592 году. Изобретателем ртутного градусника стал Фаренгейт, затем прибор доработал Цельсий.

В сегодняшнем виде термометр – незаменимый помощник, который используется в различных сферах деятельности человека.

Виды термометров

1. Жидкостный.
2. Манометрический.
3. Прибор, действующий по принципу сопротивления.
4. Термоэлектрический.
5. Электронный.
6. Электроконтактный.
7. Цифровой.
8. Конденсационный.
9. Газовый.

Также встречаются приборы для измерения температуры:

1. Биметаллические.
2. Кварцевые изделия.

Рассмотрим, в чем заключается их принцип действия.

Жидкостный - обычный стеклянный термометр, применяется в быту, технических отраслях. Схема работы заключается в следующем: когда изменяется температура, жидкость расширяется и поднимается, при уменьшении - опускается вниз. В приборе используется ртуть или спиртосодержащие вещества.

Манометрический. В принцип его работы заложено изменение жидкости в замкнутом пространстве при колебаниях температуры. Прибор может работать в диапазоне -60 до +600 градусов, используется во взрывоопасных помещениях.

Термометр сопротивления. В основе его работы заложен принцип свойств тел менять электросопротивление с параллельным изменением температуры. Существуют термометры полупроводниковые и металлические.

Термоэлектрический прибор. На его работу влияет материал изготовления. При снятии показаний необходимо делать небольшую поправку.

Электронный - может измерять температуру на расстоянии. Показания можно снимать с дистанции в несколько сотен метров. Термочувствительный датчик и лазерный индикатор устанавливаются в отдельных помещениях.

Электроконтактный прибор - сигнализирующие устройства, реагирующие на изменения температуры, работают от -35 до +300 градусов, используются в промышленных, энергетических, лабораторных установках.

Цифровое оборудование - наиболее точные измерители. Параметры аппарата напрямую зависят от используемых датчиков. Конденсационные аппараты - обладают высокой чувствительностью, работают по принципу упругости насыщенных паров низкокипящей жидкости от нуля градусов.

Газовая конструкция. В данном варианте работает принцип зависимости между температурой и давлением термометрического вещества.

Биметаллический вариант. Его работа состоит в разнице теплового расширения веществ. Приборы используются на морских и речных судах и атомных электростанциях.

Кварцевые измерители корректно работают при температуре не выше 100 градусов.

Для чего нужен термометр

Без него не обходится ни одна семья, им можно измерять не только температуру тела, он также используется для воды, почвы. Температуру воздуха за окном измеряют уличным градусником.

Существуют измерители для мяса. Для хранения элитных продуктов важно поддерживать определенный температурный режим. Для этих целей используют специальный винный градусник.

Нюансы детских термометров

Градусник для измерения температуры в ротовой полости.

Для детей, в том числе самых маленьких, разработаны термометры в виде сосок, ушные инфракрасные измерители.

Виды детских термометров

Традиционными считаются ртутные и электронные приборы.

Особенности ртутных градусников, предназначенных для детей

Особенности электронных градусников, предназначенных для детей

Особенности инфракрасных градусников для детей.

Виды бытовых инфракрасных градусников

Что делать, если разбился градусник?

А токсичное вещество, которым является ртуть, оказалось на полу комнаты, необходимо:

1. Незамедлительно проветрить помещение, открыв окна.
2. Покинуть опасное помещение.
3. Для локализации очага, необходимо плотно закрыть двери в помещении.
4. На входе нужно постелить смоченную марганцовкой влажную тряпочку.
5. Вызвать специалистов для уборки ртути.

Ртуть в квартире должны собирать специалисты.

Нельзя собирать ртуть, оказавшуюся на полу, самостоятельно. Поручите этот процесс специалистам.

Покупать термометр лучше в специализированных магазинах или аптеках. Он должен выдаваться в специальном контейнере, целостность его нужно проверить тут же. Обязательно наличие сертификата. При оплате нужно потребовать чек.

Храните градусник в недоступном для детей месте, не оставляйте их одних при измерении температуры тела.

В переводе с греческого языка означает «измерять тепло». История изобретения термометра берет начало с 1597 года, когда Галилей создал термоскоп – шарик с припаянной трубкой – для определения степени нагретости воды. Этот прибор не имел шкалы, а его показания зависели от атмосферного давления. С развитием науки термометр видоизменялся. Жидкостный термометр впервые был упомянут в 1667 году, а в 1742 году шведский физик Цельсий создал термометр со шкалой, в которой точка 0 соответствовала температуре замерзания воды, а 100 – температуре ее кипения.

Мы часто пользуемся термометром для определения температуры воздуха на улице или температуры тела, однако этим применение термометра вовсе не ограничивается. На сегодняшний день существует множество способов измерить температуру вещества, а современные термометры совершенствуются до сих пор. Опишем наиболее распространенные типы измерителей температуры.

Принцип действия данного типа термометров основан на эффекте расширения жидкости при нагревании. Термометры, у которых в качестве жидкости используется ртуть, часто применяются в медицине для измерения температуры тела. Несмотря на токсичность ртути, ее использование позволяет определять температуру с большей точностью по сравнению с другими жидкостями, так как расширение ртути происходит по линейному закону. В метеорологии используют термометры на спирту. Это связано в первую очередь с тем, что ртуть загустевает при значении 38 °С и не годится для измерения более низких температур. Диапазон жидкостных термометров в среднем составляет от 30 °С до +600 °С, а точность не превышает одну десятую долю градуса.

Газовый термометр

Газовые термометры работают по тому же принципу, что и жидкостные, только в качестве рабочего вещества в них используется инертный газ. Этот тип термометра является аналогом манометра (прибора для измерения давления), шкала которого градуируется в единицах температуры. Основным преимуществом газового термометра является возможность измерения температур около абсолютного нуля (его диапазон составляет от 271 °С до +1000 °С). Предельно достижимая точность измерения составляет 2*10 -3 °С. Получение высокой точности газового термометра является сложной задачей, поэтому такие термометры не используются в лабораторных измерениях, а применяются для первичного определения температуры вещества.

Этот вид термометров работает по аналогии с газовыми и жидкостными. Температура вещества определяется в зависимости от расширения металлической спирали или ленты из биметалла. Механический термометр отличается высокой надежностью и простотой в использовании. Как самостоятельные приборы такие термометры широкого распространения не получили и в настоящее время используются в основном в качестве устройств для сигнализации и регулирования температуры в системах автоматизации.

Электрический термометр (термометр сопротивления)

В основу работы электрического термометра заложена зависимость сопротивления проводника от температуры. Сопротивление металлов линейно увеличивается с ростом температуры, поэтому именно металлы и используются для создания этого типа термометров. Полупроводники по сравнению с металлами дают большую точность измерений, однако термометры на их основе практически не выпускаются из-за сложностей, связанных с градуировкой шкалы. Диапазон термометров сопротивления напрямую зависит от рабочего металла: например, для меди он составляет от -50 °С до +180 °С, а для платины – от -200 °С до +750 °С. Электрические термометры устанавливают в качестве датчиков температуры на производстве, в лабораториях, на экспериментальных стендах. Они часто комплектуются совместно с другими измерительными устройствами

Также называют термопарным. Термопара представляет из себя контакт двух разных проводников, измеряющих температуру на основе эффекта Зеебека, открытого в 1822 году. Этот эффект состоит в появлении разницы потенциалов на контакте между двумя проводниками при наличии между ними градиента температур. Таким образом, через контакт при изменении температуры начинает проходить электрический ток. Преимуществом термопарных термометров является простота исполнения, широкий диапазон измерений, возможность заземления спая. Однако есть и недостатки: термопара подвержена коррозии и другим химическим процессам со временем. Максимальной точностью обладают термопары с электродами из благородных металлов и их сплавов – платиновые, платинородиевые, палладиевые, золотые. Верхняя граница измерения температуры с помощью термопары составляет 2500 °С, нижняя – около -100 °С. Точность измерения термопарного датчика может достигать 0,01 °С. Термометр на основе термопар незаменим в системах управления и контроля на производстве, а также при измерении температуры жидких, твердых, сыпучих и пористых веществ.

Волоконно-оптический термометр

С развитием технологий изготовления оптоволокна, возникли новые возможности его использования. Датчики на основе оптоволокна проявляют высокую чувствительность к различным изменениям во внешней среде. Малейшее колебание температуры, давления или натяжения волокна приводят к изменениям распространения в нем света. Оптоволоконные датчики температуры часто применяются для обеспечения безопасности на производстве, для пожарного оповещения, контроля герметичности емкостей с огнеопасными и токсичными веществами, обнаружения утечек и т. п. Диапазон таких датчиков не превышает +400 °С, а максимальная точность составляет 0,1 °С.

Инфракрасный термометр (пирометр)

В отличие от всех предыдущих типов термометров, является бесконтактным прибором. Более подробно прочитать про пирометры и его характеристики можно в отдельной на нашем сайте. Технический пирометр способен измерять температуру в диапазоне от 100 °С до 3000 °С, с точностью до нескольких градусов. Инфракрасные термометры удобны не только в условиях производства. Все чаще они применяются для измерения температуры тела. Это связано со многими преимуществами пирометров по сравнению с ртутными аналогами: безопасность использования, высокая точность, минимальное время на измерение температуры.

В завершение отметим, что сейчас сложно представить себе жизнь без этого универсального и незаменимого прибора. Простые термометры можно встретить в быту: они используются для поддержания температуры в утюге, стиральной машине, холодильнике, измерения температуры окружающего воздуха. Более сложные датчики устанавливают в инкубаторах, теплицах, сушильных камерах, на производстве.

Выбор термометра или датчика температуры зависит от сферы его использования, диапазона измерения, точности показаний, габаритных размеров. А в остальном – все зависит от вашей фантазии.