Термометр - прибор для измерения температуры воздуха. Что же показывает термометр? Что такое термическое сопротивление

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.

Ноль в шкале исчислений Фарадея был равен современным 32 градусам, а температура человеческого тела равнялась 96 градусам. В 1742 году физик Цельсий сделал точками отсчета температуру таяния льда и кипения воды, правда изначально ноль на шкале соответствовал температуре кипения воды, но потом она вид.

Жидкостные термометры работают на основе принципа изменения начального объема жидкости, залитой в термометр, при изменении окружающей температуры. Чаще всего в колбу термометра заливают спирт или ртуть. Плюсами ртутного термометра являются высокая точность измерения температуры, длительный срок использования, однако уровень температуры устанавливается достаточно долго, ртуть в градуснике является опасным материалом, поэтому использование ртутного термометра необходимо производить максимально аккуратно.
Оптические термометры регистрируют температуру по уровню свечения, спектра и иных показателей и чаще всего применяются в научных исследованиях.

Механические термометры действуют по принципу жидкостных, только датчиком служит спираль, или лента из металла.
Электрические - работают по принципу изменения уровня сопротивления проводника при изменении внешней температуры. Те электротермометры, которые имеют большой диапазон, основаны на термопарах - при взаимодействии разных металлов возникает контактная разность потенциалов, которая зависит от температуры. В электротермометры встроены дополнительные функции памяти, подсветки, они безопасны и быстро показывают результат, однако могут давать небольшую погрешность, вследствие чего температуру нужно мерить несколько раз.

Инфракрасный термометр измеряет температуру без непосредственного взаимодействия с человеком или предметом, отличается точностью измерения и безопасностью, а также высокой скоростью действия - полсекунды. Они гигиеничны, быстро (в течение 2-5 секунд) работают и помогают измерять температуру детям.

Видео по теме

Известно, что более нагретые тела хуже проводят электрический ток, чем охлажденные. Причина этому – так называемое термическое сопротивление металлов.

Что такое термическое сопротивление

Термическое сопротивление – это сопротивление проводника (участка цепи), обусловленное тепловым движением носителей заряда. Под зарядами здесь надо понимать электроны и ионы, содержащиеся в веществе. Из названия понятно, что речь идет об электрическом явлении сопротивления.

Суть термосопротивления

Физическая сущность термосопротивления заключается в зависимости подвижности электронов от температуры вещества (проводника). Разберемся, откуда такая закономерность.

Проводимость в металлах обеспечивается свободными электронами, которые под действием электрического поля приобретают направленное движение вдоль линий электрического поля. Таким образом, резонно задаться вопросом: что может препятствовать движению электронов? Металл содержит в себе ионную кристаллическую решетку, которая, безусловно, замедляет перенос зарядов с одного конца проводника на другой. Здесь нужно заметить, что ионы кристаллической решетки находятся в колебательном движении, следовательно, они занимают пространство, ограниченное не их размером, а размахом амплитуды их колебаний. Теперь нужно задуматься о том, увеличение температуры металла. Дело в том, что сущность температуры как раз и составляют колебания ионов кристаллической решетки, а также тепловое движение свободных электронов. Таким образом, увеличивая температуру, мы увеличиваем амплитуду колебаний ионов кристаллической решетки, а значит, создаем большее препятствие направленному движению электронов. Вследствие этого сопротивление проводника увеличивается.

С другой стороны, при увеличении температуры проводника увеличивается и тепловое движение электронов. Это означает, что их движение становится все более хаотичным, чем направленным. Чем больше температура металла, тем больше проявляют себя степени свободы, направление которых не совпадает с направлением электрического поля. Это обуславливает также большее количество столкновений свободных электронов с ионами кристаллической решетки. Таким образом, термосопротивление проводника обусловлено не только тепловым движением свободных электронов, но и тепловым колебательным движением ионов кристаллической решетки, которое становится все более заметным при повышении температуры металла.

Из всего сказанного можно сделать вывод о том, что лучшие проводники являются «холодными». Именно по этой причине сверхпроводники, сопротивление которых равняется нулю, содержат при крайне низких температурах, исчисляемых единицами Кельвина.

Видео по теме

Совет 3: Температурный датчик: принцип действия и сфера применения

Нынешнее оборудование, автоматика и автомобилестроение вряд ли обойдутся без всякого рода контроллеров. К такому виду устройств можно отнести и термодатчики, сфера применения которых неограниченна.

Устройство

Термодатчик – это механизм, фиксирующий температуру среды, в которой он находится и передающий ее на приборную панель либо в блок управления. Наиболее часто подобные устройства идут в паре с блоком управления, ведь помимо того, что датчик сообщает показатели, их еще нужно обработать и произвести необходимые манипуляции. Большинство современных термодатчиков имеют электронное наполнение, их принцип действия основывается на передаче электрических импульсов от датчика к фиксирующему прибору. Конструктивно датчики можно разделить на несколько типов.

1. Терморезистивный датчик. Подобные устройства работают по принципу изменения электросопротивления проводника при возникновении колебаний температуры. Эти датчики просты в применении, они очень надежны, чувствительны, более точны.

2. Полупроводниковые термодатчики устроены по принципу реагирования на трансформацию характеристик (р-n) перехода под воздействием температуры. Серия таких датчиков очень проста в своей конструкции и имеет отличное соотношение цены и долговечности.

3. Термоэлектрические датчики, или как их еще называют термопары. Этот тип датчиков работает на эффекте разности температуры пары проводников, которые находятся в разных средах. Благодаря этому, в замкнутой цепи этой пары проводников возникает импульс, датчики сигнализируют о смене температуры относительно друг друга. Эти устройства не дают такой точности, как их вышеописанные коллеги, и конструктивно имеют более громоздкий механизм.

4. Пирометры. Это датчики бесконтактного типа, они фиксируют температуру близ находящегося предмета. У этого вида приборов большой плюс в том, что они могут работать на расстоянии от механизма, в котором необходимо зафиксировать показатели температур.

5. Датчики акустические. Принцип работы основывается на изменении скорости звука в атмосфере при изменении температуры среды, в которой находиться датчик. Такие устройства применяют в средах, где невозможно использование контактных датчиков температуры.

6. Пьезоэлектрические датчики. Смысл устройства следующий: на кварцевую основу, из которой состоит сам датчик, подают определенную серию импульсов, таким образом, с изменением температуры этот материал имеет разную частоту расширения.

Применение

Все виды термодатчиков можно встретить в повседневной жизни. Датчиками оборудуют лифты многоэтажных домов, чтобы не перегреть двигатель лифта в случае возникновения нагрузки. Используют в автомобилях для контроля рабочей температуры мотора и недопущения его закипания. В домашних холодильниках датчик работает в паре с блоком управления, который дает команду включать и выключать агрегат холодильника в зависимости от температуры, фиксируемой датчиком. И еще много каких примеров существует, где в работе оборудования или прибора участвует подобный механизм. Данные устройства в значительной мере облегчают жизнь человеку, только мало кто об этом думает. Приятно, когда машина делает какую-то операцию без участия человека.

Зависит от некоторых обстоятельств: как далеко от ближайшей звезды выкинуть? И что значит "покажет"? будем дожидаться, когда его показание не станет постоянным во времени? Если нет, то через какое время снимается показание, которое постоянно меняется во времени? Если совсем в межзвездном пространстве, он будет остывать с уменьшающейся скоростью остывания.

Помню, как еще на первом курсе на парах по физике решали простенькие задачи где выводили функцию (график) температуры от времени именно в таких условиях - в полном вакууме, нет других источников излучения. формулы тут писать не удобно, если описать - остывать будет не быстро (площадь поверхности мала), и эта скорость будет по мере остывания уменьшатся (энергия теплового излучения уменьшается при понижении температуры), но "абсолютный нуль" для нашего "сферического" градусника в вакууме будет асимптотой - тоесть его температура будет стремится к абсолютному нулю, но его никогда не достигнет.

В реальном космосе наверное будет медленно остывать (с уменьшающейся во времени скоростью) до тех пор, пока поглощенное космическое излучение (от далеких звезд и т.д) не уравновесит излучаемое тепловое. Предполагаю, это будет не очень далеко от абсолютного нуля.

UPD. Да,и еще 1 момент, о котором я сразу и забыл: на ртутном термометре то и шкала всего то до 33-35 градусов по Цельсию, и при остывании его нужно "струсить" потому что ртуть в нем спокойно может находится в растянутом состоянии, так что возможно, показания останутся теми же что и были до запуска а возможно и при затвердении ртути она вообще покинет трубку со шкалой и будет вся в колбе-наконечнике - ничего не покажет. В любом случае, такие "показания" не будут иметь ничего общего с температурой.

Постараюсь ответить, возможно чего-то я не учту. Итак, принцип работы ртутных термометров основан на расширении веществ при их нагреве. Внизу термометра всегда расположен резервуар с жидкостью, над ней узенькая трубочка, по которой жидкость при изменении объема будет подниматься (или опускаться). На сколько я понял, вопрос в том, что покажет термометр в условиях невесомости. Так вот, если его встряхнуть так, чтобы вся ртуть по инерции оказалась в резервуаре, то показывать он будет ровно столько градусов, сколько действительно есть. Но нужно помнить, что на большинстве ртутных градусников верхнее деление находится на отметке до 50 градусов Цельсия, а нижний предел у нас ограничен температурой плавления ртути (что-то вроде -38). Так же вопрос мог быть направлен на то, что градусник покажет в вакууме. Так вот он не взорвётся. В ртутных термометрах уже вакуум. Это сделано, чтобы прибор реагировал на изменение температуры именно в той точке, что соприкасается с колбочкой-резервуаром. По такому же принципу работают термосы и термокружки, в них двойные стенки, а между стенками вакуум, который тепло не проводит. И третий вариант вопроса: что покажет градусник в вакууме, который не проводит тепло. Тут нужно учесть, что колбочка градусника будет нагреваться от падающих лучей звёзд. Ну или не звезд. Все три вопроса можно комбинировать, но как ни крути в краткосрочной перспективе ртуть в градуснике просто перейдёт в твёрдое состояние, так как большая часть космического пространства имеет температуру куда ниже -38.

Он будет продолжать показывать температуру того места, откуда его "выкинули". В открытом космосе вакуум - очень хороший теплоизолятор. А если этот термометр будет плавать неподалеку от какой-нибудь звезды (например, на околоземной орбите), то даже начнет нагреваться. И, вероятно, в какой-то момент лопнет.

Скорее всего его разорвет на кусочки из-за кислорода, содержащегося в корпусе.

Но если представить, что у нас "неубиваемый" термометр, то все зависит от того, куда мы его выкинем - если бросим на солнечной стороне(скажем так, в пределах первых нескольких планет солнечной системы), то покажет весьма высокую температуру около 107 градусов по Цельсию(это температура "дневной" поверхности Луны) и чем ближе к Солнцу, тем выше. В противом случае, наш неубиваемый прибор покажет около минус 39 градусов(при наличии такой шкалы) - это температура кристализации ртути.

Сущетвует множество исследований различных космических явлений, влияющих на температуру в космосе. Если не вдаваться в подробности - температура меняется, но близка к абсолютному нулю(минус 273 градуса по Цельсию). Но вблизи Солнца температура конечно выше. Например на вышеуказанной Луне, "ночью" около минус 125 градусов.

но способ изготовления таких термометров принципиально исключает возможность наличия внутри ртутной трубки кислорода. А на внешнюю оболочку можно и забить. Кроме того, стоит вспомнить почему нам нужно ртутный термометр перед применением "стряхивать" - жидкая ртуть может быть в "растянутом" состоянии. Так что от простого охлаждения, если никто не "сбросит", "показания" не изменятся, но и температуру показывать не будут.

Ответить

Прокомментировать

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.