на каком свойстве жидкости основано на действие жидкостных термометров?
Ключевой принцип: жидкостной термометр основывается на термическом расширении жидкости.
Что это значит
- При нагревании жидкость в термометре увеличивает объем (у жидкостей есть объемный коэффициент теплового расширения β).
- Жидкость заперта в тонкой капиллярной трубке. Когда объем расширяется, уровень жидкости в капилляре поднимается вверх.
- Изменение высоты столбика жидкости на шкале и есть измеряемый признак температуры.
Пошагово
Объем жидкости изменяется с температурой: ΔV = V0 · β · ΔT, где V0 — исходный объём при базовой температуре T0, ΔT = T − T0, β — объемный коэффициент теплового расширения жидкости.
В капилляре площадь поперечного сечения постоянна (A). Тогда изменение высоты столбика h связано с изменением объема: V = A · h, следовательно, Δh = ΔV / A.
3).initial height при T0: h0 = V0 / A. После нагрева на ΔT получаем новый высотной уровень: h = (V0 + ΔV) / A = (V0 / A) · (1 + β · ΔT) = h0 · (1 + β · ΔT).
- Следовательно, температура связана с высотой примерно линейно: ΔT ≈ (h / h0 − 1) / β, но на практике шкала калибруется так, чтобы читательное значение соответствовало температуре в нужном диапазоне.
Практический пример
- Пусть β жидкости примерно 1.8 × 10^−4 K^−1 (для ртути в обычном диапазоне температур).
- Пусть h0 = 10 см при T0 = 0°C.
- При ΔT = 50°C высота станет: h = 10 см × (1 + 1.8×10^−4 × 50) ≈ 10 см × 1.009 ≈ 10.09 см. То есть увеличение высоты примерно на 0.09 см.
Дополнительные замечания
- В разных жидкостях β отличается: ртуть имеет меньший β чем, скажем, спирты, поэтому для одинаковой шкалы высоты ртутный термометр реагирует иначе по объему расширения.
- Линейность зависимости в реальности не идеальная на очень широких диапазонах температур; шкалы калибруются для нужного диапазона.
- В современные бытовые термометры часто применяют спирт вместо ртути по экологическим и безопасностным причинам.
Итого: действие жидкостного термометра основано на термическом расширении жидкости — изменении её объёма с температурой, что преобразуется в изменение высоты столбика в капилляре.
