Принцип действия термометра: Приборы для измерения температуры – виды и принцип действия

Конструкция биметаллического термометра

Такой термометр имеет круглый корпус, где размещен циферблат и кинематический механизм со стрелкой, а также биметаллический термочувствительный элемент в защитной трубке. Так, чувствительная часть термометра (термобаллон) реагирует на смену температуры, а показывающая часть (циферблат), соответственно, показывает повышение или понижение температуры в окружающей среде.

Принцип действия промышленного термометра

Принцип работы такого агрегата достаточно простой. Он основан на упругой деформации, которая возникает под влиянием температуры двух металлических пластин, прочно соединенных между собой, которые имеют разные температурные коэффициенты линейного расширения. При этом, биметаллическая полоска искривляется в ту сторону материала, коэффициент линейного расширения которого меньше. В результате такой деформации, при помощи кинематического узла, изгиб преобразуется во вращательное движение стрелки, которая, в свою очередь, показывает на шкале термометра измеряемое значение температуры.

Термометр биметаллический – это отличная альтернатива достаточно распространенным жидкостным термометрам. В его работе существует лишь один недостаток: ему нужно чуть больше времени для того, чтобы показать верный результат. К тому же, стоимость таких термометров выше обычных.

Классификация промышленных термометров

Промышленные биметаллические термометры бывают двух видов:
1. Радиальные термометры;
2. Осевые термометры.

Разница между ними лишь в том, что ось циферблата радиального термометра находится под углом 90 градусов по отношению к оси термобаллона, а в осевом термометре ось циферблата полностью совпадает с осью термобаллона.

Другая классификация разделяет биметаллические термометры на:
1. Трубные термометры, которые производят измерение температуры на поверхности труб в отопительных системах;
2. Игольчатые термометры, которые измеряют температуру при погружении специальной иглы-щупа в среду измерения.

При производстве биметаллических термометров учитываются особые условия их дальнейшей эксплуатации. К примеру, такие термометры можно объединить с гигрометром, что позволит провести оперативную оценку атмосферы как по температуре, так и по влажности воздуха. Кроме этого, промышленные термометры выпускаются не только с универсальными тех. характеристиками, но и с узкоспециализированными. Так, такой прибор может работать с любыми температурами в диапазоне от -70°С до +600°С, а также с любыми фазовыми состояниями среды.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

На чем основано действие термометра и какие термометры бывают

Термометр — это произведенное для измерений оборудование, с учетом от типа исполнения прибор выводит показатели среды. Допускается снятие показаний как с воздуха, так и жидкости, газов и так далее. Устройство появилось благодаря Галилео Галилею, но его вариант термометра имел большие отличия от современных приборов. Более современный аналог был изобретен спустя 200 с лишним лет, благодаря работе физика из Швеции Цельсия. Именно он создал шкалу делений от 1 до 100, поэтому в его честь температура измеряется в градусах Цельсия. Разберемся, на чем основан принцип действия термометра.

Как работают термометры?

На чем основано действие термометра? Все жидкостные термометры действуют благодаря тепловому воздействию определенных видов жидких сред: спиртовой состав, ртуть или другие. Практически каждому знакомы градусники, ориентированные на измерения температуры человека или воздуха, однако оборудование может охватывать больший диапазон измерений: от -200 до +650°С.

Промышленный термометр

Основные элементы термометра:

• резервуар из стекла шаровой, цилиндрической или иной формы с припаянным капилляром;
• шкала, размещенная в одном направлении с капилляром. Делится по °С;
• жидкость, заполняющая капилляр и всю емкость.

В процессе измерения объем жидкости меняется – температура растет, столбик в пределах шкалы поднимается. Распространенный вопрос: для чего нужен термометр? Он необходим для получения точных показателей температуры. Шкала наносится на саму поверхность толстостенных капилляров. В других вариациях исполнения нанесение выполняется на пластинку, которая стоит внутри стеклянной оболочки. Это термометры с вложенной шкалой, также возможно закрепление шкалы к прикладной пластинке, к ней крепится капилляр.

Что такое термометрия?

Понятие довольно часто используется, термометрия — это определение методов, которые могут использоваться с целью измерения температуры, среди прочего это температура тела человека. Обозначение зависит от страны, у нас пользуются шкалой Цельсия, в Великобритании, США все еще используют шкалу Фаренгейта. Поэтому на вопрос: термометрия — что это?

Термометр — градусник

Можно ответить, что это совокупность методов, которые основаны на передаче тепла бесконтактно или контактным путем и используются для определения температуры. Если измерения бесконтактные, передача тепла обеспечивается через среду, обычно это воздух. Есть разные виды градусников, в медицинской практике в основном используются данные контактной температуры. Такой метод более надежен, поскольку передача идет от тела к прибору.

Как работают термометры, отличия различных моделей

Оборудование известно более четырех сотен лет, однако все еще вносятся корректировки, в результате чего создаются инновационные виды термометров. Они функционируют на основе реакций, не используемых ранее.

Термометр для измерения температуры воды

Основные виды:

1. Жидкостные. Стандартные градусники реагируют на изменение температуры расширением жидкости. Измерение температуры представляет собой процесс сжатия содержимого от холода и его расширение при повышении показателей. Температура определяется по шкале с учетом расположения жидкости. Обычно погрешность в пределах 0,1 градуса. Минусом является риск повреждения от удара и падения.
2. Газовые. Рабочий принцип аналогичен жидкостным, однако внутри колбы находится инертный газ. Использование газа позволяет охватить больший перечень показателей. Термометры покажут данные в пределах от +271 до + 1000 градусов. Обычно их применяют с целью измерения показаний для горячих веществ.
3. Электрические. Их действие базируется на изменениях показателей сопротивления установленного проводящего элемента при разной температуре. Увеличивается прогрев металла, что отражается в его сопротивляемости при перемещении тока. Возможности электрических приборов зависят от выбранного металла. Дорогие модели с платиной показывают данные от -200 до +750 градусов, доступные приборы делают из меди (от -50 до +180 градусов).
4. Механические. Для получения данных они учитывают деформации спирали из металла, их дополняют стрелкой, поэтому есть сходство со стрелочными часами. Отличаются прочностью и могут размещаться на панелях приборов.
5. Волоконно-оптические. Какие бывают термометры с высокой чувствительностью? Эта категория оборудования имеет отклонения до 0,1 градуса и измеряет показатели до +400 градусов. Для работы используется натянутое оптоволокно, оно реагирует на изменения сжатием или расширением. Поскольку сквозь него проходит луч света, выполняется его преломление и фиксация оптическим датчиком. Он сопоставляет преломление и температуру среды.
6. Термоэлектрические. Оснащены 2 проводниками для физического измерения температуры (эффект Зеебека). Точность высокая – 0,01 градуса, а диапазон от -100 до +2500 градусов. Актуальны при необходимости получения высоких показателей, чаще от 1000 градусов.
7. Инфракрасные. Эта категория оборудования изобретена недавно и обеспечивает диапазон от +100 до +3000 градусов. Обеспечена возможность измерений без контакта со средой. Оборудование направляет инфракрасный луч на измеряемую поверхность, отражая показатели на экране. Недочетом этой категории устройств является отсутствие предельной точности, поэтому возможны ошибки на несколько градусов. Используются для проверки нагрева заготовок из металла, корпуса двигателей и так далее. Также они могут вывести показатели открытого пламени.

Какие приборы существуют?

Ассортимент термометров необходим, поскольку их подбирают с учетом назначения:

• медицинские. Также их называют термометрами, прибор для измерения температуры тела имеет небольшой диапазон. Укажет показатели от +29,5 до +42 градусов. Бывают ушные, в виде кнопки, в виде соски, цифровые и стандартные – из стекла. Ртутные дают точные показатели, но их нужно держать 5-10 минут. Цифровые выводят данные на экран, требуют около 30-60 секунд на измерения. Соски и кнопки используются для детей;
• бытовые. Чем измеряют температуру воздуха? Бытовые градусники измеряют показатели в помещениях и на улице. При стеклянной оболочке используется ртуть или спирт. Домашние отражают данные от +0 до +50, личные от -50 до +50;
• промышленные. Чаще всего это оснащенные устройства механической категории, для указания на шкалу используется стрелка. Нужны для получения показателей в системах, например, водных или газовых магистралях. Отличаются показателями, размерами, исполнением;
• кухонные. Измеряют показатели пищевых продуктов, делятся на жидкостные, механические и электрические.

Особенности применения

Каждый вид приборов ориентирован на определенные условия. Для получения данных по температуре помещений достаточно контакта с воздухом, а при снятии показаний человеческого тела стандартные термометры располагаются в подмышечной впадине. Жидкостные термометры погружаются в среду на время измерений.

Изделия в виде сосок позволяют с удобством замерить температуру у малышей, пустышка дается ребенку. Она должна находиться в ротовой полости примерно 3-5 минут. Предусматривается подача сигнала, например мелодии. Погрешность равна 0,1 градуса, но ребенок должен быть в спокойном состоянии. Если он будет дышать ртом или плакать, точность будет намного хуже.

Термометр

Инфракрасные изделия ушного исполнения считывают показатели из барабанной перепонки, результат выводится 2-4 секунды спустя. Для работы нужны батарейки, данные показаны на специальном экране. С целью облегчения размещения в слуховом проходе дополняются подсветкой. Актуальны после трех лет, поскольку у малышей слишком узкий ушной проход.

Инфракрасные модели для измерений в области лба нужно прикладывать к коже, их работа ничем не отличается от ушных. Могут работать без контакта – на удалении 2,5 см от кожи. Цифровой результат выводится в течение нескольких секунд.

Итоги

Измерение температурных показателей имеет большое значение, термометры позволяют установить отклонение от нормы и скорректировать лечение. Градусники для воздушной среды или бытовые модели используются повсеместно. Остальные приборы более специфичны и могут использоваться в производственных условиях, для контроля за оборудованием, получения измерений воды, газа и так далее. Отличаться может принцип работы, оформление, материалы, шкала, однако все виды градусников используются с одной целью – измерение температуры.

принцип действия. Кто изобрел? Шкала и выбор

Для измерения температуры используются приборы под названием термометры. Они имеют разную конструкцию и форму, могут определить температуру тела, воздуха, воды и многого другого. Механические виды таких приборов базируются на расширении тел под действием тепла. Эти тела могут быть разной формы: газообразной, жидкой и твердой.

История

Изобретателем термометров был Галилео Галилей. Еще в 1706 году он занимался созданием астрономических и физических приборов, но основной его целью было усовершенствование термометра. Со временем он изобрел и разработал систему измерения температуры с помощью шкалы, разделенной на градусы от 0 до 100.

Механические приборы по измерению температуры появились намного позже. Такой вид термометра работает по принципу изменения металлической спирали. Приборы оснащены стрелкой и внешне похожи на стрелочные часы. Используются они на панелях автотранспорта и разнообразной спецтехнике.

Основными их преимуществами являются прочность и надежность.

Виды и их принцип работы

Принцип работы механических термометров заключается в изменении металлической спирали или ленты из биметалла и способности расширения металлических тел при нагреве. Они отличаются максимально точными данными и легкостью в использовании.

Данные механические приборы разделяются на два вида: биметаллические и стержневые.

Действие стержневых видов основывается на разнице линейного расширения двух тел, которые имеют разные температурные растяжения. Латунная трубка оказывается элементом, в котором находятся 2 спирали из сплава железа с никелем. Они приводят к сокращению расстояния, настраиваемого при регулировании в зависимости от нужного значения заданной температуры. Для того чтобы передать данные с таких приборов на дистанцию более 50 м, применяют электрические системы передач.

С их помощью прямые и угловые данные, полученные посредством работы термочувствительных элементов, превращаются в электрические сигналы.

Биметаллический градусник работает по принципу сжатия и расширения твердых тел. Они отличаются высокой прочностью, способны устоять перед температурами за границами измеряемого диапазона, применяются в промышленности.

Если температура выходит за пределы шкалы, то это значит, что прибор подвергается действию самых высоких или низких отметок.

Работает такой прибор при помощи стрелки и шкалы, с которых ведется отсчёт данных.

Биметаллические термометры бывают трех видов: спиральные, геликоид, с многоступенчатой спиралью. Спиральные имеют элементы в форме спирали. Когда они нагреваются, то приобретают способность раскручиваться, но иногда могут и закручиваться. Элемент меняется в зависимости от температуры. При ее повышении он нагревается и распрямляется, двигая стрелку в сторону увеличения данных, при снижении – наоборот, закручивается, и стрелка движется в сторону низких данных по шкале. Скручивание и раскручивание спирали происходит в соответствии с изменением температуры. Благодаря большому ходу стрелки данные о температуре очень четкие.

Спиралевидные элементы занимают мало места, поэтому используются чаще, чем стержневые с прямой формой.

Когда спиральные приборы оказываются неподходящими для применения в промышленности из-за своей формы, используют удлиненный элемент под названием геликоид. При нагревании он раскручивается и продвигает ось в область более высоких данных, а при остывании скручивается и направляет стрелку к наименьшим показателям шкалы.

У термометров с многоступенчатой спиралью принцип работы такой же, как и у унифилярной, но они имеют другое строение. В ней находится два и более концентрических витка. Она занимает еще меньше места и предоставляет больший ход стрелки, а значит, более точные данные.

Что выбрать?

Несколько советов, которые стоит брать во внимание при выборе механического термометра.

1. При выборе обратите внимание на стоимость. Дешевый прибор наверняка отличается погрешностью в данных.
2. Размер прибора имеет немаловажное значение, так как размер шкалы и цифр напрямую зависит от диаметра циферблата.
3. Верхний диапазон на шкале термометра должен быть не менее 300 градусов.
4. Производитель дорожит своей репутацией, поэтому товары от известных фирм будут отличаться качеством в лучшую сторону.

Далее вас ждет обзор механического термометра для кухни.

Термометр электронный, цифровой. Сопротивления биметаллические тб манометрические спиртовые, жидкостной электроконтактный газовый электрический воздуха термоэлектрические гильза ткп.

Как термометр показывает температуру?

Крошечный размер колбы и тончайший размер трубки помогают ртуть достигает температуры, которую измеряет очень быстро.

Лампы термометров следуют простому принцип, согласно которому жидкости изменяют свой объем относительно своего температура.При повышении температуры наполненная ртутью колба расширяется. в капиллярную трубку. Его скорость расширение калибруется на стекле шкала. На термометрах можно найти две разные шкалы – шкалу Фаренгейта и шкалу Цельсия.

По шкале Фаренгейта Даниэль Фаренгейт решил, что точки замерзания и кипения воды будут разделены на 180 градусов, и он привязал замерзшую воду к 32 градуса. Он сделал градусник, воткнул его в ледяную воду, и обозначил уровень ртути на стекле как 32 градуса.потом тот же градусник воткнул в кипяток и пометил 212 градусов. Затем он поставил 180 одинаковых отметок между этими двумя точки.

По шкале Цельсия Андерс Цельсий решил, что замораживание и точки кипения воды будут разделены на 100 градусов, и он сделал точку замерзания воды на уровне 100 градусов.

Термометры с шариковыми наконечниками чаще всего встречаются в двух местах – на улице. на наших подъездах, измеряя температуру снаружи или под нашим языки, измеряющие температуру нашего тела.

С возрастом технологии пришли и другие типы термометры. У каждого типа термометра свой отличительные средства измерения или контроля температуры. Для например, биметаллические ленточные термометры чрезвычайно эффективны для контроля температуры. Хотя лампочка термометры хороши для точного измерения температуры, они сложнее поддерживать заданную температуру.

В то время как термометры с шариковыми головками измеряют наши изменения температуры, когда мы лихорадочно, биметаллические полосковые термометры помогают нам испечь наши любимые пирожные, поддерживая заданную температуру в духовке.В биметаллический ленточный термометр, потому что он металлический, хорош при поддержании одной и той же температуры в течение длительного периода времени.

Последние технологии создали новые способы измерения температуры с электроникой. Наиболее распространенное устройство известно как Термистор . Этот датчик меняет свое сопротивление при изменении по температуре. Компьютер или другая электронная схема измеряет сопротивление и преобразует его в температуру, либо для отображения, либо для принятия решения о включении чего-либо или выкл.

Как работают термометры | Сравниваемые типы термометров

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 22 декабря 2020 г.

Тебе сегодня жарко, или это только мне? И как мы могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, и вы не согласны, как мы можем разрешить спор? Один простой способ – измерить температуру с помощью градусника в оба дня и сравните показания.Термометры – это простые научные инструменты, основанные на идее, что металлы изменяются. их поведение очень точное по мере того, как они нагреваются (получают больше тепловой энергии). Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.

Фото: Вот это я называю холодом! Этот круговой (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моей морозильной камеры: около -30 ° C (внутренняя шкала) или -25 ° F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеряется двумя немного разными способами.

Жидкостные термометры

Фотография: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева) и шкалу Фаренгейта (справа).Текущая температура составляет около 22 ° C или около 72 ° F. Шкала Фахенгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который сделал первый ртутный термометр в начале 18 века. Шкала Цельсия названа в честь разработавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).

Самые простые термометры действительно просты! Они просто очень тонкие стеклянные пробирки, наполненные небольшим количеством серебристой жидкости (обычно ртуть – довольно специальный металл, жидкий при обычных, повседневных температурах).Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину это напрямую связано с температурой. Так что если температура увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и поднимается по шкале вдвое больше, чем если бы повышение температуры всего на 10 градусов. Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем легко определить температуру.

Как определить масштаб? Делаем градусы Цельсия (по Цельсию) термометр – это просто, потому что он основан на температуре льда и кипяток.Они называются двумя неподвижными точками. Мы знайте, что лед имеет температуру, близкую к 0 ° C, а вода кипит при 100 ° C. Если мы окунем термометр в лед, то увидим, где уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая будет примерно 0 ° C. Аналогично, если мы окунем термометр в кипятка, мы можем подождать, пока поднимется ртуть, а затем сделать отметка, эквивалентная 100 ° C. Все, что нам нужно сделать, это разделить шкала между этими двумя фиксированными точками на 100 равных шагов («санти-градус» означает 100 делений) и, привет, у нас есть рабочий градусник!

Фото: Спиртовые термометры.Как вы можете видеть по красным линиям рядом с шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper от Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостера в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Коллекция фотографий Лиды Хилл Техас в американском проекте Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Ртуть или алкоголь?

Не во всех жидкостных термометрах используется ртуть. Если линия, которую вы видите на своем градуснике, красный, а не серебристый, как на картинке, ваш термометр наполненный жидкостью на спиртовой основе (например, этанолом).Какая разница? Ртуть токсична, хотя совершенно безопасно, если он запечатан внутри термометра. Однако если стеклянная трубка ртутного термометра происходит разрушение, что потенциально подвергает вас воздействию ядовитой жидкости внутри него. По этой причине спиртовые термометры обычно безопаснее, и они могут также может использоваться для измерения более низких температур (поскольку спирт имеет более низкую точку замерзания чем ртуть; это около -114 ° C или -170 ° F для чистого этанола по сравнению с примерно -40 ° C или -40 ° F для ртути).

Термометры циферблатные

Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем На верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по круговой шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель монтируется на свернутом в спираль куске металла, называемом биметаллической полосой, который предназначен для расширения и изгиба при становится горячее (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как это работает). Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем сильнее она толкает указатель вверх по шкале.

Изображение: Как работает циферблатный термометр: это механизм, который приводит в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза В. Патнэма от 1905 года. Вверху мы видим обычную стрелку и циферблат. Нижнее изображение показывает, что происходит вокруг спины. Биметаллическая полоска (желтого цвета) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух соединенных вместе разных металлов, которые при нагревании расширяются в разной степени.При изменении температуры биметаллическая полоса изгибается более или менее сильно (сжимается или расширяется), а прикрепленный к ней указатель перемещается вверх или вниз по шкале. Произведение искусства из патента США 798 211: термометр любезно предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Фото: Вот свернутая биметаллическая полоса реального термометра со шкалой (термометр морозильной камеры на нашем верхнем фото). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в ​​сторону более низких температур, спиральная полоска затянется; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.

Термометры электронные

Одна проблема с ртутными и циферблатными термометрами заключается в том, что они при этом реагировать на перепады температуры. Электронный У термометров такой проблемы нет: вы просто касаетесь зондом термометра объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей дает (почти) мгновенное считывание температуры.

Фото: Электронный медицинский термометр 2010 г. Ставите металлический зонд. у вас во рту или где-то еще на вашем теле, и считайте температуру на ЖК-дисплее.

Электронные термометры работают совершенно иначе, чем механические, использующие ртутные линии или вращающиеся указатели. Они основаны на идее, что сопротивление куска металла (легкость, с которой течет электричество через него) изменяется при изменении температуры. По мере того, как металлы становятся горячее, атомы внутри вибрируют сильнее по ним, электричеству труднее течь, и сопротивление возрастает. Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно, и сопротивление идет вниз.(При температурах, близких к абсолютному нулю, минимальной теоретически возможной температуре -273,15 ° C или -459,67 ° F, сопротивление полностью исчезает в результате явления, называемого сверхпроводимость.)

Электронный термометр работает, подавая напряжение на металлический зонд и измерение силы тока, протекающего через него. Если вы опускаете зонд в кипящую воду, тепло воды делает электричество проходит через зонд с меньшей легкостью, поэтому сопротивление на точно измеримую величину. Микрочип внутри термометра измеряет сопротивление и преобразует его в измерение температуры.

Фото: Термометр электрического сопротивления 1912 года: Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Лидсом и Нортрупом. и используется для измерения температуры в Национальном бюро стандартов США. (ныне NIST) в начале 20 века. Несмотря на его коренастый и неуклюжий вид, его точность составляет 0,0001 градус. Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Основным преимуществом таких термометров является то, что они могут мгновенное считывание в любой температурной шкале например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там.Но один из их недостатков в том, что они измеряют температуру от от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут довольно сильно колебаться резко, иногда затрудняя получение точных показаний.

В прецизионных электрических термометрах, известных как термометры сопротивления, используются четыре резистора, расположенных по ромбовидной схеме, называемой мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные значения, сопротивление четвертого легко рассчитать. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры, такую ​​схему можно использовать как очень точный термометр: вычисляя его сопротивление (по его напряжению и току) позволяет нам рассчитать его температуру.

Измерение экстремальных температур

Если вы хотите измерить что-то слишком горячее или холодное для обычного термометра. ручка, понадобится термопара: хитрый прибор который измеряет температуру путем измерения электричества. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать даже термопару, можно попробовать пирометр, своего рода термометр, который определяет температуру объекта по электромагнитное излучение, которое он испускает.

Что такое температурная шкала?

Фото: Температурные шкалы линейны: определенное повышение температуры всегда перемещает вас на одно и то же расстояние вверх по шкале.Это не означает, что термометры должны быть прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртутный, стрелочный или другой индикатор температуры должен двигайтесь так далеко, чтобы обозначать каждое новое деление при повышении или понижении температуры). Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия с помощью круговой (но все же линейной) шкалы.

Для термометра не обязательно должны быть нанесены шкала или цифры.Представьте себе, если вы были на необитаемом острове и наткнулись на старый градусник на песке с шкала и цифры стерлись, но в остальном работает нормально. Вы все еще можете использовать это получить представление о температурах. Вы могли бы использовать это очень грубо, чтобы сказать такие вещи, как: «Уровень ртути поднялся примерно на полпути, что выше, чем было вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».

Лучше всего поставить свою шкалу на термометр. Во-первых, вам нужно найти что-то действительно холодное (например, кусок льда), поместите термометр на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути.Тогда вы могли бы сделать то же самое чем-нибудь горячим (кипятком) и еще раз отметьте уровень ртути. Мы называем это два опорных уровня температуры фиксированных точек. Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя фиксированные точки на множество секций одинаковой длины. Вот как по Цельсию термометр получил свое название: у него 100 («центовых») секций («градаций») между неподвижные точки льда и пара. Какие бывают разные температурные шкалы и как они проработаны?

Как соотносятся градусы Цельсия и Фаренгейта?

Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру Цельсия в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8), а затем добавьте 32. Чтобы преобразовать По Фаренгейту на Цельсию вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9 (или делите на 1,8, что одно и то же). Когда вы слышите, как в прогнозах погоды указываются температуры по Цельсию и их эквиваленты по Фаренгейту, вы можете почувствовать, что связь между ними немного странная и сбивающая с толку, потому что они кажутся такими разными.Но если вы нанесете их на диаграмму (как показано ниже), вы увидите, что обе шкалы абсолютно линейны, и каждое повышение температуры, которое добавляет еще 10 ° C, добавляет 18 ° F.

: шкала температуры Цельсия показана синим цветом, а шкала Фаренгейта – красным цветом. Каждая точка на диаграмме показывает два эквивалентных измерения для определенной температуры, например, 20 ° C. равно 68 ° F. Обе шкалы явно линейны: увеличение на 10 ° C равно увеличению на 18 ° F.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги для младших читателей

• Как мы измеряем температуру? Криса Вудфорда. Гарет Стивенс, 2013 / Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет). Акцент здесь делается на температуре как на практической, повседневной форме математики.
• градус по Фаренгейту, Цельсию и их температурные шкалы Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press / Rosen, 2012. Историческое введение, в котором рассказываются истории Даниэля Фаренгейта и Андерса Цельсия наряду с практическим измерением температуры.
• Измерь! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте от 7 до 9 лет, включающее некоторые темы, связанные с погодой и изменением климата.
• Температура: нагревание и охлаждение Дарлин Р.Стилле. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для читателей чуть младше.
• Термометры Адель Ричардсон. Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее те же темы, что и эта статья, но для более молодых читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).

Книги для старших читателей

• Изобретая температуру: измерение и научный прогресс Хасок Чанг. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами.Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читаемая.
• Измерение температуры Л. Михальски. Wiley, 2001. Подробное руководство по точным измерениям температуры для ученых и инженеров.
• Принципы и методы измерения температуры Томас Дональд МакГи. Wiley-IEEE, 1988. Подробный (почти 600 страниц) учебник, охватывающий температурные шкалы и все виды датчиков температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2008/2020) Термометры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/thermometer.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают термометры | Сравниваемые типы термометров

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 22 декабря 2020 г.

Тебе сегодня жарко, или это только мне? И как мы могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, и вы не согласны, как мы можем разрешить спор? Один простой способ – измерить температуру с помощью градусника в оба дня и сравните показания.Термометры – это простые научные инструменты, основанные на идее, что металлы изменяются. их поведение очень точное по мере того, как они нагреваются (получают больше тепловой энергии). Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.

Фото: Вот это я называю холодом! Этот круговой (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моей морозильной камеры: около -30 ° C (внутренняя шкала) или -25 ° F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеряется двумя немного разными способами.

Жидкостные термометры

Фотография: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева) и шкалу Фаренгейта (справа).Текущая температура составляет около 22 ° C или около 72 ° F. Шкала Фахенгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который сделал первый ртутный термометр в начале 18 века. Шкала Цельсия названа в честь разработавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).

Самые простые термометры действительно просты! Они просто очень тонкие стеклянные пробирки, наполненные небольшим количеством серебристой жидкости (обычно ртуть – довольно специальный металл, жидкий при обычных, повседневных температурах).Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину это напрямую связано с температурой. Так что если температура увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и поднимается по шкале вдвое больше, чем если бы повышение температуры всего на 10 градусов. Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем легко определить температуру.

Как определить масштаб? Делаем градусы Цельсия (по Цельсию) термометр – это просто, потому что он основан на температуре льда и кипяток.Они называются двумя неподвижными точками. Мы знайте, что лед имеет температуру, близкую к 0 ° C, а вода кипит при 100 ° C. Если мы окунем термометр в лед, то увидим, где уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая будет примерно 0 ° C. Аналогично, если мы окунем термометр в кипятка, мы можем подождать, пока поднимется ртуть, а затем сделать отметка, эквивалентная 100 ° C. Все, что нам нужно сделать, это разделить шкала между этими двумя фиксированными точками на 100 равных шагов («санти-градус» означает 100 делений) и, привет, у нас есть рабочий градусник!

Фото: Спиртовые термометры.Как вы можете видеть по красным линиям рядом с шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper от Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостера в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Коллекция фотографий Лиды Хилл Техас в американском проекте Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Ртуть или алкоголь?

Не во всех жидкостных термометрах используется ртуть. Если линия, которую вы видите на своем градуснике, красный, а не серебристый, как на картинке, ваш термометр наполненный жидкостью на спиртовой основе (например, этанолом).Какая разница? Ртуть токсична, хотя совершенно безопасно, если он запечатан внутри термометра. Однако если стеклянная трубка ртутного термометра происходит разрушение, что потенциально подвергает вас воздействию ядовитой жидкости внутри него. По этой причине спиртовые термометры обычно безопаснее, и они могут также может использоваться для измерения более низких температур (поскольку спирт имеет более низкую точку замерзания чем ртуть; это около -114 ° C или -170 ° F для чистого этанола по сравнению с примерно -40 ° C или -40 ° F для ртути).

Термометры циферблатные

Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем На верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по круговой шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель монтируется на свернутом в спираль куске металла, называемом биметаллической полосой, который предназначен для расширения и изгиба при становится горячее (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как это работает). Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем сильнее она толкает указатель вверх по шкале.

Изображение: Как работает циферблатный термометр: это механизм, который приводит в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза В. Патнэма от 1905 года. Вверху мы видим обычную стрелку и циферблат. Нижнее изображение показывает, что происходит вокруг спины. Биметаллическая полоска (желтого цвета) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух соединенных вместе разных металлов, которые при нагревании расширяются в разной степени.При изменении температуры биметаллическая полоса изгибается более или менее сильно (сжимается или расширяется), а прикрепленный к ней указатель перемещается вверх или вниз по шкале. Произведение искусства из патента США 798 211: термометр любезно предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Фото: Вот свернутая биметаллическая полоса реального термометра со шкалой (термометр морозильной камеры на нашем верхнем фото). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в ​​сторону более низких температур, спиральная полоска затянется; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.

Термометры электронные

Одна проблема с ртутными и циферблатными термометрами заключается в том, что они при этом реагировать на перепады температуры. Электронный У термометров такой проблемы нет: вы просто касаетесь зондом термометра объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей дает (почти) мгновенное считывание температуры.

Фото: Электронный медицинский термометр 2010 г. Ставите металлический зонд. у вас во рту или где-то еще на вашем теле, и считайте температуру на ЖК-дисплее.

Электронные термометры работают совершенно иначе, чем механические, использующие ртутные линии или вращающиеся указатели. Они основаны на идее, что сопротивление куска металла (легкость, с которой течет электричество через него) изменяется при изменении температуры. По мере того, как металлы становятся горячее, атомы внутри вибрируют сильнее по ним, электричеству труднее течь, и сопротивление возрастает. Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно, и сопротивление идет вниз.(При температурах, близких к абсолютному нулю, минимальной теоретически возможной температуре -273,15 ° C или -459,67 ° F, сопротивление полностью исчезает в результате явления, называемого сверхпроводимость.)

Электронный термометр работает, подавая напряжение на металлический зонд и измерение силы тока, протекающего через него. Если вы опускаете зонд в кипящую воду, тепло воды делает электричество проходит через зонд с меньшей легкостью, поэтому сопротивление на точно измеримую величину. Микрочип внутри термометра измеряет сопротивление и преобразует его в измерение температуры.

Фото: Термометр электрического сопротивления 1912 года: Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Лидсом и Нортрупом. и используется для измерения температуры в Национальном бюро стандартов США. (ныне NIST) в начале 20 века. Несмотря на его коренастый и неуклюжий вид, его точность составляет 0,0001 градус. Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Основным преимуществом таких термометров является то, что они могут мгновенное считывание в любой температурной шкале например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там.Но один из их недостатков в том, что они измеряют температуру от от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут довольно сильно колебаться резко, иногда затрудняя получение точных показаний.

В прецизионных электрических термометрах, известных как термометры сопротивления, используются четыре резистора, расположенных по ромбовидной схеме, называемой мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные значения, сопротивление четвертого легко рассчитать. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры, такую ​​схему можно использовать как очень точный термометр: вычисляя его сопротивление (по его напряжению и току) позволяет нам рассчитать его температуру.

Измерение экстремальных температур

Если вы хотите измерить что-то слишком горячее или холодное для обычного термометра. ручка, понадобится термопара: хитрый прибор который измеряет температуру путем измерения электричества. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать даже термопару, можно попробовать пирометр, своего рода термометр, который определяет температуру объекта по электромагнитное излучение, которое он испускает.

Что такое температурная шкала?

Фото: Температурные шкалы линейны: определенное повышение температуры всегда перемещает вас на одно и то же расстояние вверх по шкале.Это не означает, что термометры должны быть прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртутный, стрелочный или другой индикатор температуры должен двигайтесь так далеко, чтобы обозначать каждое новое деление при повышении или понижении температуры). Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия с помощью круговой (но все же линейной) шкалы.

Для термометра не обязательно должны быть нанесены шкала или цифры.Представьте себе, если вы были на необитаемом острове и наткнулись на старый градусник на песке с шкала и цифры стерлись, но в остальном работает нормально. Вы все еще можете использовать это получить представление о температурах. Вы могли бы использовать это очень грубо, чтобы сказать такие вещи, как: «Уровень ртути поднялся примерно на полпути, что выше, чем было вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».

Лучше всего поставить свою шкалу на термометр. Во-первых, вам нужно найти что-то действительно холодное (например, кусок льда), поместите термометр на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути.Тогда вы могли бы сделать то же самое чем-нибудь горячим (кипятком) и еще раз отметьте уровень ртути. Мы называем это два опорных уровня температуры фиксированных точек. Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя фиксированные точки на множество секций одинаковой длины. Вот как по Цельсию термометр получил свое название: у него 100 («центовых») секций («градаций») между неподвижные точки льда и пара. Какие бывают разные температурные шкалы и как они проработаны?

Как соотносятся градусы Цельсия и Фаренгейта?

Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру Цельсия в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8), а затем добавьте 32. Чтобы преобразовать По Фаренгейту на Цельсию вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9 (или делите на 1,8, что одно и то же). Когда вы слышите, как в прогнозах погоды указываются температуры по Цельсию и их эквиваленты по Фаренгейту, вы можете почувствовать, что связь между ними немного странная и сбивающая с толку, потому что они кажутся такими разными.Но если вы нанесете их на диаграмму (как показано ниже), вы увидите, что обе шкалы абсолютно линейны, и каждое повышение температуры, которое добавляет еще 10 ° C, добавляет 18 ° F.

: шкала температуры Цельсия показана синим цветом, а шкала Фаренгейта – красным цветом. Каждая точка на диаграмме показывает два эквивалентных измерения для определенной температуры, например, 20 ° C. равно 68 ° F. Обе шкалы явно линейны: увеличение на 10 ° C равно увеличению на 18 ° F.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги для младших читателей

• Как мы измеряем температуру? Криса Вудфорда. Гарет Стивенс, 2013 / Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет). Акцент здесь делается на температуре как на практической, повседневной форме математики.
• градус по Фаренгейту, Цельсию и их температурные шкалы Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press / Rosen, 2012. Историческое введение, в котором рассказываются истории Даниэля Фаренгейта и Андерса Цельсия наряду с практическим измерением температуры.
• Измерь! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте от 7 до 9 лет, включающее некоторые темы, связанные с погодой и изменением климата.
• Температура: нагревание и охлаждение Дарлин Р.Стилле. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для читателей чуть младше.
• Термометры Адель Ричардсон. Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее те же темы, что и эта статья, но для более молодых читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).

Книги для старших читателей

• Изобретая температуру: измерение и научный прогресс Хасок Чанг. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами.Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читаемая.
• Измерение температуры Л. Михальски. Wiley, 2001. Подробное руководство по точным измерениям температуры для ученых и инженеров.
• Принципы и методы измерения температуры Томас Дональд МакГи. Wiley-IEEE, 1988. Подробный (почти 600 страниц) учебник, охватывающий температурные шкалы и все виды датчиков температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2008/2020) Термометры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/thermometer.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают термометры | Сравниваемые типы термометров

Реклама

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 22 декабря 2020 г.

Тебе сегодня жарко, или это только мне? И как мы могу сказать? Если я скажу, что сегодня жарче, чем вчера, и вы не согласны, как мы можем разрешить спор? Один простой способ – измерить температуру с помощью градусника в оба дня и сравните показания.Термометры – это простые научные инструменты, основанные на идее, что металлы изменяются. их поведение очень точное по мере того, как они нагреваются (получают больше тепловой энергии). Давайте подробнее рассмотрим, как работают эти удобные гаджеты.

Фото: Вот это я называю холодом! Этот круговой (стрелочный) термометр показывает температуру внутри моей морозильной камеры: около -30 ° C (внутренняя шкала) или -25 ° F (внешняя шкала). Это точно такая же температура, но измеряется двумя немного разными способами.

Жидкостные термометры

Фотография: Этот термометр содержит красную жидкость на спиртовой основе и имеет шкалу Цельсия (слева) и шкалу Фаренгейта (справа).Текущая температура составляет около 22 ° C или около 72 ° F. Шкала Фахенгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта (1686–1736), который сделал первый ртутный термометр в начале 18 века. Шкала Цельсия названа в честь разработавшего ее шведского ученого Андерса Цельсия (1701–1744).

Самые простые термометры действительно просты! Они просто очень тонкие стеклянные пробирки, наполненные небольшим количеством серебристой жидкости (обычно ртуть – довольно специальный металл, жидкий при обычных, повседневных температурах).Когда ртуть нагревается, она расширяется (увеличивается в размерах) на величину это напрямую связано с температурой. Так что если температура увеличивается на 20 градусов, ртуть расширяется и поднимается по шкале вдвое больше, чем если бы повышение температуры всего на 10 градусов. Все, что нам нужно сделать, это отметить шкалу на стекле, и мы сможем легко определить температуру.

Как определить масштаб? Делаем градусы Цельсия (по Цельсию) термометр – это просто, потому что он основан на температуре льда и кипяток.Они называются двумя неподвижными точками. Мы знайте, что лед имеет температуру, близкую к 0 ° C, а вода кипит при 100 ° C. Если мы окунем термометр в лед, то увидим, где уровень ртути достигает и отмечает самую низкую точку на нашей шкале, которая будет примерно 0 ° C. Аналогично, если мы окунем термометр в кипятка, мы можем подождать, пока поднимется ртуть, а затем сделать отметка, эквивалентная 100 ° C. Все, что нам нужно сделать, это разделить шкала между этими двумя фиксированными точками на 100 равных шагов («санти-градус» означает 100 делений) и, привет, у нас есть рабочий градусник!

Фото: Спиртовые термометры.Как вы можете видеть по красным линиям рядом с шкалами, эти исторические термометры Dr Pepper от Dublin Bottling Works и W.P. Музей Клостера в Дублине, штат Техас, также содержит алкоголь. Фото Кэрол М. Хайсмит. Предоставлено: Коллекция фотографий Лиды Хилл Техас в американском проекте Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.

Ртуть или алкоголь?

Не во всех жидкостных термометрах используется ртуть. Если линия, которую вы видите на своем градуснике, красный, а не серебристый, как на картинке, ваш термометр наполненный жидкостью на спиртовой основе (например, этанолом).Какая разница? Ртуть токсична, хотя совершенно безопасно, если он запечатан внутри термометра. Однако если стеклянная трубка ртутного термометра происходит разрушение, что потенциально подвергает вас воздействию ядовитой жидкости внутри него. По этой причине спиртовые термометры обычно безопаснее, и они могут также может использоваться для измерения более низких температур (поскольку спирт имеет более низкую точку замерзания чем ртуть; это около -114 ° C или -170 ° F для чистого этанола по сравнению с примерно -40 ° C или -40 ° F для ртути).

Термометры циферблатные

Однако не все термометры работают таким образом. Тот, что показан в нашем На верхнем фото есть металлический указатель, который перемещается вверх и вниз по круговой шкала. Откройте один из этих термометров, и вы увидите указатель монтируется на свернутом в спираль куске металла, называемом биметаллической полосой, который предназначен для расширения и изгиба при становится горячее (см. нашу статью о термостатах, чтобы узнать, как это работает). Чем выше температура, тем больше расширяется биметаллическая полоса и тем сильнее она толкает указатель вверх по шкале.

Изображение: Как работает циферблатный термометр: это механизм, который приводит в действие типичный циферблатный термометр, проиллюстрированный в патенте Чарльза В. Патнэма от 1905 года. Вверху мы видим обычную стрелку и циферблат. Нижнее изображение показывает, что происходит вокруг спины. Биметаллическая полоска (желтого цвета) плотно свернута и прикреплена как к корпусу термометра, так и к стрелке. Он состоит из двух соединенных вместе разных металлов, которые при нагревании расширяются в разной степени.При изменении температуры биметаллическая полоса изгибается более или менее сильно (сжимается или расширяется), а прикрепленный к ней указатель перемещается вверх или вниз по шкале. Произведение искусства из патента США 798 211: термометр любезно предоставлен Управлением по патентам и товарным знакам США.

Фото: Вот свернутая биметаллическая полоса реального термометра со шкалой (термометр морозильной камеры на нашем верхнем фото). Легко увидеть, как это работает: если повернуть стрелку рукой в ​​сторону более низких температур, спиральная полоска затянется; поверните указатель в другую сторону, и полоска ослабнет.

Термометры электронные

Одна проблема с ртутными и циферблатными термометрами заключается в том, что они при этом реагировать на перепады температуры. Электронный У термометров такой проблемы нет: вы просто касаетесь зондом термометра объект, температуру которого вы хотите измерить, и цифровой дисплей дает (почти) мгновенное считывание температуры.

Фото: Электронный медицинский термометр 2010 г. Ставите металлический зонд. у вас во рту или где-то еще на вашем теле, и считайте температуру на ЖК-дисплее.

Электронные термометры работают совершенно иначе, чем механические, использующие ртутные линии или вращающиеся указатели. Они основаны на идее, что сопротивление куска металла (легкость, с которой течет электричество через него) изменяется при изменении температуры. По мере того, как металлы становятся горячее, атомы внутри вибрируют сильнее по ним, электричеству труднее течь, и сопротивление возрастает. Точно так же, когда металлы остывают, электроны движутся более свободно, и сопротивление идет вниз.(При температурах, близких к абсолютному нулю, минимальной теоретически возможной температуре -273,15 ° C или -459,67 ° F, сопротивление полностью исчезает в результате явления, называемого сверхпроводимость.)

Электронный термометр работает, подавая напряжение на металлический зонд и измерение силы тока, протекающего через него. Если вы опускаете зонд в кипящую воду, тепло воды делает электричество проходит через зонд с меньшей легкостью, поэтому сопротивление на точно измеримую величину. Микрочип внутри термометра измеряет сопротивление и преобразует его в измерение температуры.

Фото: Термометр электрического сопротивления 1912 года: Этот пример термометра сопротивления мостового типа был построен Лидсом и Нортрупом. и используется для измерения температуры в Национальном бюро стандартов США. (ныне NIST) в начале 20 века. Несмотря на его коренастый и неуклюжий вид, его точность составляет 0,0001 градус. Фото любезно предоставлено Национальным институтом стандартов и технологий цифровых коллекций, Гейтерсбург, Мэриленд 20899.

Основным преимуществом таких термометров является то, что они могут мгновенное считывание в любой температурной шкале например, по Цельсию, по Фаренгейту или как там.Но один из их недостатков в том, что они измеряют температуру от от момента к моменту, поэтому цифры, которые они показывают, могут довольно сильно колебаться резко, иногда затрудняя получение точных показаний.

В прецизионных электрических термометрах, известных как термометры сопротивления, используются четыре резистора, расположенных по ромбовидной схеме, называемой мостом Уитстона. Если три резистора имеют известные значения, сопротивление четвертого легко рассчитать. Если четвертый резистор выполнен в виде датчика температуры, такую ​​схему можно использовать как очень точный термометр: вычисляя его сопротивление (по его напряжению и току) позволяет нам рассчитать его температуру.

Измерение экстремальных температур

Если вы хотите измерить что-то слишком горячее или холодное для обычного термометра. ручка, понадобится термопара: хитрый прибор который измеряет температуру путем измерения электричества. И если вы не можете подойти достаточно близко, чтобы использовать даже термопару, можно попробовать пирометр, своего рода термометр, который определяет температуру объекта по электромагнитное излучение, которое он испускает.

Что такое температурная шкала?

Фото: Температурные шкалы линейны: определенное повышение температуры всегда перемещает вас на одно и то же расстояние вверх по шкале.Это не означает, что термометры должны быть прямыми, как линейки: это означает, что каждое деление температурной шкалы занимает точно такое же пространство (или, если хотите, ртутный, стрелочный или другой индикатор температуры должен двигайтесь так далеко, чтобы обозначать каждое новое деление при повышении или понижении температуры). Этот циферблатный термометр от газового котла показывает температуру вашего центрального отопления в градусах Цельсия с помощью круговой (но все же линейной) шкалы.

Для термометра не обязательно должны быть нанесены шкала или цифры.Представьте себе, если вы были на необитаемом острове и наткнулись на старый градусник на песке с шкала и цифры стерлись, но в остальном работает нормально. Вы все еще можете использовать это получить представление о температурах. Вы могли бы использовать это очень грубо, чтобы сказать такие вещи, как: «Уровень ртути поднялся примерно на полпути, что выше, чем было вчера, поэтому сегодня должно быть жарче».

Лучше всего поставить свою шкалу на термометр. Во-первых, вам нужно найти что-то действительно холодное (например, кусок льда), поместите термометр на нем и поцарапайте стекло, чтобы отметить уровень ртути.Тогда вы могли бы сделать то же самое чем-нибудь горячим (кипятком) и еще раз отметьте уровень ртути. Мы называем это два опорных уровня температуры фиксированных точек. Чтобы сделать шкалу термометра, все, что нам нужно сделать, это разделить расстояние между двумя фиксированные точки на множество секций одинаковой длины. Вот как по Цельсию термометр получил свое название: у него 100 («центовых») секций («градаций») между неподвижные точки льда и пара. Какие бывают разные температурные шкалы и как они проработаны?

Как соотносятся градусы Цельсия и Фаренгейта?

Вы, наверное, знаете, как преобразовать температуру Цельсия в градусы Фаренгейта: умножьте на 9/5 (или 1,8), а затем добавьте 32. Чтобы преобразовать По Фаренгейту на Цельсию вы делаете обратное: вычитаете 32 и умножаете на 5/9 (или делите на 1,8, что одно и то же). Когда вы слышите, как в прогнозах погоды указываются температуры по Цельсию и их эквиваленты по Фаренгейту, вы можете почувствовать, что связь между ними немного странная и сбивающая с толку, потому что они кажутся такими разными.Но если вы нанесете их на диаграмму (как показано ниже), вы увидите, что обе шкалы абсолютно линейны, и каждое повышение температуры, которое добавляет еще 10 ° C, добавляет 18 ° F.

: шкала температуры Цельсия показана синим цветом, а шкала Фаренгейта – красным цветом. Каждая точка на диаграмме показывает два эквивалентных измерения для определенной температуры, например, 20 ° C. равно 68 ° F. Обе шкалы явно линейны: увеличение на 10 ° C равно увеличению на 18 ° F.

Если вам понравилась эта статья …

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

На других сайтах

Книги для младших читателей

• Как мы измеряем температуру? Криса Вудфорда. Гарет Стивенс, 2013 / Blackbirch, 2005. Одна из моих собственных книг для юных читателей (7–9 лет). Акцент здесь делается на температуре как на практической, повседневной форме математики.
• градус по Фаренгейту, Цельсию и их температурные шкалы Йоминг С. Лин. PowerKIDS Press / Rosen, 2012. Историческое введение, в котором рассказываются истории Даниэля Фаренгейта и Андерса Цельсия наряду с практическим измерением температуры.
• Измерь! Температура Кейси Рэнд. Raintree, 2010. Базовое введение для детей в возрасте от 7 до 9 лет, включающее некоторые темы, связанные с погодой и изменением климата.
• Температура: нагревание и охлаждение Дарлин Р.Стилле. Picture Window Books, 2004. Альтернативное 24-страничное введение для читателей чуть младше.
• Термометры Адель Ричардсон. Capstone, 2004. 32-страничное введение, охватывающее те же темы, что и эта статья, но для более молодых читателей (в возрасте 6–8 лет или около того).

Книги для старших читателей

• Изобретая температуру: измерение и научный прогресс Хасок Чанг. Oxford University Press, 2004. История о том, как люди научились измерять температуру термометрами.Достаточно философская и научная книга, но тем не менее вполне читаемая.
• Измерение температуры Л. Михальски. Wiley, 2001. Подробное руководство по точным измерениям температуры для ученых и инженеров.
• Принципы и методы измерения температуры Томас Дональд МакГи. Wiley-IEEE, 1988. Подробный (почти 600 страниц) учебник, охватывающий температурные шкалы и все виды датчиков температуры, включая пирометры, термисторы и термопары.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2008, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис.(2008/2020) Термометры. Получено с https://www.explainthatstuff.com/thermometer.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работает термометр?

Термометры – это обычное оборудование, которое можно найти почти в каждом доме. У некоторых из нас даже есть несколько термометров, каждый из которых имеет свое уникальное назначение. Есть медицинские термометры, погодные термометры, термометры для приготовления пищи, промышленные термометры и многое другое.

Практически каждый знает, что делает термометр – он измеряет температуру в соответствии с заданной числовой шкалой, – но знаете ли вы, как работает термометр?

Самая простая форма термометра – термометр со стеклянной колбой, изобретенный немецким физиком Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом в 1709 году. Этот тип термометра представляет собой длинную стеклянную трубку, наполненную жидкостью, которая поднимается и опускается при изменении температуры.

по Фаренгейту содержал спирт, температура замерзания которого ниже, чем у воды.Пять лет спустя он заменил ртуть, потому что ртуть расширяется с постоянной скоростью в более широком диапазоне температур, чем спирт, а ее точки замерзания и кипения более экстремальные, чем у спирта. Ртуть продолжает оставаться наиболее часто используемой жидкостью в термометрах со стеклянной колбой на протяжении более 400 лет, хотя правительства во всем мире начали рекомендовать альтернативы, не содержащие ртуть, поскольку ртуть представляет серьезную опасность для окружающей среды и здоровья.

Термометры со стеклянной колбой работают, потому что жидкости, такие как вода, спирт или ртуть, немного расширяются при повышении температуры.Если жидкость застряла в узкой трубке, ей некуда деваться, кроме как вверх. Поскольку это расширение происходит с предсказуемой скоростью, Фаренгейт смог создать шкалу, чтобы определить, какой будет температура воздуха, когда жидкость достигнет любой заданной точки на трубке. Это позволило ученым впервые говорить о температуре в точных терминах. Другие ученые, в первую очередь Андерс Цельсий и Уильям Томпсон, также известный как лорд Кельвин, изобрели свои собственные весы для измерения температуры, но шкала Фаренгейта была первой.

До Фаренгейта Галилео Галилей изобрел более примитивный, хотя и более интересный, стеклянный термометр. Термометр Галилея представлял собой стеклянную трубку, наполненную водой, и серию утяжеленных стеклянных колб, которые поднимаются к вершине трубки при понижении температуры. Каждая лампочка представляет определенный температурный диапазон в зависимости от ее веса и того, насколько плотной должна быть вода, чтобы удерживать ее. Более холодный воздух заставляет воду сжиматься, позволяя большему количеству луковиц плавать в верхней части трубки. Поскольку в термометре Галилея использовалась вода, он не мог показывать температуру ниже нуля, а лампочки были менее точным показателем, чем простая линейная шкала Фаренгейта.

Сегодня у нас есть много других типов термометров, включая цифровые термометры и пружинные термометры. Пружинные термометры используют термочувствительный кусок свернутого в спираль металла, который расширяется при повышении температуры и сжимается при охлаждении, заставляя указатель, прикрепленный к пружине, двигаться. Цифровые термометры содержат термочувствительные жидкие кристаллы, которые посылают сигналы на цифровой дисплей температуры.

Вы можете сделать свой простой термометр дома, используя несколько основных предметов домашнего обихода:

Водопроводная вода
Медицинский спирт
Прозрачная пластиковая бутылка из-под газировки или воды
Несколько капель пищевого красителя (подойдет любой цвет)
Прозрачная пластиковая соломинка для питья
Большой кусок глины для лепки, пластилина Play-Doh или Silly Putty

Наполните пластиковую бутылку примерно на 1/4 равными частями водопроводной воды и медицинского спирта.Добавьте несколько капель пищевого красителя и осторожно перемешайте. Поместите соломинку в бутылку так, чтобы дно соломинки доходило почти до дна, но не совсем. Используйте пластилин, чтобы закрыть горлышко бутылки и удерживать соломинку на месте.

Вынесите свое творение на улицу, где температура колеблется сильнее, чем в помещении. Со временем вы заметите, что жидкость перемещается вверх и вниз по соломке, в зависимости от того, насколько она горячая или холодная. Вы даже можете откалибровать этот простой термометр с помощью градуированных линий.Один простой способ сделать это – использовать другой термометр в качестве «жульничества». Вы также можете поставить воду чуть выше точки замерзания и чуть ниже точки кипения, чтобы определить, где вода находится в этих точках, и соответствующим образом пометить бутылку. Конечно, ваша пластиковая бутылка, вероятно, не выдержит кипячения.

Со временем этот простой термометр станет менее точным, так как вода испаряется из верхней части открытой соломинки. Коммерческие термометры опломбированы, чтобы этого не произошло.Некоторые из них, например, медицинские термометры, даже герметичны, поэтому регистрируемые ими показания температуры не падают после их снятия. Чтобы «обнулить» термометры с вакуумным уплотнением, вы должны снова влить жидкость в грушу.

Учебное пособие по физике

У всех нас чувствует , что такое температура. У нас даже есть общий язык, который мы используем для качественного описания температуры. Вода в душе или ванне кажется горячей, холодной или теплой. Погода на улице холодно или парно .Мы, безусловно, хорошо чувствуем, насколько одна температура качественно отличается от другой температуры. Мы не всегда можем прийти к единому мнению, является ли температура в помещении слишком высокой или слишком низкой или подходящей. Но мы, вероятно, все согласимся с тем, что у нас есть встроенные термометры для качественных оценок относительных температур.

Несмотря на то, что мы встроены в температуру, она остается одним из тех понятий в науке, которые трудно определить.Кажется, что страница руководства, посвященная теме температуры и термометров, должна начинаться с простого определения температуры. Но именно в этот момент я поставил в тупик . Итак, я обращаюсь к знакомому ресурсу Dictionary.com … где нахожу определения, которые варьируются от простых, но не слишком информативных до слишком сложных, чтобы быть поучительными. Рискуя провалиться животом в бассейн просветления, я перечислю некоторые из этих определений здесь:

• Степень жара или холода тела или окружающей среды.
• Мера тепла или холода предмета или вещества по отношению к некоторому стандартному значению.
• Мера средней кинетической энергии частиц в образце вещества, выраженная в единицах или градусах, обозначенных на стандартной шкале.
• Мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе.
• Любая из различных стандартизированных числовых мер этой способности, например шкала Кельвина, Фаренгейта и Цельсия.

Наверняка нас устраивают первые два определения – степень или мера того, насколько горячий или холодный объект. Но такие определения не способствуют нашему пониманию температуры. Третье и четвертое определения, которые касаются кинетической энергии частиц и способности вещества передавать тепло, являются точными с научной точки зрения. Однако эти определения слишком сложны, чтобы служить хорошей отправной точкой для обсуждения температуры.Поэтому мы согласимся с определением, аналогичным пятому из перечисленных – температуру можно определить как показания термометра. По общему признанию, этому определению не хватает мощности, необходимой для выявления столь желанного Ага! Теперь я понимаю! момент. Тем не менее, он служит отличной отправной точкой для этого урока о тепле и температуре. Температура – это то, что показывает термометр. Какой бы мерой ни была эта температура, она отражается в показаниях термометра.Итак, как именно работает термометр? Как он может надежно измерить , , какой бы мерой ни была эта температура?

Сегодня существует множество типов термометров. Тип, с которым большинство из нас знакомо по научным занятиям, представляет собой жидкость, заключенную в узкую стеклянную колонку. В более старых термометрах этого типа использовалась жидкая ртуть. В ответ на наше понимание проблем со здоровьем, связанных с воздействием ртути, в этих типах термометров обычно используется какой-то жидкий спирт.Эти жидкостные термометры основаны на принципе теплового расширения. Когда вещество нагревается, оно расширяется до большего объема. Почти все вещества демонстрируют такое поведение при тепловом расширении. Это основа конструкции и работы термометров.

При повышении температуры жидкости в термометре увеличивается ее объем. Жидкость заключена в высокую узкую стеклянную (или пластмассовую) колонку с постоянной площадью поперечного сечения. Таким образом, увеличение объема происходит из-за изменения высоты жидкости внутри колонны.Увеличение объема и, следовательно, высоты столба жидкости пропорционально повышению температуры. Предположим, что повышение температуры на 10 градусов приводит к увеличению высоты колонны на 1 см. Тогда повышение температуры на 20 градусов приведет к увеличению высоты колонны на 2 см. А повышение температуры на 30 градусов приведет к увеличению высоты колонны на 3 см. Связь между температурой и высотой столбца линейна в небольшом диапазоне температур, в котором используется термометр.Эта линейная зависимость делает калибровку термометра относительно простой задачей.

Калибровка любого измерительного инструмента включает нанесение делений или меток на инструмент для точного измерения количества по сравнению с известными стандартами. Любой измерительный инструмент – даже измерительная линейка – должен быть откалиброван. Инструмент нуждается в делениях или разметке; например, метрическая палка обычно имеет отметки через каждые 1 см или через каждые 1 мм. Эти отметки должны быть нанесены точно, и о точности их размещения можно судить только при сравнении их с другим объектом, имеющим определенную длину.

Термометр калибруется с использованием двух объектов с известными температурами. Типичный процесс включает использование точки замерзания и точки кипения чистой воды. Вода, как известно, замерзает при 0 ° C и кипит при 100 ° C при атмосферном давлении 1 атм. Поместив термометр в смесь ледяной воды и позволив жидкости термометра достичь стабильной высоты, отметка 0 градусов может быть помещена на термометр. Точно так же, поместив термометр в кипящую воду (при давлении 1 атм) и позволив уровню жидкости достичь стабильной высоты, отметка 100 градусов может быть помещена на термометр.С помощью этих двух отметок, размещенных на термометре, между ними можно разместить 100 делений с равным интервалом, представляющих отметки в 1 градус. Поскольку существует линейная зависимость между температурой и высотой жидкости, деления от 0 до 100 градусов могут быть равномерно распределены. С помощью калиброванного термометра можно проводить точные измерения температуры любого объекта в диапазоне температур, для которого он был откалиброван.

Температурные шкалы

В результате описанного выше процесса калибровки термометра получается так называемый термометр по Цельсию.Термометр по Цельсию имеет 100 делений или интервалов между нормальной точкой замерзания и нормальной температурой кипения воды. Сегодня шкала Цельсия известна как шкала Цельсия, названная в честь шведского астронома Андерса Цельсия, которому приписывают ее разработку. Шкала Цельсия – это наиболее широко распространенная шкала температур, используемая во всем мире. Это стандартная единица измерения температуры почти во всех странах, за исключением США. По этой шкале температура 28 градусов по Цельсию сокращается до 28 ° C.

Традиционно медленно применяют метрическую систему и другие общепринятые единицы измерения, в Соединенных Штатах чаще используется шкала температур по Фаренгейту. Термометр можно откалибровать по шкале Фаренгейта аналогично описанному выше. Разница в том, что нормальная точка замерзания воды обозначена как 32 градуса, а нормальная точка кипения воды обозначена как 212 градусов по шкале Фаренгейта. Таким образом, при использовании шкалы Фаренгейта между этими двумя температурами есть 180 делений или интервалов.Шкала Фаренгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта. Температура 76 градусов по Фаренгейту сокращенно называется 76 ° F. В большинстве стран мира шкала Фаренгейта была заменена шкалой Цельсия.

Температуры, выраженные по шкале Фаренгейта, могут быть преобразованы в эквивалент шкалы Цельсия с помощью следующего уравнения:

° C = (° F – 32 °) / 1,8

Аналогичным образом, температуры, выраженные по шкале Цельсия, могут быть преобразованы в эквивалент шкалы Фаренгейта с помощью следующего уравнения:

° F = 1.8 • ° C + 32 °

Температурная шкала Кельвина

Хотя шкалы Цельсия и Фаренгейта являются наиболее широко используемыми температурными шкалами, существует несколько других шкал, которые использовались на протяжении всей истории. Например, есть шкала Ренкина, шкала Ньютона и шкала Ромера, которые используются редко. Наконец, существует шкала температуры Кельвина, которая является стандартной метрической системой измерения температуры и, возможно, наиболее широко используемой шкалой температуры среди ученых.Температурная шкала Кельвина аналогична температурной шкале Цельсия в том смысле, что между нормальной точкой замерзания и нормальной точкой кипения воды есть 100 одинаковых приращений. Однако отметка нуля градусов по шкале Кельвина на 273,15 единиц холоднее, чем по шкале Цельсия. Таким образом, температура 0 Кельвина эквивалентна температуре -273,15 ° C. Обратите внимание, что в этой системе символ градуса не используется. Таким образом, температура на 300 единиц выше 0 Кельвина обозначается как 300 Кельвин, а не 300 градусов Кельвина; сокращенно такая температура обозначается как 300 К.Преобразование между температурой Цельсия и температурой Кельвина (и наоборот) может быть выполнено с использованием одного из двух приведенных ниже уравнений.

° С = К – 273,15 °

К = ° С + 273,15

Нулевая точка по шкале Кельвина называется абсолютным нулем. Это самая низкая температура, которую можно достичь. Идею абсолютного минимума температуры продвигал шотландский физик Уильям Томсон (а.к.а. Лорд Кельвин) в 1848 году. На основе термодинамических принципов Томсон предположил, что самая низкая температура, которая могла быть достигнута, была -273 ° C. До Томсона экспериментаторы, такие как Роберт Бойль (конец 17 века), были хорошо осведомлены о наблюдении, что объем (и даже давление) образца газа зависит от его температуры. Измерения изменений давления и объема при изменении температуры могут быть сделаны и нанесены на график. Графики зависимости объема от температуры (при постоянном давлении) и давления отТемпература (при постоянном объеме) отражает тот же вывод – объем и давление газа уменьшаются до нуля при температуре -273 ° C. Поскольку это наименьшие возможные значения объема и давления, можно сделать вывод, что -273 ° C была самой низкой возможной температурой.

Томсон называл эту минимальную самую низкую температуру абсолютным нулем и утверждал, что следует принять температурную шкалу, которая имела бы абсолютный ноль как самое низкое значение на шкале.Сегодня эта шкала температур носит его имя. Ученым и инженерам удалось охладить вещество до температуры, близкой к -273,15 ° C, но никогда не ниже. В процессе охлаждения вещества до температур, близких к абсолютному нулю, наблюдается ряд необычных свойств. Эти свойства включают сверхпроводимость, сверхтекучесть и состояние вещества, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна.

Температура – это то, что показывает термометр. Но что именно отражает температура? Концепция абсолютного нуля температуры весьма интересна, и наблюдение замечательных физических свойств образцов вещества, приближающегося к абсолютному нулю, заставляет задуматься над этой темой более глубоко.Что-то происходит на уровне частиц, что связано с наблюдениями, сделанными на макроскопическом уровне? Есть ли что-то более глубокое, чем просто показания термометра? Что происходит на уровне атомов и молекул, когда температура образца вещества увеличивается или уменьшается? Эти вопросы будут рассмотрены на следующей странице Урока 1.

1.При обсуждении калибровки термометра было упомянуто, что существует линейная зависимость между температурой и высотой жидкости в колонке. Что, если отношения не были линейными? Можно ли было бы калибровать термометр, если бы температура и высота столба жидкости не были связаны линейной зависимостью?

2. Какое приращение температуры меньше – градус Цельсия или градус Фаренгейта? Объяснять.

3.Выполните соответствующие преобразования температуры, чтобы заполнить поля в таблице ниже.

	Цельсия (°)	по Фаренгейту (° F)	Кельвин (К)
а.	0
г.		212
г.			0
г.		78
e.		12

Взлеты и падения термометров | Глава 1: Вещество – твердые тела, жидкости и газы