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温度计的工作原理

由:马歇尔的大脑

球温度计

球温度计就是你小时候用的那种玻璃温度计。温度计中含有某种液体,一般是水银。

灯泡温度计的原理很简单液体的体积随温度而变化.液体冷的时候占用的空间更小,热的时候占用的空间更大(这一原理同样适用于气体,也是热气球的基础——要了解更多信息,请看热气球是如何工作的).

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你可能每天都和液体打交道,但可能不会注意到水、牛奶和食用油等东西随着温度的变化都会占用或多或少的空间。在这些情况下,体积的变化是相当小的。所有的球型温度计都使用一个公平的大灯泡和一个狭窄的管以强调体积的变化。你可以自己动手做一个灯泡温度计。以下是你需要的:

  • 有水密盖的玻璃瓶或瓶子-盖子应该是螺丝式的,由金属或塑料制成。我用了一罐48盎司的苹果汁。罐子必须是玻璃的,这样挤压时它的形状就不会改变。
  • 一个钻头或锤子和一个大钉子
  • 一些腻子,水管工腻子,填塞物或者口香糖
  • 饮用吸管- 8或10英寸(约23厘米)长,越薄越好,最好是透明的
  • 一些食用色素(不需要)

制作温度计:

  1. 在瓶盖上钻孔或打孔。这个洞应该尽可能的接近吸管的直径。
  2. 将吸管的一端插入孔中,然后密封孔的周围在盖子的内外都涂上橡皮泥。当你完成时,它应该是这样的:
  1. 把你的罐子装满冷水.你可以用水填满它,然后把它放在冰箱一夜之间,或者在罐子里煮一些冰水,然后把冰水倒进罐子里(在这个过程中把冰过滤掉——你想要的就是罐子里的水)。如果你愿意,可以加入食用色素,然后摇匀。把罐子放在桌子上,让它保持稳定——你要把罐子装满冷水,尽量装满,而不是溢出来。
  2. 把瓶盖盖上如图所示。当你拧上盖子时,可能会有少量的水溢出来,而且在吸管中可能会看到少量的水。没关系。
  3. 把罐子放在厨房的水槽里,堵住水槽,放热水倒入水槽,直到水槽半满。观察吸管里液体的高度,会发生一件非常不寻常的事情:你会看到瓶子里的水就在你眼前膨胀!当罐子里的水变暖时,它会膨胀并使吸管上升。这类扩张每天都在发生,但我们并没有真正注意到它,因为膨胀的量相当小。在这里,因为我们把膨胀的水变成了一根狭窄的吸管,这就更明显了。我们可以看到它正在发生。

你所创造的只是一个简单的灯泡温度计。而且效果很好。如果你想,你可以校准它能相当准确地告诉你温度。然而,这种特殊的温度计有几个问题:

  • 因为工作流体是水,它无法测量低于32华氏度/ 0摄氏度的温度(水会结冰)。它也不能测量温度超过212华氏度/ 100摄氏度(水会沸腾)。
  • 因为“灯泡”(罐子)太大了,温度计需要很长时间才能达到它所测量的物体的温度——可能需要一个小时。
  • 因为管子的顶部是打开的,水可以蒸发并带走灰尘和碎片。

密封在一个小玻璃温度计解决这些问题。灯泡的小尺寸意味着它能很快达到它所测量的温度,而这种温度计中的管是微细的。水星还能避免水的结冰和沸腾问题。

你怎么校准温度计吗?使用两种常用的比例尺:

  • 华氏温标丹尼尔·华氏武断地把水的冰点和沸点分开180度,他把水的冰点固定在32度。于是,他做了一个温度计,把它放在冰冷的水中,在玻璃上标出了水银的高度为32度。然后他又把那支温度计放在沸水里,标明水银柱的高度是212度。然后他在这两点之间画上180个等距的记号。
  • 摄氏温标安德斯·摄氏度武断地把水的冰点和沸点分开100度,他把水的冰点确定为100度。(他的天平后来倒了,所以水的沸点变成了100度,冰点变成了0度。)

正如你所看到的,我们通常使用的温标是完全任意的!如果你愿意,你也可以自己做。水的冰点和沸点很好,因为它们很容易复制,但这并不是说你不能使用另一个天平。