Техника измерения температуры является неотъемлемой частью нашей жизни. И нельзя не заметить, что современные термометры не используют воду в качестве термометрической жидкости. Но почему?
Вода действительно является отличным показателем температуры - она широко доступна, легко измеряется и имеет высокую теплоемкость. Однако, у нее есть один серьезный недостаток - она начинает замерзать при температуре 0°С и кипеть при температуре 100°С (при нормальных условиях). Это ограничивает диапазон измерений термометра.
Для измерения температуры, превышающей 100°С, используются термометры с другими термометрическими жидкостями, такими как ртуть или спирт. Однако, их использование также имеет свои недостатки. Например, ртуть является токсичной и опасной для здоровья человека, а спирт может испаряться при высоких температурах, что приводит к искажению показаний.
Термометры и их принцип работы
Один из наиболее часто используемых типов термометров - ртутные термометры. В основе их работы лежит принцип установления равновесия двух факторов: температуры и давления ртути внутри термометра и в окружающей среде. Ртутные термометры имеют особую конструкцию, позволяющую определить температуру по высоте столбика ртути, который меняется в зависимости от изменения температуры.
Однако использование ртутных термометров стало всё более редким из-за их потенциальной опасности для здоровья. Вместо ртути в современных термометрах используются другие вещества, например, спирт или галлий.
Существуют также электронные термометры, которые измеряют температуру при помощи термисторов - полупроводниковых устройств, чувствительных к изменениям температуры. Внутренний компонент термистора, называемый терморезистором, меняет свое сопротивление в зависимости от температуры, что позволяет получить точные данные о температуре.
Одним из преимуществ электронных термометров является их быстрота и точность измерения. Кроме того, они могут быть более удобны в использовании, так как позволяют отображать результаты измерений на цифровом дисплее.
Независимо от типа термометра, его основная цель - обеспечить точность и надежность измерений температуры. Благодаря разнообразию термометров мы можем легко контролировать и измерять температуру в различных ситуациях и областях деятельности.
Основные причины
Существует несколько основных причин, по которым воду редко используют в качестве рабочего вещества в термометрах.
1. Изменение объема: Вода имеет свойство изменять объем при изменении температуры. Это может привести к искажению показаний термометра. Кроме того, вода может замерзать при низких температурах, что также приведет к искажению результатов измерений.
2. Кипение: Вода имеет относительно низкую точку кипения, что сказывается на применимости термометра. При использовании воды в термометрах, ее можно было бы использовать только для измерения температур в диапазоне от 0°C до 100°C, что ограничивает функциональность прибора.
3. Относительная сложность использования: Вода является непостоянным веществом, которое может испаряться, поэтому ее надежно защитить и сохранять внутри термометра более сложно, чем использовать для этой цели другие вещества, например, ртуть или спирт.
4. Различные специфические требования: У использования воды в качестве рабочего вещества в термометрах есть и другие специфические требования, такие как высокая чистота воды, отсутствие примесей и возможных взаимодействий с другими материалами прибора, что усложняет использование воды в этой роли.
Сложности использования воды
1. Узкое диапазон использования:
Вода может находиться в разных состояниях - жидком, твердом или газообразном. Однако ее плотность и коэффициент теплового расширения изменяются в зависимости от температуры. Это значит, что вода может быть использована только в узком диапазоне температур.
2. Неоднородность состава:
Вода может содержать различные примеси, такие как соли, микроорганизмы и другие вещества, которые могут исказить измерение температуры. Это усложняет точность и надежность измерений с использованием воды.
3. Недостаточная точность:
Вода имеет относительно низкую теплопроводность и теплоемкость, что делает ее менее точным и чувствительным инструментом для измерения температуры.
4. Риск испарения:
При измерении температуры с помощью воды всегда существует риск ее испарения. Испарение влияет на измерение и может привести к неточным результатам.
В целом, использование воды в качестве термометров имеет ряд сложностей, которые снижают его эффективность и надежность. Поэтому разработаны специальные термометры, которые обеспечивают более точные и удобные измерения температуры в широком диапазоне условий.
Альтернативные материалы
Один из таких материалов - ртуть. Ртутные термометры были широко используемы в прошлом, но из-за высокой токсичности ртути они стали постепенно заменяться электронными термометрами. Однако, ртуть по-прежнему используется в некоторых специализированных термометрах, таких как термометры для точных измерений в лабораторных условиях.
Другим выбором может быть спирт, который имеет низкую токсичность и хорошую точность измерения, но при этом не является настолько плавучим, как вода или ртуть. Спиртные термометры используются в различных областях, включая пищевую промышленность и медицину.
Более современные альтернативные материалы включают специальные жидкости с определенными характеристиками, такими как алкогольные смеси, свинец-индий и галлий-индий-олово. Эти материалы обладают различными температурными шкалами и хорошей точностью измерения, что делает их полезными во многих приложениях.
Преимущества новых технологий
Развитие технологий в измерении температуры привело к созданию новых типов термометров, отличающихся от классических ртутных термометров. Эти новые технологии обладают несколькими преимуществами:
1. Безопасность: Одной из главных проблем использования ртутных термометров является их потенциальная опасность для здоровья. Ртуть является токсичным веществом, что может представлять риск при разбитии термометра. Новые технологии, такие как цифровые или инфракрасные термометры, не используют ртуть, что делает их безопасными в использовании.
2. Точность измерения: Новые термометры обладают большей точностью измерения по сравнению с ртутными термометрами. Это особенно важно в случаях, когда требуется высокая точность, например, в медицинских учреждениях. Благодаря новым технологиям, температура может быть измерена с высокой точностью и надежностью.
3. Удобство использования: Новые технологии позволяют сделать термометры более компактными и портативными. Например, цифровые термометры могут иметь компактный дизайн с большим и четким экраном, что облегчает чтение показаний. Кроме того, многие из этих термометров имеют функции автоматического отключения или сохранения последнего измерения, что повышает удобство использования.
4. Быстрота и мгновенность: Некоторые новые технологии, такие как инфракрасные термометры, позволяют измерить температуру мгновенно. Это особенно полезно, когда необходимо измерить температуру человека или поверхности быстро и без контакта. Такие термометры также позволяют быстро и эффективно проводить массовые измерения, например, при скрининге температуры пассажиров в аэропортах или других общественных местах.
Все эти преимущества новых технологий делают их более привлекательными для использования вместо традиционных ртутных термометров. Они обеспечивают безопасность, точность, удобство и быстроту измерения, что делает их незаменимыми инструментами во многих областях, включая медицину, науку и промышленность.
