Реферат: "Изобретение термометра"

КГКОУ «Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа №1

РЕФЕРАТ:

«ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕРМОМЕТРА»

                                                                 пОДГОТОВИЛ УЧАЩИЙСЯ  9 «А» класса

                                                                                                                    Ершов Михаил

Рубцовск 2012

       Изобретение термометра.

Древние ученые о температуре тела судили по непосредственному ощущению. Мысль о возможности использование для измерения температуры явления теплового расширение тел возникла только в конце 17 в. Наиболее ранние попытки в этом направлении принадлежат Галилею (термоскоп Галилея).

Современники Галилея усовершенствовали термоскоп, снабдив его шкалой. Каждый конструктор создавал для своего прибора свою шкалу. Начальные или критические точки по ней выбирались произвольные, например Отто Герике (бургомистр города Магдебурга), за нуль выбрал температуру       «осеннего дня 1660г., когда был первый заморозок в Магдебурге». Расстояния между делениями шкалы также выбирались произвольно, поэтому сравнить показания различных термометров было нельзя. Кроме того, термоскоп Галилея можно считать одновременно и бароскопом (от греческих слов «барос» - давление, «скопео» - наблюдать) т. к. на показание прибора влияло не только изменение температуры, но и атмосферное давление.

В 1641г. был изготовлен термометр для герцога Тосканы Фердинанда II в котором впервые было устранено влияние атмосферного давления на показатели прибора (прибор заполнили  спиртом, а не водой, воздух из стеклянной трубочки, герметически закрытой сургучом, удалили).

Первые практически пригодны термометры, изготовил в 1714г. голландский стеклодув Д. Фаренгейт. Он сконструировал ртутный термометр, в котором принял температуру смеси льда, воды и соли за 00, а нормальную температуру человеческого тела за 1000. Разделив этот температурный интервал на 100 равных частей, Фаренгейт получил значение 10 по своей шкале. Градус шкалы Фаренгейта обозначается 0F.

Примерно 1740г. французский физик Р. Реомюр предложил спиртовой термометр с постоянными точками таяние льда (00) и кипение воды (800). Разделив этот температурный интервал на 80 частей, Р. Реомюр получил значение 10 по своей шкале. Градус шкалы Р. Реомюра обозначается 0R. В нашем городе градусник со шкалой Р. Реомюра (18.в) можно наблюдать в доме – музее имени Столетова.

Приблизительно в то же время шведский физик А. Цельсий пользовался ртутным термометром, у которого промежуток между точками таяние льда (00) и кипение воды (1000) был разделен не 100 частей. Градус шкалы А. Цельсия обозначается 0С. Именно таким термометром  в быту мы сейчас пользуемся.

Интересно отметить, что термометр причисляли к метеорологическому прибору и лишь позднее его стали употреблять при измерении температуры воздуха, воды, в медицинских целях. Изучение этого вопроса долгое время занимался итальянский врач Санториго.

Итак, термометр - прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и т. д. при тепловом контакте между объектом измерений и чувствительным элементом термометра. Термометры применяются в метеорологии, гидрологии и других науках и отраслях хозяйства.

На метеостанциях, где измерения температур проводятся в определенные сроки, для фиксации максимальных температур между сроками наблюдения служит максимальный термометр (ртутный); наименьшую температуру между сроками фиксирует минимальный термометр (спиртовой).

Как показали исследования, у большинства людей нормальная температура тела колеблется между 36.0-37.0o С. Под нормальной температурой специалисты подразумевают температуру "сердцевины" тела, измеряемую в подмышечной впадине, прямой кишке, полости рта или слуховом проходе. Температура же "оболочки" тела, кожных покровов, осуществляющих реакцию физической терморегуляции, не остается постоянной. Другими словами, если температура "ядра" (внутренних областей тела) поддерживается в относительно узких пределах колебаний, то температура "оболочки" (кожных покровов) достаточно непостоянна.

Термометрическими признаками могут быть изменения: объёма газа или жидкости, электрического сопротивления тел, разности электрического потенциала на границе раздела двух проводящих тел и т.д.

Другой метод измерения температуры реализован в пирометрах - приборах для измерения яркостной температуры тел по интенсивности их теплового излучения. При этом достигается равновесное состояние термодинамической системы, состоящей из самого пирометра и теплового излучения, принимаемого им (излучение абсолютно черного тела - модель процесса). Сейчас мы только отметим, что оптическая пирометрия (бесконтактные методы измерения температур) используется в металлургии для измерения температуры расплава и проката, в лабораторных и производственных процессах, где необходимо измерение температуры нагретых газов, а также при исследованиях плазмы.

Виды термометров.

Жидкостные термометры.

Газовый термометр.

Жидкокристаллические.

Металлические термометры.

Электронные термометры.

Акустический термометр

Магнитный термометр

Манометрический термометр

Шумовой термометр

Ядерный квадрупольный термометр

Биологические термометры.

Жидкостные термометры.

Например: ртутный термометр

Время измерения: 7-10 минут.

Простота дезинфекции и приемлемая цена.  

Требует к себе крайне бережного отношения: внутри термометра находится около 2 грамм очень токсичной и опасной для здоровья ртути.

Жидкостный термометр – это обычный стеклянный термометр, с которым Вы вероятно встречались. Термометр содержит жидкость, обычно ртуть.

Жидкостные термометры работают по простому принципу - объем жидкости изменяется при изменении ее температуры. Жидкость занимает меньший объем при низкой температуре и больший объем при высокой.

Вы сталкиваетесь с жидкостями каждый день, но можете не замечать, что жидкости, такие как вода, молоко и готовящееся масло, увеличиваются в объеме при увеличении температуры. Это связано с тем, что изменение в объеме, в таких случаях, довольно маленькое. Все жидкостные термометры используют большой сосуд и узкую трубку, для того, чтобы лучше было видно изменение объема жидкости. Мы можете увидеть это собственными глазами, сделав собственный жидкостный термометр.

Техника хранения и безопасности:

1) термометр хранится в футляре;

2) оберегайте прибор, особенно его резервуар со спиртом или ртутью, от ударов;

помните: пары ртути ядовиты!

Правила обращения при измерениях:

1) следите за тем, чтобы не нарушался контакт термометра со средой, температуру которой измеряют, не касайтесь прибором стенок и дна сосуда;

2) погрузив термометр в среду, выждите некоторое время, пока уровень спирта или ртути не перестанет перемещаться; только после этого проводите отсчет;

Рис. 1.

3) снимая показания, расположите глаз на линии, перпендикулярной шкале прибора и проведенной через точку отсчета (см. Рис. 1.)

Газовый термометр - термометр, в котором в качестве термометрического тела используется газ. При этом используется наличие прямо пропорциональной зависимость между давлением (идеального) газа и его абсолютной температурой при постоянном объеме.

Это прибор для измерения температура Т, действие которого основано на зависимости давления Р или объема V идеального газа от температуры: pV=(m/M)RT (R - газовая постоянная, m - масса газа, M – молярная масса). На измерении температуры газовыми термометрами построены современные температурные шкалы. Обычно применяются газовые термометры постоянного объема, в которых изменение температуры газа пропорционально изменению давления. Процесс измерения заключается в приведении баллона с газом в состояние теплового равновесия с теплом, температуру которого измеряют, и в восстановлении первоначального объема газа. Затем по формулам рассчитывается температура тела.

Газовым термометром измеряют температуры от 2 до 1300К с предельно достижимой точностью 2*10-3 - 3*10-2К в зависимости от зависимости от измеряемой температуры. Газовый термометр такой точности – сложное устройство. Необходимо учитывать не идеальность газа, тепловое расширение баллона и соединительной трубки, изменение состава газа внутри баллона (сорбцию и диффузию газов), изменение температуры вдоль соединительной трубки.

Жидкокристаллические. Жидкокристаллические термометры создали в новосибирском Академгородке.

НОВОСИБИРСК, 30 апреля 1993года. Их не нужно ставить подмышку. Они представляют собой тонкую пленку толщиной всего в 20 микрон, изготовленную из особых материалов на основе жидких кристаллов. Чтобы измерить температуру, достаточно приклеить эту пленку на тело - жидкие кристаллы изменяют свой цвет от красного до синего и воспроизводят изображение температурного поля в виде яркой цветной картинки. Такая наглядная картина очень удобна при проведении диагностики внутренних воспалительных очагов, особенно у тяжелобольных, а также у животных. Создали такие термометры ученые Института теоретической и прикладной механики СО РАН. Термоиндикаторы обладают достаточно высокой чувствительностью, могут быть использованы многократно (пленка абсолютно безопасна и нетоксична) и позволяют продемонстрировать температурную картину не только в определенной точке, а по всей поверхности. Кроме медицины и ветеринарии жидкокристаллические термометры можно использовать для измерения температуры на поверхности изделий различной формы, для определения зон перегрева в радио- и электрооборудовании, при исследовании аэродинамического нагрева в самолетостроении, а также для визуализации невидимых инфракрасных и СВЧ-излучений. Об этом сообщает Новосибирский биографический центр.

Металлические термометры.

    Металлический термометр основан на разности расширения металлов при повышении температуры.
    Существуют термометры на биметаллических пластинках (из-за разного коэффициента расширения при изменении температуры пластинка изгибается). Очень неточны, но удобны в системах автоматики для тепловых реле.

Рис. 2.

Биметаллический термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании зависимости между температурой и разностью коэффициентов расширения двух разнородных материалов, образующих биметалл. Различные металлы при нагревании расширяются по-разному. Спаяв два различных металла вместе, Вы можете сделать простой электрический контроллер, который может использоваться при довольно высоких температурах. Этот контроллер можно найти в духовках. Примерная схема устройства Рис. 4.

Два металла составляют биметаллическую пластину (отсюда и название). На этом рисунке пластина с черным металлом подобрана так, чтобы расширялась сильнее, чем пластина с синим металлом, такое устройство используется в духовке. В холодильнике используется другое устройство, такое, чтобы при повышении температуры синий металл расширился быстрее, чем черный. Это расширение заставляет пластину сгибаться вверх, соприкасаться с контактом, для того, чтобы потек ток по пластине. Регулируя размер промежутка между пластиной и контактом, можно управлять температурой, при которой пойдет ток по пластинам.

Часто можно увидеть длинные биметаллические пластины, намотанные в спирали. Это типичное устройство сигнализирующего термометра. С помощью наматывания очень длинной пластины термометр можно сделать гораздо более чувствительным к маленьким изменениям температуры. В термостате печи, используется та же технология, там переключатель подключен к термометру. Переключатель включает и отключает печь.

Дилатометрический термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании теплового расширения твердых тел.

Устройство дилатометрического термометра: все его детали выполнены из графита, причем чувствительный элемент из анизотропного пиролитического графита. Благодаря разности расширений термометр запоминает максимальную температуру. Установка нескольких малогабаритных термометров в рабочей зоне позволяет судить об однородности температуры в объеме печи.

Электронные термометры.

Сегодня можно измерять температуру с помощью электроники. В качестве датчика используется терморезистор (или термистор).

Рис. 3.

В этом устройстве изменяется сопротивление терморезистора при изменении температуры. Компьютер или другой прибор измеряет сопротивление и преобразовывает в показания температуры, для отображения информации на дисплее или для принятия решения о включении или отключении какого-либо устройства (в зависимости от сферы применения).

Время измерения: 1-3 минуты.

Абсолютно безопасен.

По массе и габаритам схожи с ртутными.

Показания термодатчика передаются на ЖК-дисплей с точностью до десятой доли градуса.

Звуковая сигнализация.

Функция памяти.

Автоматическое отключение питания.

Срок службы обычной батарейки два-три года.

Пластиковый корпус устойчив к ударам и даже к водным процедурам.

Способы измерения:
- стандартный аксиллярный (в подмышечной впадине);
- оральный (в ротовой полости);
- ректальный (в анальном отверстии).

Подходит и для детей любого возраста, и для взрослых - идеальный вариант для всей семьи.

Акустический термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании зависимости между температурой какой-либо среды и скоростью распространения в ней звука.

Магнитный термометр - термометр, принцип действия которого основан на зависимости объемной магнитной восприимчивости вещества от температуры.

Манометрический термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании зависимости между температурой и давлением термометрического вещества в замкнутом объеме.

Шумовой термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании зависимости уровня тепловых шумов резистора от температуры.

Ядерный квадрупольный термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании зависимости частоты ядерного квадрупольного резонанса термометрического вещества от температуры.

Биметаллический термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании зависимости между температурой и разностью коэффициентов расширения двух разнородных материалов, образующих биметалл. Различные металлы при нагревании расширяются по-разному. Спаяв два различных металла вместе, Вы можете сделать простой электрический контроллер, который может использоваться при довольно высоких температурах. Этот контроллер можно найти в духовках. Примерная схема устройства Рис. 4.

Два металла составляют биметаллическую пластину (отсюда и название). На этом рисунке пластина с черным металлом подобрана так, чтобы расширялась сильнее, чем пластина с синим металлом, такое устройство используется в духовке. В холодильнике используется другое устройство, такое, чтобы при повышении температуры синий металл расширился быстрее, чем черный. Это расширение заставляет пластину сгибаться вверх, соприкасаться с контактом, для того, чтобы потек ток по пластине. Регулируя размер промежутка между пластиной и контактом, можно управлять температурой, при которой пойдет ток по пластинам.

Часто можно увидеть длинные биметаллические пластины, намотанные в спирали. Это типичное устройство сигнализирующего термометра. С помощью наматывания очень длинной пластины термометр можно сделать гораздо более чувствительным к маленьким изменениям температуры. В термостате печи, используется та же технология, там переключатель подключен к термометру. Переключатель включает и отключает печь.

Дилатометрический термометр - термометр, принцип действия которого основан на использовании теплового расширения твердых тел.

Устройство дилатометрического термометра: все его детали выполнены из графита, причем чувствительный элемент из анизотропного пиролитического графита. Благодаря разности расширений термометр запоминает максимальную температуру. Установка нескольких малогабаритных термометров в рабочей зоне позволяет судить об однородности температуры в объеме печи.