Номер 4, страница 129 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. В чём недостатки жидкостных термометров?

4. Жидкостные термометры обладают рядом недостатков, которые ограничивают их применение. Во-первых, это ограниченный диапазон измеряемых температур. Он определяется температурами замерзания и кипения жидкости, используемой в термометре. Например, ртутный термометр нельзя использовать при температурах ниже $-38,8^\circ C$, а спиртовой — при температурах выше $78^\circ C$. Во-вторых, нелинейность теплового расширения. Расширение жидкости не является строго пропорциональным изменению температуры, что вносит погрешность в измерения, особенно если температура значительно отличается от реперных точек, по которым калибровалась шкала. В-третьих, значительная тепловая инерция. Термометру требуется время, чтобы его температура сравнялась с температурой измеряемой среды. Кроме того, он сам может повлиять на температуру небольшого объекта. В-четвертых, хрупкость, так как они обычно изготавливаются из стекла. Наконец, токсичность некоторых рабочих жидкостей, в первую очередь ртути, представляет опасность для здоровья и окружающей среды при повреждении термометра.

Ответ: Основные недостатки жидкостных термометров — это ограниченный рабочий диапазон температур, нелинейность шкалы из-за неравномерного расширения жидкости, большая тепловая инерция, хрупкость и токсичность (для ртутных термометров).

5. Газовый термометр — это прибор, действие которого основано на зависимости давления или объёма газа от температуры. Наиболее распространен газовый термометр постоянного объёма. Его ключевыми элементами являются: 1) герметичный резервуар (баллон), заполненный определённым количеством газа (например, гелием, водородом или азотом); 2) манометр (обычно ртутный), соединённый с резервуаром тонкой трубкой (капилляром), для измерения давления газа. Резервуар помещают в среду, температуру которой необходимо измерить. Газ в резервуаре нагревается или охлаждается, и его давление изменяется. В термометре постоянного объёма изменение давления измеряется манометром, при этом объём газа поддерживается неизменным. Согласно закону Шарля, для идеального газа при постоянном объёме ($V = \text{const}$) давление прямо пропорционально абсолютной температуре ($P \sim T$). Таким образом, измерив давление газа, можно точно определить температуру.

Ответ: Газовый термометр состоит из резервуара с газом, который является термочувствительным элементом, и манометра для измерения давления этого газа. Его работа основана на законе Шарля, связывающем давление и температуру газа при постоянном объёме.

6. Основное преимущество газового термометра перед жидкостным и другими типами термометров заключается в его высокой точности и фундаментальности. Тепловое расширение газов, особенно разреженных, подчиняется простым физическим законам (уравнению состояния идеального газа) и практически одинаково для всех газов. Это обеспечивает высокую линейность температурной шкалы в очень широком диапазоне — от температур, близких к абсолютному нулю, до нескольких тысяч градусов. В отличие от жидкостей, коэффициент теплового расширения газов почти не зависит от температуры. Благодаря этим свойствам газовые термометры используются в качестве первичных эталонов для определения и воспроизведения Международной температурной шкалы. Они позволяют проводить измерения с очень высокой точностью и не зависят от индивидуальных свойств конкретного вещества, как жидкостные термометры.

Ответ: Преимущество газового термометра заключается в его высокой точности, широком диапазоне измерений и высокой степени линейности шкалы, поскольку зависимость давления газа от температуры близка к идеальной и слабо зависит от вида газа. Это делает его первичным эталонным прибором.