Номер 3, страница 83 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 3. Температура. Газовые законы. Параграф 3.10. Закон Шарля. Газовый термометр - номер 3, страница 83.

Условие.

3. Опишите принцип работы газового термометра.

Решение.

Решение

Принцип работы газового термометра основан на зависимости давления или объёма идеального газа от температуры. Существуют два основных типа газовых термометров: термометр постоянного объёма и термометр постоянного давления.

Наиболее распространённым является газовый термометр постоянного объёма. Его работа базируется на законе Шарля, который гласит, что для данной массы газа при постоянном объёме ($V = \text{const}$) его давление ($\text{p}$) прямо пропорционально абсолютной температуре ($\text{T}$). Эта зависимость выражается формулой:

$\frac{p}{T} = \text{const}$

Конструктивно такой термометр представляет собой герметичный сосуд (баллон), заполненный инертным газом (например, гелием или водородом), который соединён с манометром для измерения давления. Баллон помещают в среду, температуру которой необходимо измерить. Объём газа в системе поддерживается постоянным. При изменении температуры среды изменяется и температура газа в баллоне, что приводит к пропорциональному изменению его давления. Измерив давление газа, можно точно определить его температуру.

Для определения неизвестной температуры ($\text{T}$) по измеренному давлению ($\text{p}$) термометр предварительно калибруют по реперной (опорной) точке. В качестве такой точки обычно используют тройную точку воды, температура которой по определению составляет $T_{tr} = 273.16$ К. Измерив давление газа $p_{tr}$ при этой температуре, можно найти неизвестную температуру по формуле:

$T = 273.16 \cdot \frac{p}{p_{tr}}$

В газовом термометре постоянного давления используется зависимость объёма газа от температуры при постоянном давлении ($p = \text{const}$), описываемая законом Гей-Люссака. В этом случае измеряется изменение объёма газа при изменении температуры.

Газовые термометры являются одними из самых точных и служат в качестве первичных эталонов для установления Международной температурной шкалы.

Ответ: Принцип работы газового термометра основан на фундаментальной зависимости параметров идеального газа (давления или объёма) от его абсолютной температуры. В термометре постоянного объёма измеряется давление газа, которое прямо пропорционально температуре (закон Шарля). В термометре постоянного давления измеряется объём газа, который также прямо пропорционален температуре (закон Гей-Люссака). Измерив давление или объём и зная их значения в одной из опорных точек (например, в тройной точке воды), можно с высокой точностью определить измеряемую температуру.