Номер 1, страница 338 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Глава 9. Тепловое расширение твёрдых и жидких тел. Параграф 9.5. Примеры решения задач. Вопросы - номер 1, страница 338.

Условие.

1. Почему в настоящее время существует большое количество различных термометров (ответ представьте в виде таблицы)? Сделайте презентацию различных термометров.

Решение.

Почему в настоящее время существует большое количество различных термометров?

Существование большого количества различных термометров обусловлено разнообразием задач и условий, в которых необходимо измерять температуру. Ни один тип термометра не является универсальным и не может эффективно удовлетворить все требования одновременно. Основные причины этого разнообразия представлены в таблице:

Критерий (Потребность)	Объяснение и примеры
Диапазон измеряемых температур	Разные задачи требуют измерения от сверхнизких (криогеника) до сверхвысоких (металлургия) температур. Один термометр не может охватить весь диапазон. Пример: ртутный термометр (от $-38$ °C до $+357$ °C), пирометр (до нескольких тысяч °C).
Точность и чувствительность	Для научных исследований или медицинских измерений нужна высокая точность, а для бытовых целей достаточно приблизительных значений. Пример: платиновый термометр сопротивления (высокая точность), биметаллический термометр (низкая точность).
Сфера применения и измеряемая среда	Измерение температуры воздуха, жидкости, твердого тела или удаленного объекта требует разных конструкций и принципов действия. Пример: контактные (термопара для печи), бесконтактные (инфракрасный термометр для измерения температуры тела на расстоянии).
Безопасность	Некоторые вещества, используемые в термометрах (например, ртуть), токсичны, что приводит к поиску безопасных альтернатив. Пример: галинстановые или электронные термометры как замена ртутным.
Скорость измерения (инерционность)	В некоторых технологических процессах важна быстрая реакция на изменение температуры. Пример: термопары (быстрая реакция), жидкостные термометры (более медленная реакция).
Стоимость и доступность	Для массового использования нужны дешевые и простые приборы, тогда как для промышленности и науки создаются дорогие и сложные устройства. Пример: спиртовой комнатный термометр (дешевый), лабораторный термометр сопротивления (дорогой).

Ответ: Большое количество термометров существует для удовлетворения разнообразных требований к диапазону температур, точности, безопасности, скорости измерения, среде применения и стоимости, поскольку универсального прибора, подходящего для всех задач, не существует.

Сделайте презентацию различных термометров

1. Жидкостные термометры

Принцип действия: основан на свойстве жидкости (спирта, керосина, галинстана, ранее — ртути) расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Жидкость заключена в стеклянный капилляр, и ее уровень показывает температуру по нанесенной шкале.

Преимущества: простота конструкции, низкая стоимость, не требуют источника питания, наглядность.

Недостатки: хрупкость, относительно низкая точность, инерционность (медленно реагируют на изменение температуры), ограниченный температурный диапазон, токсичность (в случае ртутных термометров).

Применение: бытовые измерения (температура воздуха в помещении и на улице), метеорология, лабораторные исследования, не требующие высокой точности.

2. Электронные (цифровые) термометры

Принцип действия: используют терморезистор (термистор) — полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого сильно зависит от температуры. Электронная схема измеряет это сопротивление, преобразует его в значение температуры и выводит на цифровой дисплей.

Преимущества: высокая точность, быстрое считывание показаний, безопасность, наличие дополнительных функций (память, звуковой сигнал), широкий диапазон измерений.

Недостатки: требуют источника питания (батарейки), могут быть дороже жидкостных, иногда нуждаются в калибровке.

Применение: медицина (измерение температуры тела), кулинария (термощупы для мяса), научные и промышленные измерения.

3. Термопары (термоэлектрические термометры)

Принцип действия: основан на эффекте Зеебека. Если спаять концы двух проводников из разных металлов, то при наличии разности температур между спаем и свободными концами в цепи возникает термо-ЭДС (напряжение). Величина этого напряжения зависит от разности температур.

Преимущества: очень широкий диапазон измеряемых температур (от $-200$ °C до $+2500$ °C), высокая прочность, низкая инерционность (быстрая реакция), невысокая стоимость.

Недостатки: невысокая точность по сравнению с термометрами сопротивления, необходимость в компенсации температуры «холодного спая».

Применение: промышленность (печи, двигатели, химические реакторы), научные исследования, криогенная техника.

4. Инфракрасные термометры (пирометры)

Принцип действия: измеряют температуру бесконтактным способом, регистрируя мощность теплового (инфракрасного) излучения от объекта. Любое тело с температурой выше абсолютного нуля излучает энергию, интенсивность которой зависит от его температуры.

Преимущества: возможность измерения температуры на расстоянии, высокая скорость измерения, возможность измерять температуру движущихся, очень горячих или труднодоступных объектов.

Недостатки: измеряют только температуру поверхности, точность зависит от коэффициента излучения (эмиссивности) поверхности, более высокая стоимость.

Применение: медицина (измерение температуры лба), контроль технологических процессов в металлургии, проверка систем отопления и вентиляции, пищевая промышленность, астрономия.

5. Биметаллические термометры

Принцип действия: основан на использовании биметаллической пластины, состоящей из двух соединенных вместе полос разных металлов с различными коэффициентами теплового расширения. При изменении температуры пластина изгибается, и этот изгиб через систему рычагов передается на стрелку, показывающую температуру.

Преимущества: простота и надежность конструкции, прочность, низкая стоимость, не требуют питания.

Недостатки: низкая точность, большая инерционность.

Применение: бытовые приборы (духовки, холодильники), системы отопления, вентиляции и кондиционирования (в качестве датчиков в термостатах), промышленные индикаторы температуры.

Ответ: Презентация включает описание принципа действия, преимуществ, недостатков и сфер применения пяти основных типов термометров: жидкостных, электронных, термопар, инфракрасных и биметаллических.