Номер 5, страница 14 - гдз по физике 7 класс контрольные и самостоятельные работы Громцева

Введение. Глава 1. Первоначальные сведения о строении вещества. Самостоятельные работы. СР-8. Скорость движения молекул и температура тела. Вариант № 2 - номер 5, страница 14.

Решение.

Современные способы измерения температуры основаны на различных физических принципах. Ниже приведены примеры таких способов и их основные достоинства.

1. Инфракрасная термометрия (пирометрия)

Этот метод основан на измерении мощности теплового электромагнитного излучения объекта, преимущественно в инфракрасном диапазоне. Приборы, использующие этот метод, — пирометры (для точечного измерения) и тепловизоры (для получения двумерной картины распределения температур — термограммы).

Достоинства:
– Бесконтактность: позволяет измерять температуру опасных, труднодоступных, движущихся или очень горячих объектов без прямого контакта.
– Высокое быстродействие: результат измерения получается практически мгновенно.
– Широкий диапазон измерений: от криогенных до сверхвысоких температур (тысячи градусов).
– Безопасность: не нарушает целостность объекта и не вносит искажений в его температурное поле.
– Наглядность (для тепловизоров): возможность визуализировать распределение температур по поверхности.

Ответ: Бесконтактный метод, основанный на регистрации теплового излучения, с преимуществами в виде быстродействия, широкого диапазона и безопасности измерений.

2. Термоэлектрические термометры (термопары)

Принцип действия основан на эффекте Зеебека: в замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных проводников, возникает электродвижущая сила (ЭДС), если места их контактов (спаи) находятся при разных температурах. Величина этой термо-ЭДС зависит от разности температур спаев.

Достоинства:
– Очень широкий температурный диапазон: от –270 °C до +2500 °C в зависимости от используемых материалов.
– Прочность и надежность: простая и виброустойчивая конструкция.
– Низкая стоимость и доступность.
– Малая инерционность: благодаря небольшому размеру спая, они быстро реагируют на изменение температуры.

Ответ: Контактный метод, использующий эффект Зеебека, отличается широчайшим диапазоном температур, надежностью и низкой стоимостью.

3. Термометры сопротивления (RTD — Resistance Temperature Detector)

В основе этого метода лежит свойство проводников (чаще всего платины, меди, никеля) изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры.

Достоинства:
– Высокая точность и стабильность: обеспечивают самые точные измерения в диапазоне от –200 °C до +850 °C.
– Хорошая воспроизводимость и взаимозаменяемость.
– Линейность: характеристика зависимости сопротивления от температуры близка к линейной, что упрощает обработку сигнала.

Ответ: Контактный метод, основанный на зависимости сопротивления металла от температуры, характеризующийся высокой точностью, стабильностью и линейностью.

4. Полупроводниковые термометры (термисторы)

Принцип действия аналогичен термометрам сопротивления, но в качестве чувствительного элемента используется полупроводниковый материал. Сопротивление термисторов очень сильно (как правило, экспоненциально) зависит от температуры.

Достоинства:
– Очень высокая чувствительность: малое изменение температуры приводит к большому изменению сопротивления.
– Компактность и малые размеры.
– Высокое быстродействие.
– Низкая стоимость.

Ответ: Контактный метод, использующий полупроводники, отличается очень высокой чувствительностью, компактностью и низкой ценой.

5. Волоконно-оптические датчики температуры

Метод основан на изменении оптических свойств световода (например, показателя преломления, спектра отражения от брэгговской решетки, характеристик рассеяния света) под действием температуры.

Достоинства:
– Электромагнитная инертность: полная невосприимчивость к электромагнитным полям и помехам.
– Искро- и взрывобезопасность: отсутствие электрических цепей в зоне измерения.
– Химическая стойкость и возможность работы в агрессивных средах.
– Возможность распределенных измерений: измерение температуры в тысячах точек вдоль одного оптического волокна длиной в десятки километров.

Ответ: Оптический метод, невосприимчивый к электромагнитным помехам и подходящий для взрывоопасных и агрессивных сред, а также для распределенных измерений.

6. Цифровые датчики температуры

Это интегральные микросхемы, которые содержат в одном корпусе чувствительный элемент (обычно на основе кремниевого p-n перехода), схему обработки сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифровой интерфейс (например, I2C, 1-Wire).

Достоинства:
– Цифровой выход: сигнал не подвержен аналоговым помехам при передаче и не требует внешнего АЦП.
– Простота интеграции: легко подключаются к микроконтроллерам и другим цифровым устройствам.
– Заводская калибровка: не требуют дополнительной калибровки пользователем.
– Компактность и низкое энергопотребление.

Ответ: Интегральные микросхемы с цифровым выходом, обеспечивающие простоту использования, точность и помехозащищенность.