Страница 19 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Из параграфа вы узнали, что на расширении жидкостей при нагревании основан принцип действия жидкостного термометра. Жидкостью, залитой в термометр, обычно является спирт или ртуть. А что будет, если использовать воду?

Использовать воду в качестве жидкости для термометра нецелесообразно по нескольким ключевым причинам, связанным с её уникальными физическими свойствами, в отличие от спирта или ртути.

1. Аномальное расширение воды

Это самая главная причина. Большинство жидкостей, включая спирт и ртуть, при нагревании равномерно и монотонно расширяются. Вода же ведёт себя иначе. При нагревании от $0\,^{\circ}\text{С}$ до $4\,^{\circ}\text{С}$ объём воды не увеличивается, а наоборот, уменьшается. Максимальную плотность (и, соответственно, минимальный объём) вода имеет при температуре около $4\,^{\circ}\text{С}$. Только при дальнейшем нагревании, выше $4\,^{\circ}\text{С}$, она начинает расширяться, как и другие жидкости.
Такое поведение привело бы к тому, что водяной термометр показывал бы одинаковый уровень для двух разных температур в диапазоне от $0$ до $8\,^{\circ}\text{С}$ (например, для $1\,^{\circ}\text{С}$ и $7\,^{\circ}\text{С}$). Это делает невозможным однозначное определение температуры и лишает прибор основного смысла.
Ответ: Из-за аномального расширения воды в диапазоне от $0\,^{\circ}\text{С}$ до $4\,^{\circ}\text{С}$ термометр будет давать неверные и неоднозначные показания.

2. Узкий диапазон рабочих температур

При нормальном атмосферном давлении вода находится в жидком состоянии в очень узком для практических целей диапазоне температур: от $0\,^{\circ}\text{С}$ (точка замерзания) до $100\,^{\circ}\text{С}$ (точка кипения).
Во-первых, таким термометром нельзя измерять отрицательные температуры, которые часто встречаются в быту и на производстве. При замерзании вода расширяется (ещё одна её аномалия), что почти наверняка привело бы к разрыву стеклянного резервуара и капилляра термометра.
Во-вторых, верхний предел в $100\,^{\circ}\text{С}$ также недостаточен для многих технических и лабораторных измерений. Для сравнения, рабочий диапазон ртутного термометра — от $-38.8\,^{\circ}\text{С}$ до $356.7\,^{\circ}\text{С}$, а спиртового — примерно от $-114\,^{\circ}\text{С}$ до $78\,^{\circ}\text{С}$.
Ответ: Вода имеет слишком узкий диапазон рабочих температур и разрушает термометр при замерзании, что делает её непригодной для большинства измерений.

3. Физические свойства и удобство использования

Помимо вышеперечисленного, есть и другие недостатки:
• Прозрачность: Вода бесцветна, и её уровень в тонком стеклянном капилляре очень трудно разглядеть. Потребовалось бы добавлять краситель, который мог бы повлиять на её теплофизические свойства.
• Смачивание: Вода хорошо смачивает стекло. В узкой трубке это может привести к искажению формы мениска и прилипанию столбика жидкости к стенкам, из-за чего он будет двигаться не плавно, а скачками, что снизит точность показаний.
• Сравнительно низкий коэффициент расширения: Изменение объёма воды при изменении температуры меньше, чем у спирта, что потребовало бы создания очень тонкого капилляра для заметного смещения уровня жидкости.
Ответ: Прозрачность, сильное смачивание стекла и невысокий коэффициент расширения делают водяной термометр неточным и неудобным в использовании.