Номер 3, страница 15 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

3. Используя научную литературу, подготовьте сообщения с ppt-презентацией по темам: «Виды термометров», «Термоскоп Г. Галилея», «Шкалы термометров».

«Виды термометров»

Термометры – это приборы для измерения температуры. Их действие основано на различных физических принципах. Существует несколько основных видов термометров, различающихся по принципу действия, конструкции и области применения.

Жидкостные термометры. Принцип их работы основан на свойстве жидкостей (обычно подкрашенного спирта или, ранее, ртути) равномерно расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Жидкость заключена в стеклянный резервуар с припаянной к нему тонкой герметичной трубкой (капилляром). Изменение объема жидкости приводит к перемещению ее столбика по капилляру, вдоль которого нанесена шкала. Это самый известный тип бытовых и лабораторных термометров.

Механические (биметаллические) термометры. Их работа основана на различии в коэффициентах теплового расширения двух прочно соединенных пластин из разных металлов. Такая биметаллическая пластина, часто свернутая в спираль, изгибается при изменении температуры. Этот изгиб через систему рычагов передается на стрелку, которая указывает температуру на круговой шкале. Они прочны, надежны, но менее точны по сравнению с жидкостными или электронными.

Электронные (цифровые) термометры. В основе их работы лежит зависимость электрических свойств датчика от температуры. Чаще всего в качестве датчика используется термистор – полупроводниковый резистор, сопротивление которого сильно меняется с температурой. Электронная схема измеряет это сопротивление, преобразует его в значение температуры и выводит на цифровой дисплей. Такие термометры отличаются высокой точностью, безопасностью и скоростью измерения.

Инфракрасные термометры (пирометры). Эти приборы измеряют температуру бесконтактным способом. Любое тело, нагретое выше абсолютного нуля, излучает тепловую энергию в инфракрасном диапазоне. Пирометр улавливает это излучение с помощью оптической системы, фокусирует его на датчике, который преобразует энергию в электрический сигнал. Мощность излучения напрямую связана с температурой объекта. Они незаменимы для измерения температуры очень горячих, движущихся или труднодоступных объектов.

Газовые термометры. Действие этих приборов основано на законе Шарля, согласно которому давление газа в замкнутом объеме прямо пропорционально его абсолютной температуре. Термометр состоит из баллона с газом (обычно водородом, гелием или азотом), соединенного с точным манометром. Из-за своей высокой точности и широкого диапазона измерений газовые термометры используются в качестве эталонных для калибровки других типов термометров.

Ответ: Существуют различные виды термометров, классифицируемые по принципу действия: жидкостные (на основе теплового расширения жидкости), механические (использующие деформацию биметаллической пластины), электронные (на основе изменения электросопротивления), инфракрасные (измеряющие тепловое излучение объекта) и газовые (на основе зависимости давления газа от температуры).

«Термоскоп Г. Галилея»

Термоскоп, изобретенный итальянским ученым Галилео Галилеем около 1592 года, считается предшественником современного термометра. Это был первый прибор, позволяющий наглядно наблюдать за изменением температуры, хотя он и не имел шкалы для количественных измерений.

Конструкция термоскопа была очень проста. Он представлял собой небольшой стеклянный шар с припаянной к нему длинной и тонкой стеклянной трубкой. Шар слегка нагревали в руках, чтобы воздух внутри него расширился, а затем открытый конец трубки опускали в сосуд с водой или другой подкрашенной жидкостью. По мере того как воздух в шаре остывал до комнатной температуры, он сжимался, и атмосферное давление заставляло столб жидкости подняться вверх по трубке.

Принцип действия термоскопа основывался на свойстве воздуха расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении. Если температура в помещении повышалась, воздух в шаре расширялся, давил на жидкость и заставлял ее уровень в трубке опускаться. Если же становилось холоднее, воздух сжимался, и уровень жидкости поднимался. Таким образом, по высоте столба жидкости можно было судить об изменении «степени тепла» окружающего воздуха.

Главным недостатком термоскопа Галилея была его чувствительность не только к температуре, но и к изменениям атмосферного давления. Повышение давления приводило к подъему жидкости, что можно было ошибочно истолковать как похолодание, а понижение давления – как потепление. Именно поэтому прибор не мог быть точным измерительным инструментом. Позже, усовершенствовав конструкцию (перевернув ее и запаяв), ученики Галилея создали первые термометры, показания которых уже не зависели от давления атмосферы.

Ответ: Термоскоп Галилея – это прибор, состоящий из стеклянного шара с трубкой, частично заполненной жидкостью, который демонстрировал изменение температуры за счет теплового расширения и сжатия воздуха. Он был первым устройством для качественной индикации температурных изменений, но его показания зависели также от атмосферного давления, что являлось его основным недостатком.

«Шкалы термометров»

Для количественного измерения температуры были созданы различные температурные шкалы. Каждая шкала определяется двумя или более опорными точками (реперными точками), такими как температура замерзания и кипения воды, и разделением интервала между ними на определенное число градусов.

Шкала Цельсия (°C). Предложена шведским астрономом Андерсом Цельсием в 1742 году. В современной версии этой шкалы за 0 °C принята температура плавления льда, а за 100 °C – температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Эта шкала является самой распространенной в мире в быту и науке.

Шкала Фаренгейта (°F). Разработана немецким физиком Даниелем Габриелем Фаренгейтом в 1724 году. В качестве опорных точек он использовал температуру замерзания солевого раствора (0 °F) и нормальную температуру человеческого тела (изначально 96 °F). В этой шкале температура замерзания воды равна 32 °F, а кипения – 212 °F. Используется преимущественно в США, на Каймановых островах и в Белизе.

Шкала Кельвина (K). Предложена британским физиком Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) в 1848 году. Это абсолютная термодинамическая шкала, ее ноль (0 K) соответствует абсолютному нулю – теоретической температуре, при которой тепловое движение молекул прекращается. Кельвин является основной единицей измерения температуры в Международной системе единиц (СИ). Величина кельвина равна величине градуса Цельсия. Переход от шкалы Цельсия к шкале Кельвина осуществляется по простой формуле: $T_K = T_C + 273.15$.

Шкала Реомюра (°Ré). Историческая шкала, предложенная Рене Антуаном Реомюром в 1730 году. В ней за 0 °Ré принята температура замерзания воды, а за 80 °Ré – температура ее кипения. В настоящее время практически не используется, но иногда упоминается в старой технической литературе или в контексте некоторых традиционных производств (например, сыроварения).

Для перевода значений температуры из одной шкалы в другую используются следующие формулы: для перевода из Цельсия в Фаренгейт используется $T_F = T_C \cdot \frac{9}{5} + 32$; для перевода из Фаренгейта в Цельсий — $T_C = (T_F - 32) \cdot \frac{5}{9}$; для перевода из Цельсия в Кельвины — $T_K = T_C + 273.15$; для перевода из Кельвинов в Цельсий — $T_C = T_K - 273.15$.

Ответ: Основными температурными шкалами являются шкалы Цельсия (°C), Фаренгейта (°F) и Кельвина (K). Они различаются выбором опорных точек и размером градуса. Шкала Цельсия наиболее распространена в мире, шкала Фаренгейта используется в США, а шкала Кельвина, являющаяся абсолютной, — стандарт для научных измерений в системе СИ. Для пересчета температур между шкалами применяются стандартные математические формулы.