Увлекательная физика: изобретение термометра. Термометр галилео галилея
Был знаменитым итальянским физиком, математиком, астрономом и философом, сыгравшим ключевую роль в развитии науки 16 века. Именно он впервые открыл, что плотность жидкости меняется в зависимости от снижения или повышения температуры.
Фото: Flickr, Tadek
Фото: Flickr, Gingko
Термометр, прозванный в честь великого ученого, сделан из запаянного стеклянного цилиндра. Емкость наполнена жидкостью, в которой плавает несколько буйков. К каждому из буйков привязана бирка. В зависимости от температуры воды эти поплавки либо опускаются на дно, либо поднимаются под потолок сосуда. Однако с эстетической точки зрения термометр Галилео намного привлекательнее своей функциональности – он прекрасен сам по себе!
Фото: Flickr, Tuchodi
Фото: Flickr, Kansas City Royalty
И хотя это устройство не было изобретено самим Галилео, его назвали в честь выдающегося итальянского ученого за то, что конструкция не существовала бы без открытий Галилео. Эти градусники начали делать в 17 веке как раз на основании научных трудов Галилео.
Фото: Flickr, Steve 2.0
Напомним, что на всех буйках есть этикетки. На каждой из этих бирок выгравированы цифра и символ градуса. Вес каждого поплавка четко отрегулирован и откалиброван. Подкрашенная жидкость в буйках играет свою отдельную роль в уравнивании веса поплавков, но для простого обывателя это в первую очередь очень красивое зрелище.
Фото: Flickr, Steve 2.0
Математический принцип, применяемый в термометре Галилео, действует в соответствии с правилом прямо пропорциональной зависимости. Узнать температуру по этому градуснику можно благодаря тому, что каждый буек наполнен жидкостью в разной мере, что влияет на среднюю плотность каждого поплавка. У предмета, плавающего выше всех, плотность ниже, чем у зависающего над самым дном. Но удельный вес этих буйков не сильно отличается от аналогичного параметра жидкости, в которой они пребывают.
Фото: Flickr, jhritz
Фото: Flickr, anujraj
Когда температура в комнате падает, охлаждается и вода в термометре. Жидкость в емкости сжимается, а ее плотность повышается. И, как известно, тела, чья плотность меньше плотности окружающей их среды, стремятся вверх. Поэтому когда вода нагревается, буйки тонут, а когда в комнате становится прохладнее, поплавки всплывают под потолок колбы. В итоге температура воздуха определяется по самому нижнему буйку с соответствующей биркой.
Фото: Flickr, daisee
Фото: Flickr, Rachel D
Фото: Flickr, Anna Ghislaine
На этом видео можно понаблюдать за происходящим в этом устройстве в режиме замедленной съемки:
Термометр Галилео – настоящий образец воплощения красоты в научном мире. И хотя актуальность такого устройства в современном мире уже давно утрачена, этот градусник все еще можно встретить в некоторых квартирах ценителей оригинального интерьера.
Фото: Flickr, Matthew Boyle
Галилео Галилей - итальянский физик, математик, астроном и философ, внесший неоценимый вклад в научную революцию 16 века. Он был первым человеком, открывшим, что плотность жидкости изменяется в результате повышения или понижения температуры.
Термометр, названный в честь этого ученого, сделан из закрытого стеклянного цилиндра. Внутри него находится прозрачная жидкость и несколько колбочек. Каждая колбочка имеет определенный вес. При изменении температуры они поднимаются или опускаются. Помимо всего прочего, термометры Галилео прекрасны и сугубо внешне:) Пожалуй, это самые красивые термометры из всех.
Хотя Галилео на самом деле и не изобрел этот термометр, он был назван в его честь, так как без открытий изобретение не было бы сделано. Такие термометры выпускаются с конца 17 века.
На каждой из колбочек, плавающих внутри сосуда, указан вес. Также на каждой стоит гравировка с указанием номера и градуса. Вес их регулируется противовесом. Вес каждой колбочки слегка различается. Подкрашенная вода в пузырьках добавлена таким образом, чтобы каждый имел одинаковую плотность - это также делает термометр еще более привлекательным.
Самая нижняя колбочка показывает правильную температуру. Когда плотность жидкости внутри колбочки меняется, гравитационная сила превосходит выталкивающую, заставляя колбочку тонуть.
Термометр Галилея
Термометр Галилея
Термометр Галилея представляет собой запаянный стеклянный цилиндр , наполненный жидкостью , в которой плавают стеклянные сферические сосудики-буйки. К каждому такому сферическому поплавку прикреплена снизу золотистая или серебристая бирка с выбитым на ней значением температуры. В зависимости от размера термометра количество поплавков внутри бывает от 3-х до 11-ти. В настоящее время термометр представляет эстетическую ценность в качестве эффектного предмета интерьера.
История изобретения
Термометр Галилея вблизи
Название происходит от имени итальянского физика Галилео Галилея , который в 1592 году изобрел термоскоп, ставший прародителем всех термометров . Согласно одним источникам, сам Галилей имел весьма косвенное отношение к созданию этого прибора, который чаще используется в качестве сувенира , по другим данным, мир этим изобретением конца 16 века обязан именно Галилею .
Принцип действия
Поплавки по-разному наполнены жидкостью таким образом, что их средняя плотность различна: самая маленькая плотность у верхнего, самая большая – у нижнего, но у всех близка к плотности воды, отличаясь от неё незначительно. С понижением температуры воздуха в помещении соответственно понижается температура воды в сосуде, вода сжимается, и плотность её становится больше. Известно, что тела, плотность которых меньше плотности окружающей их жидкости, всплывают в ней. При понижении температуры в помещении плотность жидкости в цилиндре увеличивается и шарики поднимаются вверх один за другим, при повышении - опускаются. Такой эффект достигается за счет очень высокой точности изготовления термометров. Все шарики калибруются по температуре всплытия в интервале 0,4 °С. Диапазон температур, измеряемых термометром, находится в районе комнатной температуры: 16-28°, шаг: 1 °С. Текущее значение температуры определяется по нижнему из всплывших шариков.
См. также
Примечания
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Термометр Галилея" в других словарях:
- (греч. θέρμη тепло; μετρέω измеряю) прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров: жидкостные механические электрические оптические газовые инфракрасные Содержание … Википедия
Термометр - Термометр: 1 резервуар с ртутью; 2 капилляр, по положению ртути в котором отсчитывают показания; 3 шкала. ТЕРМОМЕТР (от термо... и греческого metreo измеряю), прибор для измерения температуры посредством его контакта с исследуемой средой. Первые… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
1) История T. Изобретателем Т. надо считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но ученики Галилея, Нелли и Вивиани, свидетельствуют, что уже в 1597 г. он устроил нечто вроде термобароскопа. Галилей изучал в это… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона - Общая характеристика Отрезок времени примерно от даты публикации работы Николая Коперника Об обращениях небесных сфер (De Revolutionibus), т.е. с 1543 г., до деятельности Исаака Ньютона, сочинение которого Математические начала натуральной… … Западная философия от истоков до наших дней
Развитие естествознания в Западной Европе в XVI и первой половине XVII в. - В XVI и особенно в первой половине XVII в. в развитии науки наступает. В ходе упорной борьбы со схоластикой и религиозным мировоззрением вырабатываются новые, научные методы исследования явлений природы и делаются открытия, заложившие фундамент… … Всемирная история. Энциклопедия
История науки … Википедия
Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
До того как был придуман первый термометр, температуру измеряли на ощупь. Ни о какой точности измерений речь даже не шла. И так продолжалось довольно долго, пока в 1597 г. Галилео Галилей не придумал первый прибор для измерения температуры.
Термоскоп Галилея
Прибор Галилея был очень простым. Он состоял из стеклянной трубки, к концу которой был припаян стеклянный шарик. Немного подогрев шарик, свободный конец трубки Галилей опускал в сосуд с водой. Когда воздух в шарике остывал, давление воздуха в нём становился меньше, и вода под воздействием атмосферного давления поднималась вверх по трубке. И в зависимости от того, на какую высоту поднималась вода, можно было определить температуру. Этот прибор назвали термоскопом . Конечно, он тоже показывал весьма приблизительные значения температуры. Кроме того, его показания зависели от величины атмосферного давления.
В 1657 г. термоскоп Галилея усовершенствовали флорентийские учёные. Они откачали воздух из стеклянного шарика и сделали шкалу из бусин. Показания термоскопа Галилея были приблизительными: высокая температура, низкая температура. Теперь же значения температуры измерялись более точно: одна бусинка, две бусинки и т. д.
Немного позже, в 1700 г., флорентийский учёный Торричелли перевернул термоскоп, а трубку с шариком заполнил подкрашенным спиртом. Кроме того, он удалил сосуд с водой. Новый прибор уже не зависел от атмосферного давления. Это был прообраз современного термометра.
Разновидности шкалы отсчёта
Но существовала одна проблема. Никто не знал, какую точку брать за начало отсчёта и как градуировать шкалу. Первый шаг в этом направлении сделал немецкий физик Даниель Габриель Фаренгейт. В 1714 г. он придумал температурную шкалу. Вместо подкрашенного спирта Фаренгейт налил в трубку с шариком ртуть, откачал из трубки воздух и запаял её. Самой холодной, но ещё находящейся в жидком состоянии, была смесь поваренной соли и льда. Фаренгейт поместил трубку с шариком в эту смесь. А высота столбика ртути на шкале была отмечена как 0 градусов. Следующей точкой на шкале Фаренгейта была точка 32 градуса. Она соответствовала температуре, при которой таял обычный лёд без соли. Затем было отмечена точка 96 градусов. Это была температура человеческого тела. Вода по шкале Фаренгейта кипела при температуре 212 градусов.
Разные учёные предлагали различную градуировку термометров. Так, французский физик Рене Антуан Реомюр исследовал тепловое расширение спирта. Если спирт смешать с водой в соотношении 5:1, то при нагревании от точки замерзания до точки кипения воды спирт расширяется в пропорции 1000:1080 . Реомюр предложил шкалу на спиртовом термометре, где за нулевую точку отсчёта 0 о R принималась температура, при которой таял лёд. А температура, при которой закипала вода, равнялась 80 о R .
Но впервые принимать за основные точки отсчёта на шкале термометра точку таяния льда и точку кипения воды предложили в 1665 г. голландский физик Христиан Гюйгенс и английский физик Роберт Гук.
Шведский астроном Андерс Цельсий в 1742 г. придумал свою шкалу на ртутном термометре Фаренгейта. В отличие от современного термометра, ноль градусов на шкале Цельсия соответствовал точке кипения воды. А температуру таяния льда Цельсий принял за 100 градусов.
Вот в таком виде термометр Цельсия и дошёл да наших дней. Разница только в том, что у современного термометра шкала перевёрнута по отношению к шкале Цельсия. Точка таяния льда принимается за 0 о, а температура кипения воды равняется 100 о по Цельсию. И «перевернули» шкалу Цельсия астроном Мортен Штремер и ботаник Карл Линней.
Во всех описанных случаях точка отсчёта шкалы термометра устанавливалась произвольно. В 1848 г. английский учёный лорд Кельвин предложил понятие «абсолютный нуль». Абсолютным нулём он считал температуру, при которой прекращалось движение молекул. Абсолютный нуль соответствует -273,15 о по шкале Цельсия.
Сегодня в большинстве стран принято использовать термометры со шкалой Цельсия. В некоторых англоязычных странах до недавнего времени применялась шкала Фаренгейта. В США ею пользуются до сих пор. А в научных исследованиях применяется шкала Кельвина.
Ну да, не совсем точно, зато красиво
и располагает к раздумьям...
Это Вам не просто посмотреть температуру на современном термометре, около него можно сидеть долго, рассматривать и философствовать, как в японском саду камней. А если вспомнить, что первым, кто смотрел на него, был великий Галилей, то почти физически начинаешь ощущать сопричастность к великому изобретению.
Термометр Галилея - это историческая реликвия. Когда-то в средние века великий итальянский ученый Галилео Галилей (1564-1642 г.) установил, что при различных температурах плотность жидкостей меняется. Этот принцип и лежит в основе работы термометра, а сам термометр назван в честь Галилея.
Однако, изобретен этот термометр был в 1641 году Фердинандом II герцегом Тосканским из рода Медичи.
Термометр представляет собой закрытый сверху цилиндр с жидкостью, внутри которой плавают полые стеклянные шарики, одни шарики плавают на поверхности, другие погружены в жидкость и плавают внутри нее, а могут и лежать на дне.
В термометрах бывает от 4 до 17 шариков различной расцветки или же заполненных различной жидкостью. На стеклянных шариках подвешены пломбы, на которых цифрами указаны разные значения температуры. Температурная шкала может быть также и на самом цилиндре. Термометры Галилея могут показывать температуру от 14 до 30 градусов по Цельсию
Правда, чтобы получить показания термометра требуется немного подождать, также он не очень точен, но для бытовых нужд годится!
Шарики изготовлены так, что их средняя плотность разная, поэтому они обладают различнной плавучестью. Если температура жидкости повышается, она расширяется, ее плотность уменьшается, и меняется (уменьшается) Архимедова сила, действующая на шарики. Их плавучесть меняется. Шарики, плававшие раньше на поверхности, опускаются и колеблются уже внутри жидкости, а шарики, плававшие первоначально внутри жидкости, теперь тонут. Обратное происходит при охлаждении жидкости.
Коэффициент расширения стекла в 10 и более раз меньше, чем у жидкости, поэтому практически его можно не учитывать.
Все шарики калибруются. Зная среднюю плотность шариков, их помещают в цилиндр в порядке их плавучести, самый тяжелый шарик вниз, полегче сверху и т.д.
В широком цилиндре все шарики, чья средняя плотность меньше плотности жидкости, будут плавать на поверхности. Поэтому термометр хорошо работает, когда диаметр цилиндра немногим больше, чем диаметр шариков. Шарики в жидкости располагаютс друг под другом и самый нижний плавающий шарик показывает температуру.
Цилиндр закрыт сверху, чтобы жидкость не проливалась и не испарялась, чтобы туда не попадала грязь.
Делают и многоцилиндровые термометры, где в каждом цилиндре плавает свой шарик.
При изготовлении термометров Галилея основополагающим является определение плотности шариков и установка соответствующих пломб на них.
Вода не очень хорошо подходит для таких термометров из-за маленького коэффициента расширения, поэтому у каждого изготовителя термометров свои секреты, какой жидкостью наполнять термометры.
В таком виде термометр Галилея существует уже многие столетия.