Πώς κατασκευάζεται το θερμόμετρο αερίου στο φυσικό;

Το θερμόμετρο αερίου:ένα απλό αλλά ισχυρό εργαλείο

Ένα θερμόμετρο αερίου είναι μια συσκευή που χρησιμοποιεί τη σχέση μεταξύ της πίεσης και της θερμοκρασίας ενός αερίου για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Ακολουθεί μια κατανομή της κατασκευής του και πώς λειτουργεί:

στοιχεία:

1. βολβός: Ένα σφραγισμένο δοχείο γεμάτο με αέριο (συνήθως ήλιο ή υδρογόνο) σε χαμηλή πίεση. Ο όγκος του λαμπτήρα είναι σταθερός.

2. μετρητής πίεσης: Μια συσκευή που μετρά την πίεση του αερίου μέσα στον λαμπτήρα. Αυτό είναι συχνά ένα μανόμετρο, ένας σωλήνας σχήματος U που περιέχει ένα υγρό όπως ο υδράργυρος.

3. Σύνδεση σωλήνα: Ένας σωλήνας συνδέει τον λαμπτήρα με το μετρητή πίεσης, επιτρέποντας τη μετάδοση της πίεσης.

Αρχή εργασίας:

1. Ιδανικός νόμος αερίου: Το θερμόμετρο αερίου λειτουργεί με βάση τον ιδανικό νόμο περί αερίου, ο οποίος δηλώνει: PV =NRT , πού:

* p: Πίεση του αερίου

* V: Όγκος αερίου

* n: Αριθμός γραμμομόρων του αερίου

* r: Ιδανική σταθερά αερίου

* t: Απόλυτη θερμοκρασία του αερίου

2. σταθερός όγκος: Σε ένα θερμόμετρο αερίου, ο όγκος (V) του λαμπτήρα διατηρείται σταθερός. Αυτό σημαίνει ότι η πίεση (P) είναι άμεσα ανάλογη με την απόλυτη θερμοκρασία (t).

3. Μέτρηση θερμοκρασίας: Με τη μέτρηση της πίεσης του αερίου, μπορούμε να προσδιορίσουμε τη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας τη σχέση μεταξύ πίεσης και θερμοκρασίας. Δεδομένου ότι ο όγκος και η ποσότητα του αερίου είναι σταθερή, η αλλαγή πίεσης οφείλεται αποκλειστικά στην αλλαγή της θερμοκρασίας.

Βαθμονόμηση:

1. σημείο πάγου: Το θερμόμετρο αερίου βαθμονομείται πρώτα στο σημείο πάγου (0 ° C ή 273,15 K). Η πίεση σε αυτό το σημείο καταγράφεται.

2. Σημείο ατμού: Στη συνέχεια, το θερμόμετρο τοποθετείται σε βραστό νερό (100 ° C ή 373,15 K) και η πίεση μετράται και πάλι.

3. Γραμμική σχέση: Υποθέτοντας μια ιδανική συμπεριφορά αερίου, οι αναγνώσεις πίεσης στο σημείο πάγου και το σημείο ατμού καθορίζουν μια γραμμική σχέση μεταξύ πίεσης και θερμοκρασίας. Αυτή η γραμμική σχέση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας για οποιαδήποτε άλλη ανάγνωση πίεσης.

Πλεονεκτήματα:

* υψηλή ακρίβεια: Τα θερμόμετρα αερίου μπορούν να επιτύχουν πολύ υψηλή ακρίβεια, ειδικά σε χαμηλές θερμοκρασίες.

* Ευρεία περιοχή θερμοκρασίας: Μπορούν να μετρήσουν ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, από πολύ χαμηλό έως πολύ υψηλό.

* Σχετικά με την απόλυτη θερμοκρασία: Η ανάγνωση πίεσης συσχετίζεται άμεσα με την απόλυτη θερμοκρασία, καθιστώντας το ένα θεμελιώδες εργαλείο μέτρησης θερμοκρασίας.

Μειονεκτήματα:

* αργός χρόνος απόκρισης: Τα θερμόμετρα αερίου μπορεί να είναι αργή για να φθάσουν στη θερμική ισορροπία με το περιβάλλον, καθιστώντας τα ακατάλληλα για ταχείες μεταβολές της θερμοκρασίας.

* ογκώδες και εύθραυστο: Ο βολβός και το μανόμετρο μπορεί να είναι σχετικά ογκώδη και εύθραυστα, καθιστώντας τους δύσκολο να χρησιμοποιηθούν σε ορισμένες εφαρμογές.

* Δεν είναι πρακτικό για καθημερινή χρήση: Χρησιμοποιούνται κυρίως σε εργαστηριακές ρυθμίσεις για σκοπούς έρευνας και βαθμονόμησης λόγω της πολυπλοκότητάς τους.

Συμπέρασμα:

Αν και δεν χρησιμοποιούνται ευρέως στην καθημερινή ζωή, τα θερμόμετρα αερίου διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην επιστημονική έρευνα και βαθμονομώντας άλλες συσκευές μέτρησης θερμοκρασίας. Η εξάρτησή τους από τους θεμελιώδεις νόμους της θερμοδυναμικής τους επιτρέπει να παρέχουν εξαιρετικά ακριβείς και αξιόπιστες μετρήσεις θερμοκρασίας σε ένα ευρύ φάσμα.