Градусник — это прибор, который используется для измерения температуры. Одним из самых распространенных градусников является ртутный градусник, основанный на свойствах жидкой ртути. Однако, многим людям возникает вопрос: почему ртуть не поднимается в градуснике, когда температура повышается?
Причина заключается в физических свойствах ртути. Ртуть является одной из немногих жидкостей, которая сужается при нагревании, вместо расширения. Это происходит из-за того, что ртутиная молекула имеет относительно сложную структуру, с «плечами», которые взаимодействуют друг с другом.
Когда температура повышается, молекулы ртути начинают двигаться быстрее и хаотичнее. Такое движение вызывает сужение «плеч» молекул и уменьшение расстояния между ними. В результате, объем ртути уменьшается, и жидкость не может подняться выше в градуснике.
Важно отметить, что ртутный градусник все равно является точным и надежным прибором для измерения температуры. Ртуть имеет очень низкую температуру замерзания и высокую теплопроводность, что делает ее подходящей для использования в приборах для измерения температуры.
Что делает градусник работающим
Когда температура окружающей среды повышается, ртуть или спирт внутри градусника начинают нагреваться. При нагревании они расширяются, заполняя пространство в заслонке градусника. Заслонка состоит из узкой трубки со шкалой, на которой отображены температурные деления.
По мере нагревания, ртуть или спирт поднимаются в трубке градусника, указывая на измеренную температуру. Чем выше температура, тем выше столбик ртути или спирта поднимается на шкале.
Важно отметить, что ртуть обладает особенным свойством, которое делает ее особенно удобной для использования в градусниках. Это свойство – высокая коэффициент расширения ртути с температурными изменениями. Благодаря этому свойству ртуть отлично реагирует на даже небольшие изменения температуры, что делает градусник чувствительным к изменениям окружающей среды.
Роль ртути в градуснике
В своей жидкой форме ртуть обладает низкой теплопроводностью и высоким коэффициентом расширения. Эти свойства позволяют ей эффективно реагировать на изменения температуры, а также быстро передавать тепло от объекта, с которым она контактирует, к определяющему элементу градусника.
Внутри градусника ртуть находится в стеклянном колбочке с узким каналом, называемым капилляром. Измерение температуры происходит путем наблюдения за изменением уровня ртути в капилляре. При повышении температуры ртуть расширяется, занимая больше объема и, следовательно, поднимается в капилляре. При понижении температуры ртуть сжимается и опускается в капилляре. Таким образом, ртуть играет роль индикатора изменения температуры и служит для показания на шкале градусника.
Важно отметить, что ртуть обладает очень низким паровым давлением при комнатной температуре, что делает ее безопасным для использования в градусниках. Это свойство минимизирует возможность выпаривания ртути и значительно снижает риск отравления при повреждении градусника.
Роль ртути в градуснике заключается в ее способности изменять свое объемное состояние под воздействием температуры. Ртуть как жидкое вещество в градуснике позволяет точно измерять изменения температуры и надежно отображать их на шкале.
Почему ртуть не поднимается
Однако, несмотря на свою распространенность в градусниках, ртуть не поднимается внутри него. Это связано с основным принципом работы ртутного градусника — законом Торричелли. Суть закона заключается в том, что высота столба ртути, находящегося в узкой трубке градусника, зависит только от разницы давления воздуха.
Ртуть работает по принципу капиллярного давления, когда она поднимается в трубке за счет разности давлений. Отклонение градусника от вертикали приводит к изменению давления, поэтому ртуть смещается и отображает текущую температуру.
Если ртуть не поднимается или не двигается внутри градусника, это может быть связано с несколькими причинами:
- Повреждение градусника: Если градусник был разбит или поврежден, то ртуть может потерять свои характеристики и не подниматься.
- Замерзание ртути: Если температура окружающей среды слишком низкая, ртуть может замерзнуть, не позволяя ей двигаться внутри градусника.
- Плотность ртути: Ртуть является очень плотным веществом, и поэтому она может оказаться слишком тяжелой, чтобы подняться в трубке градусника.
- Недостаточное давление: Если давление воздуха недостаточно, ртуть может не подниматься в градуснике, так как для работы закона Торричелли необходимо достаточное давление разницы.
- Засорение трубки: Если трубка градусника засорена или залита каким-либо другим веществом, ртуть может не двигаться свободно.
- Неправильное использование градусника: Неправильное использование градусника, например, наклонение его или подвержение механическим ударам, может привести к неправильному отображению температуры и неподвижности ртути.
Важно помнить, что при использовании ртути в градуснике необходимо соблюдать все меры предосторожности, чтобы избежать контакта с ней. Ртуть является токсичным веществом, поэтому любой контакт с ней может быть опасным для здоровья.
Влияние атмосферного давления
Атмосферное давление оказывает прямое воздействие на высоту, которую может подняться ртуть в градуснике. При возрастании атмосферного давления, высота столбика ртути в градуснике уменьшается, а при уменьшении давления – увеличивается.
Это явление объясняется законом Паскаля, который гласит, что давление, передаваемое жидкостью или газом на поверхность, равномерно распределяется во всех направлениях. Когда атмосферное давление увеличивается, оно оказывает на ртуть в градуснике большую силу, которая давит на ее поверхность и не позволяет ей подниматься высоко. Наоборот, при уменьшении давления, сила, действующая на ртуть, ослабевает, и она может подниматься на большую высоту.
Например, при высоком атмосферном давлении столбик ртути может подниматься до 760 мм ртутного столба, что соответствует нормальному атмосферному давлению на уровне моря. В свою очередь, при низком атмосферном давлении, столбик ртути может подниматься только до 700 мм или даже ниже.
Таким образом, атмосферное давление оказывает существенное влияние на высоту столбика ртути в градуснике и является одной из причин, по которой ртути не поднимается в градуснике на высоту, пропорциональную температуре.
Разница в плотности ртути и стекла
Из-за этого различия в плотности ртуть остается на нижней части градусника, в специальной капиллярной трубке, которая расширяется внизу. Это позволяет ртути занимать наименьшую область пространства и обеспечивает точность измерений.
Когда взаимодействие с окружающей средой, например, под воздействием температуры, ртуть расширяется или сжимается. Поэтому значение температуры можно считывать через изменение уровня ртути в капиллярной трубке.
Стекло же является материалом сравнительно низкой плотности, поэтому оно остается на верхней части градусника. Благодаря этому, стекло не оказывает влияния на показания градусника и гарантирует точность измерений.
Температурный диапазон ртути
Температура замерзания ртути составляет около -39 градусов Цельсия, что делает ее идеальной для использования в градусниках. При опускании температуры металлическое вещество, находящееся внутри стеклянного корпуса, сжимается и показывается на шкале термометра.
Однако, ртуть имеет очень широкий температурный диапазон, в котором она может находиться в жидком состоянии. Температура кипения ртути составляет примерно 357 градусов Цельсия, что делает ее очень устойчивой даже при высоких температурах.
Именно поэтому ртутные градусники обычно используются для измерения температуры в диапазоне от -39 до 357 градусов Цельсия. Они могут быть использованы не только для измерения температуры в обычных условиях, но и для экстремально высоких или низких температур.
Однако следует отметить, что металлическая ртуть является токсичным веществом, поэтому необходимо соблюдать осторожность при работе с ней.
Эффект поверхностного натяжения
Когда ртуть находится в градуснике, ее поверхность окружена воздухом. Молекулы ртути на поверхности испытывают силы притяжения только со стороны молекул ртути внутри жидкости, но не со стороны воздуха. Это приводит к возникновению эффекта поверхностного натяжения, при котором поверхность ртути становится немного натянутой, как если бы на ней была тонкая пленка или пленка.
Эффект поверхностного натяжения препятствует подъему ртути в градуснике. Когда она пытается подняться, сила притяжения молекул ртути внутри колонки становится сильнее силы притяжения молекул на ее поверхности, что приводит к образованию равновесия. В результате, ртуть не поднимается выше определенного уровня и остается стабильной в градуснике.
Это объясняет, почему ртуть не поднимается в градуснике и остается на одном уровне. Из-за эффекта поверхностного натяжения, градусник может измерять температуру с высокой точностью и надежностью.
Как правильно использовать градусник
Важные моменты при использовании градусника:
- Калибровка градусника: Перед первым использованием градусник необходимо калибровать. Это означает сопоставление показаний градусника с известной точкой температуры, например, показаниями другого проверенного градусника или термометра. Калибровку следует проводить с определенной периодичностью, в зависимости от инструкции производителя.
- Подготовка градусника: Для использования градусник должен быть правильно подготовлен. Если это градусник со стеклянным стержнем, рекомендуется хранить его вертикально, чтобы избежать повреждения стекла. Перед использованием градусник необходимо также очистить и обезжирить, чтобы избежать остатков грязи или жира, которые могут повлиять на точность измерений.
- Правильное использование: Для получения точных и надежных результатов необходимо правильно использовать градусник. Вставьте стеклянный стержень градусника в среду, температуру которой вы хотите измерить. Убедитесь, что стержень полностью погружен в среду и не касается стенок сосуда. Подождите несколько минут, чтобы градусник установился и показал стабильное значение. Осторожно снимите градусник из среды, избегая его перегревания или переохлаждения.
- Хранение и уход: После использования градусник следует аккуратно очистить и сухо хранить. При необходимости он может быть также дезинфицирован или стерилизован в соответствии с инструкцией производителя.
Запомните, правильное использование градусника — это не только вопрос точности измерений, но и обеспечение безопасности себя и окружающих. Следуйте инструкции и соблюдайте все меры предосторожности при работе с градусником.