Практически в каждом доме найдется ртутный медицинский градусник. И даже ребенок в курсе, что перед очередным использованием его нужно хорошенько, но аккуратно встряхнуть. Делается это потому, что ртуть не опускается при охлаждении, а остается на последней занятой отметке.
Устройство и принцип работы ртутного градусника
Ртутный термометр состоит из таких элементов:
- стеклянный резервуар, содержащий ртуть;
- капилляр;
- стеклянная шкала с отметками;
- стеклянная защитная трубка.
Ртуть для термометра выбрана неслучайно. Во-первых, ее легко получить в чистом виде. Во-вторых, металл не смачивает стенки стеклянного резервуара. В-третьих, химически чистое вещество имеет широкий температурный диапазон. Наконец, ртуть не опускается и тем самым позволяет проверить показатели.
Интересный факт: изобретение ртутного градусника в 1714 г. – это заслуга немецкого физика Д. Г. Фаренгейта. Он же разработал одноименную температурную шкалу.
Общий принцип работы градусника достаточно прост. Для измерения температуры нужно обеспечить контакт прибора с телом. За 6-10 минут они достигнут термодинамического равновесия. Говоря простым языком – градусник нагреется до температуры тела.
При этом нагревание способствует расширению и увеличению ртути в объеме. Поэтому она постепенно поднимается вверх по капилляру, игнорируя силы трения. В связи с тем, что у вещества относительно низкий температурный коэффициент объемного расширения, капилляр должен быть очень тонким.
С помощью ртутного градусника можно измерить большой диапазон – от -35 ℃ до +600 ℃. Первый показатель совпадает с температурой, при которой ртуть становится твердой. Второй – с максимальной температурой, которую выдерживает стекло. Но в медицинских целях достаточно и привычных 34-42 ℃.
Заменитель ртути
Во всем мире многие годы наблюдается тенденция отказа от использования ртутных приборов ввиду их токсичности. Хотя ассортимент медицинских термометров достаточно большой, именно ртутные виды считаются самыми точными.
Аналогом вещества стал галинстан. Это сплав металлов, который состоит из галлия, индия и олова. Он обладает похожими свойствами, да и внешне сложно отличим от ртути. Зато галинстан не опасен, поскольку не испаряется на открытом воздухе и считается малотоксичным. Температура плавления составляет -19 ℃.
Почему ртуть не опускается в градуснике?
Если бы температура в градуснике начинала быстро снижаться сразу же после замеров, пользоваться им было бы очень неудобно. Поэтому конструкция термометра разработана именно таким образом, что ртуть не опускается при охлаждении.
Возвращаясь к принципу работы прибора нужно помнить, что даже при намеренном охлаждении столбик не удастся опустить. Все дело в капилляре. Он намного уже измерительной трубки и соединяет ее с ртутным резервуаром.
Интересный факт: в первых термометрах использовалась обычная вода. Но на измерение показателей угодило около получаса. Кроме того, наблюдались существенные погрешности. А ртуть движется в градуснике быстро, но плавно.
По правилам при охлаждении металл должен сужаться и возвращаться в колбу. Уменьшение в объеме действительно происходит. Но молекулярные связи жидкой ртути слабее, чем силы трения. Вещество не может пройти обратно через капилляр. В самом капилляре образуется «разрыв» ртутного столбика и его верхняя часть остается на максимально достигнутой отметке.
Чтобы снова воспользоваться градусником, нужно его встряхнуть, направив колбу с металлом вниз. Так ртуть получает ускорение движения и возвращается в резервуар.
Почему в медицинском градуснике ртуть не опускается при охлаждении? – Короткий ответ mirvu.ru
Секрет в конструкционных особенностях термометра, а именно – в капилляре. Он уже, чем измерительная трубка и служит местом её соединения с ртутным резервуаром. Металл, охлаждаясь, должен попадать в колбу. Конечно, объем его уменьшается, но ртуть не может вернуться в капилляр, так как сила трения выше, чем молекулярные связи металла.
